Los filtros de lecho en la aplicación de agua potable

Desde hace siglos, la filtración de arena para potabilización de agua ha sido el método más empleado. Actualmente seguimos empleando la filtración de lecho en la potabilización del agua como el mejor método de tratamiento. Lógicamente los avances tecnológicos han permitido realizar estaciones de filtrado para poblaciones totalmente automatizadas y controladas, pero la esencia del filtrado de arena permanece en la actualidad.

Sin entrar en los procesos previos de decantación, coagulación-floculación y posteriores de desinfección, la filtración mediante lecho filtrante sigue siendo el método más efectivo para la reducción de la turbidez y retención de solidos de los caudales a tratar.

Ahora sabemos que los lechos atrapan las partículas suspendidas en el agua, partículas de mayor tamaño que los poros que forma el medio filtrante, que retiene mecánicamente. Además, durante el paso de los sólidos a través del lecho se produce también procesos de sedimentación (una especie de decantador), acción de fuerzas centrifugas (el agua circulante sigue trayectorias curvilíneas apareciendo fuerzas de inercia que hace choquen partículas formando flóculos mayores), fenómenos de adsorción física (fuerzas de Van der Waals y electrocinéticas) e interacción electrostática (según características medio filtrante y las partículas suspensión).

Todo lo anterior hace que esta retención de partículas sea la más optima, siendo la filtración de arena la llamada ‘filtración en profundidad’.

Las principales variables para el diseño de estos equipos de lecho son:

• Características del material filtrante:

1. Material granular (la más usada es la arena silícea, arena volcánica, antracita y granate. Mención aparte para el carbón activado, que, si bien tiene misma tecnología, se utiliza para otras aplicaciones como la desodorización, la eliminación de trihalometanos, etc.
2. Granulometría: definida por el tamaño de partícula y uniformidad de tamaños. El tamaño determinara el paso de los intersticios. Se caracteriza mediante el tamaño efectivo (d10) y se puede estimar en un diámetro de poro de 1/7 parte de d10. La uniformidad (Cu) estima la relación entre los diferentes tamaños.
3. Forma de los granos: angulosos (material triturado) o redondos (arena cantera).
4. Friabilidad: es la capacidad del lecho para que la acción del lavado forme el menor número de finos posible por desgaste.
5. Geometría del lecho: el espesor del lecho tiene una altura mínima, y una altura a partir de la cual ya no mejora la calidad del filtrado.

• Características del agua a tratar: la principal son los sólidos en suspensión (TSS), tamaño y distribución de las partículas y consistencia de los flóculos.
• Velocidad de filtración: el caudal del agua a filtrar debe estar relacionado con la superficie de filtración disponible para obtener los rendimientos adecuados. Se define la velocidad filtración como la relación entre el caudal a filtrar y la superficie filtro en m³/m²/h (m/h). Las filtraciones más frecuentes oscilan entre 4 m/h y 50 m/h.

El principal objetivo de la filtración física es eliminar sólidos en suspensión. El rendimiento se verá reflejado en la disminución de la turbidez del efluente y de la TSS. La medición en continuo de estos parámetros, o la pérdida de carga hidráulica, nos permitirá determinar en qué momento debemos proceder a la limpieza del equipo.

Los filtros empleados en función de su tipología pueden ser:

• De gravedad o presión
• Abiertos o cerrados
• Continuos o semicontinuos
• De filtración descendente o ascendente
• De lechos monocapa o multicapa:

* Monocapa: generalmente llevan arena silícea o volcánica. Sobre el falso fondo o brazos colectores (según el equipo) se suele colocar una subcapa de grava.

* Multicapa: se colocan capas de diferentes tamaños. En las capas superiores se ubican las tallas efectivas mayores, y en el fondo, las menores. Con esto conseguimos un ensuciamiento progresivo y homogéneo del lecho. El inconveniente es que en la limpieza debemos fluidizar suficientemente el lecho para movilizar las capas superiores, de mayor tamaño, y que los materiales tengan diferentes densidades. Es habitual uso de antracita-arena-granate.

• Otros: si bien el carbón activo no es una filtración, suele ir asociada en determinadas zonas a la misma. El sistema empleado suele ser igual al de la filtración, teniendo en cuenta que aquí predomina el tiempo de contacto del agua con el carbón. Se debe emplear después de la filtración para que las partículas no colmaten el carbón.
• De lavado con solo agua o con aire + agua:

1. Solo agua: la velocidad de lavado está relacionada con la granulometría y debe ser suficiente para producir una expansión del lecho filtrante del 25% (más otro 25% de zona seguridad)
2. Aire + agua: se consume menos agua, pero se necesita aportar soplante para la fluidización lecho.

Por lo tanto, en función de todo lo anterior se determinará finalmente la superficie necesaria de filtración y la definición final del sistema más adecuado para el tipo de agua que se tiene entrada y que se necesita a la salida.

Para ayudar a resolver esta problemática, el departamento industrial de Lama le aconsejará sobre la mejor solución y diseño de sus equipos de lecho, que pueden ser de crepinas o brazos colectores, distribuidos de la siguiente forma:

• De lecho bajo
• De lecho alto
• De lecho especial

Desde Lama siempre recomiendan un filtro de seguridad ya sea de anillas o de mallas, a la salida del agua filtrada, para que se pueda detectar posibles roturas de los elementos de recogida agua filtrada (canales, etc)