Filtros de película fija (arena u otros medios)
Los filtros de medios son sistemas aeróbicos de tratamiento de aguas residuales de película fija. La arena es el medio más utilizado para tratar tanto el agua como las aguas residuales. Los filtros de arena de un solo paso se han utilizado durante más de 100 años y los usos históricos de este sistema se remontan a finales de 1890. El uso de otros medios como grava, fibra de turba, vidrio triturado, textiles, espuma, etc., está ganando popularidad en la industria in situ a medida que adquirimos conocimientos sobre cómo se puede mejorar el rendimiento de los sistemas de filtrado de medios para el tratamiento de aguas residuales in situ.
Los mecanismos de tratamiento de aguas residuales que ocurren en un filtro de arena incluyen procesos físicos, químicos y biológicos. Los procesos físicos, como la deformación y la sedimentación, eliminan los sólidos en suspensión (medidos como SST) dentro de los poros del medio. La adsorción química de ciertos contaminantes como el fósforo o los metales pesados juega un papel limitado y depende de las características del medio utilizado en el filtro. En la superficie del medio, la biopelícula se desarrolla a partir del crecimiento de los microorganismos a medida que las aguas residuales se mueven a través del medio. Los microorganismos activos en la biopelícula absorben materiales de desecho solubles y coloidales (medidos como DBO5 o DQO) a medida que las aguas residuales se filtran sobre las superficies de arena. Como resultado de los procesos de tratamiento bioquímico y físico, los contaminantes como el5 DBO y el SST se reducen significativamente y la mayor parte del nitrógeno amoniacal se convierte en nitrógeno nítrico (nitrificación). El nivel de oxígeno disuelto en las aguas residuales aumenta y el efluente tratado se ve claro y no huele a efluente de tanque séptico.
Una unidad de tratamiento de filtro de medios tiene los siguientes componentes básicos:
- Un contenedor, normalmente un tanque de hormigón;
- Un sistema de drenaje inferior para eliminar el efluente tratado, generalmente una tubería de PVC ranurada;
- Medio de tratamiento, típicamente arena;
- Un sistema de dosificación y distribución para aplicar aguas residuales sobre el medio, generalmente una tubería de PVC con orificios o boquilla de rociado; y
- Tanque dosificador que contiene bomba y sistema de control.
Los objetivos de tratamiento deseados para un tipo determinado de aguas residuales se pueden lograr seleccionando cuidadosamente los medios para el tratamiento y diseñando adecuadamente el sistema de tratamiento.
Los principales parámetros de diseño para un filtro de medios de una sola pasada son:
- Tasa de carga (hidráulica y orgánica)
- Sistema de distribución de efluentes, y
- Características de los medios de comunicación.
Los principales parámetros de diseño para un sistema de filtro de medios de recálculo (también llamado multipaso) son:
- Velocidad de carga: hidráulica y orgánica,
- Relación de recirculación,
- Sistema de distribución de efluentes,
- Volumen de líquido del tanque de recirculación, y
- Características de los medios
En un sistema de filtro de medios de un solo paso, el efluente primario (efluente de tanque séptico) se aplica (dosifica) sobre el filtro en un cierto intervalo de tiempo. Como se muestra en la animación, cuando la red de distribución (tubería) está llena de aguas residuales, las boquillas de pulverización aplican las aguas residuales de manera uniforme sobre el medio (arena). Tenga en cuenta que el efluente también se puede aplicar sobre el filtro utilizando una red de tuberías perforadas que se coloca en la parte superior o a unas pocas pulgadas dentro del medio. La pulverización del efluente sobre el medio ofrece una ventaja en términos de permitir que el aire se mezcle con el efluente. Sin embargo, la pulverización del efluente primario aumentará el potencial de olor y se debe incorporar un sistema de control de olores adecuado en el diseño. El uso de boquillas de pulverización en un filtro de medios de recálculo adecuadamente diseñado y operado presenta muy poco o ningún potencial de olor, ya que el efluente que se rocía es la mezcla de efluente primario y el efluente tratado.
La cantidad de efluente aplicada sobre el medio en cada dosis debe ser tal que al final del ciclo de dosificación, el efluente no haya llegado al fondo del filtro, evitando así la inundación del medio. Como se muestra en la animación, a medida que las boquillas de pulverización dejan de rociar efluente, el frente de humectación ha alcanzado aproximadamente la mitad del filtro y continúa moviéndose hacia abajo hacia el sistema de drenaje inferior. Es importante que el filtro de medios esté adecuadamente ventilado y que se logre el flujo de aire a través de los medios. En algunos filtros de medios, la ventilación forzada mediante un ventilador o un soplador se incorpora al diseño para garantizar que se disponga de un suministro adecuado de aire para lograr el tratamiento aeróbico.
Una vez que se detiene la dosificación del efluente en la parte superior del medio, unos minutos después, el filtro comienza a drenar. El efluente se recoge en la parte inferior del medio utilizando el drenaje inferior y se elimina del filtro del medio.
En un sistema de una sola pasada, el tratamiento se completa después de una pasada y está listo para su dispersión en un sistema de dispersión de efluentes subsuperficiales. Sin embargo, en un sistema de recálculo, el efluente se recoge en un tanque de recirculación y se dosifica de nuevo al filtro de medios
La principal diferencia entre un filtro de medios de un solo paso y un filtro de medios de recálculo es el tamaño del sistema. Por lo general, un sistema de un solo paso es más grande que un sistema de recálculo. Sin embargo, un sistema de recálculo suele ser más complejo en términos de bombas y sistema de control. La recirculación del efluente en un filtro de medios de recálculo se logra utilizando un método de flujo dividido (caja de distribución) en el que parte del reflujo de drenaje se devuelve al tanque de recirculación y el resto se descarga. En un método de flujo dividido, el número total de veces que se dosifica el filtro en un día dependerá de la cantidad de aguas residuales generadas en ese día. La recirculación del efluente también se puede lograr utilizando una válvula de flotador de bola que se instala en el tanque de recirculación. Dependiendo del nivel de agua en el tanque de recirculación, la válvula de flotador de bola permitirá que el reflujo de drenaje regrese al tanque de recirculación o lo desviará al tanque de descarga. Este método permite colocar un número fijo de dosis en el filtro todos los días, independientemente de la cantidad de aguas residuales generadas. El rendimiento de un filtro de medios de recálculo que se dosifica un número fijo de veces al día suele ser mejor que el del que no se dosifica un número fijo de veces.
En la Granja de Investigación Kentland de Virginia Tech, el Prof. Ray Reneau ha evaluado el rendimiento de un sistema de filtro de medios de recálculo prediseñado y preempaquetado durante un período de tres años. Más información sobre este proyecto se puede encontrar en http://filebox.vt.edu/cals/cses/reneau/projects/rmfsum.html. El recálculo de la evaluación del filtro de medios en Virginia Tech se realizó en condiciones altamente "controladas" en las que se agregó la cantidad exacta de efluente del tanque séptico (flujo diseñado) al proceso de tratamiento todos los días durante el proceso de evaluación y se recolectaron muestras del efluente tratado para su análisis.
La División de Servicios de Alcantarillado y Agua en el lugar participó en una evaluación de campo de un sistema de filtro de turba de un solo paso desde 1996 hasta 2000. Durante este período, se instalaron cientos de filtros de turba para servir a hogares individuales en Virginia y se seleccionaron 24 sitios para evaluar el rendimiento del filtro y determinar el impacto en la calidad del agua subterránea poco profunda de la descarga del efluente del filtro. Durante la conferencia ASAE en 2000 se presentó un documento técnico en el que se presentan los resultados de este estudio (enlace al archivo).
En mayo de 2000, se instalaron cuatro tipos diferentes de filtros de medios recalculables en una subdivisión para reparar el campo de drenaje de efluentes del tanque séptico defectuoso. Los medios utilizados en cada uno de estos filtros son diferentes, al igual que el tamaño del filtro y el método de recálculo. Sin embargo, la calidad del efluente parece ser bastante similar y de una alta calidad que fue lo suficientemente buena como para rejuvenecer los campos de drenaje que estaban fallando prematuramente. Los detalles sobre el proyecto Genito West están contenidos en el archivo (Gentio West Project.doc).
Todos los tipos de sistemas de filtrado de medios necesitarán mantenimiento y un profesional con la capacitación adecuada en operación y mantenimiento de este tipo de sistema debe estar presente en el área donde se propone el uso de filtro de medios.