FILTRACIÓN DE CONTACTO EN UN FILTRO CONTINUO DYNASAND. Comunicación presentada en el 5º Simposium Nórdico de Filtración.

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1 FILTRACIÓN DE CONTACTO EN UN FILTRO CONTINUO DYNASAND Comunicación presentada en el 5º Simposium Nórdico de Filtración. Goteburgo, de Agosto de 1999 Börje Josepsson

2 Resumen: El tratamiento químico del agua en plantas convencionales incluye la adición de reactivos químicos, coagulación y floculación, y separación de los flóculos formados. El equipo empleado incluye tanques de floculación, tanques de sedimentación, y en muchos casos filtros de arena. El filtro continuo de arena DynaSand permite efectuar la coagulación, floculación y separación directamente en el lecho del filtro, incluso para aguas que requieren altas dosis de reactivos químicos para coagulación, y/o que contienen elevados niveles de impurezas, y produce a partir de estas aguas un filtrado de elevada calidad. El equipo empleado es muy sencillo, y el funcionamiento del filtro DynaSand es muy simple. Dado que básicamente- todos los pasos del tratamiento químico se efectúan directamente sobre el lecho del filtro, el ahorro resultante en equipo puede llegar hasta el 85 % en comparación con un tratamiento químico convencional. La dosificación de reactivos químicos puede reducirse en muchos casos en un % en comparación con el tratamiento químico convencional, cuando se emplea la filtración de contacto en continuo. La gama de aplicaciones descritas abarca desde aguas potables y producción de agua de proceso, hasta el tratamiento de aguas residuales industriales y municipales.

3 1.- Introducción: El tratamiento químico de agua y agua residual en plantas convencionales, normalmente implica la adición de reactivos químicos, coagulación, floculación, y separación de los flóculos formados. En el caso de agua potable o producción de agua de proceso, los flóculos se separan normalmente en tanques de sedimentación, seguido de una filtración sobre arena. En el tratamiento químico de aguas residuales, el paso de separación consiste en un tanque de sedimentación. Si se requiere un efluente de alta calidad, ó cuando se precisa recircular el agua residual para su reutilización, se incluye un paso de filtración. El filtro continuo de arena DynaSand permite efectuar la coagulación, floculación y separación directamente en el lecho del filtro, también en el caso de aguas que requieren una elevada dosis de reactivos químicos de coagulación y/o que contienen un nivel elevado de impurezas, y producir a partir de estas aguas un filtrado de alta calidad. La técnica de filtración continua significa eliminar los tanques de floculación, sedimentación y agua de contra lavado en la planta de tratamiento, reduciendo en consecuencia el volumen del equipo necesario, hasta en un 85 %. En todo el mundo hay más de unidades DynaSand empleadas comercialmente. Aproximadamente una quinta parte de estos filtros se emplean para filtración de contacto, y aguas residuales.

4 2.- El Filtro DynaSand. El filtro DynaSand es un filtro continuo de arena con flujo ascensional vertical. El principio de funcionamiento se muestra en la figura 1. El lecho del filtro se limpia de modo continuo, mientras el filtro está en funcionamiento. La arena más sucia se saca del filtro, se lava, y se devuelve a la parte limpia del lecho de arena. Esto significa que el filtro no se tiene que parar para contra lavado. El agua a filtrar se introduce en la parte inferior del filtro a través de un distribuidor. La filtración se efectúa durante el movimiento ascendente a través del lecho de arena, que a su vez se desplaza hacia abajo. La mayor parte de los sólidos en suspensión en el agua de entrada se separarán en las proximidades del nivel de alimentación, lo que significa que la arena más sucia se encontrará en la parte inferior del filtro. El lecho de arena se mantiene en un movimiento lento de caída mediante la acción de una bomba mamut que aspira la arena sucia próxima al fondo cónico del tanque del filtro. En la bomba mamut la arena se somete a una fuerte agitación mecánica mediante la acción de las burbujas de aire y, como consecuencia, la suciedad se desprende de los granos de arena. La suciedad se lava y se elimina finalmente de la arna en el lavador de arena que se coloca de forma concéntrica alrededor de la pare suprior de la bomba mamut. La arena limpia se devuelve a la parte superior del lecho del filtro. El agua de rechazo se elimina de forma continua del lavador de aren. El filtrado sale del filtro por rebose. El filtro DynaSand es muy sencillo, tanto desde la perspectiva de su diseño como de su funcionamiento, en comparación con los filtros convencionales de arena. Por ejemplo, dado que el lecho de arena no requiere contra lavado, no se requiere bomba de contra lavado, tanques de almacenamiento del agua de contra lavado, ni sistema automático de control.

5 Los sistemas de filtración grandes constan de un número variable de módulos de filtros. Cada módulo de filtros contiene múltiples elementos básicos de filtración. Fig. 2 : Principio de la versión multi-módulo del filtro DynaSand.

6 3.- Filtración de contacto en el filtro DynaSand. El filtro Dynasand funcionará sin interrupción para efectuar contra lavados, y procesará aguas de alimentación con niveles altos de sólidos en suspensión. Estas características permiten efectuar la coagulación y la floculación directamente en el lecho del filtro, incluso para aguas que contengan niveles muy altos de impurezas. Los reactivos químicos se inyectan directamente en la tubería de alimentación del filtro. Se puede obtener una buena mezcla entre el agua y los reactivos, mediante el empleo de un mezclador previo a la entrada del filtro. La coagulación y floculación en un lecho granular es un proceso muy eficaz dado que por una parte el agua a tratar estará expuesta a contactos frecuentes con los flóculos ya separados presentes en el lecho de arena, y por otra, habrá un número muy elevado de posibilidades de colisión de los microflóculos en el lecho. En consecuencia se conseguirá una separación efectiva en el filtro de arena con un tamaño de flóculo menor que el que se requeriría en un tanque de sedimentación. La dosificación de reactivos químicos necesaria se reducirá por consiguiente en muchos casos, hasta en un 30 %. Normalmente son suficientes tiempos de reacción / contacto de 2 a 5 minutos, para la floculación / precipitación en un lecho granular, en comparación con los tiempos de 20 a 40 minutos necesarios en tanques de floculación convencionales. Fig. 3: Comparación entre un sistema de flotación convencional y el sistema DynaSand para tratamiento de agua superficial.

7 4.- Agua Potable y Agua de Proceso a partir de Agua Superficial. La producción de agua potable y agua de proceso a partir de aguas superficiales mediante el empleo de filtración de contacto en el filtro DynaSand, ha sido aplicado en muchas instalaciones comerciales, y demostrada en muchas pruebas en casos prácticos. En las pruebas sobre el terreno, se han empleado filtros de tamaño comercial. Fig. 4: Diagrama esquemático. Tratamiento de agua superficial mediante filtración d contacto. En la figura 4 se muestra el esquema básico de la instalación de prueba, y de instalaciones comerciales. El equipo de dosificación de reactivos químicos introduce el coagulante en la línea de alimentación del filtro DynaSand. Se puede incorporar un mezclador estático o dinámico para asegurar una mezcla adecuada entre los reactivos y el agua a tratar. La coagulación, floculación y separación, tienen lugar simultáneamente en el lecho del filtro DynaSand. La calidad del agua tratada se mide mediante un turbidímetro. La dosificación de los reactivos químicos de precipitación (PAC, sales de aluminio, o cloruro férrico) es proporcional al caudal de alimentación del filtro, mientras que la adición de los reactivos de ajuste de ph (si los hubiere) se controlan mediante un phmetro Agua Potable La calidad del agua obtenida mediante filtración de contacto de aguas superficiales en un filtro DynaSand, típicamente es: Color: Turbidez: COD Min Aluminio < 5 mg/l Pt ~ 0,3 FTU (JTU) ~ 2,5 mg/l < 0,1 mg/l Se han efectuado pruebas para estudiar la tolerancia para absorber picos de concentración de sólidos en suspensión en aguas superficiales, empleando el método de filtración de contacto. En efecto, se ha obtenido agua potable aceptable de una turbidez inferior a 1 NTU, producida a partir de agua de río a la cual se han dosificado 200 ml/l de arcilla. Muchas plantas de agua potable comercial funcionan según el método descrito anteriormente, entre las cuales se incluyen Mariechamm, Island of Aland, Balsta, Sotenàs, y Mölndal, en Suecia, y?rnäs y Stord, en Noruega.

8 4.2.- Agua de Proceso En general, los resultados obtenidos en plantas de agua de proceso, son muy similares a los obtenidos en plantas de aguas potables, esto es: Color: COD Mn : Turbidez: < 5 mg/l Pt. 2 3,5 mg/l. 0,2 0,5 FTU (JTU). Un ejemplo de planta que trata agua mediante filtración de contacto es la planta de Imatra en Finlandia. A continuación se indican datos típicos. Agua a tratar: COD Mn 8 10 mg/l. Color: mg/l Pt. Área filtrante: 100 m 2. Consumo de agua limpia: m 3 /h. Agua a la salida del filtro: COD Mn Color: Aluminio: < 3 mg/l. < 5 mg/l Pt. < 0,1 mg/l. Un gran número de fábricas papeleras utilizan filtros DynaSand para tratamiento de agua, en Escandinavia.

9 5.- Tratamiento de Aguas Residuales Aguas Residuales Municipales: La filtración continua de contacto, tal como se ha descrito anteriormente, puede también emplearse para el tratamiento de aguas residuales. la figura 5 muestra una planta en la que un agua residual municipal tratada biológicamente, se somete a precipitación directa mediante la adición de alúmina para eliminación de fósforo. Fig. 5: Diagrama esquemático. Tratamiento de agua residual mediante filtración de contacto. En este caso, se ha dosificado alúmina en una proporción de ppm. El contenido de sólidos en suspensión en el agua residual se redujo de ppm., después de precipitación, a 0 3 ppm. en el filtrado. En general, los sólidos en suspensión se reducen de un % en el filtro. Se han obtenido también muy buenos resultados en la reducción de fósforo. La concentración total de fósforo en el filtrado está típicamente entre 0,05 y 0,3 ppm., lo cual representa una reducción del %. Hay un gran número de plantas en funcionamiento que utilizan el método anteriormente descrito. Estas plantas obtienen resultados similares a los anteriormente descritos, incluso en el caso de que la concentración de sólidos n suspensión en la alimentación del filtro (antes de la precipitación) sea, a veces, tan elevada como 100 mg/l.

10 Tabla 1.- Mezcla de datos de Sundet, Väjxö, en la que se somete a tratamiento biológico agua residual municipal, y se precipita luego directamente mediante adición de PAC para reducción de fósforo. En el siguiente ejemplo se muestran datos de los meses de Junio, Septiembre, Octubre y Diciembre de Fecha de 1998 Agua de entrada a la planta Caudal: m 3 /día Top P BOD 7 Alimentación de los filtros DynaSand Top P Agua de salida de la planta Top P BOD 7 SS Media Resumen del grado de tratamiento en Sundet WWTP de Växjö, basados en a carga anual y caudal durante ,9 % BOD 7 97,7 % N Total 22,6 % P Total 98,4 % N NH4 59,3 % COD Cr Aguas Residuales Industriales: El ph de las aguas residuales en la industria de afino de metales puede ajustarse para precipitar hidróxidos metálicos, y alimentar directamente a continuación el filtro DynaSand. En este caso, la floculación / filtración tiene lugar en el lecho del filtro. El agua utilizada en el proceso puede purificarse y reciclarse en muchos procesos industriales. Esto se traduce no sólo en una menor contaminación del medio amiente externo, si no que también contribuye a rebajar los costes de agua y de enrgía del proceso. Como regla general, la filtración proporcionará agua tratada de una calidad suficientemente buena para su reutilización en la planta.

11 En plantas de laminado en caliente y de fundición continua en la industria del acero, se emplean grandes cantidades de agua, tanto para refrigeración como para transporte. Esta agua puede regularizarse después de su tratamiento, que permite eliminar sólidos acumulados, aceite y grasas. Un ejemplo de planta para eliminación de sólidos acumulados y aguas de refrigeración aceitosas a través de un filtro DynaSand, es la planta de laminado en caliente de SSAB, en Oxelösund (Suecia). Agua de refrigeración en la planta de SSAB en Oxelösund: Caudal: m 3 /h. SS: mg/l. Aceite: 5 15 mg/l. Temperatura: ºC. Área filtrante: 100 m 2. Efluente del filtro: SS: Aceite: < 10 mg/l. < 2 mg/l. 6.- Conclusiones: Se ha presentado la filtración de contacto continua en el filtro DynaSand, de aguas superficiales y aguas residuales. Este método permite asimismo efectuar una filtración de contacto de aguas muy coloreadas, con un alto contenido de materia orgánica, turbidez, y sólidos en suspensión, y producir un filtrado de alta calidad, a partir de estas aguas El equipo empleado es muy sencillo, y el funcionamiento del filtro DynaSand es muy similar. dado que, básicamente, todos los pasos del tratamiento con reactivos químicos, se efectúa directamente en el lecho de arena del filtro, los ahorros resultantes en el volumen de equipo necesario pueden ser de hasta el 85 %, en comparación con el tratamiento químico convencional.

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