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• Eduardo Gomez

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Instituto Nacional de Ecologia Libros INE

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CLASIFICACION

AE 628.352 M495-20

LIBRO

Operación y Mantenimiento de Filtros Percoladores

TOMO

IIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII11111111 111111111 1 1111111111 11111111111111111

PROGRAMA DE CAPACITACION PARA OPERADORES DE P L A N T A S DE TRATAMIENTO

SEGUNDO NIVEL

OPERACION Y MANTENIMIENTO DE FILTROS PERCOLADOREC

ECRE'TARIA DE DESARROLLO URBANO Y SUDSECRETARIA DE ECOLOGIA 307429 miento de Filtros Pemladores

CONTAMINACION DEL AGUA

ECOLOGIA

PREFACIO

La implementacibn de l a s p r i n c i a l e s estrategias que e l Gobierno Federal ha d e f i ntdo para p r e v e n i r y c o n t r o l a r ya contaminacíón d e l agua en e l país. i m p l i c a l a yuesta en operación de u n gran número de plantas de tratamiento de aguas residuaes. l a s cuales, j u n t o con l a s ya existentes, representan una enorme i n f r a e s t r u c t u r a cuya elevada i n v e r s i b n debe ser adecuadamente protegida.

-

Tal situacibn, m6s l a responsabilidad de que estos sistemas de tratamiento operen con l a s e f i c i e n c i a s regueridas para cumplir con l a l e g i s l a c i ó n vigente en H6xicoen materia de proteccion de l a calidad d e l agua de l o s cuerpos rece tores, demanda un ndmero c r e c i e n t e de personas altamente c a l i f i c a d a s , a l a s cuaees se pueda asignar con plena confianza t a n importante tarea.

-

Para res onder a esta necesidad. l a Subsecretarfa de Ecologia de l a Secretaria de ~ e s a r r o l y oUrbano y Ecologfa, e través de l a Direccibn General de Proteccibn y Control de l a Contaminación del Agua. ha llevado a cabo l a confección de l o s text o s correspondientes a l o s n i v e l e s 1 y 2 d e l Programa Nacional de Capacitaci6n p a r a Operadores de Plantas de Tratamiento a través d e l cual ser6 p o s l b l e l a forma-c i b n de l o s recursos humanos que en esta área r e q u i e r e e l pafs.

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--

E l N i v e l 1 este c o n s t i t u i d o por 4 textos y contempla l o s conocimientos bdsicos del tratamiento de aguas residuales, a s í cmo,,los d e t a l l e s de operacibn y mantenimiento de sistemas de tratamiento " s e n c i l l o s

.

Este d i r i g i d o a personas con formación académica mlnima de b a c h i l l e r a t o o vocacio nal , siendo o b l i g a t o r i o dominar su contenido para cursar e l s i g u i e n t e n i v e l . El N i v e l 2 está constituido por 7 textos y contempla información específica sobre l o s d i f e r e n t e s sistemas de tratamiento y sus guías del operador para cada t i p o de tratamiento considerado. Esta d i r i i d o a personas con formación académica mfnina de L i c e n c i a t u r a en un Area Tecnyca a f f n y a operadores de N i v e l l.

--

La e s t r u c t u r a c i b n de l o s cursos se ha d e f i n i d o de t a l manera que e l Programa de Capacitacibn disponga de l a f l e x i b i l i d a d necesaria para que se forme personal cal i f i c a d o en l a operación y mantenimiento de l o s sistemas de tratamiento e s p e c l f i cos en que se requiera. s i n l i m i t a r l a s p o s i b i l i d a d e s de capacitaci6n de l o s operadores en o t r o s sistenas de tratamiento s i estos a s í l o desean. Con l a i m p l a n e ~ t a c i ó n de este Programa de CapacitaciBn para Operadores de Plantas de Tratamiento, se coadyuvard. s i n l u g a r a dudas, en e l esfuerzo de a f r o n t a r con é x i t o e l r e t o que representa e l saneamiento d e l recurso h i d r 5 u l i c o d e l País.

--

Pdg . 1. PROBLEMAS DE OPERACION 1.1. Formacibn de moscas 1.2. Olores 1.3. Taponamientos 1.4. Alta cantidad de sólidos suspendidos en el efl uente 1.5. Congelamientos 2. FORMULARIO 2.1. 2.2. 2.3.

Cdlculo de carga hidrdulica y carga orgdni ca Cdlculo de la relacibn de recirculación. Cdlculo de la remoción de lodos del sedi-mentador secundario.

.

1.

PROBLEMAS DE OPERAClON

Para c o n t r o l a r e l buen funcionamiento del f i l t r o es indispensable v e r i f i c a r d i a r i o mente l a observación del proceso, anal i z a r l a s aguas residuales que entran. así co mo e l agua de r e c i r c u l a c i ó n y e l e f l u e n t e f i n a l . Un buen operador puede n o t a r cam b i o s en l a s unidades del proceso observando varios factores f l s i c o s . t a l e s como vá r i a c i ó n en l o s caudales. niveles en l o s tanques. formación de espumas en e l c l a r i l ficador. apariencia del efluente,la forma de r i e g o de l a s boquillas. l a velocidadde r o t a c i ó n del d i s t r i b u i d o r , e l c o l o r del medio f i l t r a n t e y l o s olores que i n d i - can cambios en l a forma en que se d e s a r r o l l a e l proceso b i o l ó g i c o de tratamiento.Los cambios de cualquiera de estos factores requieren una investigación para ident i f i c a r l a s causas y determinar l a acción c o r r e c t i v a a seguir.

-

Una vez que se ha establecido un adecuado crecimiento de l a zooglea se considera que l a planta se encuentra en un "estado normal de operación" y se requlere de una pequeña r u t i n a operacional para controlat' e l proceso. Los c i n c o problemas que con mayor frecuencia se presentan en l a operación de fil-t r o s percoladores son:

A,-) B.-) C.-) D.-)

E,-)

Formación de moscas Malos olores Taponamientos y Obstrucciones A l t a cantidad de s6lidos suspendidos en e l efluente Congelamiento durante l a epoca de i n v i e r n o

Los procedimientos para resolver estos problemas de operacidn se presentan en l o s puntos: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 y 1 . 5 . El operador debe de determinar y seleccionar una o é s de l a s medidas c o r r e c t i v a s que a h i aparecen para hacer que e l sistema de tratamiento tenga l a mejor c a l i d a d posible de agua en e l efluente. Para dar una medida c o r r e c t i v a adecuada es necesa r i o que e l operador esté íntimamente f a m i l i a r i z a d o con e l proceso de f i l t r o s perco ladores que su planta maneja. debiendo conocer e n t r e o t r a s cosas: l a s caracter1stT cas del i n f l u e n t e , rangos de operación para l a s d i f e r e n t e s unidades que conformane l sistema. c a r a c t e r f s t i c a s de l o s equipos y procesos de mantenimiento.

-

1.1

F o m c i b n de moscas.

f

OBSERVACION 1. Forinaci6n de moscas. a. de tos y polillos.

b. Exceso de larvas en el medio filtrante

REVISION

PRDMEDIO

1. Rwisar visualmente.

1. Limpiar los orificios de las boquillas. 2. Abrir los orificios :et minales de los brazos del distribuidor para livlpiar las paredes del filtro.

CAUSA PROBABLE

A. Nala distribuci6n deldesecho. especialmente a lo largo de las pades del filtro.

-

B. Carga hidráulica insuficiente ara arrastrar las farvas.

--

1. Calcule la carga hi-dráulica. La carga debe de ser mayor que l3 '/sp' (200 gmpift

9

1. Complementar c m los si guientes remedios en e T siguiente orden. a) incrementar la tasade recirculación.

b) Alimentar el filtrocontinuamente. c) Clorar el influentepor varias horas cada semana manteniendo de l a 2 mg/l de cloro residual c m b i nando a la salida del distribuidor.

-

-=

d) Rociar las paredes donde se posan las moscas con insectida.

-

-

1.2.

Olores

OBSERVACION 1. Olores (Oescauposicibn anaerobia fuera del f i l t r o ) .

CWSA PROBABLE

RNISION

A. Excesiva carga orgánica.

1. Calcule l a carga org-

a) Desechos industriales

a) Verifique l a s descargas de las in-dustrias.

PROMEDIO

nica.

1. U t i l i c e alguna substanc i a c m e r c i a l que c o r r i j a e l defecto. 2. Aumente l a s condiciones aerobicas en l a s unidades de pretratamiento t r a t e de preclorar. aerear o r e c i r c u l a r duran te l a noche y cuando se presenta poco gasto deentrada. 3. Fortalezca l o s desechos industriales ordinarios 4. Mejore e l tratamiento primario. 5. Incremente l a r e c i r c u l a ción para d i l u i r e l de: secho orgánico y dotarde mayor oxígeno disuel t o a l agua por tratar.-

-

6. Clore e l i n f l u e n t e delf i l t r o por varias horas del día manteniendo de: 1 a 2 mg/l de c l o r o residual canbinado a l a salida del d i s t r i b u i d o r .

-

B. Mala ventilacibn

-

1. Revise l a s ventanas de l a s tuberias y l i m pie e l f i l t r o .

7. S i l a s cargas de diseño están excedidas, se r e quiere l a expansión del a planta. 1. Destape l a s v e n t i l a s de l a s tuberias.

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1.3.

Taponamientos

OBSERVACION 1. Ta namiento del medio figrante.

CAUSA PROBABLE A. Crecimiento excesivo de l a z q l e a .

-

REVISION 1. Revise l o s registrospor incrmentos de carga orgánica o d i s minuciones de-carga hidráulica.

--

-

RWEOIO 1. Esparza l a superficie del medio f i l t r a n t e rocoso. 2. Riegue e l área del me-d i o con una corriente de a l t a presión. 3. Incremente l a r e c i r c u l o ción. 4. Dosifique e l influentedel f i l t r o con cloro de 2 a 4 horas obteniedode 1 a 2 mg/l de clororesidual canbinando a l a salida del d i s t r i b u i dor. 5. S i es posible. alimente e l f i l t r o por 24 horas.

-

-

-

---

6. S i es posible. ponga fuera de operación e l f i l t r o y limpie e l me-dio filtrante.

B. El medio f i l t r a n t e notiene granulanetria unifonne o presenta ~ a r t i c u l a smuy peque-Ras.

1. Revise visualmente.

C. Mala operación.

1. Revise visualmente.

---

-

1. Ponga fuera de operación e l f i l t r o y revise l a granulanetria del dio. colocando tamaiiosuniformes.

e

1. Quite l a s obstrucciones cano palos. pa eles. etc. y otros ogjetos acumulados en e l mediof iltrante.

.--

L

m

1.4.

Alta cantidad de s6lidos suspendidos en e l efluente.

OBSERVACION 1. Incrgoento de sólidossuspendidos en el efluente del c l a r i f i c g dor

- --

CAUSA PROBABLE A. Exceso de lodo en e l lecho f i l t r a n t e .

-

.

REYISIOll 1. Revise l o s cambios e s

tacionales que puede: afectar a los m i m o 1 ganinnos. 2. Revise l a carga o q á nica.

a. Desechos industria les.

REREDIO l. Espere e l m e n t o paraagregar algún polimero.

r

1. Disminuya l a carga o s á

nica. desviando e l gas: tO hacia otros f i l t r o s . s i esto es posible. 2. Refuerce el desecho industrial. 3. Limpie de lodos el clarificador. 4. Debe de expanderse l a planta de tratamiento.

-

B. Desnitrificación del

clarificador.

-

C. Exceso de carga hidrl t c a en e l clarifica-dor.

O. lila1 funcionamiento del equipo del clarifica-dor final

.

1. Revise visualmente s i

e l efluente del f i l - t r o está n i t r i f icadoy e l lodo f l o t a en mulos. 1. Calcule l a superficie

necesaria para propor cionar una carga h i -

1. Limpie de Iodos e l clarificador.

-

1. Reduzca l a recirculación durante l a s horaspies del flujo. 2. Pueden requerirse mayor n h e r o de clasificado--

~ r $ ~ i -1~ ~ ~ ~ ~ m ~ u ~

(1200 gpd,ft2) en las horas pico del f l u j o . 1. Revise l a s r a s t r a s que recogen el lodo. 2. Revise que l a s placas deflectoras no estdnrotas.

--

-

1. Reemplace l a s r a s t r a s rotas. 2. Ajuste e l nivel de losvertedores.

1.5.

Congelamientos

OBSERVACION 1. Congelamientos.

CAUSA PROBABLE A. Bajas temperaturas.

REVISION 1. T m e la temperatura aímosférica.

-

REMEDIO 1. Disminuya la recirculación. 2. Opere dos filtros en pg ralelo. 3. Ajuste las boquillas -del distribuidor para que proporcionen un rocío menos fino. 4. Construya pantallas COL taviendo. 5. Derive parte del gastocon la válvula de la -distribución principal. 6. Abra las puertas extremas de los brazos del distribuidor principal. 7. Cubra bmbas, tanques.dosificación y canalesprincipales. 8. Quite el hielo que se haya formado.

-

2. 2.1.

FORMULARIO C6lculo de carga h i d r á u l i c a y carga orgdnica.

El procedimlento de c d l c u l o para determlnar l a carga h i d r d u l l c a en f l l t r o s percoladores se muestra a contlnuacl6n: A.-)

Datos requerldos A.1.-) A.2.-) A.3.-)

B.-)

F l u j o de agua de desecho F l u j o de r e c i r c u l a c i d n Dldmetro del f l l t m

Determlne e l gasto t o t a l que se a p l l c a a l f i l t r o Gasto t o t a l

C.-)

F l u j o de agua de desecho + F l u j o de r e c l r c u l a c l ó n

Determlne l a s u p e r f l c l e del medlo f l l t r a n t e . Area del f ilt r o

.v2

D.-) Determlne l a carga h i d r d u l l c a Carga h l d r 8 u l i c a = ~

~ tro

~

t

~

El procedlmlento de c d l c u l o para detetmlnar l a carga organica en f i l t r o s percoladores se nuestra a contlnuacl6n: A.-) Datos requerldos: DE0 del i n f l u e n t e a l f i l t r o ~ a s ? ode agua cruda a t r a t a r 4.-) B.-)

T i r a n t e del medio f i l t r a n t e

Determlne l a DB05 apllcada a l día. DB05 aplicada

0.0864 x (DBD5 en mg/l) x ( F l u j o en l t / s e g ) en kg/dla

C.-) Determine l a s u p e r f l c l e del f i l t r o Area del f i l t r o = D.-) Determine e l volumen del medlo f l l t r a n t e Volumen del medio = Area del f i l t r o x T i r a n t e del medio f l l t r a n t e E.-

Determlne l a Carga Orgdnlca Carga Orgdnica kg/m3-día

,

m Volumen del medlo en m3

e

El. procedímiento de cdlculo para determinar l a carga hldrdulica en sedímntadoresse muestra a continuación. A.-)

Datos requeridos. Gasto mbxim del lnfluente (presentado en l a s horas plco). Gasto de recírculaclón. Dlbmetro de l a unidad de sedimentacíón.

B.-) Determine e l gasto mbxim que r e c i b i r 6 e l sedímentador. Gasto mbximo C.-)

Gasto mbximo del Influente

+ Gasto de r e d n u l a c l ó n

Detennlne l a superf í c i e del sedlmentador Area del s e d í m t a d o r =

D.-) Determine l a carga hidrKulíca sobre e l sedimentador Carga hldrbul íca

Are~~~~S~$,~tador

2.2. Cdlculo de l a relacíón de recirculaci6n. La relación de recírculaci6n representa l a fracción de gasto recirculado en relación a l gasto de agua cruda que recibe l a unidad. o sea: Relación de recirculación =

;:;E d:

~ $ r ~ ~ i 6 n

PROBLEMA Una planta de tratamíento esta formada por un sedimentador primarío, un f i l t r o percolador y un sedimentador secundario.

-

Las caracterfstícas geombtricas de estas unidades se presentan a contlnuacíón. Sedimentador primario Dibmetro: 10 m Tírante del medro f i l t r a n t e

F i l t r o percolador 20 m 2.5 m.

Sedimentador secundario 15 m

--

S! l a planta recibe un gasto de agua cruda n d x i m (en l a s horas pico) de 28.32 l t / s e g y se recirculan 18.40 lt/seg. Detennlne:

a) La carga hidrbul lca de l o s sedimentadores. b) La carga hídrdulíca y orgdnica que recibe e l f i l t r o en l a s horas plco. c ) La relación de r e d r c u l a c i 6 n Sabiendo que l a DBO que presenta e l desecho a l a salída del sedimentador prima-r i o es de 120.32 4 7 1 y l a DüOs que presentan l o s lodos de r e c i n u l a c i ó n es de 375.2O.mg/l.

--

-. E

N m

O = 1011

D-207, T-2.541

c;

2

o = 15m

Recirculación QR = 18.40 l t l s e g DB05= 375.20 m g l l

a) Carga h i d r 8 u l i c a en l o s sedimentadores. Sedlmentador Primario A.-)

1.-

Datos:

F l u j o máximo del i n f l u e n t e

28.32 l t l s e g

2.-1 Diámetro de l a unidad de sedimentacl6n = 10 m.

Gasto m5ximo que r e c i b e e l sedimentador Superficie del sedimentador

28.32 l t l s e g .

D.-) Carga h i d r a u l i c a sobre e l sedimentador p r i m a r i o C, =

0.3605 ltlseg-m2

Es un sedimentador de a l t a carga. Sedimentador Secundario

1.- F l u j o mdximo del i n f l u e n t e 2.-1 F l u j o de r e c i r c u l a c i 6 n 3.- DiBmetro de l a unidad de sedimentaci6n

A.-)

Datos:

B.-)

Gasto máxtmo que r e c i b e e l sedimentador: Q

10

m5x

-

Q

m5x i n f l u e n t e

+

QR 0 28.32 + 18.40

-

28.32 l t l s e g 18.40 1 t/seg 15 m.

46.72 l t l s e g .

C.-)

-

S u p e r f i c i e del sedimentador

o2 --

A

3.1416 x 1 5 ~

= 176.71 m2

D.-) Caqa h i d r 6 u l i c a sobre e l sedimentador secundario

9

C,,

a

l

M

= 0.2644 1t/seg-m2

Es un sedimentador de baja carga.

b ) La c a q a h i d r f u l i c a y orgdnica que r e c i b e e l f i l t r o en l a s horas pico. Carga h i d r 6 u l i c a del f i l t r o A.-)

Datos

l . - ) F l u j o de agua de desecho 2.-) F l u j o de r e c i r c u l a c i b n . 3.-) Didmetro del f i l t r o

= =

28.32 l t / s e g . 18.40 l t / s e g . 20 m

B.-) Gasto t o t a l que se a p l i c a al f i l t r o

C.-)

S u p e r f i c i e del medio f i l t r a n t e A

D.-)

3'1416

S

202 = 314.16 m2

7

Carga h i d r d u l i c a

Es un f i l t r o rdpido. Carga Orgdnica del f i l t r o A.-)

Datos

l.-)

0BO5 del i n f l u e n t e a l f i l t r o

2.-)

Gasto de agua cruda a t r a t a r

3.4.-1

Didmetro del f i l t r o T i r a n t e del medio f i l t r a n t e

120.32 + 375.20 495.52 mg/l 28.32 + 18.40 46.72 1t/seg 20 m = 2.50 m e

B.-) 0BO5 aplicada a l día DB05 aplicada = 0.0864 x 495.52 x 46.72 = 2000.22 kg/dla C.-)

Superficte del f i l t r o

@- = i ? l F x i f = 3 1 4 . 1 6 m 2

D.-) Volumen del medio f i l t r a n t e

E.-)

Carga Organica D805 a p l icada

Carga Orgdnica =

y

m

= 2.54 kgldfa-m3

Es un f i l t r o rKpido. c).-

2.3

Relacidn de r e c i r c u l a c i b n

Cdlculo de l a remoción de lodos d e l sedimentador secundario.

-

Los lodos del sedimentador secundario usualmente se r e c i r c u l a n a l f i l t r o ; mezclan dolos con e l e f l u e n t e del sedimentador primario; desalojando posteriormente l o s lodos en exceso. El método se basa en l a determinación de l o s s d l i d o s sedimentables (Prueba de Cono Imhoff) de una muestra compuesta del e f l u e n t e del f i l t r o . El volumen de lodopor remover se estima de l a s i g u i e n t e manera: Procedimiento

A.-)

B.-)

Datos

l . - ) Sálldos sedimentables del e f l u e n t e del f i l t r o en m111 (Promedio de una s e r l e de muestras) 2.-) F l u j o a c l a r i f i c a r .

Determine e l caudal de lodo Caudal de lodo

C.-)

Sblidos Sedimentables ( m l l l ) x IUOU m i l i

Q.

Determine e l c o n t r o l de l a bomba de r e c i r c u l a c i b n

d~d:axb~~~~

porcentaje de tiempo = Tiempo de t r a b a j o de l a bomba

c

dlOtiempo 0% 60 min/hr

GUIAS DEL OPERADOR CORRESPONDIENTES A L PROGRAMA DE CAPACITACION PARA OPERADORES DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Operación y mantenimiento de lagunas oireodas. Operación y mantenimiento de filtros percoladores. Operación y mantenimiento de discos biológicos. Operación y mantenimiento de sistemas de desinfección. Operación y mantenimiento de sistemas de Iodos activados. Operación y mantenimiento de sistemas de trotamiento fisicoquimico ESTAS GUIAS DEL OPERADOR FUERON ELABOhADOS PARA L A SECRETARIA D E DESARROLLO URBANO Y ECOLOGIA, POR:

PROYECTOS AMBIENTALES ESPECIALIZADOS, S. A

628.352 M495-20 INE-SEMARNAT

1111\1\111111111111111\ll\\IlIl lll 11MI 1307429

Operaci6n y Marntenirniento de Filtros Perwladore

"1.a Ii~ipresora Aztcczt", S. de R . 1..

I'oniciite 140 N' 681-1, Col. Iiidtistrial Vnllejo. 02:100, Mtxico, D. F.