Filtros Biológicos o Filtros Percoladores

- ALFARO LOZANO PABLO- GASPAR MARTINEZ FERNANDO- SERAFIN LOEZA ARTURO

TRATAMIENTOS BIOLÓGICOSEl fin del proceso biológico es lograr la depuración de las aguas residuales mediante la acción de los microorganismos, que degradan y eliminan la materia orgánica.

La composición del agua residual afecta directamente a la posibilidad de tratamiento biológico. Al tratarse de un sistema vivo, es preciso conocer:

La temperatura del efluente, El ph, El contenido de sales, La presencia de nitrógeno y fósforo necesarios para el

desarrollo de las bacterias La presencia de tóxicos que pueden inhibir parcial o

completamente el funcionamiento del proceso.

CLASES DE PROCESOS BIOLÓGICOS TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS

Aerobios: Son realizados por microorganismos vivos, cuyo metabolismo tiene lugar en presencia de oxígeno disuelto. Los productos finales son principalmente CO2 y H2O, con desprendimiento de energía, en parte empleada en la formación de nuevos microorganismos, de gran importancia en este proceso para las reacciones de síntesis.

Anaerobios: Son realizados por microorganismos cuyo metabolismo se realiza en ausencia de oxígeno, pudiendo verse gravemente afectados por la presencia de este elemento. Los productos finales mayoritariamente son CH4 y CO2. Las reacciones de síntesis se realizan con poca extensión lo que obliga a utilizar sistemas de retención de microorganismos.

Un Filtro Biológico es una cama de grava o un medio plástico sobre el cual se rocían las aguas negras pretratadas, esta agua está en contacto con los microorganismos inmovilizados en la superficie.

En este sistema de filtro percolador, los microorganismos se apegan al medio del lecho y forman una capa biológica sobre éste. A medida que las aguas negras se percolan por el medio, los microorganismos digieren y eliminan los contaminantes del agua.

FILTROS BIOLOGICOSDEFINICIÓN

El sistema más común de este tipo de filtros es un tanque circular con diferentes profundidades dependiendo del porcentaje de agua a tratar, conocidos como bio-torres.

Las características importantes son:El área superficial específicaLa porosidad.

La primera se refiere a la cantidad de medio que se encuentra disponible para el crecimiento de la bio-película. La porosidad es una medida del espacio disponible para el paso del agua residual y el aire para ventilar los gases producidos.

Disposición física de los filtros PercoladoresLos filtro percoladores son

lechos de 1 a 12m de profundidad rellenos de materiales tales como roca, clinkers o materiales sintéticos.

Estos rellenos de material plástico se encuentran en el mercado en formas diversas.

Dow Chemical Co., Ethyl Corporation, B.F. Goodrich, Norton Co.

Parámetros Principales

Los Parámetros principales de un Filtro Biológico son:

Superficie específica: se define como los m2 de superficie de relleno por m3 de volumen total. Cuanto mayor sea la superficie específica mayor será la cantidad de limo biológico por unidad de volumen.

Porcentaje de huecos: Cuanto mayor sea, se facilita el flujo y se consiguen cargas hidráulicas mayores sin peligro de inundación.

Por lo regular, el empaque de los filtros se hace con piedras trituradas que producen superficie dura, durable y químicamente resistente para el crecimiento de la bio-película.

Pedazos de roca (generalmente) entre 50-100 mm genera el área superficial específica entre 50-65[m2/m3] con porosidad entre 40-50%. También es posible emplear empaques de plástico de varias formas para aumentar el área superficial y la porosidad. Es posible conseguir hasta 200[m2/m3] y porosidad de hasta 95%.

Relleno (Plastico) Relleno sintético

• Diámetro: 4 - 5 cm

• Área superficial específica: 80 - 110 (m2/m3) de volumen global.

• Porcentaje de huecos: 45-55 %

• Carga hidráulica máxima: 3.4 (x10- 4) (m3/s · m2)

VENTAJAS• Permiten profundidades del relleno hasta de 12 m.

•Superficies específicas de hasta 220(m2/m3) de volumen total

•Cargas hidráulicas elevadas, hasta: 2,8 (x10-3) (m3/s · m2)

•Existe un riesgo menor de quedar obstruidos por las aguas residuales que arrastran cantidades importantes de sólidos en suspensión.

•Debido a su peso ligero requieren una estructura de soporte más barata.

DESVENTAJAS• Precio comparativamente elevado.

• Resultan inadecuados para obtener rendimientos en el tratamiento de las aguas residuales relativamente importante al compararlos con los que se consiguen con los rellenos normales.

El proceso de los filtros percoladores esta compuestos de: sistema de distribución. material de relleno, de gran superficie específica. sistema inferior de drenaje.aireación por "tiro de chimenea".clarificación secundaria.

El agua residual a tratar, previamente decantada, es repartida, mediante el sistema de distribución, por toda la superficie del material de relleno, el agua se filtra poco a poco por el material de relleno dejando con el tiempo una película de materia orgánica que contiene bacterias oxidantes.A medida que el agua sigue fluyendo las bacterias trabajan estabilizando el agua, una vez que el líquido llega al fondo es recolectada por bloques de desagüe con las dimensiones necesarias para evitar el paso del material de relleno.

Capa BiológicaLa capa del limo que se forma

junto al relleno tiene un espesor total comprendido entre 0.1 y 0.2mm.

Está formando de una subcapa aerobia y otra anaerobia.

El espesor de la subcapa aerobia es función del caudal residual aplicado y de su DBO.

Cuanto mayor sea la DBO del afluente menor será la subcapa aerobia, ya que se presenta un consumo mas rápido de oxígeno.

Cuando el espesor de la Capa Biológica supera los 2 mm, puede presentarse una obstrucción en el relleno, perjudicando el flujo del agua residual y la transferencia de oxígeno a los microorganismos aerobios.

Si esto sucede la materia orgánica comienza a metabolizar antes de alcanzar la capa, esto la deja sin alimento. Por lo tanto se desprende y es recogida en un clarificador posterior.

Hay que tener presentes que se está dejando una película de materia orgánica ventilada, esto puede ocasionar la aparición de plagas como mosquitos, por lo cual conviene evaluar todas las posibilidades y mecanismos de control.

ALGUNOS MATERIALES USADOS EN LOS FILTROS BIOLOGICOS

Rellenos

Tradicionales

PuzolanaCoque

Metalúrgico

Piedras Silíceas

Trituradas

Modernos

Platico

Tipos de Filtros PercoladoresFiltros de Baja Carga.Filtros lentos en los cuales el agua hace un sólo paso a través del filtro, con cargas volumétricas bajas, permitiendo además una nitrificación relativamente completa. - Es seguro y simple de operar.- Producen una composición del efluente bastante estable- Crean problemas de olores y moscas. 

Filtros de alta carga.Emplean la recirculación para crear una

carga hidráulica más homogénea, diluyendo el DBO del efluente

El porcentaje de recirculación puede llegar a 400%

Eficiencia tan buena como la de los filtros de baja carga.

Evita en gran medida el problema de moscas y de olores

Filtros percoladores convencionales o de tasa baja

Reciben cargas orgánicas que varían entre 0 y 0.4 kg de DBO5/(día*m3)de volumen del filtro

La carga hidráulica puede fluctuar entre 1.0 y 3.7 m3/(día*m2) de superficie del filtro

No utiliza recirculación para mantener una carga hidráulica constante.Dosificación de las aguas residuales un poco intermitente.Presentar problemas de operación por la noche cuando el caudal es

muy bajo.Si el periodo entre las dosificaciones es muy largo se pueden presentar

problemas de secamiento de la bio-película.Se deteriora bastante la eficiencia del filtro.  periodos secos no sean mayores de 1 - 2 horasEficiencia: la remoción de DBO de este tipo de filtro se encuentra entre

el 80 y 90%  Piedras de canto rodado de 5 y 10 cm de diámetroProfundidades que oscilan entre 1.8 y 2.4 metros

Filtros de tasa intermediaLa nitrificación se presenta de manera parcial

Se suele inundar el lecho por el excesivo crecimiento biológico, obstruyendo el flujo de agua residual.

 Medio filtrante de mayor diámetro

Profundidades del reactor oscilan entre los 1.8 y 2.4 metros

Las cargas orgánicas varían entre 0.24 y 0.48 kg de DBO5/(día*m3)

Cargas hidráulicas entre 3.7 y 9.4 m3/(día*m2) considerando la recirculación.

Filtro de tasa altaIncrementan considerablemente las cargas orgánica e

hidráulica que se aplican al lecho.

Su eficiencia en la remoción de materia orgánica es más baja comparada a los filtros de tasa baja entre el 65% y 85%

 Poca nitrificación en el proceso

Profundidades del lecho son por lo general menores (0.9 – 1.8 m)

Siempre se utiliza la recirculación para garantizar una carga hidráulica constante

Las cargas orgánicas varían entre 0.32 y 1.0 kg DBO5/(día*m3) de lecho las cargas hidráulicas entre 9.4 y 37.0 m3/(día*m2). 

Filtro de tasa súper alta Surgen a partir de estudios realizados por el gran aumento en las aguas

residuales

Las características físicas del medio filtrante permitían variar las condiciones estructurales de diseño con ello aumenta la profundidad de los lechos

Se les puede aplicar unas cargas orgánicas que varían entre 0.8 y 6.0 kg de DBO5/(día*m3)

Cargas hidráulicas entre 14.0 y 84.0 m3/(día*m2).

A pesar de presentar mayores cargas orgánicas e hidráulicas, la eficiencia del proceso es equivalente al de los filtros de tasa alta, encontrándose esta entre el 65 y 80%. 

Se utiliza para el tratamiento de aguas residuales con altos valores de DBO

Se diseñan para profundidades entre 3.0 y 12.0 metros

Sistema De Filtro Percolador

Tanque séptico: Elimina los sólidos que se asientan y flotan de las aguas negras.

Tanque de dosificación/clarificador: Es un tanque de hormigón o de fibra de vidrio que permite que los materiales biológicos se sedimenten del agua. También tiene una bomba para dosificar el agua por encima del filtro.

Filtro percolador: Es un tanque con algún tipo medio, ya sea de grava o de material plástico. Las aguas negras se distribuyen sobre el medio y fluyen hacia abajo a través de la superficie del medio en una capa fina. Luego, sale por abajo del tanque y fluye hacia el tanque de dosificación/clarificador.

Sistema de aplicación al suelo: Distribuye el agua tratada por debajo de la superficie del suelo.

VENTAJAS DESVENTAJAS

•Altas eficiencias de remoción, 75% -85% sólidos en suspensión y microorganismos 95%-99%

•Bajo consumo de energía

•No se necesita energía para la aireación

• Respuesta lenta y recuperación más rápida de los cambios bruscos de la DBO

• Son menos sensibles a la presencia de sustancias tóxicas en el afluente.

• Operación sencilla que necesita menos control y mantenimiento que los lodos activados.

•Distribución homogénea de las aguas residuales sobre toda la superficie del filtro.

•Rotación del distribuidor mediante empuje hidrostático

• Requiere de una clarificación previa (lodos primarios).

• Rendimiento inferior (en la disminución de la DBO) a los lodos activados.

• Costos de inversión elevados (aproximadamente 20% mayor a los lodos activados) por obra civil, equipamiento y operación

• Sensible al atascamiento

• Mayor capacitación para operadores

• Producción de lodos inestables

• Posibilidad de olores.

Fuentes consultadas R.S Ramalho. Tratamiento de aguas residuales. Reverté, 2003.Fair . Geyer Purificación de aguas y tratamiento y remoción de

aguas residuales. Vol. II Editorial Limusa. México, D. F. (2005)Metcalf . Eddy. Tratamiento y Depuración de las Aguas

Residuales. Editorial Labor. 3ª. Edición. Madrid. (1977).Ruiz, I. Alvarez, J. Soto, M. El Potencial de la Digestión

Anaerobia en el Tratamiento de Aguas Residuales Urbanas y Efluentes de Baja Carga Orgánica. Facultad de Ciencias, Universidad de La Coruña.España.(2001).

http://ergodic.ugr.es/cphys/lecciones/percolacion/percolacion.pdf

http://www.ecodena.com/filtros-biologicos-y-percoladores.htmlhttp://filtrospc.blogspot.mx/http://repository.tamu.edu/bitstream/handle/1969.1/87092/

pdf_1528.pdf?sequence=1