La filtración profunda usada como mecanismo para la remoción de partículas coloidales desestabilizadas.

1. Filtración
— Es un proceso fisico unitario destinado a la
remoción de partículas del agua
— Coloides orgánicos e inorgánicos
— Sólidos suspendidos
— Arcillas
— Limos
— Microorganismos
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2. Tipos de Filtros
— Dependen de las características del agua (constituyentes)
— Orgánicos o inorganicos suspendidos
— Orgánicos disueltos (MTBE)
— Inorganicos disueletos (amonia, nitratos, fosfatos, cloruros)
Filtración
Profunda
Filtración de
Superficie
Filtracion de
Membranas
Filtración
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3. Tipos de Filtros
— Profunda
— Pasar agua con contaminantes por un lecho
poroso o compresible
— Remoción de SS
— Remoción de DBO
— Pre-tratamiento para filtración con menbranas
Lenta
Arena
Porosa y
Compresible
Porosa
Intermitente
Recirculacion
de medios
Porosos
Filtración
Profunda
Filtración
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4. Tipos de Filtros
— De superficie
— Materiales: lana, materiales sintético, membrandas (poros mas
pequeños)
— Rangos: 10 - 30µm
Filtros de
Laborarorio
(Whatman)
Diatomeas Barras
Telas
Filtración de
Superficie
Filtración
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5. Tipos de Filtros
— Membrana
— Pasar el agua através de un medio separador
— Rangos: 0.0001 - 1µm
— Importancia de la presión aplicada
Microfiltracion
Macroporos
0.08 - 2.0 um
Ultrafiltracion
Mesoporos
0.005 - 0.2 um
Nanoflitracion
microporos
0.001 - 0.01 um
Osmosis
Revers
0.0001 - 0.001 um
Filtracion de
Menbranas
Filtración
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6. Filtración Profunda:
Clasificacion
— Medio Filtrante
— Tipo de funcionamiento
— continuo
— discontinuo
— Sentido del flujo
— ascendente
— descendente)
— Proceso de lavado
— Mecanismos de control del flujo
— caudal constante
— caudal variable
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7. Filtro
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8. Mecanismos de remoción
— Partículas en los
poros
— Sedimentación
— Impacto
— Intecepción
— Adhesion
• Floculación
• Adsorción química
– (Interacciones químicas)
• Adsorción física
– (Fuerzas electroestaticas/ van
der waals)
• Crecimiento biologico
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9. Accesorios y Equipos de
Control
Velocidad constante
• Controles de Entrada
(vertederos, orificios, control del caudal)
• Controles de Salida
• Controles de nivel (flotadores o sifones)
• Presión diferencial (orificios)
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10. Seleccion del material
granular
Filtración Profunda
— Medio Filtrante
— Gran área superficial por unidad de volumen
— Económico
— Dificil Obstrucción
— Naturales
— Piedras, arenas, limos, maderas
— Naturales de río
— Trituradas para el filtro
— Artificiales
— Plásticos
— Láminas de cloruro de polivinilo Alby Aguilar Pesantes, MSc
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11. Hidráulica del Proceso
Analisis Microscópico
Cada grano del filtro actúa como un colector
— Existen mecanismos de transporte y adhesión que
permiten que las partículas se adhieran al colector
(Yao et al, 1971).
— Sedimentación
— Intercepción
— Difusión
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12. Hidráulica del Proceso
Analisis Microscópico
— Eficiencia del colector ηT
— Expresion dada por Elimelech et al (1995)
ηT = 4.0As
1/ 3 D∞
Vdc
$
%
&
'
(
) + AsNLO
1/ 8
R15/ 8
+ 3.38*10−3
AsNg
1.2
AsNLO
1/ 8
R−0.4
D∞ =
As =
NLO =
R =
NG =
Coeficiente de difusion=KT/(3πdpµ)
Parámetro adimensional que toma en cuenta a los otros colectores
# de van der waals (adimencional) =4A/9πdp
2µV (A=Cte Hamaker)
dp/dc
Es el valor de la gravedad (adimensional)

13. Filtro de medio unico
V=Q/Area Superficial
C , Q
dx
Area A
C+dC/dx*dx
dx
L
C0, Q
C, Q
x
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14. Filtro de medio único
C , Q
dx
Area A
C+dC/dx*dx
€
dc
dt
+ V0
dc
dx
+ depósito = 0
dc
dt
+ V0
dc
dx
+
dσ
dt
= 0
Teoria de Iwasaki
€
dσ
dt
= λV0C
En que λ es el coeficiente del filtro [1/L]
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15. Filtro de medio único
C , Q
dx
Area A
C+dC/dx*dx
€
dc
dt
+ V0
dc
dx
+
dσ
dt
= 0
dc
dt
+ V0
dc
dx
+ λV0C = 0
En estado estacionario dC/dt = 0, por lo tanto
dc
dx
= −λC Solucion para el balance de masas
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16. Hidráulica del Proceso
Tenemos entonces que para un filtro LIMPIO
€
dC
dx
= −
3
2
1−ε( )αη0
dc
*C
C = C0
Cx = Ce
x = O
x = L
€
Ce
C0
= e
−
3
2
1−ε( )αη0L
dc
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17. Hidráulica del Proceso
Pérdidas de Carga.
(Carman - Kozeny, 1937 )
h =
f
Θ
1−ε( )
ε3
L
d
Vs2
g
h =
1
Θ
1−ε( )
ε3
L *Vs2
g
f
p
dg
∑
f =150
1−ε( )
Re
+1.75
Re =
ΘdVsρ
µ
=
ΘdVs
ν
h = pérdida de carga
f = factor de fricción
ε = porosidad
L = espesor del lecho
Vs= velocidad de filtración
d = diámetro del grano
Θ = factor de forma
d = diámetro del grano
p = fraccion de partículas (masa)
dg=media aritmética=(d1*d2)1/2
Θ =1 (esferas)
Θ =0.82 (arena redondeada)
Θ =0.75 (arena convencional)
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18. Lechos Filtrantes
Estratificados
Arena
Se usa en filtros rápidos
D < 2 mm
Material silicio , Dureza de Moh =7
γ = 2
Solubilidad al HCl (40%) < 5% (24H)
Antracita
Porosidad
• Redondas = 42 - 45%
• Angulares = 44 - 47%
Cu < 1.1
Pérdidas por ignicion < 0.7 %
0.5 mm <D < 1.5 mm
Carbon libre > 85%
Dureza de Moh =2.7
γ = 1.5
Solubilidad al HCl (40%) < 5% (24H)
Porosidad entre 56 y 60%
Capacidad de retencion > arena
Cu < 1.1
Medio Unicos
Medio Estratificado
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19. Lechos Filtrantes
Estratificados
Flujo descendente
grava
arena
interface
antracita
Flujo ascendente
Arena /
antracita
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20. Lechos Filtrantes
Estratificados
— 2 partículas de diferente tamaño y masa
tienen la misma velocidad de
sedimentacion si sus masas en el agua
son iguales
grava
arena
interface
antracita
€
π
6
d1
3
ρ1 − ρH2O( )=
π
6
d2
3
ρ2 − ρH2O( )
d1
d2
=
ρ2 − ρH2O
ρ1 − ρH2O
%
&
''
(
)
**3
Para Flujo Laminar
d1 = diametro del grano mayor del lecho encima de la interface
d2 = diametro del grano menor del lecho debajo de la interface
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21. Hidraulica del Retrolavado
El retrolavado busca la invertir el sentido del flujo con la
finalidad de limpiar los colectores.
Fluidificación
— cuando se inverte el sentido del flujo y se incrementa la
velocidad de lavado de manera tal que la fuerza de
fricción es mayor que el peso de los colectores.
— los colectores no esten en contacto entre ellos y se
separan, quedando suspendidos en el líquido. (Dejan de
comportarse como solidos y se comportan como un
fluido)
ΔP = hρg = L(ρS- ρH20)(1-ε)g
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22. Hidraulica del Retrolavado
Expansión de un lecho no estratificado
— La pérdida de carga debe ser igual a:
h = Le* 1−εe( )*
ρmedio − ρH2O
ρH2O
%
&
''
(
)
**
h =
Le =
εe =
ρmedio =
ρH2O =
Carga requerida para expandir el lecho
Espesor del lecho expandido
Porosidad expandida
Densidad del lecho
Densidad del agua
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23. Factores que influyen en el
proceso de Filtrado
— Medio Filtrante
λ Inversamente proporcional a 1/dn, n=1, 2, 3
— Velocidad de filtración
λ Inversamente proporcional a 1/vn, n esta entre 0.7 y 1
— Tipo de suspencion
Características físicas (volumen, densidad, tamaño del flóculo)
Características químicas (Potencial zeta, pH)
— Temperatura
Viscosidad del agua a filtrar
— Dureza del floc
floculos fuertes, adecuados, débiles Alby Aguilar Pesantes, MSc
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24. Corrida de un filtro
C/C0
Pérdida
De Carga
T
T
Etapa de
Maduración
Etapa de
Máxima Eficiencia
Etapa de
Rotura
Etapa de
Post - Rotura
Valor crítico de turbidez
Pto de Rotura
Floc
Fuerte
Pérdida de Carga Crítica
Floc
adecuado
Floc
débil
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25. Remoción
Proceso
Log
Remoción
Giardia
Log
Remoción
Virus
Turbidez
Convencional
2.5
2.0
0.5 ntu 95%
muestras
Nunca >5 ntu
Directa
2.0
1.0
0.5 ntu 95%
muestras
Nunca >5 ntu
Arena
Lenta
2.0
2.0
0.5 ntu 95%
muestras
Nunca >5 ntu
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