MÓDULO: CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS
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MÓDULO: CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS TEMA: FILTRACIÓN DOCUMENTACIÓN ELABORADA POR: NIEVES CIFUENTES MASTE EN INGENIERÍA MEDIOAMBIENTAL Y GESTION DEL AGUA C. DE LAS AGUAS ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN.................................................................................................................... 1 2. FILTROS DE CARTUCHO ...................................................................................................... 2 3. FILTRACIÓN A TRAVÉS DE UN LECHO FILTRANTE.......................................................... 3 4. FILTRACIÓN DE GRAVEDAD............................................................................................... 4 2. FILTRACIÓN DE ARENA A PRESIÓN ................................................................................... 5 TEMA: TRATAMIENTOS FISICOS AVANZADOS AUTOR: NIEVES CIFUENTES MASTER EN INGENIERÍA MEDIOAMBIENTAL Y GESTIÓN DEL AGUA 1. INTRODUCCIÓN La filtración es un procedimiento en el que se utiliza el paso de un a mezcla sólido-líquido a través de un medio poroso (filtro) que retiene los sólidos y deja pasar los líquidos (filtrado). Existen dos tipos de filtración: - Filtración en superficie. Es la filtración realizada sobre un soporte (malla, tejido, etc.) de un líquido con partículas en suspensión con formación de una “torta” de espesor creciente. Aplicación: filtros de cartucho (pretratamiento de la ósmosis inversa) - Filtración a través de un lecho filtrante. Tiene lugar en un medio poroso, dándose dos fenómenos de filtración: - sobre la superficie del lecho - en el interior del mismo Aplicación: filtros de arena a presión Aplicación: filtros de carbón activo granular (filtración+adsorción) - Mecanismos de fijación. Si la velocidad del flujo es pequeña se favorece la fijación de las partículas sobre la superficie del material filtrante. Se trata de fuerzas de origen físico y a fuerzas de adsorción, principalmente fuerzas de Van der Waals. - Atascamiento. Las partículas retenidas van obstruyendo parcialmente y colmatando el filtro, por lo que deben ser retiradas. Esto provoca un incremento de la presión diferencial a ambos lados del filtro. Si la presión de alimentación es constante, el caudal de filtrado disminuye. Para mantenerlo hay que aumentar la presión de bombeo previo, lo que hace que la velocidad de paso del fluido por el filtro aumenta pasando el régimen de laminar a turbulento, lo que puede ocasionar el arrastre de las partículas retenidas. En la gráfica siguiente puede verse como aumenta la presión y la turbidez del filtrado: TEMA FILTRACIÓN AUTOR: NIEVES CIFUENTES Página 1 MASTER EN INGENIERÍA MEDIOAMBIENTAL Y GESTIÓN DEL AGUA - La velocidad de atascamiento depende de: - Concentración en sólidos del líquido filtrado. Cuanto más cargado está el líquido y cuanto mayor es la cohesión de las materias y su capacidad de proliferación más rápido es el atascamiento. - - Velocidad de filtración. - Características del elemento filtrante: dimensión de los poros, etc. Cuando el filtro se ha atascado es necesario llevarle de nuevo a su estado inicial mediante un lavado eficaz. - Mecanismos de filtración y depósito. Son esencialmente de dos tipos: - Tamizado mecánico: se trata de la retención de las partículas más gruesas en los huecos del filtro. - Depósito sobre el material filtrante: la partícula en suspensión sigue en el líquido una línea de corriente. Su talla, comparada con el tamaño de los poros podría permitirle atravesar el material filtrante. Sin embargo, se produce un cambio de trayectoria y su contacto con el material. 2. FILTROS DE CARTUCHO - Son filtros utilizados en el pretratamiento de la ósmosis inversa (tecnología de membranas). TEMA FILTRACIÓN AUTOR: NIEVES CIFUENTES Página 2 MASTER EN INGENIERÍA MEDIOAMBIENTAL Y GESTIÓN DEL AGUA - Consiste en un conjunto de bujías de tejido filtrante con un tamaño de poro determinado (5µ generalmente en el pretratamiento de ósmosis inversa). - Retienen las partículas mediante un proceso de filtrado en superficie. - Si bien el tamaño de paso es muy fino, la capacidad de filtrado es pequeña, por lo que requieren siempre un pretratamiento (filtración a presión, etc.). - Periódicamente hay que cambiar los cartuchos. Cartuchos Extracción de los cartuchos de un filtro. 3. FILTRACIÓN A TRAVÉS DE UN LECHO FILTRANTE Se utiliza la filtración sobre lecho filtrante cuando la cantidad de materia que se deben retener es grande y la dimensión de las partículas es relativamente pequeña. Para que una filtración de este tipo sea eficaz, es preciso que las materias puedan penetrar profundamente dentro del lecho y no bloquearlo en su superficie. El medio filtrante hay que elegirlo cuidadosamente en función de la calidad del agua a tratar y los objetivos de depuración perseguidos. A medida que se van reteniendo partículas, el lecho se va atascando, por lo que llega un momento en que hay que proceder a su lavado. En el diseño de las plantas de agua se suele disponer como mínimo un filtro en reserva, con del fin de que mientras se realice la limpieza de uno el otro de siga funcionando. Según las características de las partículas que quieran retenerse, puede efectuarse la filtración sobre una capa de mayor o menor altura, de material homogéneo, sobre dos o varias capas de diferentes granulometrías. Los filtros pueden ser de gravedad o de presión, según la fuerza que se utilice para producir la filtración. TEMA FILTRACIÓN AUTOR: NIEVES CIFUENTES Página 3 MASTER EN INGENIERÍA MEDIOAMBIENTAL Y GESTIÓN DEL AGUA 4. FILTRACIÓN DE GRAVEDAD - El medio filtrante, arena por ejemplo, se dispone en tanques abiertos y es el peso de la columna de agua la presión que produce el filtrado. - El agua entra por la parte superior, al atravesar el lecho las partículas en suspensión quedan retenidas en la arena. El agua filtrada es recogida por la parte inferior. TEMA FILTRACIÓN AUTOR: NIEVES CIFUENTES Página 4 MASTER EN INGENIERÍA MEDIOAMBIENTAL Y GESTIÓN DEL AGUA Para evitar la colmatación del filtro se lava a contracorriente, tal y como se indica en la figura siguiente: Además de utilizarse en la potabilización del agua, consiste en un buen tratamiento terciario para aguas residuales urbanas tratadas con un biológico, pudiendo cumplirse como mínimo normas de vertido de 20 mg/l de DBO y 20 mg/l de sólidos en suspensión (en un efluente de buena calidad procedente de una depuración biológica puede esperarse un rendimiento en la eliminación de sólidos en suspensión del 70% y del 30% de la DBO). 2. FILTRACIÓN DE ARENA A PRESIÓN Un filtro de arena a presión consiste en un depósito cerrado, generalmente metálico en el interior de que está la arena. Existe un falso fondo perforado sobre el que descansa la arena que separa la zona inferior, donde se recoge el agua filtrada. TEMA FILTRACIÓN AUTOR: NIEVES CIFUENTES Página 5 MASTER EN INGENIERÍA MEDIOAMBIENTAL Y GESTIÓN DEL AGUA La capa filtrante descansa cobre un soporte La toma de agua filtrada se realiza mediante un colector ramificado perforado. Según sea la capa filtrante pueden distinguirse: - Filtros con capa filtrante única. - Filtros multicapa, por ejemplo arena fina y sobre ella antracita. El líquido a filtrar es introducido por la parte superior del filtro recogiéndose por la parte inferior mediante un colector ramificado perforado. TEMA FILTRACIÓN AUTOR: NIEVES CIFUENTES Página 6 MASTER EN INGENIERÍA MEDIOAMBIENTAL Y GESTIÓN DEL AGUA Cuando el filtro se va colmatando aumenta la pérdida de carga, por lo que es necesario subir la presión de bombeo para mantener el caudal. Llegado a un punto determinado se procede a la limpieza del filtro. La pérdida de carga máxima que se alcanza al final del ciclo es función de la finura de la capa filtrante y de la velocidad de filtración, pudiendo variar entre 0,2 y 2 bares. La limpieza suele realizarse mediante agua y aire a contracorriente. El agua de lavado y el aire esponjan el lecho y arrastran las partículas. Esta corriente tiene una alta concentración de sólidos en suspensión, por lo que puede requerir ser tratada previamente al vertido al medio. TEMA FILTRACIÓN AUTOR: NIEVES CIFUENTES Página 7
