FILTRACION GRUESA ASCENDENTE. REHABILITACION DE LA PLANTA POTABILIZADORA DE TARATA, BOLIVIA.

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1 FILTRACION GRUESA ASCENDENTE. REHABILITACION DE LA PLANTA POTABILIZADORA DE TARATA, BOLIVIA. Ingallinella Ana María ' (*), Stecca Luis María ', Wegelin Martin " ' CIS Centro de Ingeniería Sanitaria. Facultad de Ciencias Exactas e Ingeniería y Agrimensura. Universidad Nacional de Rosario. Riobamba 245 Bis - cp Rosario, Argentina. " EAWAG / SANDEC Swiss Federal Institute for Environmental Science and Technology. Ueberlandstrasse CH Duebendorf, Switzerland. RESUMEN En el trabajo se presenta la metodología utilizada en un proyecto de rehabilitación de la etapa de tratamiento previo de una plantade potabilización para una población de 3500 habitantes. La planta de tratamiento constaba inicialmente de filtros gruesos horizontales y filtros lentos, pero debido al alto contenido de turbiedad coloidal de la fuente de provisión no funcionaba adecuadamente. Se realizaron ensayos de laboratorio que permitieron establecer la necesidad de agregar sulfato de aluminio, neutralizando previamente hasta ph=10. Se sugirió transformar los filtros gruesos horizontales en filtros gruesos ascendentes para lo cual se construyó una planta piloto que fue operada durante tres meses con excelentes resultados. Se informa sobre los resultados obtenidos durante la operación de la planta piloto y durante el monitoreo de las instalaciones definitivas en el verano, donde losresultados de turbiedad del agua cruda oscilaron alrededor de 1000 UNT y los valores a la salida de los filtros gruesos siempre fueron menores a 5 UNT. Palabras clave: rehabilitación, alta turbiedad, filtración gruesa, flujo ascendente, filtros lentos INTRODUCCIÓN Se presenta una experiencia práctica desarrollada en una comunidad rural de Bolivia que resulta de interés como ejemplo de la metodología que se debe utilizar para encontrar la tecnología apropiada en cada situación particular y también como ejemplo de transferencia de conocimientos desde una Universidad hacia el medio. La localidad denominada Tarata está situada a 40 km de la ciudad de Cochabamba, en una zona con un promedio de precipitación pluvial de 400mm anuales. Posee 3500 habitantes y se abastecía de agua a través de una captación del subalveo de un río cuyo caudal no era suficiente para la satisfacer las necesidades mínimas de la población. Como parte del proyecto de una represa de propósitos múltiples, financiada por el gobierno canadiense, se construyó una planta de tratamiento para abastecer de agua a la población. Originariamente se construyeron dos filtros lentos que no pudieron funcionar porque el agua de la represa tiene alta turbiedad de origen coloidal. Posteriormente, se agregaron filtros gruesos horizontales (FGH)con los que tampoco se logró obtener turbiedades compatibles para el adecuado funcionamiento de los filtros lentos. Ante la imposibilidad de suministrar agua de buena calidad se requirió la asistencia técnica de EAWAG para realizar la evaluación del sistema de provisión de agua potable y proponer soluciones para su rehabilitación. EAWAG propuso al Centro de Ingeniería Sanitaria de la Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura de la Universidad Nacional de Rosario, Argentina, como consultora americana para llevar a cabo los estudios y en el mes de julio de 1994 se inició un plan de trabajo dividido en dos fases con los objetivos de evaluar la eficiencia del sistema construido y estudiar y planificar la optimización de la planta de tratamiento.

2 Instalaciones existentes DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE PROVISIÓN DE AGUA La planta de tratamiento construida originalmente consistía en dos filtros gruesos horizontales (FGH), donde cada uno constituye un módulo dividido en cuatro secciones con grava de tamaños de 20, 15, 10 y 5 mm, con una longitud total de 18 m, un ancho de 5 m y una altura de manto filtrante de 1,50 m;ver figura 1. Los FGH fueron diseñados para suministrar un caudal de 3 l/seg cada módulo en base a una demanda estimada de 500 m 3 /día. Se había proyectado duplicar las instalaciones para obtener un caudal de 12 l/seg para la proyección de la demanda a 20 años. Para estos caudales la velocidad de filtración correspondientes era de 1,50 m/h y el efluente de los filtros gruesos era enviado a dos filtros lentos de 260 m 2 de superficie cada uno, con una velocidad de filtración de 0,080 m/h. Calidad del agua cruda Al iniciar el estudio se dispuso de algunos datos sobre análisis del agua de la represa que indicaban turbiedades entre 150 y 1300 UNT con valores más frecuentes entre 300 y 600 UNT y valores de hierro total entre 3 y 15 mg/l Un análisis del tamaño de partículas realizado en los laboratorios de EAWAG sobre una muestra del agua de la represa indicó que el 50 % de las partículas tenía un tamaño menor a 0,50 micras. METODOLOGÍA Evaluación del funcionamiento de los filtros gruesos horizontales Se programó un plan de monitoreo para evaluar la eficiencia de los FGH para distintas velocidades de filtración. Tabla N 1: Resumen de ensayos de carga en el filtro de grava Caudal (l/s) Velocidad (m/h) Turbiedad (UNT) Entrada Salida Eficiencia (%) Los resultados indicaron que aún con velocidades de filtración muy bajas no se obtenían valores de turbiedad aceptables para los filtros lentos por lo que debía implementarse el agregado de coagulantes. Ensayos de coagulación Se programó la realización de ensayos de coagulación (JAR TEST) para determinar el coagulante más adecuado, dosis y ph óptimos. Los ensayos fueron realizados por el laboratorio del Programa de Aguas de la Universidad Mayor de San Simón por Romero et al (1994). En la tabla 2 se resumen los resultados obtenidos. Analizando los resultados puede observarse que llevando el ph inicial de la muestra a valores próximos a 10 se obtenían buenas eficiencias en remoción de turbiedad para dosis razonables de sulfato de aluminio.el ajuste de ph se realizó mediante el agregado de cal.

3 En base a los resultados de los ensayos de coagulación y a experiencias previas llevadas a cabo en el Centro de Ingeniería Sanitaria por Ingallinella et al (1992), se propuso la transformación de los filtros gruesos horizontales en filtros gruesos ascendentes.dadas las características particulares del agua a tratar, se consideró necesario la, construcción y operación de una planta piloto para realizar ensayos con los objetivos de definir parámetros de diseño para la elaboración del proyecto de rehabilitación y entrenar al mismo tiempo a los futuros operadores de la planta de tratamiento. Tabla N 2: Resumen de los resultados de los ensayos de coagulación. Coagulantes ph (I) ph (II) Turb. (I) Turb. (II) ph Final Dosis óptima Cloruro férrico Sulfato de Al Sulfato de Al Sulfato de Al ph (I): Inicial de la muestra. ph (II): Inicial del ensayo. Turb. (I): Inicial de la muestra. Turb. (II): Final del sobrenadante. Ensayos en planta piloto El esquema de la planta piloto puede verse en figura 2. Fue operada desde setiembre a noviembre por Mérida et al (1994) y en una primera etapa se trabajó con distintos caudales para encontrar la velocidad de filtración óptima, con una dosificación de sulfato de aluminio constante determinada mediante ensayo de jarras (60 mg/l). En forma horaria se determinaron las turbiedades del agua cruda y del efluente de cada una de las etapas de filtración gruesa y en forma periódica se realizaron determinaciones de bacterias coliformes, colifecales y contenido de hierro total. Una vez obtenida la velocidad de filtración óptima, se realizaron carreras con dicha velocidad y distintas dosis de sulfato de aluminio para determinar la dosis óptima. Antes del agregado del sulfato de aluminio, se dosificó cal para llevar el ph a 10. El lavado de los filtros se realizó por drenaje inferior con dos conductos de 1 pulgada de diámetro. El filtro ascendente 2 se lavaba cuando se observaba la presencia de flocs en el efluente lo que correspondía a turbiedades entre 20 y 30 UNT. No fue necesario lavar el filtro ascendente 3 durante el período de operación de la planta piloto. Sólo se lavó por razones operativas cuando se cambiaron las condiciones de operación.en la tabla 3 se dan los datos de la calidad del agua cruda durante el período de estudio. Tabla N 3: Calidad físico-química del agua de la represa LAKA-LAKA durante el período del estudio. Parámetro Rango Parámetro Rango ph 6,5 / 6,7 Temperatura ( C) 14 / 15 Turbiedad (UNT) 350 / 2000 Hierro total (mg/l) 13 / 50 Conductividad (µmho/cm) 110 / 230 Alcalinidad (mg CaCO 3 /l) 25 / 40 Dureza (mg CaCO 3 /l) 50 / 70 Oxígeno Disuelto (mg O 2 /l) 5,30 / 6, 40 Bact. Colif. Totales (UFC/100ml) 200 / 5000 Bact. Colif. Fecales (UFC/100ml) 180 / 1500 Resultados y discusión Tabla N 4: Resumen de los resultados de la operación de la planta piloto para distintas velocidades, dosis de sulfato de aluminio de 60 mg/l y ajuste a ph = 10 con hidróxido de calcio. Vf (m/h) AC FA1 FA2 FA3 EFT (%) Turb. Turb. EF1 Turb. EF2 Turb. EF ,5 15,9 95,7 0, , ,0 21,3 94,5 1, , ,2 31,0 94,6 4, , ,2 24,0 96,9 9, , ,0 32,0 91,2 2, ,3

4 Vf:Velocidad de filtración. AC: Agua cruda. FA1: Efl. del filtro ascendente 1. FA2: Efl. del filtro ascendente 2. FA3: Efl. del filtro ascendente 3. EF1: Eficiencia del filtro ascendente 1. EF2: Eficiencia del filtro ascendente 2. EF3: Eficiencia del filtro ascendente 3. EFT: Eficiencia total. En la Tabla 4 se han resumido los resultados obtenidos en remoción de turbiedad trabajando con distintos caudales. Para elaborar la tabla se tomaron promedios de los valores medidos en forma horaria para las distintas carreras correspondientes a cada uno de los caudales ensayados. La eficiencia en remoción de turbiedad del filtro ascendente 1 fue muy baja (1,5 a 2%) aumentando a 13% para un aumento en la turbiedad del agua cruda. La eficiencia del filtro ascendente 2 fue siempre superior al 90% y la eficiencia total del sistema fue superior al 98%. La duración de las carreras para cada una de las velocidades se detalla en la Tabla 5. Tabla N 5: Duración de las carreras del filtro ascendente 2 de la planta piloto para distintas velocidades de filtración, dosis de 60 mg/l de sulfato de aluminio y ajuste a ph = 10 con hidróxido de calcio. Caudal Vel. de filtr. (m/h) Duración carrera (h) Dosis Al 2 (SO 4 ) ) AC (UNT) 2,5 0, ,0 0, ,5 0, En la segunda etapa se resolvió trabajar con un caudal de 2 l/min porque se obtuvieron buenas eficiencias y carreras de una duración razonable. En la Tabla 6 se han resumido los resultados obtenidos en remoción de turbiedad para distintas dosis de sulfato de aluminio. Los resultados indican que puede trabajarse con dosis menores a las obtenidas en el ensayo de jarras. Tabla N 6: Resumen de los resultados de operación de la planta piloto para una velocidad de filtración de 0,42 m/h (Q = 2 l/min), ajuste de ph= 10 con hidróxido de calcio y distintas dosis de Al 2(SO 4 ) 3 en (mg/l) Dosis AC FA1 FA2 FA3 EFT Turb. Turb. EF1 Turb. EF2 Turb. EF ,0 21,3 94,5 1,8 91,5 99, ,2 28,0 93,2 3,6 87,1 99, ,5 18,0 94,8 1,4 92,2 99, ,6 18,0 94,4 1,8 90,0 99,4 Conclusiones de los ensayos en planta piloto La eficiencia en remoción de turbiedad de la primer etapa sin agregado previo de coagulante fue muy baja por lo no debía incluirse en la planta de tratamiento. El sistema de filtración gruesa ascendente en dos etapas resultó muy eficiente aún con valores altos de turbiedad en el agua cruda. PROPUESTA PARA LA REHABILITACIÓN DE LOS FILTROS GRUESOS EXISTENTES Teniendo en cuenta las conclusiones obtenidas del funcionamiento de la planta piloto, se elaboró la propuesta de modificación con los criterios siguientes: De acuerdo a la estructura existente se adoptaron dos módulos de filtración gruesa operando en paralelo. Se aprovechan las mismas divisiones de la primitiva estructura para alojar a las unidades de filtración gruesa de flujo ascendente como así también se mantienen los dispositivos de ingreso y

5 salida del agua adaptados a los nuevos niveles de funcionamiento hidráulico. Se reserva un espacio en la cabecera de los filtros gruesos en donde se diseñará la casa química. Descripción de las modificaciones El agua cruda llega a las cámaras de ingreso existentes. Aprovechando la turbulencia que se produce en el vertedero de ingreso, que favorece la mezcla rápida de los productos químicos con toda la masa de agua, se incorporan las soluciones de cal y sulfato de aluminio en ese punto. Además estos vertederos metálicos, de idénticas características a los existentes, son utilizados como dispositivos aforadores. Cada módulo de filtración gruesa está constituido por dos etapas siendo cada una dividida en dos secciones de operación en paralelo. La dos primeras secciones (primera etapa) tiene una planta de 5 m 5 m y las dos segundas (segunda etapa) 5 m 4 m; se aprovecha de esta forma la conformación de las canaletas de drenaje existentes en el fondo de los recintos;ver figura 3. El lecho filtrante de las primeras dos secciones lo constituye una primera capa de 20 cm de espesor con grava de 20 mm y una segunda de 1,20 m de espesor con grava de 15 mm de diámetro. Desde allí, el agua pasa a través de vertederos triangulares ubicados en el borde lateral externo, descargando a una canaleta que la conduce hacia las últimas dos secciones de filtración gruesa. En las mismas, el lecho filtrante está constituido también por una capa soporte de 20 cm de grava pero de 15 mm y una segunda capa de 1,20 m de espesor de grava de 5 mm de diámetro; a su vez los mantos de grava descritos están apoyados sobre un falso fondo construidos por losetas, viguetas y pilares premoldeados. Para poder distribuir el agua en cada módulo a las dos primeras unidades de filtración gruesa de flujo ascendente, se han diseñado dos cañerías de distribución materializados por tubos de PVC de diámetro 100 mm con perforaciones apoyadas en el fondo de los recintos. Para una adecuada evacuación del contenido de cada uno de los recintos (en la operación de lavado) se instalan en coincidencia con los drenajes originales, otros de mayor diámetro (250 mm) con su correspondiente dispositivo de cierre con apertura rápida. Caudales y velocidades en la filtración gruesa Caudales a servir: Cada módulo tiene una capacidad máxima de tratamiento de 6 l/s, pudiéndose operar la instalación entre los siguientes caudales extremos de 3 a 6 l/s. Velocidades de filtración gruesa: Para el caudal de operación de cada módulo de 6 l/s (21,60 m 3 /h) en la Tabla N 7 se indican las velocidades en cada una de las etapas de filtración gruesa. Tabla N 7: Superficies y velocidades en los filtros gruesos. Superficie Filtrante Velocidad de Filtración Primera Etapa 50 m 2 0,43 m/h Segunda 40 m 2 0,54 m/h Dosificación de productos químicos Como se mencionó anteriormente en un espacio reservado en la cabecera de las unidades de filtración gruesa se construyó la casa química que cuenta con dos niveles: el inferior se utiliza como depósito de las bolsas de sulfato de aluminio en polvo y de cal hidratada y en el superior se alojan los tanques para la preparación de las soluciones cada uno con sus correspondientes dispositivos para la dosificación. PUESTA EN MARCHA Y OPERACIÓN DE LA UNIDAD DE FILTRACIÓN GRUESA

6 Las unidades de filtración gruesa ascendente fueron puestas en marcha en el mes de diciembre de 1995 y durante esta etapa se supervisaron las obras realizadas, se fijaron los caudales a tratar, se entrenó al operador y se elaboró un plan de monitoreo. Se fijó una dotación de 100 l/hab día, por lo que para una población servida de aproximadamente 3000 habitantes resulta un volumen diario de 300 m3. Hasta el momento de confeccionar el presente artículo se habían llevado a cabo seis meses de operación y monitoreo de las instalaciones, resultando los valores promedios para los parámetros antes mencionados que muestra la Tabla N 9. Se trabaja con un caudal entre 3 y 6 l/seg, dosis entre 60 y 80 mg/l, 120mg/l de cal hidratada, y las pérdidas de carga totales son del orden de 16 cm. Las unidades de la primer etapa se lavan una vez por semana y no fue necesario todavía lavar las unidades de la segunda etapa. Tabla N 8: Valores promedios obtenidos en el monitoreo de la unidad de filtración gruesa. Parámetro Agua Cruda Agua tratada Turbiedad 1000 UNT 3 UNT ph Bact.colif. totales 710 UFC/100 ml 20 UFC/100 ml Bact.colif. fecales 410 UFC/100 ml 4 UFC/100 ml Durante la mayor parte de la carrera, la turbiedad a la salida del primer filtro grueso se mantuvo en 12 UNT. Teniendo en cuenta que la unidad en estudio es constituyen una etapa previa a la filtración lenta, se considera que las eficiencias de remoción en los parámetros indicados son altamente satisfactorias. CONCLUSIONES A través de esta experiencia se reafirma la necesidad de realizar un exhaustivo estudio de la calidad del agua a tratar previamente a la adopción de la tecnología de tratamiento y la conveniencia de realizar estudios en planta piloto cuando no se dispone de información acerca del tratamiento de agua de calidad similar en zonas cercanas. La rehabilitación de la etapa de filtración gruesa se realizó aprovechando totalmente las instalaciones existentes cubriendo las necesidades actuales y futuras sin necesidad de duplicación de las unidades. La evaluación del funcionamiento de las instalaciones definitivas indica que los parámetros de diseño adoptados en función de los resultados de la planta piloto fueron correctos así como la experiencia operativa. En los casos en que deban utilizarse productos químicos en zonas rurales, la filtración gruesa ascendente presenta ventajas frente a un proceso convencional de mezcla rápida, floculación y sedimentación, porque requiere menos volumen de obra civil, es altamente eficiente y es más fácil de operar. REFERENCIAS

7 Ingallinella A. M., Stecca L. M. (1992) Clarificación del Agua en Mantos de Grava. XIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental - La Habana - Cuba. Mérida A., Coronado O. (1994) Monitoreo y Operación de la Planta Piloto de Flujo Ascendente para Tratamiento de Agua de Laka-Laka (Tarata)-Universidad Mayor de San Simón- Cochabamba- Bolivia. Romero A. M., Montaño R., Coronado O. (1994) Informe de Ensayos de Tratamiento, Prueba de Trazadores y Análisis Físico - Químico y Bacteriológico Básico, Universidad Mayor de San Simón- Cochabamba - Bolivia.

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