c. Prefiltros de grava
Estas unidades de prefitración en grava o de filtración gruesa, como también se denominan, pueden ser de dos tipos, dependiendo del sentido del flujo horizontal y vertical. Los de flujo vertical pueden ser, a su vez, de dos tipos: descendentes y ascendentes. c.1. Prefiltro de flujo horizontal Descripción
Para establecer el caudal de operación de todo el sistema, si ésta es la primera unidad del sistema de tratamiento considerado, deber anteponerse una caja de concreto con un vertedero triangular. ! La estructura de entrada est constituida por un canal y un muro de ladrillo hueco, cuya función es distribuir uniformemente el caudal en toda la sección. La zona de filtración est conformada por canales divididos en tres o ms tramos llenos de grava de diferentes dimetros, dispuestos en sentido decreciente. La longitud de los tramos es variable y depende de la calidad del agua, del tama"o de la grava y de la velocidad de filtración. Las paredes anterior y posterior de cada tramo debern ser muros de ladrillo hueco, para permitir una distribución uniforme y adecuada del flujo. #ada tramo debe tener su sistema de limpieza, consistente en una tolva para facilitar el deslizamiento y depósito del sedimento, un canal de evacuación de lodos techado con losas de concreto separadas por ranuras, compuerta y camara de drenaje. Las ranuras o separaciones de las losas del canal se dise"an para obtener una velocidad de descarga $ue asegure la e%tracción instantnea de la mayor parte del lodo contenido en la tolva. Las tolvas estarn rellenas con piedra de &'a (' de dimetro. La estructura de salida est constituida por un muro de ladrillo hueco y un canal independiente para cada unidad. .Figura 2. Prefiltro de grava de flujo horizontal
Ventajas
En general, son ms eficientes $ue los sedimentadores por la gran superficie espec)fica disponible en la grava. #uando opera con carreras largas, no sólo remueve part)culas inertes, sino también microorganismos. Las carreras de trabajo se pueden alargar mediante descargas hidrulicas y el lavado de la grava se puede distanciar, por lo menos, hasta $ue concluya la época de lluvia. Es posible lograr una periodicidad de dos a tres a"os, dependiendo de la turbiedad m%ima del afluente. Restricciones
Profundidades mayores de *.+ m y anchos mayores de +. m dificultan la limpieza de la unidad. En general, se recomiendan profundidades no mayores de *. m y anchos m%imos de -. m. Estas recomendaciones restringen el uso de estas unidades a caudales pe$ue"os la otra alternativa es considerar muchas unidades en paralelo. /urbiedades mayores de ( 01/ demandan unidades de 2 a *3 m de largo. Criterios de diseño
4elocidades de filtración de .+ a &. m5h, variables en razón inversa a la calidad del agua.
6rava de *5-' a &', colocada en sentido decreciente. En contacto con los muros perforados se colocar material de dimetro mayor $ue el de los orificios. Longitudes de tramos de * a + m, variables en sentido inverso con el dimetro de la grava. /asa de dise"o para el sistema de limpieza de *.( m (5m& de rea de prefiltro. La instalación debe proporcionar la carga hidrulica necesaria para compensar las pérdidas de carga por fricción, ocasionadas por la velocidad vertical de vaciado del sistema de limpieza. Pérdidas de carga de .& a .( m durante el proceso de operación normal. La grava debe tener de .& a .( m de altura adicional por encima de nivel normal de operación, para evitar cortocircuitos por encima de la superficie de la grava, cuando se haya alcanzado la pérdida de carga m%ima. Criterios de operación y mantenimiento
Limpiar bien la unidad antes del inicio de la temporada de lluvias. Para efectuar el lavado de la grava, se debe evitar parar la unidad durante la época y practicar descargas hidrulicas frecuentes. Prodedimiento para ejecutar las descargas hidrulicas: a. La carga hidrulica debe ser la indicada en el instructivo de operación, para compensar las pérdidas por fricción $ue produce esta operación. b. 7brir la compuerta en forma instantnea. c. 0na vez $ue el agua se ha vaciado completamente, enjuagar la caja de concreto y la grava con agua a presión. d. #errar la compuerta de drenaje y llenar lentamente la unidad, para evitar resuspender el material depositado en los compartimientos contiguos. e. El proceso de llenado después de cada descarga hidrulica debe ser lento, para no levantar el sedimento en los compartimientos contiguos. Este proceso puede llevar varias horas 8como los muros divisorios son perforados, el movimiento se transmite9.
f. eg;n onde: s 8g5l9
?
carga promedio del filtro
L * 8m9
?
largo del primer tramo o compartimiento del prefiltro
#o, #e 8mg5l9
?
#oncentración de solidos en suspensión al inicio y final del primer compartimiento del prefiltro.
/o, /e 80/9 4f 8m5h9
? ?
turbiedad velocidad de filtración
! Es necesario disponer de una unidad especial y una superficie para efectuar el lavado manual de la grava. c.2. Prefiltro vertical múltiple de flujo descendente Descripción
Esta unidad consta de tres compartimientos operando en serie, con velocidades y tama"os de grava decrecientes entre el primero y el ;ltimo. El afluente ingresa a los compartimientos por vertederos ubicados por encima del nivel m%imo de operación de la unidad. #ada compartimiento consta de un tan$ue de sección rectangular lleno de grava de tama"o uniforme. La tasa de velocidad depende de la calidad del agua y del tama"o de grava seleccionado. El sistema de drenaje es similar al del prefiltro horizontal. La estructura de salida de cada compartimiento consta de un canal $ue se comunica con el compartimiento de la grava a través del sistema de drenaje de tal manera $ue el agua percola a través de la grava, pasa por el canal de drenaje y asciende por el canal de salida, hasta alcanzar el vertedero $ue comunica con el siguiente compartimiento de la unidad . Prefiltros de grava verticales de flujo descendente Figura 3. Planta y cortes
Figura 4. Unidad en funcionamiento
Figura . Unidad recien instalada
7dems de las indicadas en el caso anterior: Puede tomar un rango de turbiedad mayor $ue el horizontal y $ue el vertical ascendente. La velocidad de descarga durante las limpiezas no afecta a los compartimientos adyacentes, por$ue cada tan$ue es independiente. Por consiguiente, el llenado de los compartimientos puede hacerse a un caudal mayor al de dise"o de la unidad para acelerar esta operación. La limpieza completa es ms gil $ue en los otros casos, por$ue la altura de la grava en cada compartimiento es de sólo + cms. @ncluso puede ejecutarse dentro del mismo compartimiento. 7l operar con carreras largas 8turbiedades bajas9 y buena supervisión, se han detectado eficiencias de remoción de coliformes fecales de A2B con aguas crudas, con un contenido inicial de (.( 8*9 ( 8(9. Restricciones
1ormalmente se pueden tratar turbiedades medias de * a - 01/, pudiendo tomar l)mites m%imos de + a 3 01/. e pueden tratar turbiedades superiores a las *, 01/, con velocidades bajas de filtración, intensificando las descargas hidrulicas y con supervisión constante. En caso contrario, debe consideranse un presedimentador para atenuar la turbiedad afluente a la unidad. Criterios de diseño
4elocidades de *. a .2 m5h para el primer tramo, de .2 a .3 m5h para el segundo y de .3 a .- para el tercero.
6rava de *'a &'en el primer tramo, de C' a *' en el segundo y de D' a ' en el tercero. Los criterios de dise"o para el sistema de limpieza son similares a los del prefiltro horizontal. Criterios de operación y mantenimiento
@niciar la operación de la unidad lavando la grava mediante descargas sucesivas. Las descargas intermedias deben ejecutarse cada vez $ue el efluente de la unidad empieza a sobrepasar el l)mite m%imo aceptable por el filtro lento o la meta de calidad de agua estipulada por la norma, si es la ;ltima unidad del sistema de tratamiento. Procedimiento para ejecutar las descargas hidrulicas: ! para compensar las pérdidas por fricción $ue produce esta operación, la carga hidrulica debe ser la indicada en el instructivo de operación, ! abrir la compuerta en forma instantnea, ! una vez $ue el agua se ha vaciado completamente, enjuagar la caja de concreto y la grava con agua a presión, ! cerrar la compuerta de drenaje y llenar la unidad hasta el nivel de operación normal, ! el llenado del primer tramo puede efectuarse abriendo al m%imo el ingreso a la unidad. En el caso del segundo y tercer tramo, adems del ingreso proveniente del primer tramo, se puede acelerar el llenado utilizando la manguera, ! el lecho nunca debe $uedar en seco, a no ser $ue se haya lavado previamente la grava, por$ue el material retenido en los lechos filtrantes colmatados se secar y formar una pel)cula alrededor de cada grano, ! dada la poca profundidad del lecho filtrante y la independencia de los compartimientos, es factible realizar el lavado de la grava dentro del mismo tan$ue, sin tener $ue e%traerla. Para esto, ser necesario disponer de agua a presión. c.3. Prefiltro vertical de flujo ascendente Descripción
En unidades grandes 8(. a -. m de dimetro9, la tuber)a de agua cruda ingresa por el fondo de la unidad a una caja de distribución. >e la caja de distribución parten *& tubos de f *'de dimetro con perforaciones de f 3.- mm y f *&.F mm, $ue ingresan a los troncos de cono $ue conforman el falso fondo de los prefiltros. Este tipo de falso fondo permite una distribución uniforme del flujo en toda el rea del prefiltro. Los troncos de cono se llenan de grava de f *A mm a f (2 mm, 8*9 y 8-9 84er Gigura (.(.*9. En unidades pe$ue"as de *. a *.& m de dimetro, la tuber)a ingresa por el eje del prefiltro hasta el fondo de la unidad, desde donde es distribuida uniformemente en toda el rea mediante tuber)as secundarias perforadas. En el caso en $ue la tuber)a llega a una caja de distribución, de ésta parten tubos de f *'de diametro con perforaciones de f 3.- mm y f *&.F mm, $ue ingresan a troncos de cono $ue conforman el falso fondo de los prefiltros. Este tipo de falso fondo permite una distribución uniforme del flujo en toda el rea del prefiltro. Los troncos de cono se llenan de grava de f *A mm a f (2 mm, 8*9 y 8-9. La zona de prefiltración est constituida por dos capas de grava de f 3.- a f &.F mm.y de f &.- a f -.2 mm, de .( m de espesor cada una y una capa de arena gruesa de f *.- a f &. mm de altura en la superficie del lecho .Figura !. Prefiltro ascendente con drenaje troncoc"nico
El sistema de recolección de agua tratada est conformado por tuber)as de f -' con orificios de f *&.F mm.a .+ m, centro a centro, $ue conducen el efluente a una caja de recolección. Este sistema se ubica a .- m sobre la superficie del medio filtrante. #uando la planta se inicie con los prefiltros se deber anteponer una caja de medición de caudal y distribución a las unidades, consistente en un vertedero triangular y dos rectangulares. En el caso de $ue se proyecten ms de dos prefiltros, se dise"ar un canal de distribución uniforme a todas las unidades ubicadas en paralelo. Figura 3.3.2 Prefiltro ascendente con fondo de drenes
Figura #. $ista del sistema instalado
Figura %. $ista superior del prefiltro
Ventajas
! investigaciones efectuadas con este tipo de unidades operando en serie con filtros lentos sugieren $ue este conjunto puede remover hasta +. mg5l de fierro total, .+ mg5l de manganeso, F+ unidades de algas5ml, &, coliformes fecales5* ml de muestra y puede tratar aguas hasta con +. mg5l de >HI+. ! la remoción global de microorganismos vivos y part)culas es superior a 2B, siempre $ue no se produzcan variaciones bruscas de la calidad del afluente.
Restricciones
! turbiedades afluentes no mayores de * 01/. ! poca capacidad de asimilación de variaciones repentinas de calidad de agua. ! para la construcción de unidades grandes con drenaje de caja de repartición y troncos de cono, se re$uiere de mano de obra calificada. Criterios de diseño
! tasa o velocidad de filtración de *. a *.+ m5h ! espesor del lecho filtrante de *.& m ! velocidad de descarga de lavado de *. m5min ! velocidad en el canal de evacuación de *.+ m5s ! la pérdida de carga durante la operación normal es de apro%. .& m. Criterios de operación y mantenimiento
! para evitar la compactación de los lodos acumulados y reducir la frecuencia de lavado manual de la grava, las limpiezas hidrulicas se efectuarn cada semana en época de lluvias. ! el lecho de arena y grava tiene un espesor de *.& m y la superficie se encuentra a .F m del borde y a *.A m la parte ms profunda, lo cual hace $ue la operación de e%tracción y lavado manual de la grava sea dificultosa y re$uiera de una buena organización y supervisión para $ue estén disponibles los recursos necesarios para ejecutar esta operación, sin mezclar la arena y la grava de diferentes tama"os. En el caso de $ue los materiales se mezclen, se deber disponer de las mallas correspondientes para clasificarlos nuevamente. ! es importante disponer de una unidad especial para efectuar el lavado de la arena y de la grava y de una superficie de concreto para ejecutar esta operación.
