Descripción de las condiciones, características y requisitos de los distintos sistemas de control y filtración en procesos de potabilización.

1. SECCIÓN II – TÍTULO C – SISTEMAS DE
POTABILIZACIÓN
C7 – FILTRACIÓN
ANGIE CAROLINA ORDUZ MORALES
UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER
TECNOLOGÍA EN RECURSOS AMBIENTALES
PROFESOR: WILLIAM HERNÁNDEZ
OCTUBRE 15 DE 2014

2. CONTENIDO
 Condiciones y requisitos mínimos de las unidades de
filtración
 Descripción de los distintos sistemas de control que
pueden emplearse en las unidades de filtración
 Características de los materiales del lecho filtrante y el
lecho de soporte
 Características de diseño de las unidades de filtración
 Criterios del sistema de lavado y drenaje

3. ESTUDIOS PREVIOS
ESTUDIOS DE CALIDAD DEL AGUA
Deben realizarse estudios de la calidad del agua que va a
filtrarse para determinar el tipo de filtración que debe
realizarse. De acuerdo con los resultados pueden
seguirse las siguientes recomendaciones para la
selección del tipo de filtración:
 FILTRACIÓN RÁPIDA
 FILTRACIÓN LENTA

4. FILTRACIÓN RÁPIDA
 Debe filtrarse agua previamente tratada (coagulación
y/o floculación con o sin sedimentación o flotación)
para lograr la remoción de las últimas partículas que
no hayan sido retenidas por el sedimentador.
TIPOS DE FILTRACIÓN RÁPIDA
DIRECTA CONVENCIONAL
La filtración puede ser de contacto (sin
floculación, ni sedimentación) o filtración
directa propiamente
dicha (sin sedimentación pero con
coagulación-floculación total o parcial).
En este proceso debe trabajarse con una
coagulación por neutralización de cargas
diferente de la
coagulación de barrido.
Debe utilizarse como pulimento final de los
procesos de mezcla rápida, floculación y
sedimentación.
Generalmente se emplea cuando se ha
realizado una coagulación de barrido. La
turbiedad de
ingreso a los filtros no debe ser mayor de 8.0
UNT y el color no mayor de 20 UC.

5. EQUIPO DE FILTRACIÓN RÁPIDA
Estas unidades se clasifican en dos grupos: filtros rápidos de flujo descendente y
FILTROS RÁPIDOS DE FLUJO
FILTROS RÁPIDOS DE FLUJO
flujo ascendente. El flujo a través de los medios filtrantes debe pasar por
DESCENDENTE
ASCENDENTE
gravedad. No se aceptan filtros a presión para municipios.
En el diseño de la unidad deben
considerarse los siguientes
componentes:
· Sistema de entrada de agua
· Medio filtrante
· Caja del filtro
· Sistema de drenaje
· Sistema efluente
· Sistema de lavado del filtro
El agua cruda debe entrar por debajo del
lecho y asciende para descargar en un
sistema efluente.
Puede hacerse lavado continuo o lavado
intermitente. En este último caso el lavado se
hace en el mismo sentido de la filtración, lo
que tiene el inconveniente de producir
conexiones cruzadas de agua limpia con agua
de lavado. El sistema de drenaje, por trabajar
con agua cruda debe ser a prueba de
atascamiento. Se aceptan solo como
prefiltros, pero pueden usarse como filtro
terminales, previo
estudio de planta piloto.

6. FILTRACIÓN LENTA
FORMAS DE APLICACIÓN
COMO TRATAMIENTO ÚNICO EN DIVERSAS ETAPAS
Puede emplearse como tratamiento
final del agua cruda pre filtrada, para
mejorar la calidad bacteriológica y
remover las partículas suspendidas más
finas. Puede utilizarse como
tratamiento
único de la calidad del agua cruda
cuando ésta mantiene una turbiedad no
mayor a 15 UNT, bajo color menor a 20
UPC y un NMP de coliformes fecales
por debajo de 500.
Debe operarse con bajas tasas y la
unidad debe lavarse por raspado de las
capas superficiales del medio filtrante.
La filtración lenta en diversas etapas
(FLDE) se recomienda para el
acondicionamiento o
pre tratamiento de fuentes superficiales
de agua, cuya calidad puede interferir
en los mecanismos de purificación o
superar la capacidad de remoción de la
filtración lenta en arena produciéndose
efluentes de calidad deficiente.
Debe emplearse como multibarrera
para controlar los cambios bruscos de la
calidad de agua de las fuentes. Se debe
emplear para aguas que presenten un
color menor a 30 UPC y una turbiedad
inferior a 80 UNT.

7. UNIDAD DE FILTRACIÓN LENTA CON LAS DIFERENTES CAPAS DE ARENA

8. EQUIPO DE FILTRACIÓN LENTA
COMO TRATAMIENTO ÚNICO EN DIVERSAS ETAPAS
Debe constar de un tanque que
contiene una capa sobrenadante de
agua cruda, de un lecho de arena
filtrante, de un sistema de drenaje y de
un juego de dispositivos de regulación y
control del filtro.
El material poroso del lecho filtrante
puede ser cualquier material estable; el
material granular que se recomienda
emplear es la arena, por ser un material
barato, inerte, durable, disponible y que
ofrece muy buenos resultados.
Combina dos etapas de pre tratamiento
en medios gruesos (filtro
grueso dinámico y filtro grueso
ascendente) y un tratamiento en filtros
lentos de arena. Las etapas de
pre tratamiento permiten enfrentar las
concentraciones de sólidos suspendidos
y microorganismos presentes en el agua
cruda, mientras que la filtración lenta
en arena es una etapa de pulido o
tratamiento final antes de la
desinfección como barrera de
seguridad.

9. PREPARACIÓN PARA EL PROCESO
ENSAYOS PREVIOS DE
FILTRACIÓN
Cuando se quiere trabajar con
parámetros de ingreso distintos a
los establecidos anteriormente
debe
demostrarse su viabilidad en estudios
de planta piloto con duración
efectiva no menor de 6 meses útiles
en donde se puedan obtener series de
datos estadísticos.
ESTUDIO DE COSTOS
En el estudio de costo que debe
realizarse, debe incluirse el costo
de construcción, operación y
mantenimiento de las unidades
de filtración. Además, debe
indicarse la fuente de los
materiales y su
costo, en especial la procedencia
del medio filtrante y de soporte.

10. SISTEMAS DE CONTROL DEL FLUJO
Proceso de filtración a tasa constante del agua clarificada del río Cauca
ESQUEMA DE LA PLANTA PILOTO DE FILTRACIÓN

11. FILTRACIÓN DE TASA CONSTANTE
Es el tipo de control tradicional de los filtros rápidos
convencionales. Debe emplearse un controlador variable
que mantenga una pérdida de carga total constante al
abrirse gradualmente la válvula, a medida que el lecho se
colmata. Requiere medida de la *pérdida de carga. El
controlador puede ser de diafragma operado por
contrapeso, de sifón, o de válvula de mariposa operada
por un flotador, que mantiene un nivel constante de
agua en el filtro, o por sistemas electrónicos.
*La pérdida de carga en una tubería o canal, es la pérdida de presión en un fluido debido a la fricción de
las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce. Las pérdidas pueden
ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias
particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.

12. FILTRACIÓN CON AFLUENTE
IGUALMENTE DISTRIBUIDO Y NIVEL
VARIABLE
El caudal debe distribuirse por igual mediante un
orificio o vertedero de entrada sobre cada filtro. El
vertedero de control debe quedar en un nivel superior
al nivel máximo en el filtro. La unidad debe ser
bastante profunda para permitir una variación del
nivel de por lo menos 2.0 m. Debe introducirse un
sistema de disipación de energía a la entrada del flujo
para no disturbar el medio filtrante. No requiere
medida de la pérdida de carga.

13. PÉRDIDA DE CARGA VARIABLE, NIVEL
VARIABLE, TASA DECLINANTE CON
VERTEDERO DE CONTROL
El afluente debe entrar al filtro por debajo del nivel de
la canaleta de lavado. Debe contar con un vertedero de
control, un orificio o una válvula que evite el vaciado
del filtro al comienzo de las carreras. No requiere
medida de la pérdida de carga.

14. PARÁMETROS DE DISEÑO
EQUIPO DE FILTRACIÓN
RÁPIDA

15. COMPOSICIÓN DE LOS LECHOS
FILTRANTES
El filtro puede ser de un solo medio (arena o antracita), de
medio dual (arena y antracita) o lechos mezclados. Puede
ser de profundidad convencional de 60 cm a 90 cm o de
capa profunda de más de 90 cm de altura. Las partículas
deben ser duras, resistentes, de forma preferiblemente
redondeada sin esquistos ni partículas extrañas, libre de
lodo, arcilla o materias orgánicas.

16. LECHOS DE ARENA
RECOMENDACIONES
•ARENA FINA: Cuando el pre tratamiento sea poco satisfactorio, cuando se requiera un
alto grado de remoción, cuando se pueda operar con periodos cortos de filtración y no
sea importante el ahorro de agua
de lavado, cuando el sistema de lavado esté diseñado únicamente para arena fina.
•ARENA ESTÁNDAR: Se recomienda cuando las condiciones del agua se encuentren
entre las que se especifique para arena fina y gruesa.
•ARENA GRUESA: Cuando el pre tratamiento sea satisfactorio, cuando no se requiera
un alto grado de remoción, cuando se requieran periodos largos en los filtros y ahorro
de agua de lavado, cuando el filtro sea diseñado para altas tasas de lavado.

17. LECHOS DE ANTRACITA
Este material debe tener un contenido bajo de cenizas y material volátil, baja
friabilidad, alto contenido de carbono fijo y atraxilón (fósiles coloidales), y
además libre de mica, polvo, arcilla, sulfuro de hierro, limo y materiales
extraños. Las partículas deben ser piramidales con el fin de obtener una mayor
área superficial por unidad de volumen, con un densidad no inferior a 1450
kg/m3 y una dureza de 3.5 en la escala de Mohs. La antracita puede reemplazar
la arena parcial o totalmente como lecho filtrante. Las características físicas y
químicas de los medios filtrantes, muestreo, ensayos, embarque y colocación
del material filtrante, deben cumplir la Norma Técnica Colombiana NTC 2572.

18. LECHOS MEZCLADOS DE ARENA Y
ANTRACITA
Para este tipo de lecho debe formarse una
interface de los dos materiales donde ellos
se juntan, que no puede ser mayor a 15 cm.
Por tanto el tamaño de los granos de cada
lecho deben ser tales que el diámetro del
medio de antracita más grueso (que va
encima: d1) sea como máximo cuatro a seis
veces mayor que el diámetro del medio
menor de arena (d2) que va debajo. (d1 = 4 a
6 d2).

19. PARÁMETROS PARA EL SOPORTE DE
MEDIO FILTRANTE
VELOCIDAD DE FILTRACION: Para lechos de arena o antracita sola la tasa
debe ser inferior a 120 m3/(m2.día). Para lechos de antracita sobre arena y
profundidad estándar, la tasa máxima es de 300 m3/(m2.día). Para lechos de
arena sola o antracita es de 400 m3/(m2 .día).
ALTURA DEL AGUA SOBRE EL LECHO: La altura del agua sobre el lecho
puede ser variable o constante, según el tipo de control que se use pero no
puede ser inferior a 0.5 m. El lecho filtrante en ningún momento debe
trabajar seco.
PÉRDIDA DE CARGA: La hidráulica del filtro debe diseñarse para que como
mínimo pueda disponer de 2 m de pérdida de carga durante la carrera de filtración.
La sumatoria de los descensos de nivel en un filtro de tasa variable declinante
durante la carrera debe ser por lo menos igual a 2.0 m.
NÚMERO DE UNIDADES: Cuando el lavado de los filtros se hace con fuente
externa (tanque de lavado), el número mínimo de unidades deben ser tres; y
para lavado mutuo el número mínimo de unidades debe ser cuatro.

20. FLUJO
ASCENDENTE
SISTEMAS
DE
LAVADO
FLUJO
ASCENDENTE Y
LAVADO
SUPERFICIAL
LAVADO
SIMULTÁNEO
CON AGUA Y AIRE
FLUJO
ASCENDENTE Y
LAVADO
SUBSUPERFICIAL

21. MODALIDADES DE LAVADO DE FILTROS

22. SISTEMAS DE DRENAJE

23. El medio filtrante debe
estar compuesto por un
material granular,
inerte, durable y limpio.
El medio o capa de
soporte debe estar
constituido por grava.
El número mínimo de
unidades de filtración
lenta que debe tener la
FILTROS
LENTOS
DEL
SISTEMA
Se recomienda que la
entrada del agua al
filtro se efectúe por
medio de un vertedero
ancho, de pared gruesa
con el fin de obtener
una lámina delgada de
agua.
Se recomienda un
vertedero de control a
una altura de por lo
menos 0.1 m mayor que
la cota del nivel
máximo del lecho de
arena.
La tasa de filtración de la
unidad debe estar entre
2.4 m3/(m2.día) a 7.2
m3/(m2.día).
planta es dos.
La altura del agua
sobrenadante debe ser de
0.7 a 1 m.
La pérdida de carga del
filtro debe estar entre 0.10
m a 1.0 m.
La velocidad máxima de
flujo a la entrada debe ser
de 0.1 m/h.

24. CONTROL DE LOS
PROCESOS Y
OPERACIÓN

25. PARA FILTRO RÁPIDO
 El medio filtrante es de especial cuidado, por lo cual debe mantenerse apto para la
operación del sistema, por medio de lavados continuos y cambios del lecho filtrante
cuando sea necesario.
 Las siguientes actividades deben ejecutarse para asegurar una correcta operación del
filtro:
1. Evitar turbulencias indebidas y agitación de la arena en el llenado del filtro.
2. Mantener una buena coagulación del agua, ajustando la dosis óptima permanentemente
para obtener el mejor filtrado.
3. Determinar la turbiedad, el color y la pérdida de carga en el efluente del filtro.
4. No producir pérdida de carga negativa en el lecho filtrante.
5. Lavar el filtro cuando éste alcance la pérdida de carga máxima permitida por el sistema o
cuando la calidad del agua alcance el límite máximo permitido por las normas,
utilizando las velocidades adecuadas a las características.
 El lavado debe hacerse cada vez que la pérdida de carga es igual a la presión estática
sobre el fondo
del lecho, o la calidad del efluente desmejore. La mayoría de los problemas del filtro se
originan en un
lavado deficiente incapaz de desprender la película que recubre los granos del lecho,
romper las grietas
o cavidades en donde se acumula el material que trae el agua y transportar el material

26. PARA FILTRO LENTO
 1. Es necesario que el filtro se use continuamente, día y noche, con una
velocidad de filtración constante para obtener los mejores resultados.
 2. Toda espuma y material flotante debe removerse continuamente.
 3. Realizar continuamente la medición de la velocidad de filtración.
 4. Cuando la altura del agua sobrenadante suba rápidamente, o su nivel
alcance el del vertedero de excesos, se debe sacar el filtro de servicio
para su limpieza.
 5. Cuando la arena ha llegado a tener 50 cm de espesor, es necesario
reponer la arena removida. La arena que servirá de material filtrante
debe estar bien limpia y lavada antes de ser colocada en el filtro. La caja
del filtro se debe llenar con arena hasta el nivel de diseño. La superficie
de la arena debe quedar a un nivel uniforme.

27. CONDICIONES DEL TANQUE DE
ALMACENAMIENTO DE AGUA TRATADA
Realizar la
operación de
las válvulas
según el
régimen de
servicio.
Medir el caudal
distribuido.
Aforar el caudal
de ingreso al
tanque
Controlar la
calidad del
agua
almacenada.
Vaciar y lavar el
tanque cuando
se detecten
sedimentos, en
especial
residuos de cal.
Desinfección
de tanques .
(Hacer
referencia a la
norma)

28. CONTROL DE LA CALIDAD DEL
PROCESO
CALIDAD FÍSICOQUÍMICA DEL
ALFUENTE
CARACTERÍSTICAS
FÍSICAS
CARACTERÍSTICAS
QUÍMICAS
Debe determinarse
la turbiedad, el
color, el aluminio
residual y el pH del
afluente.
Debe determinarse
la interrelación
existente entre el
pH, la dosis óptima
y
la eficiencia del
filtro.

29. DETERMINACIÓN DE LA EFICENCIA
EFICIENCIA % =
TURBIEDAD AFLUENTE – TURBIEDAD EFLUENTE
TURBIEDAD AFLUENTE
x 100