¿Cómo se compone una cama de lecho profundo?

Los medios granulares más comunes que se usan en filtros de lecho profundo son: arena sílica, antracita y granate (garnet); a este último también se le conoce como arena de alta densidad. La norma B100 de la American Water Works Association (AWWA) provee los requerimientos de muestreo, evaluación, propiedades, empaque e instalación de estos materiales.

El tamaño de las partículas del medio granular filtrante debe ser suficientemente grande para permitir que un porcentaje importante de los sólidos suspendidos a retener penetre entre dos y cuatro pulgadas de profundidad en el lecho. Los medios ásperos y angulares forman espacios vacíos más grandes que permiten un mayor paso de partículas finas que un medio granular redondo del mismo tamaño.

El tamaño de los medios granulares se especifica en términos de tamaño efectivo de partícula y de coeficiente de uniformidad. El tamaño efectivo de partícula es la abertura de una malla que dejase pasar el 10% en peso de las partículas del medio granular. El coeficiente de uniformidad resulta de dividir la abertura de una malla que dejase pasar el 60% en peso de las partículas del medio granular, entre el tamaño efectivo de partícula. El tamaño efectivo de partícula suele reportarse en milímetros, y el coeficiente de uniformidad es adimensional.

Mientras más cercano sea el coeficiente de uniformidad a la unidad, mayor será la uniformidad en el tamaño de las partículas del medio. El rango ideal del tamaño de partículas de un medio granular depende de las características del tamaño de los sólidos suspendidos que deben retenerse, así como de los requerimientos de calidad en el efluente del filtro.

Con el objeto de aumentar el tiempo de operación de una cama filtrante formada por un solo medio granular, se puede conformar de dos o tres medios granulares. El superior, formado por partículas más grandes, y el inferior, por las partículas de menor tamaño. De esta manera, la capa superior solo retiene los sólidos suspendidos de mayor tamaño, y no se satura tan pronto. A estos lechos se les denomina multicama o multimedia. La densidad de partícula del medio colocado en la parte superior, debe ser la menor, y la del medio colocado en la parte inferior, debe ser la mayor. De esta manera, cada capa permanece en el lugar que le corresponde después de retrolavar. En estos filtros, el coeficiente de uniformidad de cada capa debe ser lo menor posible para evitar que queden mezcladas después de retrolavar.

Las Tablas 1, 2 y 3 listan recomendaciones de distintos autores para la conformación de lechos multicama.

 

Tabla 1. Especificaciones de materiales para filtros multicama:  AWWA. (2016). ANSI/AWWA B100-16 Granular Filter Material. American Water Works Association .

Medio granular
Tamaño de partícula
Coeficiente de uniformidad
Gravedad específica
Solubilidad en ácido
Antracita
0.6-1.6 mm
<1.7
>1.4
<5%
Arena sílica
0.35-0.65 mm
<1.7
>2.5
<5%
Granate
0.18-0.60 mm
<2.2
>3.8
<5%

Tabla 2. Especificaciones de materialespara filtros multicama:  DeZuane, J. (1997). Handbook of Drinking Water Quality. John Wiley & Sons, Inc

Medio granular
Tamaño de partícula
Coeficiente de uniformidad
Gravedad específica
Solubilidad en ácido
Antracita
0.80-0.85 mm
<1.5
1.5-1.65
<5%
Arena sílica
0.52-0.55 mm
<1.5
2.65
<5%
Granate
No reporta
No reporta
No reporta
No reporta

Tabla 3. Especificaciones de materiales para filtros multicama: AWWA. (1999). Water Quality &Treatment a Handbook of Community Water Supplies. McGraw-Hill.

Medio granular
Tamaño de partícula
Coeficiente de uniformidad
Gravedad específica
Solubilidad en ácido
Antracita
0.9-1.1 mm
<1.5
1.45-1.73
<5%
Arena sílica
0.45-0.55 mm
<1.5
2.65
<5%
Granate
0.2-0.3 mm
<1.5
3.6-4.2
<5%

 

Medios granulares de soporte y toberas (difusores, canastillas, colectores o distribuidores)

La función de los difusores en un filtro es soportar los medios filtrantes, recolectar y dirigir el agua hacia afuera del filtro, así como distribuir el agua (y el aire, en casos raros) para efectuar los retrolavados. Estos aparecieron en el mercado en años recientes, y se describen más adelante.

Anteriormente, los sistemas de distribución de agua consistían en un arreglo de tuberías con perforaciones que se hacían mediante un taladro. Estas perforaciones solían tener un diámetro de ¼” y ½”. La tubería perforada quedaba inmersa en una capa de grava cuyas partículas menores debían ser de por lo menos el doble de tamaño de las perforaciones. Sobre esta capa de grava se ponían otras, cada vez de menor tamaño de partícula, hasta la que sostenía al medio granular filtrante (Figura 3). La guía para la selección de tamaño y profundidad de las capas de gravas de soporte para un filtro de medio granular se encuentra en el Apéndice D del estándar B100-16 de la AWWA.

Figura 3. Sistema de distribución con capas de grava

Los difusores modernos son sistemas microrranurados con un diseño especial (como la ranura tipo Johnson) que evitan el paso del material filtrante hacia el interior del difusor sin la necesidad del uso de gravas. Estos difusores pueden tener distintas formas.

Bibliografía

  • (2016). ANSI/AWWA B100-16 Granular Filter Material. American Water Works Association.

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