Plantas de tratamientos de aguas secc: 07 sem: 10°

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UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO

Facultad de ingeniería civil

PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS

TAREA 1.

PROFESOR:

M. en C. AMIR RAMIRO GUZMÁN CHÁVEZ

ALUMNO:

MÉNDEZ HERNÁNDEZ ABIZAHI

MATRICULA: 1029310D

SEMESTRE 10, SECCIÓN 07

19 de febrero de 2015

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“FILTRACIÓN”

Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en suspensión en un líquido

mediante un medio poroso, que retiene los sólidos y permite el pasaje del líquido.

Los sistemas de filtración tratan el agua pasándola a través de lechos de materiales granulares (p.ej., arena)

que retiran y retienen los contaminantes. Los sistemas de filtrado convencionales, directos, lentos de arena

y de tierra diatomácea hacen todos un buen trabajo al eliminar la mayoría

de protozoos, bacterias y virus (si se usa la coagulación). Usualmente, los filtros de bolsa y cartucho no

eliminan los virus y muy pocas bacterias.

El agua no es un elemento fijo en nuestro organismo, necesita ser sustituida en períodos relativamente

cortos de tiempo. Nuestro cuerpo no tiene recursos hídricos de forma depósito, es una distribución variable

en función a la cantidad real de agua. En un plazo aproximado de unos 20 días se completa un ciclo de

intercambio completo en el cuerpo humano. A pesar de la enorme importancia del agua para todos los

procesos biológicos y nuestro bienestar general, nos faltan criterios apropiados para la correcta

clasificación de los métodos convencionales para tratar el agua.

Las aplicaciones de los procesos de filtración son muy extensas, encontrándose en muchos ámbitos de la

actividad humana, tanto en la vida doméstica como de la industria general, donde son particularmente

importantes aquellos procesos industriales que requieren de las técnicas químicas.

La filtración se ha desarrollado tradicionalmente desde un estudio de arte práctico, recibiendo una mayor

atención teórica desde el siglo XX. La clasificación de los procesos de filtración y los equipos es diversa

y en general, las categorías de clasificación no se excluyen unas de otras.

La variedad de dispositivos de filtración o filtros es tan extensa como las variedades de materiales porosos

disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares de cada aplicación: desde sencillos

dispositivos, como los filtros domésticos de café o los embudos de filtración para separaciones de

laboratorio, hasta grandes sistemas complejos de elevada automatización como los empleados en las

industrias petroquímicas y de refino para la recuperación de catalizadores de alto valor, o los sistemas de

tratamiento de agua potable destinada al suministro urbano.

TIPOS Y SISTEMAS DE FILTRACIÓN.

LA FILTRACIÓN CONVENCIONAL

La filtración convencional es una operación de varias etapas. Primero, utiliza un pretratamiento se agrega

un coagulante químico como sales de hierro o de aluminio al agua fuente. Después, se agita la mezcla

para inducir la unión de las partículas pequeñas en suspensión para formar grumos más grandes o

“flóculos” más fáciles de retirar. Estas masas coaguladas, o “flóculos”, se dejan asentar fuera del agua,

para que se lleven consigo muchos contaminantes. Al terminar estos procesos, el agua se pasa a través de

filtros de manera que las partículas restantes se adhieran por sí mismas al material de filtro.

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Los procesos de filtración convencional utilizan la sedimentación para permitir que los particulados se

sedimenten fuera del agua para su eliminación. Estos sistemas utilizan después un paso de sedimentación.

En este proceso, las partículas en el agua, incluidos los flóculos creados mediante floculación, se asientan

fuera del agua de manera natural por la fuerza de la gravedad. Estos contaminantes se aglutinan en el

fondo del sistema como un “fango” que debe ser eliminado periódicamente. La filtración directa elimina

este paso y permite que el material de filtro mismo realice el trabajo de filtrar los contaminantes.

Los coagulantes químicos deben ser manejados por técnicos expertos para lograr los resultados deseados,

por ese motivo es necesario contar con personal capacitado para manejar los sistemas de filtración.

La filtración convencional, al igual que otros sistemas de filtración, produce una mejoría significativa en

una amplia diversidad de aguas fuente. Éste se utiliza con mejores resultados en fuentes con flujo

constante y niveles bajos de algas — las cuales pueden obstruir los sistemas de filtración.

Los químicos de coagulación deben ser manejados por técnicos expertos para lograr los resultados

esperados, por ese motivo es necesario contar con personal capacitado para el manejo de las instalaciones

de tratamiento por filtración.

FILTRACIÓN DIRECTA

La filtración directa es similar a la filtración convencional, excepto que después de agregar el coagulante,

y después de agitar la mezcla, no hay una fase separada para la sedimentación. En vez de ello, las partículas

en suspensión son desestabilizadas por el coagulante y así se adhieren con mayor facilidad al material de

filtro cuando el agua se filtra posteriormente.

La filtración directa es un proceso relativamente simple de filtración, y es económicamente atractivo. El

sistema produce mejorías significativas en la calidad del agua fuente — pero los mejores resultados se

producen en aguas fuente de calidad relativamente alta, con flujos constantes y baja turbidez. Los niveles

elevados de algas, en particular, pueden obstruir los sistemas de filtración.

La filtración directa utiliza primero un coagulante químico, como sales de hierro o aluminio, las cuales se

agregan al agua fuente. Después, se agita la mezcla lentamente para inducir la unión de las partículas

pequeñas en suspensión para formar grumos más grandes o “flóculos” más fáciles de retirar

Después de terminar estos procesos, se pasa el agua fuente a través de filtros para que cualquier partículas

restantes se adhieran por sí mismas al material de filtro. Las partículas en suspensión son desestabilizadas

por el coagulante y por lo tanto se adhieren más fácilmente al material de filtro. Debido a que todas las

partículas se eliminan mediante filtración, la filtración directa no es apta para el tratamiento de aguas con

turbidez elevada. Una norma general es que la filtración directa es apropiada para aguas fuente con una

turbidez menor.

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FILTRACIÓN MECÁNICA

La filtración mecánica también se define como la eliminación de sólidos del agua. Para aplicar la

filtración mecánica los diseños se basan en las características de las partículas que se desean eliminar y la

carga de partículas que tiene el agua. Por lo general es más sencillo eliminar partículas grandes que

pequeñas y existen dos tipos básicos para realizar su remoción:

Empleando el tamaño de las partículas

Empleando la densidad de las partículas

Para el primer caso tenemos dos tipos de filtros:

De medio granular

En los que la eliminación de partículas ocurre en la superficie y el interior del medio de filtración

De superficie

En donde la remoción ocurre en la superficie del filtro, pero en este caso el tamaño de las partículas puede

ser predicho. La eliminación de sólidos puedes realizarse simplemente por la colocación de una reja

directamente en la línea de suministro de agua, de esta manera se denominan filtros de rejas estáticos y

las mismas pueden tener un sistema de auto limpieza por los que se han desarrollado las rejas rotatorias

de flujo radial, como la que se muestra en la figura 15.

Figura 15.- Malla rotatoria de flujo radial instalada en una granja de cultivo de peces.

Las rejas permiten eliminar los objetos grandes que contienen las aguas de suministro, pero son también

muy útiles para eliminar los desechos sólidos derivados de las heces fecales.

FILTROS DE MEDIO GRANULAR

La eliminación de partículas se realiza primero por un efecto de colado, posteriormente se produce un

impacto o intercepción, después adhesión y finalmente floculación.

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La operación del filtro comprende dos fases, la primera acción de filtrado y la segunda acción de

retrolavado o recuperación de las propiedades del filtro.

Figura 7.- Fotografías de un filtro mecánico de arena, sin el medio granular de su interior que lo constituye la arena sílica que se presenta en

la última fotografía.

Figura 8.- Diagrama de operación de un filtro mecánico de arena

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El medio granular puede ser de arena, grava o materiales plásticos, también el flujo de operación puede

ser ascendente o descendente, en la figura 8 apreciamos el filtro en operación y posteriormente en

retrolavado para recuperar sus condiciones de cama filtrante. Esta operación también se denomina

limpieza del filtro y se realiza invirtiendo el flujo en la cámara filtrante. Para poder operar el lavado los

filtros de arena están equipados con una válvula de paso que permite el control de la dirección del flujo

en el interior del filtro.

Figura 9.- Válvula de operación del filtro de arena

Los filtros de arena son empleados para la limpieza de albercas por lo que es fácil encontrar distribuidores

y diferentes modelos.

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FILTRACIÓN LENTA CON ARENA

La filtración lenta con arena fue el primer método utilizado por muchas ciudades durante el siglo XIX.

Estos filtros puede eliminar eficazmente los microorganismos que causan enfermedades transportadas por

agua — incluso protozoos como Giardia y Criptosporidium, al igual que bacterias y virus— una capacidad

que se demostró inicialmente con un descenso en los índices de enfermedades en las ciudades europeas

que iniciaron a aplicar el tratamiento. Los sistemas de filtración lenta en arena no tienen fase de

coagulación y, usualmente, tampoco tienen un paso de sedimentación. Se induce el paso lento y

descendente del agua a través de un lecho de arena de dos a cuatro pies (0,6 a 1,2 metros) de profundidad.

Una capa biológicamente activa se forma a lo largo de la superficie superior del lecho de arena, atrapando

así partículas pequeñas y degradando algunos contaminantes orgánicos En ruta, una combinación de

procesos físicos y biológicos filtra el agua y elimina los contaminantes.

Después del uso repetido, la arena se vuelve portadora de una multitud de bacterias, algas, protozoos,

rotíferos, copépodos, y gusanos acuáticos. Estos microorganismos ayudan al proceso de filtración

mediante la eliminación de contaminantes, no obstante que pueden ser afectados por las temperaturas de

agua menores que diez grados Celsius. Se dice que la arena que alberga estos organismos está “madura”,

y ésta es preferible a la arena limpia o nueva. Puede ser necesario que transcurran varias semanas o meses

para madurar la arena, dependiendo del contenido y la temperatura del agua. El proceso eventualmente

obstruye el lecho de arena y reduce las velocidades de los flujos hasta el punto en que sea necesario

eliminar las obstrucciones, típicamente mediante la inversión del flujo, o “retrolavado”.

Los sistemas de filtración lenta con arena quizá no puedan ser compatibles con el agua clorada porque

el cloro puede tener un impacto perjudicial en la colonia microbiológica del filtro. Por lo tanto, el agua a

ser desinfectada con cloro puede tratarse en las instalaciones de almacenamiento después de pasar a través

del proceso de filtración.

El almacenamiento ayuda también a agregar flexibilidad a los resultados en el agua del sistema. Los

sistemas de filtración lenta de arena no tienen capacidad para manejar mayores volúmenes de agua en

horas de máxima demanda, ni se los debe hacer funcionar con flujos menores que los óptimos durante los

períodos de mínima demanda.

Los sistemas lentos de arena funcionan bien solamente con agua fuente que tiene bajos niveles

de turbidez y algas, y sin contaminación de color. Estos sistemas tienen problemas particularmente con

altos contenidos de algas o de arcilla — los cuales pueden obstruir los lechos de arena. Por otro lado, el

agua rica en nutrientes, puede ayudar en la acción limpiadora de los filtros lentos de arena mediante el

refuerzo del componente biológico.

Usualmente, los sistemas lentos de arena son sencillos, requieren muy poco mantenimiento, y tienen

costos bajos de operación.

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Figura 10.- Filtro mecánico de flujo ascendente empleando medio plástico flotante, este tipo de filtros se denominan beadfilters.

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Los filtros de flujo ascendente denominados beadfilter son actualmente muy populares para la

eliminación de partículas ligeras, su funcionamiento se ilustra en la figura 10.

Los filtros de superficie son:

Mallas

Membranas

Cartuchos

Tierra de diatomeas

Por su naturaleza el tamaño de las partículas puede ser predicho con exactitud y en consecuencia la

superficie puede colmatarse fácilmente, haciendo muy difícil su limpieza razón por la cual muchos de

estos filtros son desechables una vez que se saturan y los lavados no permiten recuperar las propiedades

de origen. La figura 11 ilustra algunos de los contenedores y filtros de superficie empleados en

acuacultura.

Figura 11.- Contenedores y filtros de superficie, bolsas filtrantes, existen de diferente porosidad que van desde 20 a 1 micrómetros.

Figura 12.- Filtro de cartucho en operación.

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SISTEMAS DE MEMBRANA

Los sistemas de membrana para el tratamiento de agua originalmente se usaron únicamente en proyectos

de desalinización. Pero las mejoras en la tecnología de membranas los han convertido en una opción cada

vez más popular para la eliminación de microorganismos, particulados y materiales orgánicos naturales

que afectan el sabor del agua y enturbian su claridad.

Las membranas para el tratamiento del agua son láminas delgadas de material que permiten separar los

contaminantes según sus características como el tamaño o la carga eléctrica. El agua pasa a través de una

membrana; pero dependiendo de su tamaño, las partículas de mayor tamaño, los microorganismos y otros

contaminantes quedan separados.

Las membranas, especialmente las de ósmosis inversa y la nanofiltración, pueden ser una buena opción

para sistemas de tratamiento de agua en menor escala que enfrentan una amplia gama de contaminantes.

Sin embargo, ellos producen a menudo mayores volúmenes de aguas de desecho (o “concentrado”) que

la mayoría de otros sistemas de tratamiento (hasta el 15 por ciento del volumen total de agua tratada) y se

pueden obstruir con arcilla o con materiales orgánicos si el agua fuente rica en partículas no se filtra

primero.

Usualmente, el mantenimiento no es difícil, pero puede ser de alto costo dado que la primera acción

necesaria consiste en reemplazar la membrana según sea necesario. Los problemas de mantenimiento

tienden a involucrar membranas con fugas y contaminadas.

Algunos de estos sistemas son accionados a presión, dependiendo de la presión del agua para separar las

partículas según su tamaño. La microfiltración utiliza el mayor tamaño de poro, y puede eliminar arena,

limos, arcillas, algas, bacterias, Giardia y Criptosporidium. La ultrafiltración puede además

eliminar virus. Los sistemas de nanofiltración proporcionan protección casi completa contra virus,

eliminan la mayoría de contaminantes orgánicos, y pueden reducir la dureza del agua. Los sistemas de

ósmosis inversa son membranas densas que eliminan casi todos los contaminantes inorgánicos y casi todo

excepto las moléculas orgánicas de menor tamaño.

LA ELECTRODIÁLISIS

La electrodiálisis combina la tecnología de membranas con la aplicación de corriente eléctrica, para

separar los contaminantes según su carga eléctrica. A diferencia de otros procesos de membrana, el agua

de manantial nunca pasa a través de las membranas durante la electrodiálisis. Esta opción no se usa tanto

en instalaciones de tratamiento de agua de gran escala como algunas de las otras tecnologías descritas en

este documento. Por el contrario, se usa principalmente en aplicaciones médicas y de laboratorio que

necesitan agua ultrapura.

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FILTRACIÓN CON TIERRA DIATOMÁCEA

Los filtros de tierra de diatomeas requieren del uso de un soporte o esqueleto de mallas plásticas que

retendrá la tierra de diatomeas (diatomita) que será el elemento filtrante. La tierra se disuelve en agua y

se alimenta el filtro con la misma recirculando el agua hasta que la misma es retenida por las mallas de

filtración, en ese momento el filtro está listo para operar ya que retendrá todas las partículas que no puedan

atravesar las perforaciones de las tecas y epitecas de las diatomeas fósiles, esta operación se denomina

armado del filtro. La figura 13 muestra un filtro de tierra de diatomeas y el esquema de la figura 14 ilustra

su operación.

Figura 13.- Filtro de tierra de diatomeas, soportes de malla plástica para retener la tierra de diatomita (DE poder), detalles de operación del

filtro.

Formación del Pastel filtrante sobre las mangas de malla, plástica

Figura 14.- Diagrama de operación de un filtro de tierra de diatomeas e ilustración de la formación del pastel filtrante.

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La tierra de diatomeas forma un pastel filtrante sobre los soportes plásticos, mismo que se saturará de

material retenido y será necesario lavar después de un tiempo, para tal fin es suficiente con invertir el flujo

y desechar el contenido que será una mezcla de tierra de diatomeas y material filtrado. Para reestablecer

las propiedades del filtro será necesario repetir la operación de armado del filtro.

La filtración con tierra diatomácea se utiliza para eliminar físicamente los particulados, los cuales son

simplemente extraídos del agua fuente. El proceso es eficaz para la eliminación

de Giardia, Criptosporidium, algas y, dependiendo del grado, algunas bacterias y virus. La filtración con

tierra diatomácea usa como material de filtro las conchas fosilizadas de diminutos organismos marinos a

través de los cuales se hace pasar el agua sin tratamiento. La tierra filtra físicamente los contaminantes

particulados del agua.

El filtro de este sistema consiste en una torta de tierra diatomácea, una sustancia con la consistencia de

harina, es una sustancia como yeso fabricada con restos fosilizados y triturados de formas de vida marina

unicelular llamadas diatomeas.

Se hace pasar el agua a través de un sistema de filtros de tierra diatomácea mediante bombas que fuerzan

agua presurizada a través de la torta de material desde la admisión de la fuente, o utilizan succión por

vacío para extraerla desde el lado de la descarga.

A diferencia de muchas otras formas de filtración, los coagulantes químicos no se utilizan usualmente

para mejorar la aglomeración de partículas contaminantes. Debido a esta limitación, la filtración con tierra

diatomácea produce mejores resultados en el tratamiento de agua fuente de mayor calidad y que no

tenga contaminantes inorgánicos.

La capacidad del proceso se ajusta con facilidad para adecuarla a la de instalaciones de pequeña escala.

De hecho, este sistema de filtración fue desarrollado inicialmente durante la Segunda Guerra Mundial

cuando el ejército de EE.UU. satisfizo la necesidad de contar con instalaciones portátiles para el

tratamiento de agua. Los sistemas de filtración de tierra diatomácea son fáciles de operar y son

económicamente atractivos. Estos atributos los convierten en los favoritos para el alivio temporal en

tiempos de crisis, y en comunidades con muy pocos recursos económicos para financiar infraestructuras de

mayor costo.

Además de filtrar agua, este sistema de filtración es estándar en muchos procesos de fabricación, incluida

la fabricación de almíbares, aceites, antibióticos, productos químicos y bebidas alcohólicas.

FILTRACIÓN CON BOLSA Y CARTUCHO

Los sistemas de filtración dan tratamiento al agua al pasarla a través de materiales porosos que eliminan

y retienen contaminantes. Los filtros de bolsa y cartucho son sistemas sencillos y fáciles de usar que

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utilizan una bolsa tejida o un cartucho de filamento enrollado o un filtro fruncido para filtrar físicamente

los microbios y sedimento del agua fuente cuando ésta pasa a través del medio filtrante.

Estos sistemas son eficaces contra quistes de Giardia, pero no son suficientes para

eliminar bacterias, virus o productos químicos. Así, estos son más apropiados para aguas fuente de más

alta calidad y aquéllas con limitada turbidez.

La tecnología de bolsa y cartucho se está desarrollando rápidamente y está diseñada para el uso en

instalaciones de tratamiento de pequeña escala. Sistemas como éstos ofrecen además facilidad de

operación y mantenimiento, y requieren muy poca capacitación técnica para el operador. Los costos son

variables dependiendo de qué tan a menudo se deban cambiar los filtros.

Al igual que muchos otros filtros, los cartuchos se contaminan rápidamente con el agua con alto contenido

de partículas así que se recomienda mejor para agua con baja turbidez. De manera alternativa, los “filtros

preliminares” que utilizan arena, filtros de malla, cartuchos y otras sustancias para eliminar físicamente

los particulados grandes pueden dar tratamiento previo al agua.

Es necesario cambiar más frecuentemente los materiales filtrantes cuando el agua tiene alto contenido de

particulados. Con el uso repetido de los sistemas de bolsa y cartucho, los microbios pueden crecer en los

filtros, no obstante que esto se puede corregir con el uso de un desinfectante. Puede ser necesario el uso

de desinfectantes si los ensayos de agua revelasen que es necesario eliminar virus en el agua fuente.

FILTRACIÓN DE CERÁMICA

Los filtros de cerámica se han utilizado para el tratamiento de agua durante varios siglos. No obstante que

en la actualidad se comercializan para sistemas de tratamiento de agua centralizados, la mayoría de los

filtros de cerámica ahora se fabrica para aplicaciones de punto de uso. En los países en vías de desarrollo,

éstos se fabrican localmente algunas veces como una microempresa autofinanciada. Típicamente a estos

dispositivos se les da la forma de maceta o tazón y se los impregna con diminutas partículas de plata

coloidal como desinfectante y para prevenir el crecimiento de bacterias en el filtro. El filtro se asienta en

un receptáculo plástico o cerámico de 20 a 30 litros de capacidad con un grifo.

Los ensayos de laboratorio han demostrado que, si se diseñan y producen correctamente, estos dispositivos

pueden eliminar o inactivar casi todas las bacterias y parásitos protozoarios. Su eficacia contra los virus es

desconocida.

La limpieza y el mantenimiento del filtro es crítica; así que al que igual otros sistemas de bajo costo de

aplicación en el punto de uso, éste produce mejores resultados cuando se lo combina con un programa

educacional acerca de almacenamiento seguro, limpieza de filtros, y otras prácticas recomendadas.

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Las ventajas de los filtros de cerámica son su facilidad de uso, larga vida útil (si no se los quiebra) y bajo

costo relativo. Entre las desventajas se incluyen la posible recontaminación del agua almacenada debido

a la ausencia de cloro residual y un caudal relativamente bajo de uno a dos litros por hora. Estos filtros son

un cartucho que se ajusta a un filtro normal de sobremesa. El núcleo del filtro contiene conchas pequeñas

de silicio, una sustancia fósil. El agua pasa a través de estas conchas. Los filtros pueden ser renovados

mediante el cepillado y su enjuague con agua

Filtración biológica con arena

Los sistemas lentos de arena han sido adaptados recientemente como sistemas de punto de uso,

especialmente en países en vías de desarrollo. En este contexto éstos se conocen generalmente como filtros

“biológicos de arena”. La filtración biológica en arena (Biosand) es un sistema de filtración en el punto

de uso análogo a la filtración lenta en arena, pero su eficacia está mucho menos establecida que ésta

última.

Comúnmente, un filtro biológico de arena tiene la forma de un recipiente de menos de un metro de altura

y quizá 30 cm de anchura y de profundidad, rellenado con arena. La capa biológicamente activa, la cual

demora de una a dos semanas en desarrollarse completamente, puede conservarse al mantener el nivel del

agua por encima de la parte superior de la arena. Al igual que con los filtros lentos de arena, esta capa

bioactiva ayuda a filtrar, adsorber, destruir o inactivar patógenos. Usualmente, se coloca una

placa porosa encima de la arena para no perturbar la capa bioactiva al agregar el agua. Los usuarios

sencillamente vierten agua en la parte superior del aparato, y recolectan el agua tratada al salir por la

descarga.

En ensayos de laboratorio y de campo, los filtros biológicos de arena mostraron haber eliminado casi

todos los protozoos, y la mayoría de bacterias. Su desempeño con los virus no está bien establecido.

El aparato se puede construir utilizando hormigón — un material disponible comúnmente y relativamente

económico. El mantenimiento es muy sencillo, usualmente consiste en agitar la superficie superior de la

arena aproximadamente una vez al mes y recolectar manualmente el material en suspensión. El costo de

mantenimiento es muy bajo, dado que hay muy pocas o ninguna parte qué reemplazar.

FILTRACIÓN BIOLÓGICA O BIOFILTRACIÓN

Los efluentes de la actividad de cultivo contienen material orgánico y nitrógeno en forma disuelta

y/o partículado

.Los orígenes de los desechos son:

alimentos sin consumir - alimentos sin digerir - materias fecal es

otros productos de excreción

Los desechos pueden ser transformados en el sistema de cultivo por procesos

- físicos - químicos - biológicos

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En términos generales la mayoría del material orgánico que se encuentra en las aguas usadas por la

acuacultura está en forma de sólidos y a su vez la mayoría de los desechos de nitrógeno inorgánico están

contenidos en forma disuelta.

Para realizar el proceso de filtración biológica es necesario que todas las partículas en suspensión sean

eliminadas, de tal forma que no produzcan interferencia en las unidades de biofiltración que consiste en:

eliminación de material orgánico

eliminación de amonio

Por medio de actividad de microorganismos (bacterias) que producirán como residuo una forma no tóxica

del amonio (nitratos) y dióxido de carbono.

Figura 24.- Descripción del proceso de nitrificación realizado por las bacterias aeróbicas nitrosomonas (izquierda) y nitrobacter (derecha),

durante el proceso de filtración biológica.

Durante el proceso de nitrificación los organismos nitrificadores son muy sensibles a cambios de pH. El

rango óptimo es entre 7.0 Y 8.0 el grupo de las bacterias nitrobacter son más sensibles a los cambios de

pH.

La tasa de nitrificación depende de la temperatura

La tasa de nitrificación puede estar limitada por la concentración de oxígeno o por la concentración

de amonio

Los sistemas he filtración biológica se basan en el uso de superficies a las cuales se adhieren los

microorganismos

Para proporcionar las superficies colonizarles por las bacterias se usan sustratos filtrantes con áreas muy

grandes con respecto al volumen ocupado, los materiales usados incluyen:

arena

plásticos

arcillas expandidas

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Figura 25.-Medios usados para la fijación de bacterias en los filtros biológicos, por lo general se han denominado bioelementos, la fotografía

de la derecha presenta arcillas expandidas.

Sobre estos sustratos las bacterias forman un biofilm y transforman el amonio proveniente del material

orgánico del agua, sin embargo las bacterias devuelven sus desechos al agua mismos que son; dióxido de

carbono, nitritos y nitratos.

La tasa de transformación de amonio a nitrato se expresa como:

gramos de TAN nitrificado / m2/ día

- En general, el diseño de los filtros biológicos aún tiene muchos elementos empíricos y sus

configuraciones son:

flujo hacia arriba

flujo hacia abajo

flujo lateral

medio de filtración sumergido

medio de filtración no sumergido

medio de filtración estático

medio de filtración en movimiento

arena fluidizas o lodos activos

Figura 26.- Unidad de filtración biológica rotatoria de configuración parcialmente sumergido.

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Figura 27.- Unidad de filtración de cascada

Figura 28.- Esquema de una unidad de lodos activos o fluidizados y dos modelos comerciales.

FILTRO DE RETROLAVADO

Este filtro es un gran tanque con una sustancia de filtrado, llamado medio de filtrado. El agua entra en la

parte superior a través de una válvula de control y pasa a través del medio. Las impurezas son atrapadas

y retenidas hasta que el filtro está saturado con impurezas. Una vez que el filtro está lleno el agua se

precipita hacia atrás y pasa hacia arriba a través del medio y sale a través de la válvula de control del filtro.

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MÉTODOS PARA FILTRAR EL AGUA POTABLE: COMPARACIÓN DE TECNOLOGÍAS

PREFILTRACIÓN

La prefiltración es el primer paso para asegurarse de un buen funcionamiento de los dispositivos

posteriores. Como prefiltro se utilizan cartuchos filtrantes sedimentarios, que retienen partículas de arena,

lodos, óxido…etc. de un tamaño medio de entre 20 y 90 micras del agua de red urbana, Las partículas de

cal solo son filtrables cuando ya se forman como partículas. La mayoría de la cal esta en forma de iones

en el agua que se convierten en partículas en cuando entra en contacto con metales.

Prefiltración es un método de filtrado puramente mecánico. Es utilizado principalmente en instalaciones

depuradoras municipales y para la limpieza de aguas residuales industriales o también como prefiltro en

instalaciones particulares de agua de la red urbana. No elimina substancias químico–orgánicas volátiles

Trihalomethan o residuos de plomo. Utilizando ciertos cartuchos de filtrado sedimentario no químicos

también se pueden eliminar malos olores del agua.

Filtro cerámico y polifibras. En la superficie de las polifibras pueden formarse colonias de bacterias debido

al ralentizamiento del paso de agua a través del filtro.

Procedimiento ultravioleta

La radiación ultravioleta es utilizada para la desinfección del agua. Con una longitud de onda de 253,7

nm de radiación UV-C, aproximadamente. El 85% de la radiación es absorbida por el núcleo celular

bacteriano, impidiendo el metabolismo en el núcleo y por lo tanto su reproducción. Mediante este

procedimiento se eliminan virus, bacterias, hongos y levaduras. Para una desinfección efectiva hay que

tener en cuenta la correcta intensidad y duración de la radiación. De manera que la efectividad depende

de la potencia de las lámparas UV utilizadas y, por supuesto, de la transparencia del agua a tratar. La

radiación ultravioleta es dañina para la piel y los ojos.

Todavía no se ha investigado el posible daño que este tipo de radiación puede causar en la estructura

cristalina del agua, pero ya hay ciertos indicios al respecto en el campo de la biofísica.

Los filtros UV pasan luz de alta frecuencia a través de un elemento de cristal. El agua que pasa a través

del elemento de vidrio está expuesta a la luz UV y todos los organismos vivos mueren. Las pruebas de

laboratorio deben hacerse para confirmar la pureza del agua.

ABLANDADOR DE AGUA (DESCALCIFICACIÓN)

La mayoría de los aparatos para ablandar aguas duras trabajan mediante un sistema de intercambio de

cationes por medio de cloruro de sodio o cloruro de calcio, para reducir la dureza del agua debido a un

exceso de iones calcio y magnesio. El cloro es un factor que endurece bastante el agua. Es decir que los

iones endurecedores en el agua son sustituidos por iones sodio y calcio. El medio del ablandador se repone

reconstituye mediante una solución de salina. El cloro es un factor que endurece bastante el agua por su

componente desinfectante Calciumhypochlorit. Se considera que el método no es contaminante para el

medio ambiente, y que los fosfatos dosificados también se encuentran comúnmente en los alimentos, que

forman una parte importante de la composición ósea, y que intervienen en el metabolismo de las

actividades musculares y cerebrales. Supuestamente los detergentes, los ácidos empleados para la

descalcificación de tuberías, así como el aumento de consumo energético, suponen una carga

medioambiental mayor. Esto equivale a comparar manzanas con peras. Este tipo de comparaciones son

absurdas. Sistemas ablandadores del agua deberían de utilizarse solamente allí donde sea realmente

inevitable. Estos aparatos son utilizados exclusivamente para reducir la dureza del agua. No son filtros ni

aparatos de limpieza. < ! > Además se recomienda evitar el uso de este tipo de sistemas en instalaciones

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que dispongan de aparatos de filtrado, es decir, para suministros de aguas potables o aguas que se utilicen

para la higiene personal.

Existen nuevos métodos para el ablandamiento de aguas que en realidad no están basados en la

descalcificación del agua, sino que que limitan los daños producidos por la misma. La cal es

estructuralmente transformada para limitar su decantamiento y deposición. Es decir que la estructura

cálcica no es disuelta, sino que se forman nuevas estructuras cristalinas que fluyen con el agua sin

aglomerarse. Estas en su mayor parte son filtrables, y se pueden eliminar fácilmente de las superficies.

SISTEMA DE ÓSMOSIS INVERSA

Mediante este procedimiento el líquido a tratar es comprimido a presión a través de una membrana

sintética semipermeable. Esta membrana solo permite el paso a agua pura, substancias disueltas y no

disueltas en el agua no pueden penetrar dicha membrana y son desechadas regularmente como resto

residual.

La ósmosis inversa fuerza el agua contra una súper fina membrana semipermeable. La membrana rechaza

los contaminantes y evita que pasen. Al oxígeno se le permite pasar a través de la toma de agua haciendo

que tenga un mejor sabor.

Ósmosis

La membrana utilizada no dispone de poros. Se diferencian entre membranas de agua dulce y membranas

de agua salada. El proceso funciona de manera que el agua con alto contenido sedimentario es sometida

a presión y orientada hacia la membrana semipermeable, de manera que la presión acumulada supere a la

presión natural osmótica. De esta manera las moléculas de agua pasan de la solución de mayor

concentración a la solución de menor concentración

Un proceso de filtrado ideal a través aparatos de ósmosis contendría las siguientes etapas: 1. un filtro de

sedimentos, 2. un filtro de bloque de carbono grueso, 3. el sistema de membrana, 4. un depósito para el

agua resultante, que esté separado físicamente de la membrana, y por último, 5. un filtro de bloque de

carbono activo de grano fino conectado posteriormente. A este proceso de obtención de agua pura habría

que acoplarle un sistema de remineralización y para revitalizar el agua.

DESTILACIÓN

Mediante este método se calienta el agua hasta alcanzar el punto de ebullición y se recoge el vapor de

agua condensada. El método más simple es recoger el agua que se condensa en la tapa del envase. Muchos

de los elementos contaminantes quedan atrás, especialmente los metales pesados. Algunos elementos

perjudiciales que pasan fácilmente al estado gaseoso, como ciertos productos químicos orgánicos, pueden

unirse fácilmente al agua condensada. De manera que el proceso de destilación no puede eliminar todas

las sustancias químicas (Gráfico de destilación 2).

Este método elimina todos los minerales, incluyendo los que son favorables para la salud humana. Este

proceso consume mucha energía y es por lo tanto un proceso costoso. También si tenemos en cuenta que

los minerales esenciales que se pierden tienen que ser suministrados adicionalmente al cuerpo para evitar

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posibles procesos degenerativos o carencias. A este método para la obtención de agua pura no solo sería

recomendable, sino imprescindible sumarle otro para energetizar o revitalizar la misma.

FILTRO DE CARBONO ACTIVO GRANULADO

Los filtros de carbón absorben los contaminantes o los contaminantes se

adhieren a las superficies de las partículas de carbono. Estos filtros pueden

atrapar arena, la suciedad y otras partículas. También funcionan bien para la

eliminación de algunas sustancias químicas orgánicas

El agua gotea por gravedad en un depósito. Mayoritariamente se usa

granulado de carbono en los filtros de jarra. El principio de funcionamiento

es la capacidad de atracción que tiene carbón activo, según de la calidad del

material. Estos filtros tienen habitualmente una capacidad menor que otros sistemas de filtrado. El agua

fluye alrededor del carbono en vez de atravesarlo. Durante este proceso se retienen cloro y malos olores

y/o sabores. Retienen las cosas que pegan en los granulados. A menudo se le añade nitrato de plata al

granulado del filtro para evitar la formación de bacterias. Hablando de bacterias…, según la normativa

europea para aguas potables, estas no pueden contener más de 100 gérmenes por milímetro. Sin embargo

no se especifica una diferenciación entre gérmenes patógenos y no patógenos. El gran peligro es la

recontaminación con bacterias cuando el cartucho no se cambia estrictamente en el tiempo recomendado.

FILTROS DE BLOQUE DE CARBONO (COMPRIMIDO Y PRENSADO)

La calidad más alta posible es la de masa de carbón de coco

carbonizado y activado con vapor caliente. En lugar de gases y

adhesivos se vierte la masa en moldes preparada para un proceso

horneado. La ventaja es que tienen poros absolutamente homogéneos y

una superficie interna enormemente agrandada. Estos filtros se

consideran muy efectivo para la eliminación de un amplio abanico de

sustancias perjudiciales del agua. El carbono es comprimido hasta

convertirse en una estructura densa que obliga a cada molécula de agua

a traspasar poros microscópicos de un tamaño similar sobre toda la

altura del bloque. Lo bueno de este proceso es que no son eliminados

los minerales esenciales.

Se eliminan todas las sustancias nocivas tales como bacterias, esporas

de hongos, legionela, suciedad, plomo y partículas de cal, así como

asbesto y otras toxinas. Igualmente se filtran sustancias diluidas tales

como metales pesados, cloro, venenos industriales, disolventes y

pesticidas.

Interesante es que hay sistemas pequeños de sobre mesa con el mismo

poder de filtración como los sistemas fijos de instalación, porque son

a base de los mismos cartuchos. Los sistemas de bajo fregadero tienen

la Filtro bloque con membrana ventaja que pueden ser ampliados muy fácil si fuese necesario.

También existe esta clase de soluciones para toda la casa utilizando buenos cartuchos de carbón.

La tendencia se dirige hacia estos filtros de bloque de carbono, para la limpieza del agua, porque es eficaz,

no es muy aparatoso y es relativamente económico; hasta para el agua en toda la casa existen soluciones

económicas desde un apartamento, piso, casa unifamiliar o de varias viviendas. .

Filtro bloque con membrana

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Además se puede combinar muy bien con cualquier tipo de mineralización o vitalización, lo cual es aún

más importante que la mayoría de los tratamientos limpieza.

REMOLINO

La utilización de remolinos en la filtración del agua es nuevo. Los movimientos en remolino pueden

sustituir completamente a los productos químicos y las membranas. Este es el resultado de nuevas pruebas

que se han realizado. Estas ya muestran claramente que esto es posible. Lo verdaderamente genial de esto,

es que los efectos del remolino pueden solucionar varios problemas de una sentada. Grandes máquinas

generadoras de remolinos ya fabrican a día de hoy hielo cristalino que, gracias al menor número de bolsas

de aire encerradas, casi no se rompe. Por primera vez ya es posible fabricar la nieve para las estaciones de

montaña sin productos químicos. La eliminación de algas de tanques de agua, piscinas y aguas estancadas,

así como la reducción de los gérmenes es una aplicación ya conocida de la energización del agua con

remolinos. Para la ciencia, hasta ahora esto solo era posible con productos químicos.

La base tecnológica de la investigación con vórtices implosivos proviene de la observación de que el agua

sucia se limpia a sí misma en el curso del río. El constante movimiento en remolino extrae el aire del agua

y le vuelve a introducir aire fresco, esto provoca la muerte de los microorganismos. Aunque esto ya lo

descubrió Víctor Schauberger hace 90 años. Es bueno que el conocimiento científico finalmente lo

reconozca también, y se aplique por medio de técnicas muy útiles y modernas. Hasta ahora los remolinos

solamente se utilizaban en el ámbito de la energización del agua, cuyos usuarios a menudo eran

ridiculizados.

Dos inventores suecos, el ingeniero de desarrollo CurtHallberg y su colega MortenOveson – los inventores

de estas máquinas – hicieron sus primeras observaciones sobre el fenómeno del remolino sobre modelos

matemáticos y después desarrollaron una máquina muy sencilla para poder estudiar el movimiento del

agua sobre el modelo. Estos son los comienzos científicos de un principio muy antiguo. Ya se tienen en

mente muchos campos de aplicación, entre los cuales también se encuentran las depuradoras públicas.