Universidad Nacional de Ingeniería

Facultad de Tecnología de la ConstrucciónFTC

Ingeniería Sanitaria IIFiltración lenta

Integrantes:Mendoza Treminio José ElíasMüller Linarte Balbo Mijaíl

Carlos Alberto Medrano MenaManagua 13 de abril de 2016

ContenidoFiltros Lentos:1. Definición de la filtración lenta2. Características de la filtración lenta3. Clasificación y descripción de los filtros lentos4. Principios de funcionamiento de un filtro lento5. Mecanismos de la filtración lenta6. Componentes de un filtro lento7. Aplicación de la filtración lenta8. Factores que influyen en el proceso de la filtración lenta9. Ventajas y desventajas en el uso de la filtración lenta10. Unidades de pretratamiento que anteceden a un filtro l

ento según las características del agua11. Operación y mantenimiento de filtros lentos12. Eficiencias de remoción de los filtros lentos13. Ejemplos de aplicación de filtros lentos en Nicaragua

Carlos Medrano

Balbo Müller

Elías Mendoza

Definición de la filtración lenta

Filtración lenta, Utilizado por primera vez en Estados Unidos en 1872 es el sistema de tratamiento de agua más antiguo. Copia el proceso de purificación que se produce en la naturaleza. cuando el agua de lluvia atraviesa los estratos de la corteza terrestre y forma los acuíferos o ríos subterráneos. Es un proceso unitario biológico, en el cual se hace pasar el agua a través de un lecho de arena a muy baja velocidad y de forma descendente.

El filtro lento se utiliza principalmente para eliminar la turbiedad del agua, pero si se diseña y opera convenientemente puede ser considerado como un sistema de desinfección del agua. A diferencia de la filtración rápida en arena, en la que los microorganismos se almacenan en los intersticios del filtro hasta que se vierten nuevamente en la fuente por medio del retro lavado.

Características de la filtración lenta

El filtro lento se caracteriza por ser un sistema sencillo, limpio y a la vez eficiente para el tratamiento de agua. Comparado con el filtro rápido, requiere de áreas más grandes para tratar el mismo caudal y, por lo tanto, tiene mayor costo inicialSin embargo, su simplicidad y bajo costo de operación y mantenimiento lo convierte en un sistema ideal para zonas rurales y pequeñas comunidades, teniendo en cuenta además que los costos por área de terreno son comparativamente menores en estas zonas.

Es un filtro de flujo descendente compuesto de una caja rectangular o circular a la cual se le coloca de 0.9 a 1.20 m de arena fina sobre 0.4 a 0.45 m de grava gruesa. Encima del lecho filtrante se deja una cape de agua de 1 a 1.5 m y debajo de la grava se coloca un sistema de drenes apropiado.La tasa de filtración llega a ser 200 veces menor que la empleada con filtros rápido, de modo que el agua puede demorar 2 o mas hrs (max 12) de la entrada a la salida.La retención de impureza se manifiestan en 40 cm de profundidad.Transporte:CernidoSedimentaciónDifusión

Clasificación de los filtros lentos

Filtros lentos convencionales: Consiste en una caja rectangular o circular la cual se colocara a 0.90 o 1.20mts de arena fina sobre grava gruesa.Filtros lentos ascendentes: Consiste en colocar en el fondo del tanque de almacenamiento una capa de grava fina y arena que actué como filtro lento.Filtros lentos dinámicos: Consiste en un canal de poca profundidad, alrededor de un metro de altura en el cual se coloca un lecho de arena similar al de los filtros lentos convencionales.

Principios de funcionamiento de un filtro lento

En la filtración lenta se dan 2 procesos: químico y biológico. El principio se basa en la formación en la parte superior del lecho ya maduro una película delgada constituida por una gran variedad de microorganismos biológicamente activos llamados SCHMUTZDECKE, que son los encargados de descomponer la materia orgánica, la formación de la capa biológica puede llevar días o semanas, a este tiempo se le denomina periodo de maduración de un filtro lento.

La maduración de los filtros lentos es un proceso complejo que ocurre con la colonización del medio filtrante por diferentes organismos como las bacterias, algas protozoarias, etc. Simultáneamente la materia orgánica queda retenida en el lecho, por acción del cernido, partículas en suspensión con tamaños mayor que los poros del lecho quedan atrapadas en los intersticios, y las partículas grandes quedan retenidas en la parte superior del lecho.Por acción de la luz solar se desarrollan las algas que producen oxigeno, elemento conveniente para otros propósitos en la capa de agua sobrenadante y en el lecho filtrante

Mecanismos de la filtración lenta

En el proceso de filtración lenta actúan varios fenómenos o mecanismos físicos similares a los de la filtración rápida previos al mecanismo biológico que desinfecta el agua.

A continuación se describe brevemente la función de cada uno de los mecanismos físicos o de remoción que se producen en la filtración lenta1. Mecanismos de transporte:

Cernido Intercepción Sedimentación Difusión Flujo intersticial

a. Cernido: En este mecanismo, las partículas de mayor tamaño que los intersticios del material filtrante son atrapadas y retenidas en la superficie del medio filtrante.

b. Intercepción: Mediante este mecanismo las partículas pueden colisionar con los granos de arena.

c. Sedimentación: Este mecanismo permite que las partículas sean atraídas por la fuerza de gravedad hacia los granos de arena, lo que provoca su colisión. Este fenómeno se incrementa apreciablemente por la acción de fuerzas electrostáticas y de atracción de masas.

d. Difusión: Se produce cuando la trayectoria de la partícula es modificada por micro variaciones de energía térmica en el agua y los gases disueltos en ella, lo cual puede provocar su colisión con un grano de arena.

e. Flujo intersticial: Este mecanismo se refiere a las colisiones entre partículas debido a la unión y bifurcación de líneas de flujo que devienen de la tortuosidad de los intersticios del medio filtrante. Este cambio continuo de dirección del flujo crea mayor oportunidad de colisión.

2. Mecanismo de adherencia

La propiedad adherente de los granos de arena es proporcionada por la acción de fuerzas eléctricas, acciones químicas y atracción de masas así como por película biológica que crece sobre ellos, y en la que se produce la depredación de los microorganismos patógenos por organismos de mayor tamaño tales como los protozoarios y rotíferas

3. Mecanismo biológicoEs necesario que para que el filtro opere como un verdadero “sistema de desinfección” se haya producido un schmutzdecke vigoroso y en cantidad suficiente. Solo cuando se ha llegado a ese punto, el FLA podrá operar correctamente. Entonces se dice que el filtro (o el manto) “está maduro”.

Componentes de un filtro lento

El sistema de tratamiento por filtros lentos está compuesto por tres partes:1. La estructura de entrada: compuesta por el canal de

entrada, caja del vertedero y el canal de distribución 2. La caja de filtro: contiene el elemento más importante de

el filtro, la arena. 3. La Estructura de salida: se compone por la abertura a

través de la cual pasa el agua filtrada, la caja de vertederos de salida, la caja de desagüe, la caja de salida donde se recolecta el agua filtrada que pasa por los vertederos

Estructura de entrada

Caja de filtro

Estructura de salida

Aplicación de la filtración lenta

Se recomienda utilizar la filtración lenta cuando:La turbiedad del agua cruda no sobrepasa las 10 UNT.El precio de la tierra es bajo.Es más factible utilizar mecanismos físicos de desinfecciónNo existe en el lugar la capacidad técnica para operar sistemas completos de coagulación-filtración

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE FILTRACION LENTA

Temperatura: Dado que en el filtro se desarrolla un proceso biológico, se ve afectado por las variaciones de temperatura y puede reducir 50% de su eficiencia cuando se opera a menos de 5° C.

Concentración de nutrientes: La velocidad de desarrollo de la formación biológica en el filtro depende de la concentración de nutrientes en el agua, debido a que ésta es la fuente de alimentación de los microorganismos.

Concentraciones altas de turbiedad: La capacidad de los filtros lentos para reducir la turbiedad cuando ésta es muy elevada es limitada. Ello se debe a que una alta turbiedad causa enlodamiento de la superficie del filtro, disminuye la capacidad de formación de la capa biológica y reduce drásticamente la duración de la carrera de filtración, lo cual además de afectar la calidad del agua producida, incrementa los costos de operación y mantenimiento.

La velocidad es importante al decidir el número de unidades con las que operará el filtro. Con velocidades mayores de 0,2 m/h deberá considerarse un mínimo de tres unidades.

Tamaño y densidad de las partículas suspendidas.

Resistencia de dureza de las partículas suspendidas.

Concentración de partículas suspendidas en el afluente.

Potencial de hidrogeno (PH) del afluente.

Dentro de los factores que influyen en la filtración lenta, están las características del medio filtrante.

Tipo del medio filtrante.Características granulométricas del material filtrante.Peso específico del material filtrante yEspesor de la capa filtrante.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN EL USO DE LA FILTRACION LENTA

El filtro lento sin controlador de velocidad y con controles de nivel mediante vertederos es muy sencillo y confiable de operar con los recursos disponibles en el medio rural de los países en desarrollo.

No hay cambios en organolépticos en la calidad del agua.

Las comunidades aceptan el agua tratada por la Filtros lentos.

Mejora simultáneamente en la calidad física, química y bacteriológica del agua.

No se necesitan compuestos químicos.

La operación y mantenimiento puede ser llevada a cabo por mano de obra no especializada.

VENTAJAS

El filtro lento sin pre tratamiento no debe operar con aguas con turbiedad mayor de 20 o 30 UNT; esporádicamente se pueden aceptar picos de 50 a 100 UNT.

La eficiencia de esta unidad se reduce a temperatura inferiores a los 4ºC.

La presencia de biocidas o plaguicidas en el afluente pueden modificar o destruir el proceso microbiológico en el que se basa la filtración lenta.

DESVENTAJAS

DESCRIPCION DE UNIDADES DE PRETRATAMIENTO QUE

ANTECEDEN EN UN FILTRO LENTO

PRINCIPIO:Si el nivel de turbiedad alcanza 10 a 20 UN se puede realizar una filtración en el lecho del rio. Para turbiedades entre 20 y 10 UN se puede realizar tanto filtración gruesa como sedimentación simple. Para niveles del orden de 1000 UN se impone el almacenamiento o la floculación química.

TOMA POR EL LECHO:Si se adecua una zona del fondo del rio o canal mediante su excavación, colocación de un tubo de filtro y relleno con arena gruesa y grava, se puede realizar un prefiltrado en la toma misma del agua, con el que se reduce sustancialmente el nivel de turbiedad y contaminación.

FILTRACION HORIZONTAL:En un canal horizontal o con una pequeña inclinación se disponen una serie de capas de filtro que generalmente incluyen grava- arena gruesa- arena- arena gruesa- grava. Luego de un par de semanas de maduración, este filtro puede remover el 60 a 70 % de la turbiedad en aguas de hasta 150 UN.

FILTRACION PRELIMINAR GRUESADentro de un tanque con las misma características de un filtro lento, se coloca un lecho filtrante orgánico (fibra de coco por ejemplo), el cual se desecha cada vez que se demuestran perdida de propiedades. Las velocidades son del orden de 0.5 a 1 m/hora. Se elimina la turbiedad en un 60 a 75%:

ALMACENAMIENTO:Para aguas muy cargadas de limos, un buen pretratamiento es el decanto lento en un reservorio, al cual se le pueden lavar los limos del fondo. Se deberán eliminar las plantas y la maleza.

SEDIMENTACION SIMPLE:Un tanque de acceso laminar por el fondo y descarga de acceso laminar superior con tiempo de retención de 4 a 12 horas puede reducir sustancialmente la turbidez y requiere solamente un lavado continuo o esporádico del fondo.

OPERACION Y MANTENIMIENTO DE LOS FILTROS LENTOS

Las tareas rutinarias de operación comprenden los ajustes y medición del caudal; monitoreo de la calidad del agua producida; limpieza de la superficie de la arena, que se efectúan por “rascado” de la porción superior del filtro (aproximadamente 5 cms de arena) ; lavado y almacenamiento de la arena, y la posterior reconstrucción del lecho filtrante. Este periodo entre limpiezas, llamado “carrera”, es variable. A veces puede ser necesario realizarla cada tres o cuatro semanas y en otras circunstancias, pasados muchos meses.

La adecuada operación y mantenimiento determinan la eficiencia del filtro, principalmente en la etapa de puesta en marcha o inicio de la operación del filtro nuevo. Durante la operación normal, es importante el estado de maduración de la etapa biológica, la frecuencia de los raspados, el periodo de duración de cada operación de limpieza y la forma en que se efectué el rearenado del filtro.

SISTEMA DE REARENADO

Para la limpieza de la superficie del lecho filtrante hay dos métodos manuales disponibles, que son aplicables al medio rural: "raspado“ y "trillado“.

•El primero es el método convencional que consiste en retirar una capa superficial de alrededor de 2 cms de espesor, cada vez que la carrera del filtro ha llegado a su fin.

•El método de "trillado" normalmente se puede aplicar a cada filtro varias veces al año, en la medida en que sea necesario, cada vez que el filtro alcance su valor límite de pérdida de carga. Este método se puede ejecutar manualmente en filtros medianos y pequeños con algunas adaptaciones

El raspado del lecho filtrante debe iniciarse cuando el nivel del agua en la caja del filtro llega al máximo y el agua empieza a rebosar por el aliviadero.

Este es uno de las etapas en el proceso de

mantenimiento del filtro.Raspado de la capa superior de arena

Por lo menos cada cinco años se realizara el lavado completo del filtro de la siguiente manera: Se retira con mucho cuidado la arena y la grava

para no mezclarlas.

Se lava la arena

Se cepillan las paredes de la caja del filtro

Se reacomoda el drenaje Y se vuelven a colocar el lecho de arena y la

grava

Retiro y lavado de gravas en las paredes del filtro

Este es uno de los procesos de mantenimiento que se deben de realizar cada cinco años a los filtros.

Si ha habido pérdida de arena y grava, será necesario reponerla. Si hay grietas en las paredes o en el fondo, deberán resanarse antes de colocar el lecho filtrante.

Cuando los sistemas están bien diseñados, operados y mantenidos, el afluente de las plantas de filtración lenta requiere de dosis muy bajas de cloro como última barrera; prácticamente solo para asegurar que el agua conserve su calidad bacteriológica hasta ser consumida.

EFICIENCIA DE REMOCION DE LOS FILTROS LENTOS

Los factores que influyen en la eficiencia de un filtro lento pueden agruparse en:• Calidad del agua cruda: tamaño de las partículas, turbiedad, sólidos suspendidos, algas, coliformes totales, otros organismos, materia orgánica, hierro y manganeso.• Diseño de las instalaciones.• Operación y mantenimiento.

A continuación se describen por separado cada uno de estos factores.

• CALIDAD DEL AGUA CRUDA Y EFICIENCIA DEL PROCESO

Se considera que en un filtro correctamente diseñado y operado, la turbiedad del efluente tratado debe ser inferior a 1 UT. Para cierto tipo de aguas, con concentraciones altas de turbiedad y sólidos suspendidos, para lograr esa eficiencia se requiere la utilización de pretratamiento o mantas sintéticas.

Normalmente durante la formación de la capa biológica (maduración del filtro), se supera ese límite. Esta situación también ocurre cuando hay variaciones bruscas de la turbiedad y de los sólidos suspendidos del agua cruda.

Por otra parte la eficiencia de la eliminación de parte de turbiedad y color, esta limitada por la ausencia de un proceso de coagulación que acondicione el afluente.

La reducción de color es especialmente pobre, un 20% a un 30% solamente debido a características fisico-quimicas de este coloide.

La remoción de turbiedad puede llegar hasta un 90% pero generalmente suele ser menor a 60%, dependiendo del comportamiento de la suspensión que se filtre.

EJEMPLOS DE FILTROS LENTOS EN NICARAGUA

En Nicaragua, el ministerio de salud ha iniciado la utilización de esta tecnología a partir de 1993, a través de pequeños proyectos en diferentes zonas del país como Jinotega, con el objetivo de lograr un impacto en la reducción de las enfermedades diarreas agudas y principalmente el cólera.

EJEMPLOS DE FILTRO LENTOS EN NICARAGUA

En el año de 1999 en el SILAIS Jinotega se distribuyeron 11,300 filtros de arena en comunidades de los municipios del El Cua, Bocay y Jinotega. Estas comunidades fueron seleccionadas en base a criterios de prevalencia de casos de diarrea, inexistencia de agua potable, mala calidad del agua y afectación por el huracán Mitch.

EJEMPLOS DE FILTRO LENTOS EN NICARAGUA

Municipio Comunidades beneficiadas

Numero de filtros distribuidas

Jinotega 59 2000

La concordia 10 200

El cua 44 1850

Bocay 46 3250

Wiwili 30 4000

Total 189 11300

COMUNIDADES CON FILTROS LENTOS DE ARENA DONADOS POR AID/OPS

Muchas Gracias Por Prestar Su Atención