El primer filtro percolador se puso en funcionamiento en Inglaterra en 1893. El concepto de filtro percolador nació del uso de filtros de contacto, que eran estanques impermeables rellenos de piedra machacada. En su funcionamiento el lecho de contacto se llenaba con el agua residual desde la parte superior y se dejaba que se pusiese en contacto con el medio durante un corto periodo de tiempo. El lecho se vaciaba a continuación y se le permitía que reposase antes de que se repitiera el ciclo. Un ciclo típico exigía 12 horas de las cuales había 6 horas de reposo.

El filtro percolador moderno consiste en un lecho formado por un medio sumante permeable al que se adhieren los microorganismos y a través del cual se filtra el agua residual. El medio filtrante consiste generalmente en piedras cuyo tamaño oscila de 2,5 a 10 cm de diámetro. La profundidad de piedras varían en cada diseño particular, generalmente de 0,9 2,4 m con una profundidad media de 1,8 m. Existen filtros percoladores que utilizan unos medios filtrantes plásticos, que constituyen una innovación mas reciente y que se construyen de sección cuadrada u otra cualquiera, con profundidades de 9 a 12 m. el lecho del filtro es generalmente circular y el liquido a tratar se rocía por encima del lecho mediante un distribuidor giratorio.

Cada filtro posee un sistema de desagüe inferior para recoger el liquido tratado y los sólidos biológicos que se hayan separado del medio. Este sistema de desagüe inferior es importante, tanto como instalación de recogida como su estructura porosa a través de la cual puede circular el aire.

Los filtros percoladores son considerados como tratamiento secundario del agua residual. En estos se pueden alcanzar una calidad del efluente de 20 a 30 mg/L de DBO.

Estos también se consideran como una unidad de pre-tratamiento o acondicionamiento para el tratamiento del agua residual del tipo industrial o combinado con el agua residual.

Estos además de remover la materia orgánica y sólidos suspendidos pueden eliminar nitrógeno y fosforo.Estos son particularmente vulnerables a cambios climatológicos variando considerablemente en las estaciones de invierno y verano.

Los principales factores que se deben considerar en el diseño de percoladores son:

Composición Tratabilidad del Agua Residual Pre tratamiento Medio de Soporte Profundidad del Reactor RecirculaciónCargas e HidráulicaVentilación y temperatura

Como el proceso de tratamiento del agua residual por filtros percoladores corresponde a una oxidación bioquímica, la determinación de DBO a los 5 días y 20 C es el principal parámetro para asegurar la fuerza del agua y la calidad del efluente. Esta se utiliza con el flujo para calcular la carga orgánica. Se deben considerar para el tratamiento del agua residual, las variaciones horarias, diarias y estacionales del volumen y fuerza de la misma. Tales variaciones deben ser consideradas en el diseño de plantas ya que permiten definir la rapidez del efluente.

La tratabilidad de un agua residual depende de la relación de la materia orgánica coloidal y soluble. El sistema rápidamente captura la materia coloidal por el proceso combinado de floculación y adsorción y no por la oxidación biológica. Los orgánicos solubles son capturados con menor rapidez de la corriente de agua residual y tiene un menor tiempo de residencia. El proceso de filtro percolador no es apropiado para tratar agua residual tipo industrial que contenga un alto contenido de materia orgánica soluble.

El grado del agua residual puede afectar el funcionamiento y diseño de los filtros percoladores. La homogenización, neutralización, ple cloración y preaeración son los procesos comúnmente empleados para mejorar la operación del filtro percolador cuando las características del influente son muy variables. Es necesario evaluar todas las consideraciones económicas que implica el tratamiento.

Las propiedades de mayor interés en la selección del medio de soporte a emplear en un filtro percolador son el área superficial y el porciento de espacios vacios . Las áreas superficiales grandes permiten una mayor cantidad de masa de película biológica por unidad de volumen. Los espacios vacios permiten mayores cargas hidráulicas alcanzando una mayor transferencia de oxigeno.

La profundidad en los filtros de baja tasa mejora la nitrificación potencial y en algunas ocasiones es usado como la segunda etapa de un sistema biológico de tratamiento secundario cuando se desea un efluente nitrificado.

Un elemento importante en el diseño de los filtros, es la porción en el efluente del filtro. Esta practica se le denomina circulación y la relación de flujo retornado a ingresar a este, es llamada relación de circulación. Este factor es considerado como un elemento importante del diseño de filtros de piedra por el aparente incremento en la eficiencia de remoción de DBO.

La ventilación de los filtros es importante para mantener las condiciones aerobias necesarias y asegurar la efectividad del tratamiento. Si se proveen corredores adecuados, la diferencia de la temperatura del aire y la temperatura del agua residual, generan gradientes que producen la aireación necesaria. Se recomienda que las paredes filtros no rebasen el nivel del empaque a fin de disminuir la ventilación.

Existen diferencias significativas de los filtros entre las épocas de verano e invierno. En general la calidad en el efluente se deteriora bajo condiciones climáticos invernales ya que la recirculación durante los meses de invierno disminuye la temperatura en el interior del filtro, abatiendo la eficiencia en un 21 %

Decantador primario

Decantador primario FiltroFiltro ClarificadorClarificador

Recirculación

Afluente Efluente

Decantador primario

Decantador primario FiltroFiltro ClarificadorClarificador

Recirculación

Afluente

Efluente

Decantador primario

Decantador primario

Filtro de primera

fase

Filtro de primera

fase

Filtro de segunda

fase

Filtro de segunda

fase

Clarificador

Clarificador

Recirculación Recirculación

Afluente

Efluente

a)

Decantador

primario

Decantador

primario

Filtro de primera

fase

Filtro de primera

fase

Clarificador

Clarificador

Filtro de segunda

fase

Filtro de segunda

fase

Clarificador

Clarificador

Recirculación Recirculación

Afluente Efluente

b)

Decantador primario

Decantador primario

Filtro de primera

fase

Filtro de primera

fase

Filtro de segunda

fase

Filtro de segunda

fase

Clarificador

Clarificador

Recirculación Recirculación

Afluente

Efluente

b)

MEDIO FILTARNTE

ROCA ESCORIA

ROCA, ESCORIA

ROCA, PLASTICO

PLASTICO PLASTICO ROCA, PLASTICO

CARGA HIDRAULICA

M/M x ida

1-4 4-10 10-40 40-200 160-553 10-40

CARGA ORGÁNICA KG

DBO/M ida

0.08-0.32 0.24-0.48 0.32-1.0 0.8-0.6 2.57-10.67 0.32-10

PROFUNDIDAD, M

1.80-2.40 1.80-2.40 0.1-1.80 3-12 4.50-16 1.80-2.40

RELACION DE CIRCULACION

0 0-1 1-2 0-2 1-4 0.5-2

PRESENCIA DE MOSCAS

MUCHAS VARIAS POCAS POCAS O NINGUNA

POCAS O NINGUNA

POCAS O NINGUNA

DESPRENDIMIENTO DE

CULTIVO BIOLOGICO

INTERMEITENTE

INTERMEITENTE

CONTINUO CONTINUO CONTINUO CONTINUO

EFICIENCIA DE REMOCION DE

DBO

80-90 50-70 65-85 65-85 40-65 85-95

CARACTERISTICA BAJAINTERME

DIA ALTA SUPERALTAFILTROS DE DESBASTE

FILTROS DE DOS ETAPAS

CARGA

TABLA 2.1 CLASIFICACION DE FILTROS ROCIADORES

Microbiología del proceso

La comunidad biológica presente en un filtro se compone principalmente de protistas, incluyendo bacterias facultativas aerobias y anaerobias, hongos, algas y protozoos . Suelen también encontrase en algunos animales superiores como gusano, larvas de insectos y caracoles.

Las bacterias facultativas son los microorganismos predominantes en el filtro percolador y, junto con las bacterias aerobias, su misión es descomponer la materia orgánica del agua residual.

,

Entre las especies bacterianas normalmente asociadas con el filtro percolador están Achromobacter, flavobacterium, pseudonomas y alcalígenas.

flavobacterium Pseudonomas Alcalígenas.

Dentro de la capa viscosa donde prevalecen condiciones adveras al crecimiento, existen las formas filamentosas Sphaerotilus y Beggiatoa.

En las zonas mas bajas del filtro, se encuentran las bacterias nitrificantes nitrosomas y nitrobacter

Beggiatoa.Sphaerotilus

Nitrosomas

Nitrobacter

Los hongos son también causantes de la estabilización del agua residual, pero su contribución solo es importante a pH bajo o con ciertas aguas residuales industriales. A veces su crecimiento puede ser tan rápido que en le filtro se obstruye y restringe la ventilación .

Entre las especies de hongos se encuentran : Fusazium, Mucor, Penicillium, Geotrichum, y diversas levaduras.

Las algas solo pueden crecer en las capas superiores del filtro donde puede llegar la luz solar . Entre las especies de algas se encuentran normalmente en los filtros percoladores : Phormidium, Chlorella y Ulothrix.

Por lo general , las algas no toman parte directa en la degradación de los residuos, pero en las horas diurnas añaden oxigeno al agua residual que se esta filtrando. Desde un punto de vista operacional, las algas son un estorbo, ya que pueden causar el taponamiento de la superficie del filtro.

Phormidium Chlorella Ulothrix