Description: Diseño Plantas tipo FIME
Diseño Plantas tipo FIME
Tabla de contenido Página 1. 2. 3. 4. 5. Introducción……………………………………………………………………… 3 Objetivos………………………………………………………………………… 3 Definiciones y abreviaturas……………………………………………………… 3 Aplicación……………………………………………………………………….. 4 Consideraciones generales 5.1. Estudio de campo………………………………………………………….. 5.2. La fuente…………………………………………………………………... 5.3. Calidad de agua cruda……………………………………………………... 5.4. Captación de agua…………………………………………………………. 5.5. Canal de entrada…………………………………………………………… 5.6. Control y medición de caudal……………………………………………… Filtración en múltiples etapas 6.1 Filtro grueso dinámico……………………………………………………… 6.2 Filtro grueso ascendente……………………………………………………. 6.3 Filtro lentote arena………………………………………………………….. Alternativas de tratamiento FiME………………………………………………… 5 5 5 5 6 6 6 7 8 9
Otras alternativas de pretratamiento………………………………………………. 10 Análisis de riesgo y vulnerabilidad……………………………………………….. 11 Criterios de diseño de los componentes 10.1. Consideraciones especificas………………………………………………... 10.2. Filtro grueso dinámico……………………………………………………… 10.3. Filtro grueso ascendente……………………………………………………. 10.4. Filtro lento de arena…………………………………………………………. 11 12 15 18
Bibliografía……………………………………………………………………….. 22
Anexos……………………………………………………………………………………. 23
dependiendo del grado de contaminación de las fuentes de agua. Los dos primeros procesos constituyen la etapa de pretratamiento. En particular. Integrada por tres procesos: Filtros Gruesos Dinámicos (FGDi). Esta tecnología debe estar precedida de un detallado proceso de análisis técnico. que permite reducir la concentración de sólidos suspendidos. -3- . libre de impurezas suspendidas y virtualmente libre de entero-bacterias. mediante programas establecidos de muestreo y otros procedimientos. entero-virus y quistes de protozoarios. Agua cruda: agua no sometida al proceso de tratamiento. Desinfección: Proceso que consiste en eliminar los microorganismos patógenos que pueden estar presentes en el agua. Definiciones y abreviaturas Definiciones • • • • • • • • Afluente: Líquido que ingresa a un componente. Conforme circula el agua las partículas más pequeñas son eliminadas. 3. interpuesto en un flujo. Filtros Gruesos Ascendentes en Capas (FGAC) y Filtros Lentos de Arena (FLA). Efluente :Líquido que sale de un proceso de tratamiento Filtro: Elemento que. social y de las capacidades locales de construcción y operación de la planta. Objetivo Proporcionar criterios básicos de diseño para la implementación de una planta de filtración en múltiples etapas (FiME) en un medio rural. pues puede producir agua de baja turbiedad. Múltiples etapas de tratamiento: Implica tener más de una etapa de tratamiento. permite eliminar parte de los elementos de ese flujo. normalmente elementos no deseados. hasta llegar al filtro lento de arena. 2. Caudal: Volumen expresado en litros por segundo (lps) para el cual es diseñada la unidad.OPS/CEPIS/06. reconocido como una tecnología sencilla.174 UNATSABAR Guías para diseño de sistemas de tratamiento de filtración en múltiples etapas 1. confiable y eficiente. Control: Proceso permanente y sistemático de comprobación. constituye un factor crítico la disponibilidad de asistencia técnica a corto y mediano plazo. mediante el uso de equipos especiales o sustancias químicas. Introducción La tecnología de Filtración en Múltiples Etapas (FiME) consiste en la combinación de procesos de filtración gruesa en grava y filtros lentos de arena. La FiME puede estar conformada por dos o tres procesos de filtración.
pueden ser en series de 2 (FGAS2) o en serie de 3 (FGAS3). Se usan índices como FTU. Definido por la medida de dispersar la luz a través de una muestra. pH: Medida de la acidez (< 7) o alcalinidad (> 7) de un compuesto.OPS/CEPIS/06. N: Número de filtros.174 UNATSABAR • • • Materia Orgánica Natural o Color Real: Asociado a carbono orgánico disuelto o sustancias húmicas. FGAS: Filtro grueso ascendente en serie. cuya fuente de abastecimiento de agua se ajuste a las normas de calidad de agua cruda requeridas para un tratamiento por FiME. Ao: área del orificio (m2) As: Área supeficial (m2) At: Área total del filtro (m2). Vf: velocidad de filtración (m/h) VR: Velocidad de filtración real (m/h) Vs: velocidad superficial para lavado (m/s) 4. L: longitud de unidad (m). H: altura (m). Qf: caudal del filtro (m3/h). Abreviaturas • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Ad: área del dren (m2) Af: Área del filtro de cada unidad (m2). n: número de orificios NTU: Nephelometric Turbidity Unit. AL: área lateral de la tubería (m2). FLA: Filtro lento de arena. hf: perdida de carga (m) K: coefciente minimo costo. Aplicación La filtración en múltiples etapas será aplicada en sistemas de tratamiento para poblaciones rurales o pequeñas localidades. NTU. FGAC: Filtro grueso ascendente en capas. -4- . Unidad de la turbiedad (carencia de la claridad) obtenida midiendo la dispersión de la luz en un líquido. causada por las partículas suspendidas. etc. b: Ancho de unidad (m). dh: diámetro hidraulico (m) FGDi: Filtro grueso dinámico. Turbiedad: Falta de Claridad de un líquido. Qmd: Caudal máximo diario (m3/s) Qs: caudal disponible para lavado (m3/s) Qt: caudal total (m3/h). P: perímetro de dren (m) Qd: caudal de diseño (m3/h).
RANGO Bajo NIVEL PROMEDIO Turbiedad < 10 UNT Coliformes Fecales < 500 UFC/100 ml Color Real < 20 UPC Turbiedad 10 . Resumen de rangos de calidad de agua en fuentes superficiales para orientar la selección de opciones de FiME. evaluar la topografía del terreno para asegurar un buen nivel de entrada al filtro. Consideraciones generales Estudio de campo Análisis detallado de las características de la zona de estudio.3. -5- . se debe tener en cuenta básicamente los parámetros de turbiedad. La fuente El agua que ingresa al sistema es de tipo superficial. proviene de un río o riachuelo de montaña. Calidad de agua cruda Por ser un sistema aislado de posible contaminación industrial. análisis de vulnerabilidad y riesgo. de calidad de agua.4.30 UPC Turbiedad 20 .70 UNT Coliformes Fecales 10000 . variaciones por estación. Captación del agua La forma más simple de captar el agua es a través de una tubería o un canal.OPS/CEPIS/06.174 UNATSABAR 5. color real y coliformes fecales. 5.20000 UFC/100 ml Color Real 30 . levantamiento topográfico. Por lo tanto. por lo menos en los tres últimos años.2. se debe disponer de toda la información posible sobre la fuente: caudales. Tabla 1.1. Se debe considerar las posibles inundaciones.40 UPC Intermedio Alto En aquellos lugares donde se tenga evidencia de la existencia de sustancias nocivas o metales pesados se deberán exigir los análisis respectivos. niveles máximos y mínimos. entre otros. Se considera el análisis de fuentes. épocas de avenida y estiaje.20 UNT Coliformes Fecales 500 . 5.10000 UFC/100 ml Color Real 20 . 5. calidad de agua cruda. 5.
Etapas de Pretratamiento Etapa Principal de Tratamiento Etapa de Desinfección Agua Cruda Separación de Material Grueso Remoción Gradual de Materia Fina y Microorganismos Barrera de Seguridad Figura 1: Procesos que integran la FiME. económica y rápida. Para la primera tarea se utiliza un canal de entrada con una compuerta regulable y por medio de un vertedero independiente en “V” se realiza una regulación más exacta.OPS/CEPIS/06. ya que el canal facilita la limpieza e inspección.5. Filtración en múltiples etapas La filtración en múltiples etapas (FiME) es la combinación unidades de pretratamiento con filtración en grava (FGDi y FG) y unidades de tratamiento con filtración lenta en arena (FLA) con la finalidad de obtener un efluente de calidad sin necesidad de la utilización reactivos químicos durante el proceso. sobre un lecho de grava más grueso (13-25mm) y un sistema de drenaje en el fondo. 5. Sin embargo. -6- . 6. Los problemas pueden detectarse a través de la observación directa y la calidad del agua se puede determinar sin necesidad de ir hasta el río (en caso de que estuviera lejos). la instalación de una tubería es más simple. Control y medición de caudal Se debe controlar y medir el caudal total que se va a tomar del río y el caudal del agua filtrada que abastecerá a la comunidad. Canal de entrada Se recomienda construir un canal en lugar de una tubería.174 UNATSABAR 5.6. Filtración Gruesa Dinámica (FGDi) Los filtros dinámicos son tanques que contienen una capa delgada de grava fina (6 a 13mm) en la superficie. 6.1. Para la segunda medición se puede utilizar un medidor de efluente instantáneo y otro volumétrico.
colmatándolo rápidamente y restringiendo parcial o totalmente el paso de agua. Consiste en un compartimiento principal donde se ubica un lecho filtrante de grava. permite distribuir el flujo de agua en forma uniforme dentro del filtro. Cuando la fuente transporta valores elevados de sólidos fácilmente sedimentables.174 UNATSABAR Esta unidad es utilizada para reducir los extremos de los picos de turbiedad y proteger de esta manera la planta de tratamiento ante altas cargas de sólidos transportadas por la fuente durante unas pocas horas. Esta respuesta protege las unidades de tratamiento siguientes. Para el caso de un filtro de flujo ascendente se tiene un sistema de tuberías. V á lv u l a c o n t r o l V e r te d o r d e e x c e s o s V á lv u la R e g l il la V e r te d o r T u b e r ía p a r a e l ca u d a l d e reb o se L e c h o s d e g ra v a V e r te d o r d e r e b o s e Qe C a u d a l fi ltr a d o Qf T u b e r í a p e r fo r a d a p a r a c o le c c i ó n y d r e n a je V á lv u l a d e a p e r tu r a rá p id a (V A R ) A desagüe Figura 2: Esquema isométrico de un filtro grueso dinámico. 6. El tamaño de los granos de grava disminuye con la dirección del flujo.2. -7- . estos se depositan en la superficie del lecho de grava. ubicado en el fondo de la estructura. por lo cual se requiere una limpieza semanal controlada mediante las válvulas de apertura a la salida de la unidad. Filtración Gruesa (FG) Los filtros gruesos de grava pueden ser de flujo horizontal o vertical. los espacios vacíos se van colmatando con las partículas retenidas del agua. Conforme funciona el filtro.OPS/CEPIS/06.
174 UNATSABAR Tapón para evitar entrada de aire. Filtración Lenta en Arena (FLA) El tratamiento del agua en una unidad de FLA es el producto de un conjunto de mecanismos de naturaleza biológica y física.3. se encuentra sobre un sistema de tuberías perforadas que recolectan el agua filtrada. -8- .OPS/CEPIS/06. El flujo es descendente. Camara de entrada Afluente Camara de salida Efluente Grava gruesa Grava media Grava fina Válvula de apertura rápida Figura 4: Corte isométrico de un filtro grueso ascendente en serie. Consiste en un tanque con un lecho de arena fina. los cuales interactúan de manera compleja para mejorar la calidad microbiológica del agua. colocado sobre una capa de grava que constituye el soporte de la arena la cual. a su vez. durante el lavado Flujo de agua Cámara de salida Rebose Afluente viene del FGDi Efluente Agua de Lavado Válvula de apertura rápida Sistema de distribución durante filtración y de drenaje durante lavado Figura 3: Esquema isométrico de un filtro grueso ascendente en capas. 6. con una velocidad de filtración muy baja que puede ser controlada preferiblemente al ingreso del tanque.
b. Válvula para controlar entrada de agua pretratada y regular velocidad de filtración Dispositivo para drenar capa de agua sobrenadante. j. f. Vertedero de excesos Cámara de entrada a FLA Ventana de acceso a FLA 7. -9- . d. la eficiencia de las etapas de tratamiento y consideraciones de costos se pueden adoptar las siguientes alternativas de tratamiento FiME: • • • FGDi + FLA FGDi + FGAC + FLA FGDi + FGAS + FLA La prefiltración gruesa continua o en serie dependerá de la calidad del afluente y las condiciones físicas del lugar. c. Alternativas de tratamiento FiME Dependiendo de los parámetros seleccionados de calidad de agua. g. i. e. a.174 UNATSABAR l Estructura de entrada Nivel de agua Estructura de salida Afluente k Capa biológica Lecho de soporte Lecho filtrante Agua filtrada Desagüe Pared rugosa para evitar cortos circuitos Sistema de drenaje Figura 5: Componentes básicos de un FLA con control a la entrada.OPS/CEPIS/06. k. h. Conexión para llenar lecho filtrante con agua limpia Válvula para drenar lecho filtrante Válvula para desechar agua tratada Válvula para suministrar agua tratada al depósito de agua limpia Vertedero de entrada Indicador calibrado de flujo Vertedero de salida. “cuello de ganso”. l.
. (El subíndice indica la velocidad de filtración recomendada en m/h) Clasificación de fuentes según el rango de calidad : Bajo Medio Alto FGDi .45 FGAS30.174 UNATSABAR Las condiciones mínimas requeridas para la adopción de un sistema de filtración por múltiples etapas serán asumidas de acuerdo a la Tabla 2.15) Turbiedad (UNT) Coliformes Fecales (UFC/100 ml) Color Real (UC) < 10 10-20 20-50 50-70 (*) < 20 20-30 30-40 30-40 (*) < 500 Sin FGA FGAC0.45 FGAS30.OPS/CEPIS/06.10000 FGAC0.20000 (*) FGAC0.FILTRO GRUESO HORIZONTAL (3 ETAPAS) FLA .45 FGAC0. 20000 UFC/100 ml o 40 UC.0 y FLA0.45 FGAS30.6 FGAC0. Dependiendo de las características del agua en la fuente y/o de las características del suelo a través del cual debe percolar el agua a captar.6 FGAC0.6 FGAC0. a) Pozo de Infiltración: Filtración del agua a orillas de los ríos mediante pozos. (Todas las opciones incluyen FGDi 2.FILTRO GRUESO ASCENDENTE EN SERIE (3 ETAPAS) FGH3 . Otras alternativas de pretratamiento Existen otras posibilidades de pretratamiento o acondicionamiento del agua de la fuente que pueden ser utilizadas en combinación con la filtración en múltiples etapas.FILTRO GRUESO ASCENDENTE EN CAPAS FGAS3 . se recomienda realizar estudio en planta piloto.FILTRO GRUESO DINAMICO FGAC . sedimentadores y desarenadores.FILTRO LENTRO ARENA 8. Tabla 2.10 - .3 10000 .3 500 . FiME. tales como pozos o galerías de infiltración. Modelo para la selección de un sistema de tratamiento de agua por filtración en múltiples etapas.3 (*) Para valores superiores a 70 UNT.45 FGAC0.
siendo 2 el número mínimo de unidades en paralelo y así alternarlas cada vez que se requiera realizar mantenimiento.1. a) Análisis de riesgo: Los diseños deben contemplar los riesgos que conllevan las amenazas más frecuentes de fenómenos naturales y otros predominantes en la zona: lluvias. c) Sedimentador: La sedimentación es un proceso físico que permite reducir el contenido de sólidos suspendidos presentes en el agua. d) Desarenador: Tiene por objeto separar del agua cruda arena y partículas en suspensión gruesa. La continuidad en la prestación del servicio evita riesgos de contaminación en la distribución. . en almacenamientos inadecuados o en la operación de la planta.174 UNATSABAR b) Galería de Infiltración: Captación del agua infiltrada mediante tuberías perforadas colocadas en los lechos de los ríos. Análisis de riesgo y vulnerabilidad Las instalaciones de tratamiento tienen que ser diseñadas bajo un análisis de riesgo y vulnerabilidad ante situaciones de desastres naturales y/o condiciones del entorno local a fin de proteger la infraestructura y el servicio de agua a la población. 9. b) Vulnerabilidad: De las estructuras e instalaciones a: • Crecidas e inundaciones • Períodos de sequía • Contaminación de la fuente • Intensidad y magnitud de sismos 10. 10. c) Caudal de diseño: Las unidades en una planta de tratamiento serán diseñadas para el caudal máximo diario. sismos. Criterios de diseño de los componentes Consideraciones específicas a) Periodo de diseño: Se recomienda un período de diseño de las instalaciones entre 8 y 12 años de manera que guarde armonía con la dinámica de crecimiento de la población y con el costo de oportunidad de acceso a la financiación del proyecto.OPS/CEPIS/06. b) Periodo de operación: Las unidades de tratamiento deben ser diseñados para periodos de operación de 24 horas.11 - . etc. sequías.
174 UNATSABAR 10.6. Capa Superior Segunda Tercera Inferior Tipo Arena gruesa Grava fina Grava Grava gruesa Diámetro de la partícula (mm) 1-2 2-5 5 . a) Cámara de filtración: Las dimensiones del ancho de la unidad. Fondo Espesor de la Capa (m) 0.0 .0 Para el lecho de soporte se recomienda las siguientes características.0 .0 a 3.0 m/h dependiendo de la calidad del agua cruda.0 13.25.20 0. c) Estructuras de entrada y de salida: La estructura de entrada consta de una cámara para remoción de material grueso y una cámara de disipación.OPS/CEPIS/06. El agua ingresa por una tubería a la cámara que contiene un . están condicionadas por el caudal disponible para el lavado superficial y la velocidad superficial de flujo.0 . La cámara debe tener la capacidad suficiente para contener el sistema de drenaje. Filtro grueso dinámico Los diferentes elementos que constituyen un filtro grueso dinámico generalmente son: a) cámara de filtración. lecho filtrante y la altura de agua sobre el lecho (carga hidráulica).20 Tamaño de Grava (mm) 3.2 metros.20 0. c) estructuras de entrada y salida. b) lechos filtrante y de soporte.25 Espesor de la capa (mm) 50 50 50 150 La velocidad de filtración varía entre los 2.12 - .0 6.10 10 . La razón largo / ancho será de 3:1 a 6:1. El borde libre debe tener 0. Posición en la Unidad Superior Intermedio Inferior. d) sistema de drenaje y cámara de lavado y e) accesorios de regulación y control. b) Lecho filtrante y de soporte: Para el lecho filtrante se recomienda la siguiente granulometría y espesor de capas.13.2. recomendable para diseño 5:1 ó según sea la realidad de la zona en estudio. A mayor contaminación del agua afluente menor velocidad de filtración.
se recomienda proyectar un almacenamiento de agua cruda. Las cámaras de lavado deben ser amplias. dependiendo del tipo de material predominante en el agua cruda.05 (**) (*) En estaciones de bombeo de agua con períodos de bombeo inferiores a 24 h/día. La cámara debe ser abastecida con agua cruda para facilitar el mantenimiento eventual del FGDi.174 UNATSABAR vertedero de excesos y una reglilla de aforo.05 m. seguras y de fácil acceso. se asume una velocidad cercana a 0. a partir del cual se suministre agua de manera continua al FGDi y demás componentes.6 Según Tabla 0.20 y 0. La estructura de salida esta compuesta por una tubería perforada ubicada en la parte inferior del lecho filtrante.OPS/CEPIS/06. Longitud (m) . recomendándose áreas superficiales entre 3 y 5 m2 profundidades entre 0. medido a partir del lecho superficial de grava fina debe ser entre 0. Tabla 3. e) Accesorios de regulación y control: La altura del vertedero de salida.13 - . (**) Medidos a partir del lecho superficial de grava fina.03 y 0.3 m/s. Inmediatamente. Tamaño de gravas (mm) Altura del vertedero de salida (m) Valores Recomendados 8 . sus dimensiones deben ser tales que faciliten el desplazamiento y maniobrabilidad del operador. Resumen de valores de diseño para el FDGi.15 y 0.03-0. La velocidad superficial de lavado (Vs) puede variar entre 0. Esta a su vez cumple la función de drenaje y recolección de agua filtrada. Criterio Período de diseño (años) Período de operación (h/d) (*) Velocidad de filtración (m/h) Número mínimo de unidades en paralelo Area de filtración por unidad (m2) Velocidad superficial del flujo durante el lavado superficial (m/s) Lecho Filtrante .2 m/s para arenas y arcillas.3 0.12 24 2-3 2 < 10 0.40 m. El conducto de desagüe debe ser calculado para evacuar el caudal máximo de lavado y evitar sedimentación en su interior.15 m/s cuando predominan limos y material orgánico y superior a los 0. ingresa a una cámara de disipación por medio de un vertedero de entrada.15 .0. donde se remueve el material grueso. d) Sistema de drenaje y cámara de lavado: El sistema de drenaje es una tubería de perforada que cumple la función de recolección de agua filtrada también y regulado por válvulas. .
14 - .OPS/CEPIS/06. b = ( Af / N )1/2 Lf = L x 1.174 UNATSABAR Dimensionamiento a) Número de filtros (N): Normalmente se consideran como mínimo 2 unidades para casos de mantenimiento o falla de uno de los filtros.2 longitud de la caja de filtro El valor de la caja de recuperación de arena (que debe ser 1/5 (20%) de la longitud del filtro) se debe sumar al valor de L. b) Área total del filtro (At): El área total del filtro se puede obtener del caudal de agua en m3/h y de la tasa de filtración. ambos en (m) Donde. . Área total del filtro (At) = Caudal total del filtro Tasa de filtración Donde: Área total del filtro = m2 Caudal total = m3/h Tasa filtración = m3/m2/h c) Área del filtro de cada unidad (Af): Área del filtro de cada unidad (Af ) = Area total del filtro (At) Número de unidades (N) d) Caudal del filtro (Qf): Caudal del filtro (Qf) = Caudal total del filtro (Qt) Número de unidades (N) e) Caudal total (Qt): Caudal total (Qt) = Qmd + R x Qmd (R = razón de flujo) f) Caudal de diseño (Qd): Caudal del diseño = Caudal total (Qt) Número de unidades (N) g) Caja de filtro: • Relación largo/ancho: M = L/b.
d) sistema de drenaje y cámara de lavado y e) accesorios de regulación y control.3.OPS/CEPIS/06.1 a 1. Hf : altura de la pared de caja (m) Hls : altura del lecho de soporte (0. . 10. b) lecho filtrante. c) estructuras de entrada y salida.15 - .2m) h) Vertederos triangular o en “V” (detalles Anexo 1): • En función de Q y h: Q = 775 x h 2. Filtro grueso ascendente Un filtro grueso ascendente generalmente está compuesto de: a) cámaras de filtración. Qs y Vs : b = 3.4 x Qs (Vs)3 Donde. el nivel de agua sobrenadante. Vertederos en un filtro grueso dinámico. Está en el rango de 1.174 UNATSABAR • Pared de la caja de filtro será: Hf = Hls + Hlf + Hbl Donde. la altura de agua adicional para facilitar y mejorar el lavado hidráulico y el borde libre.47 • En función de b. a) Cámaras de filtración: La altura total del filtro está determinada por la altura del lecho de grava (incluyendo la capa de soporte).5-0.5 m. Q = caudal de entrada (m3/s) Qs = caudal disponible para lavado (m3/seg) b = ancho de estructura (m) Vs = velocidad superficial para lavado (m/seg) Figura 6.3m) Hlf : altura de lecho de arena (0.7m) Hbl : altura borde libre (0.
90 0. tubería de rebose y tubería de distribución hacia los el lecho filtrante.0 m. d) Sistema de drenaje y cámara de lavado: La descarga de la tubería de drenaje.20 0.0. que es la diferencia entre el nivel de agua máximo en el filtro grueso ascendente durante el lavado y el nivel de descarga de la tubería de drenaje en la cámara de lavado debe de estar entre los 2.30* 0.15* 0.60 .2 m. En ella se reúnen 3 tuberías: Tubería de entrada de agua.45 .174 UNATSABAR b) Lecho filtrante: Para el lecho filtrante se recomienda la siguiente granulometría y espesor de capas.55 .20 0. debe ubicarse entre 1.20 0.30 0.0.0.19 6 . La carga estática de agua para lavado en contraflujo. dependiendo del tamaño de grava predominante en cada unidad.45 0.0.0.70 0.0.70 3 0.15* 0.35 0. e) Accesorios de regulación y control: Los accesorios utilizados en las unidades de Filtración Gruesa incluyen válvulas para regulación de caudal.30 .0.20* 0.0.13 3-6 1.45 0. del tamaño de grava en contacto con lecho de soporte y del diámetro de los orificios en el múltiple.0.45 . vertederos y reglillas de aforo.25 13 .0.30 0.15 0.30 .45 0.25 .20* 0.90 En algunos casos la altura del lecho de soporte puede ser superior a lo indicado en la tabla.30 .30 0.15* 0. Se recomienda una altura de agua sobrenadante de 0.6 – 3 Total (m): • Soporte • Lecho Filt.75 0.OPS/CEPIS/06.45 FGAS 2 2 1 0.15 . Lecho Filtrante (mm) 19 .15 .15* 0.75 FGAS 3 2 0. .15* 0.60 .5 y 2.90 0.0.0. La salida es por recolección del sobrenadante en tuberías que distribuyen el agua filtrada en una cámara que contiene una tubería en la parte inferior para el efluente tratado.0.0.0.1 a 0.40 0.20 .5 y 3.30* 0.30 0.0.75 0.40 .0.45 .85 0. dispositivos que se instalan en la estructura de entrada de cada etapa de tratamiento (anexo 1).16 - .10 . c) Estructuras de entrada y salida: La estructura de entrada consiste de un canal pequeño que conduce el agua previamente acondicionada hasta la cámara de entrada a los filtros gruesos.50 0.40 .60 . * Lecho de soporte Altura (m) FGAC 1 0.30* 0.15* 0.0 m por debajo de la losa de fondo del filtro grueso.
menor velocidad de filtración.15 . Tamaño (mm) (**) Altura sobrenadante de agua (m) Carga estática de agua para lavado en contraflujo (m) Area de filtración por unidad (m2) (*) Valores Recomendados 8 .35 Según tabla 0.25 A mayor contaminación del agua afluente. Ao = área del orificio AL = área lateral de la tubería. FGAC .20 2. Guías de Diseño para Filtros Gruesos Ascendentes.25 Según tabla 0.90 1. . FGAS Tamaño (mm) Lecho de soporte total . FGAS Lecho Filtrante Longitud total (m) .2.5 .17 - .15 Donde.174 UNATSABAR Tabla 4.42 Ao = área del orificio AL = área lateral de la tubería.0.0 15 .1.12 24 0.3 .0.0.60 .OPS/CEPIS/06. n Ao/AL ≤ 0. Dimensionamiento a) Area superficial (As): Area superficial = Donde: Qd = b x L N x Vf As = m2 Vf = m/h N = número de unidades b = ancho de la unidad (m) L = longitud de unidad (m) b) Sistema de distribución: Esta compuesto por un distribuidor y tuberías laterales con orificios.3. Criterio Período de diseño (años) Período de operación (h/d) Velocidad de filtración (m/h)(*) Número de unidades en serie . n = número de orificios Donde. FGAC .30 . Longitud (m) .6 1 2-3 0. n = número de orificios c) Sistema de drenaje: n Ao/AL ≤ 0.10 .
La estructura consta de un vertedor de excesos. . Corte longitudinal de un FLA. canales o conductos para distribución. Figura 7.18 - . Se recomiendan áreas de filtración máxima por modulo de 100 m2 para facilitar las labores manuales de operación y mantenimiento el filtro. b) sistema de drenaje. c) lecho filtrante. Filtro lento de arena Una unidad de filtración lenta en arena consta generalmente de los siguientes elementos: a) caja de filtración y estructura de entrada. La arena no debe contener más de 2% de carbonato de calcio y magnesio. a) Caja de filtración y su estructura de entrada: La caja del filtro posee un área superficial condicionada por el caudal a tratar. control y rebose.174 UNATSABAR 10. libres de arcilla y materia orgánica. d) capa de agua sobrenadante y e) dispositivos para regulación.OPS/CEPIS/06. dispositivos para medición y control de flujo. cámara de entrada y ventana de acceso al filtro propiamente dicho. la velocidad de filtración y el número de filtros especificados para operar en paralelo.4. b) Lecho filtrante: El medio filtrante debe estar compuesto por granos de arena duros y redondeados.
0 0. A mayor contaminación del agua afluente menor velocidad de filtración. d) Capa de agua sobrenadante: Se recomienda una altura de agua sobrenadante de 1. La altura del agua sobre el lecho filtrante puede variar entre 1.15 . max.174 UNATSABAR Tabla 5.0 y 1. control y rebose de flujo: • Válvula para controlar entrada de agua pretratada y regular velocidad de filtración .00 0. que incluye lecho de soporte y cámara de salida: El nivel mínimo del filtro se controla mediante el vertedero de salida. arena Arena Tubería lateral de recolección PVC corrugada Válvula de desagüe Tubería principal de conducción de agua filtrada.50 0.OPS/CEPIS/06. y un borde libre entre los 0.35 <3 1. Granulometría del lecho filtrante. por encima de la superficie del lecho filtrante.2 m/h dependiendo de la calidad del agua cruda.1 y 0. c) Sistema de drenaje.1 – 0. Criterios de Diseño Altura de arena (m) Inicial Mínima Diámetro efectivo (mm) Coeficiente de uniformidad Aceptable Deseable Altura del lecho de soporte.3 La velocidad de filtración varía entre los 0.50 m.10 m. el cual se debe ubicar en el mismo nivel o 0. max.8 – 2.3 m. e) Conjunto de dispositivos para regulación. Estructura de salida de un FLA.PVC sanitaria Figura 8. agua N.0.2 y 0. incluye drenaje (m) Valores Recomendados 1.0 a 1.5 m. Vertedero de aforo Punto de aplicación solución de hipoclorito Camara de salida A tanque de contacto de cloro Cuello de ganso (rebose) FILTRO LENTO N.19 - . min. agua N.
Conexión para llenar lecho filtrante con agua limpia Válvula para drenar lecho filtrante Válvula para desechar agua tratada Válvula para suministrar agua tratada al depósito de agua limpia Vertedero de entrada Indicador calibrado de flujo Vertedero de salida Vertedero de excesos Dimensionamiento a) Caudal de diseño (Qd): Se expresa en (m3/h) b) Numero de unidades (N): Mínimo dos unidades de filtración c) Área superficial (As): Área superficial (As) = Donde: Qd .30 m/s. “cuello de ganso”. La relación de velocidades entre el dren principal .20 - .174 UNATSABAR • • • • • • • • • Dispositivo para drenar capa de agua sobrenadante. N x Vf As = m2 Vf = velocidad de filtración (m/h) Qd = caudal de diseño (m3/h) N = número de unidades b) Coeficiente de mínimo costo (K): K = (2*N)/(N+1) c) Longitud de unidad: L = (As*K)1/2 d) Ancho de unidad: b = (As/K)1/2 e) Velocidad de filtración real (VR): VR = Qd/(2*A*B) f) Sistema de drenaje: Los drenes se diseñarán con el criterio de que la velocidad límite en cualquier punto de estos no sobrepase de 0.OPS/CEPIS/06.
OPS/CEPIS/06. AC : área de la compuerta (m2) Af : área de filtración (m2) VF : velocidad de filtración (m/s) • Vertedero de salida: Donde. V = VF Af / AC Donde. en las válvulas. drenes y vertederos. velocidad de filtración. • • Lecho filtrante: Esta en función de la granulometría del material.174 UNATSABAR (Vp) y los drenes secundarios (Vs) debe ser de: Vp/Vs < 0.21 - . dh : diámetro hidráulico V : velocidad del dren.15.84 Lν . g) Pérdidas de carga: Se producen pérdidas de carga en las tuberías. Lν = longitud de cresta del vertedero general (m) Qd = caudal de diseño (m3/h) hf2 = Qd2/3/1. Drenes: (menor a 10%) hd = 0.33 l 1/dh . (dh= 4Ad/P) Ad : área del dren P : perímetro del dren • Compuerta de entrada: hf1 = K V2 / 2g . lecho filtrante.V2/2g Donde. para obtener una colección uniforme del agua filtrada.
“Operación y mantenimiento de plantas de tratamiento por filtración en múltiples etapas”. “Tratamento de águas de abastecimiento por filtraçăo em múltiplas etapas”.. III. “Filtración en múltiples etapas”.Plantas modulares para tratamiento de agua. 1999. CINARA. Ortiz Soto. Román Seda. CINARA. Rio de Janeiro. II. Colombia. 2000. PROSAB. CEPIS.. Solsona.. Colombia. “Caracterización de un filtro lento de arena con un prefiltro de flujo horizontal de grava” . María I. 1997. Felipe. Javier Cardona. Ing. Manual: I. Colombia. Lima. Lima. Jorge Latorre Montero. Ismael Pagán Trinidad. Cánepa de Vargas Lidia. Léo Séller. CEPIS.. “Programa regional para la promoción del uso de tecnologías apropiadas en saneamiento basico”. 1999. Tratamiento . “Programa regional de mejoramiento de la calidad del agua para consumo humano”. Segunda edición. Lima. Silena Vargas O. Jorge Latorre. “La filtración gruesa en el tratamiento de agua de fuentes superficiales”. 1999. Gerardo Galvis C.22 - . Gerardo Galvis..OPS/CEPIS/06. SANDEC.174 UNATSABAR 11. CINARA. Jan Teun Visscher. 2003. Maria Mercedes Hincapie G.Filtración lenta. IRC. Cristina Célia Silveira Brandăo. CEPIS. Luiz Di Bernardo. Jorge Latorre M. CEPIS. Roque A. Primera edición. Bibliografia Martin Wegelin. 1992. 1990. Lidia Cánepa de Vargas. OPS / CEPIS. Javier Fernandez M. Lima. Gerardo Galvis Castaño. “Programa regional de mejoramiento de la calidad del agua para consumo humano”. “Filtración dinámica”. CEPIS.
el vertedero debe instalarse en el canal de acceso en forma tal que la velocidad de aproximación sea cercana a cero.434 * h ^ 2. Vertedero triangular (A) y vertedero rectangular (B) Reglas de aforo Para facilitar el trabajo del un dispositivo fundamentado en la utilización de reglas con señales de colores (verde. no corresponde a la lámina de agua que cruza exactamente sobre la sección del vertedero sino a la diferencia de alturas entre la cresta ó vértice del vertedero y el nivel de la superficie del agua.23 - .OPS/CEPIS/06.1 * n * h ) * h ^ 1. entre 6 y 10 H aguas arriba de dicho punto.5 Donde.848 * B * h ^ 1.5 Vertedero triangular de 90˚: Q = 1. medida a cierta distancia.848 * ( B – 0. En primer lugar.5 Vertedero rectangular con contracciones: Q = 1. el color amarillo pintado por encima del verde. se indica la condición de diseño de la planta. Q = Caudal (m3/s) B = ancho del Vertedero (m) h = carga de agua en el vertedero (m) n = número de contracciones Para cálculos mas exactos es mejor determinar experimentalmente el valor del coeficiente numérico de las formulas o la curva de descarga del vertedero. indica la zona de sobrecarga admisible . en segundo lugar. Cuando el nivel de agua en la zona de medición alcanza el color verde.174 UNATSABAR Anexo 1 Vertederos de control Hay dos condiciones básicas para el correcto diseño de vertederos. la altura de agua H que se correlaciona con el caudal a medir. • • • Vertedero rectangular sin contracciones: Q = 1. registrar variaciones de caudal y por consiguiente. amarillo y rojo) que permiten de manera visual. de velocidad de filtración de las unidades.
Figura A-1. . indica al operador.OPS/CEPIS/06. la zona roja tanto superior como inferior al color amarillo.24 - . Regla de aforo. velocidades extremas tanto altas como bajas. representa la zona en la cual se aconseja operar el filtro en los momentos de picos afluentes de turbiedad. el amarillo por debajo.174 UNATSABAR (generalmente hasta el 50% del caudal de diseño).
Durante los cambios bruscos de calidad en la fuente. máximo) Frecuencia < 95% 50 51 11000 Turbiedad (UNT) Color Real (UPC) Coliformes Fecales (UFC/100 ml) 15. básicamente asociados con el contenido de sólidos suspendidos. 11189 0. coliformes fecales. .0 5896 .0 .25 - . Tabla 1. es la solución de tratamiento propuesta. 100 240 . Selección del sistema de tratamiento Para los niveles de contaminación presentados en la tabla 1 y con base en los criterios de Selección de Tecnología FiME. ocurren cambios rápidos en la calidad del agua. La información suministrada por la comunidad indica que durante el período de lluvia. En la cuenca también se presentan algunas zonas deforestadas con erosión moderada. El filtro grueso ascendente en capas se orienta a la reducción tanto del contenido de sólidos finos como de la contaminación bacteriológica y algunos compuestos de naturaleza química. 18.0 . La calidad del agua en la fuente es presentada en la tabla 1 y corresponde al resultado de un año de monitoreo con frecuencia de una vez cada dos semanas.0 19. 15. con una duración generalmente inferior a 5 horas.0 .OPS/CEPIS/06.174 UNATSABAR Anexo 2 Sistema de tratamiento de filtración en múltiples etapas Ejemplo de diseño 1. Parámetro Promedio .5 . hierro y manganeso en menor proporción. el filtro grueso dinámico se orienta a la protección del sistema de tratamiento contra altas concentraciones de sólidos suspendidos. Calidad de agua cruda La fuente de abastecimiento seleccionada para este ejemplo corresponde a una fuente superficial típica para zonas montañosas. la combinación de FGDi + FGAC + FLA. Su cuenca presenta intervención humana. con vertimientos de aguas residuales domésticas provenientes de pequeños asentamientos humanos de sitios campestres y de recreación localizados aguas arriba del sitio de captación. removiendo material particulado principalmente. Durante períodos de estiaje e invierno también contribuye en la remoción de otros elementos como turbiedad. Calidad de agua en la fuente superficial. DST Rango (mínimo. 69500 2. 102 4.
0 FLA 0.6 2.26 - .20 .0-25.15 2.0 48 2 5. La figura 1 presenta la planta general del sistema de tratamiento y las figuras 2.85 2.OPS/CEPIS/06. Incluye lecho de soporte. Item Características Generales Velocidad de filtración (m/h) Caudal (l/s) Area superficial (m2) Número de unidades en paralelo Dimensiones por unidad Largo (m) Ancho (m) Altura total (m) Lecho filtrante Material Longitud total (m).2 1.0 2. 3 y 4 detalles del FGDi. Parámetros de diseño y dimensionamiento del sistema En la tabla 2 se resumen los parámetros de diseño utilizados así como las dimensiones de las unidades y características de lecho filtrante.0 d10 = 0. Parámetros de diseño y dimensiones de una planta FiME que trata agua.10 1.174 UNATSABAR 3.0-25.60 0.00 3.6 2 2.70 3.0 12 2 2. Diámetro (mm) FGDi 2.7 4. FGAC y FLA.0 FGAC 0.70 Grava 0.0 3.20 Grava 1.6 6.05 Cu = 3. Tabla 2.80 Arena 1.
.27 - .8 5 U n id a d d e o p e r a c io n e s D esagü e V e r te d o r de excesos A lc o b a C a s e ta d e a lm a c e n a m ie n to de a rena FGAC C á m a r a d e s a lid a C á m a ra d e d esa g ü e E flu e n te F G A C V e r te d o r d e exceso s V e r te d o r d e a fo r o C á m a ra d e la v a d o d e a r e n a 4 .174 UNATSABAR E s tr u c tu r a d e e n tr a d a A gu a crud a FGDi E flu e n te V e r te d o r d e exce so s C á m a ra d e exceso s V e r te d o r d e a fo r o S a ló n 2 .OPS/CEPIS/06.1 0 2 .2 0 4 . Planta general del sistema FiME para tratar agua de fuentes superficiales.1 0 2 .7 0 FLA C á m a r a d e s a lid a D esag üe E flu e n te F G A C Tanque de c o n ta c to d e c lo r o A ta n q u e d e a lm a c e n a m ie n to Figura 1.2 0 5 .
6 mm Desagüe Viene de FGDi .25 m m FGDi C á m a ra d e e n tr a d a V e r te d o r d e reb o se C á m a ra d e exceso s V á lv u la d e a p e r tu r a r á p id a V á lv u la E flu e n te A g u a cru d a D esa g ü e D esag ü e T u b e r ía d e r e c o le c c ió n d e a g u a filtr a d a y d e la v a d o T u b e r ía d e la v a d o C á m a ra d e la v a d o D esa gü e Figura 2.28 - . Corte longitudinal de un Filtro Grueso Asecendente en Capas.20 . Corte longitudinal del Filtro Grueso Dinámico.OPS/CEPIS/06. .20 Válvula de apertura rápida Va a FLA Grava 6 .20 . Corte longitudinal de un filtro lento en arena.12 mm Grava 12 . m in .9 0 C u e llo de ganso C ám a ra d e s a lid a A ta n q u e d e c o n ta c to d e c lo r o N .18 mm Grava 18 . A ren a D esa g ü e A g u a p r e tr a ta d a L e c h o d e s o p o r te V á lv u la d e d r e n a je S is te m a d e d r e n a je Figura 4. A .174 UNATSABAR E s tr u c tu r a d e e n tr a d a V e r te d o r d e V e r te d o r e n tr a d a de excesos V á lv u la d e c o n tr o l d e flu jo G ra va 6 .1 3 m m G rava 13 .19 m m G rava 19 .30 .25 mm Tubería para recolección de agua filtrada y agua de lavado Cámara de desagüe Tubería de drenaje Figura 3. Estructura de entrada Vertedor de excesos Válvula de Vertedor de aforo control de flujo Cámara de carga FGAC Cámara de salida . m ax.20 Grava 3 . 0 . A . E s t r u c tu r a d e e n t r a d a V á lv u la d e c o n t r o l d e fl u j o V e r te d o r V e r te d o r d e a fo r o de excesos N .80 .
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