Examinando por Materia "Filtración en Múltiples Etapas"

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    PublicaciónAcceso abierto
    Análisis del crecimiento de algas en un FGAC aplicando simulación computacional [recurso electrónico]
    (2015-01-16) Domínguez Garzón, Edison Andres
    La filtración en gravas de flujo ascendente (FGAC), hace parte de la tecnología de la filtración en múltiples etapas. La complejidad del proceso de filtración radica en que muchos de los fenómenos que se dan ahí, tienen relación con procesos físicos, fisicoquímicos y actividad biológica en las capas del material filtrante. El uso de mantas sobre la superficie del lecho filtrante permite el desarrollo de algas y otros organismos, haciendo que al momento de realizar la limpieza de la unidad este material sea fácilmente removible. Teniendo en cuenta la importancia de la actividad biológica dentro del proceso de filtración en grava y que ha sido poco estudiada la manera como ocurre en el proceso de filtración de los FGAC, este trabajo analiza el comportamiento de las algas y cómo influyen en el proceso de tratamiento y eficiencia de los FGAC aplicando simulación computacional, por medio del software AQUASIM. Adicionalmente se determinaron las eficiencias de remoción en un FGAC con manta sintética y las variables asociadas a la operación. Para el estudio se acondicionó una unidad piloto de filtración en gravas de flujo ascendente con un espesor de 0,90 m de grava y una capa de tres mantas ubicadas en la superficie con un espesor de 0,56 cm. El sistema se alimentó con agua del río Cauca. Los resultados del trabajo indicaron que el modelo AQUASIM facilita la simulación de la biopelícula como reactor. Se estimó que la tasa de crecimiento de la biopelícula fué de 0,0182 mm/día en la primera carrera de filtración, obteniéndose un grosor de 1,2 mm en 66 días y de 0,031 mm/día en la segunda carrera de filtración alcanzando 1,35 mm en 43 días. La clorofila a fue un buen parámetro para determinar el crecimiento biológico. En el FGAC - manta la biopelícula logró su estado de equilibrio para una concentración de clorofila a de 3,8 g/m3 en la primera carrera de filtración y de 4,2 g/m3 en la segunda. Las eficiencias medias de remoción para la segunda carrera de filtración con un lecho maduro fueron las siguientes: sólidos totales 43%, sólidos volátiles y turbiedad 55%, sólidos suspendidos totales 58%, coliformes totales 92% y para E.coli de 93%. El sistema piloto FGAC manta operando con una velocidad de filtración de 0,5 m/h generó una pérdida entre 4,5-5,0 cm para una duración de carrera entre 43 y 66 días. Al instalar mantas sintéticas en la superficie del lecho de grava es necesario revisar el comportamiento hidráulico de la unidad para evitar la entrada de aire y así evitar líneas de flujo preferenciales y el desprendimiento de la capa biológica. El trabajo muestra que puede ser factible el reemplazo de una capa de grava de 0,25-0,30 m de espesor en filtros gruesos de flujo ascendente, por una capa de manta de 0,56 cm para reducir el espesor del lecho filtrante en el FGAC.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Estudio del comportamiento hidráulico en filtro de grava de flujo ascendente en CAPAS-FGAC con agua cruda del río Cauca.
    (2017-05-04) Ruiz Solano, Estefanía; Sánchez Torres, Luis Darío
    La filtración en múltiples etapas, FiME es una alternativa tecnológica para mejoramiento de la calidad de agua de consumo que actualmente es aprovechada en comunidades rurales. FiME consta de tres etapas de tratamiento: Filtro Grueso Dinámico (FGDi), Filtro de grava de flujo ascendente (FGA) que son pre-tratamientos en medios granulares de grava y Filtro Lento en Arena (FLA) como etapa de remoción microbiológica. Este trabajo de grado se orientó a entender el comportamiento hidráulico del FGA en capas a escala piloto. El estudio se realizó en la Estación de Investigación y Transferencia de Tecnología del Instituto Cinara, localizada en predios de la Planta de Tratamiento de Agua Potable (PTAP) de Puerto Mallarino ¿EMCALI de Cali. Los resultados del modelo simplificado de Wolf Resnick mostraron que en cada capa de grava se presentó flujo dual (pistón y mezcla completa), con presencia de zonas muertas. Los resultados muestran para las tres velocidades de filtración (vf), que para el tamaño de grava de 22-24 mm (capa 1) presentó mezcla completa entre 55-77%, fracción pistón entre el 23-31% y presencia de zonas muertas en un 15% aproximadamente. La tendencia de flujo dual se hizo recurrente en el tamaño de grava de 12.7 a 19.07 mm (capa 2), con fracción de mezcla completa entre 34-84%, de flujo a pistón entre 16-46% y alta presencia de zonas muertas 19%, el tamaño de grava 6.35 a 12.7 mm evidenció flujo dual con mayor porcentaje de mezcla completa, 52-64% frente al flujo pistón de 34-36% y con existencia de zonas muertas 13-14%. Para la última capa, diámetro de grava entre 4.75 a 6.35 mm, la fracción mezclada varió entre 57-60% y el flujo pistón entre 40-43%, a diferencia de las demás capas, ésta no presentó zonas muertas. El comportamiento hidráulico del reactor estudiado como una unidad completa, muestra que el flujo predominante es pistón, con una que varió entre el 49 y 50%, frente a una fracción mezclada de 37%. Para las tres vf; las zonas muertas variaron entre el 13 y 14%. El modelo de reactores en serie mostró un valor de n =10 para la totalidad del lecho filtrante a una vf = 0.5 mh-1; siendo este el mayor valor frente a los demás calculados, este valor fue igual al obtenido por Sánchez, 2016. Para vf 0.75 y 1.0 mh-1 el número de reactores en serie fue de n = 6 y n = 4 respectivamente. El mayor número de reactores en series n para la longitud total del lecho indica un mejor comportamiento hidráulico del reactor al incrementar la longitud de la grava y el mejor desempeño hidráulico a menor vf se puede explicar por un menor número de Reynolds y mayor cercanía al régimen de flujo laminar. La turbiedad de salida del FGAC, estuvo entre 10.3-12.4 UNT que pueden facilitar la operación de sistemas de filtración lenta en arena acorde a las recomendaciones de Galvis et al. (1999) y Di Bernardo y Sabogal Paz, 2008 quienes establecieron un valor alrededor de 10 UNT para los efluentes de los FGAC. El mejor desempeño en remoción de SST para las tres vf analizadas, se presentó en la capa 3, (grava de 6.35 -9.53 mm) con una eficiencia entre el 28 al 30%, el comportamiento está en armonía con los resultados obtenidos por el método simplificado de Wolf Resnick, que no mostró zonas muertas en esta capa de grava.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Remoción de hierro y manganeso por oxidación con cloro y filtración en grava.
    (2015-02-04) Marín Burbano, Lina Maria
    Este trabajo de investigación se desarrolló a escala piloto para estudiar la remoción del hierro y el manganeso utilizando como oxidante el cloro, seguido de un sistema de filtración en gravas de flujo ascendente FGA en tres etapas, operando con velocidades de filtración de 2 m/h, 3.5 m/h y 5.0 m/h para concentraciones afluentes de hierro total de 9.7 mg/L, 5.9 mg/L y 4.2 mg/L, respectivamente. Se identificaron los requerimientos operativos y económicos para la implementación del sistema de tratamiento y se propuso una matriz de selección de tecnología para la remoción de hierro y manganeso con diferentes etapas de FGA con oxidación con cloro. Los resultados mostraron que con Vf de 5m/h, y tres etapas de FGA, operando con una concentración afluente de hierro total entre 3.9- 4.9 mg/L y entre 0.9-1.2 mg/L de manganeso permitió tener efluentes hierro y manganeso por debajo de los valores guía establecidos por la norma Colombiana de calidad de agua. Las concentraciones de Fe total de 5.9 y 9.7 mg/l empleando Vf de 3.5 y 2.0 m/h respectivamente, en tres etapas de FGA, lograron eficiencias de remoción de Fe de 87% y 83%, y Mn 90% y 86%, respectivamente; pero se requiere de barreras adicionales para garantizar la remoción de estos parámetros por debajo de los valores guía (0.3 para Fe total y 0.1 para Mn). Para valores del pH del agua cruda entre 6.9 -7.9 unidades, se logró una adecuada oxidación del hierro y el manganeso por procesos fisicoquímicos. El tiempo de retención mayor a 30 minutos fue un factor clave para facilitar la precipitación y posterior remoción del hierro y manganeso. La mayor reducción del hierro y el manganeso del sistema piloto evaluado se alcanzaron en la primera etapa FGA, que mostró la mayor cantidad de depósitos específicos δ acumulados, con valores entre 400- 450 g/m3. El mecanismo de adherencia predomina sobre los mecanismos de transporte, en los FGA, debido la desestabilización de las partículas por la oxidación química. El mecanismo de transporte más influyente durante la filtración fue el de la sedimentación. Las velocidades de filtración empleadas con la tecnología de tratamiento por oxidación con FGA (entre 2 y 5m/h) hacen que la tecnología sea una alternativa promisoria para el tratamiento de aguas subterráneas con alto contenido de hierro. Los costos de inversión inicial de cada etapa de FGA se encuentran entre $1.0 y $2.2 millones L/s para tasas de filtración entre 5 y 2 m/h y los costos de A, O&M, por m3 producido varían entre $204 y $703, dependiendo de la velocidad de filtración empleada y el caudal de diseño. Sobre la base de los resultados obtenidos se realizó una síntesis de la evaluación para cada una de las concentraciones evaluadas, considerando las etapas FGA en función de la calidad del agua cruda para hierro total, manganeso, color aparente y pH, en función de las velocidades de filtración en el rango de 2-5 m/h, definiendo el tamaño y espesor del medio filtrante y la dosificación de hipoclorito de sodio. La tecnología, estudiada puede ser útil para cerca del 85% de sistemas con pozo de la región, que tiene concentraciones de hierro total de hasta 5 mg/L y 1 mg/L de manganeso. La oxidación con cloro se debe aplicar para aguas subterráneas, para aguas superficiales o con alto contenido de materia orgánica no es recomendable por los riesgos de formación de subproductos de la oxidación con el cloro.