Feature Reduction

En la década de los ’70 la filtración rápida ganó popularidad como una etapa de tratamiento terciario de las aguas residuales, especialmente en la reutilización del agua. Existen numerosos estudios para determinar el efecto de la tasa de carga (que va desde 4,9 hasta 24,4 m/h) sobre el rendimiento del filtro. Los resultados muestran discrepancias ya que mientras para algunos el efecto debido a la variación de la carga es mínimo para otros la eficiencia de eliminación disminuye con tasas de carga superiores. Todos estos estudios se realizaron con agua residual proveniente de un tratamiento secundario sin coagulación antes de la filtración, ya que el tratamiento terciario utilizando coagulación era poco común. Estudios posteriores demostraron que la coagulación puede mejorar el rendimiento de filtración y coagular se convirtió en práctica común antes de la filtración de las aguas residuales. El impacto negativo de la tasa de carga en la eficiencia de remoción fue eliminado por el aumento de la dosis de coagulante para la tasa de carga superior, lo que también provocó la remoción de partículas más profundas en el lecho del filtro, lo cual indica que las tasas de carga superiores a las normalmente utilizados en la filtración terciaria pueden producir efluentes de calidad aceptable, y apoyar un enfoque normativo basado en la turbiedad de los efluentes del filtrado (RB.120: Williams

Gordon J. et al., 2.007).

Medio filtrante

Con el fin de mejorar la eficiencia del tratamiento es mejor aumentar la profundidad del lecho de

arena, en lugar de reducir el tamaño del grano, ya que si la arena es demasiado fina puede provocar

una pérdida de carga excesiva. Una mejor eficiencia del tratamiento también se puede lograr mediante la adición de fibras a la capa superficial de la cama, lo que proporciona una matriz adicional para el desarrollo de la capa de “suciedad superficial” (schmutzdecke). Sumergiendo un lecho de

arena en una capa poco profunda de agua rica en nutrientes durante períodos prolongados de tiempo conduce a la formación de capas biológicamente activas consistentes en una mezcla de microorganismos fotosintéticos y bacterias heterotróficas. La concentración de oxígeno disuelto en la columna de agua por encima de la cama de arena y en el interior de la misma (lecho filtrante) puede servir como un buen indicador de la maduración de la capa biológica (RB.1: Adin A., 2.003).

La obstrucción en los sistemas de filtración profunda está altamente correlacionada con la densidad de masa acumulativa cargada de DBO y sólidos en suspensión, y los mecanismos responsables principales “sobre” la superficie y “en” el volumen del filtro son esencialmente: la deposición de

sólidos orgánicos e inorgánicos recalcitrantes, el desarrollo de una película superficial o en el interior sobre la superficie de los granos del material filtrante, el exceso de producción de biomasa debido a un suministro de nutrientes abundantes que cubre la superficie y llena los huecos intergranulares, y

TESIS DOCTORAL

por último, la precipitación química. Si el sistema se coloca a continuación de un tratamiento biológico secundario, pueden ocurrir escapes inevitables de lodos activados del clarificador secundario, resultando en una cantidad superior temporal de materias en suspensión que se acumulan llenando así los poros del filtro. Las medidas habituales de protección de los sistemas de flujo sub-superficial son el diseño de sistemas de distribución adecuados en la entrada del banco de filtrado, materiales de relleno adecuados, así como controlar las condiciones de explotación. (RB.111: P. Verlicchi, et al.,

2.009). Una carga hidráulica sostenible se puede aumentar sin obstrucción mediante la reducción de la concentración de DQO en la entrada, reduciendo la frecuencia de dosificación, y/o la tasa de carga de sólidos en suspensión totales. Sin embargo, el aumento del tiempo de retención hidráulico (TRH) puede influir negativamente en el rendimiento del filtro con respecto a la eliminación de virus. (RB.67:

Leverenz Harold L., et al., 2.009).

En éste sentido, según datos obtenidos por el CEDEX dentro de las investigaciones del grupo técnico

"Tecnologías de regeneración y sus costes asociados" en lechos de arena con diámetros efectivos de

1,5 mm y de 1,0 mm, se han encontrado grandes diferencias en sus prestaciones. Según éste estudio se considera necesario que la arena no sobrepase el milímetro de diámetro y que sea lo más

redondeada posible. Normalmente en aguas residuales la arena más gruesa tiene un tamaño de

grano de aproximadamente 0,6 mm, mientras que el tamaño fino (aproximadamente 0,3 mm) mejora la filtración sólo ligeramente, pero con carreras de filtración muy cortas (RB.1: Adin A., 2.003).

Eliminación de E. coli

La concentración de las bacterias retenidas (o inmovilizadas) es una función de la concentración de bacterias en la capa de agua (o espesor) alrededor de los granos de arena y en la capa de “suciedad

superficial” (bacterias móviles) así como la profundidad del lecho de arena y el área de superficie

específica de la arena. La capa de “suciedad superficial” (schmutzdecke) consiste en material inerte,

microorganismos y algas que se forman en la parte superior de la arena del filtro. En ésta zona se espera una mayor tasa de retención que en el lecho de arena, debido a que el material acumulado mejora la filtración y la adsorción en la matriz de la biopelícula viscosa de esta capa. Se puede considerar que la E. coli se adsorbe mucho mejor en ésta capa compuesta de un 90% de material

orgánico que en la superficie de la arena de grano inorgánico. Aumentando la carga hidráulica se

espera que resulte en una tasa de retención más alta, porque aumentando la carga de partículas se logra un aumento del espesor de la capa de suciedad superficial (RB.64: Langenbach K. et al.,

2.010).

Eliminación de biopolímeros

En la capa de arena superior del filtro es donde se produce principalmente la eliminación de los

biopolímeros ya que está relacionado con la degradación biológica, puesto que los biopolímeros son

biodegradables. Las proteínas macromoleculares y los polisacáridos de sustancias poliméricas extracelulares (SPE) y de productos microbianos solubles (PMS) en la materia orgánica del efluente (MOEf) medidos como biopolímeros son los mayores incrustantes orgánicos. La concentración de

biopolímeros en el agua residual, proveniente de un tratamiento secundario, varía estacionalmente: en invierno la concentración es mucho mayor que durante los meses de verano. A mayor temperatura y menor concentración de biopolímeros se logra una eliminación más eficaz de incrustantes y a un funcionamiento más sostenible de la FAL y los resultados de filtración son mejores a menor tasa de filtración. Durante el proceso de eliminación, el carbono orgánico y el nitrógeno contenidos en los biopolímeros se eliminan en un grado similar. La masa de biopolímeros eliminados está relacionada proporcionalmente con el consumo de oxígeno (RB.130: Zheng Xing et al., 2.010).

TESIS DOCTORAL Eliminación de virus

La formación de la torta en la parte superior de un filtro durante las etapas inicial de filtración provoca una caída de presión significativa que finalmente resulta en ciclos de filtración más cortos. Sin embargo, en los filtros de profundidad suficiente para contener una zona de amortiguación, donde la caída de presión es compensada, la filtración puede continuar sin disminuir. Después de que el efluente cruza la zona de amortiguación, se observa una filtración normal, durante la cual se logra una retención considerable de virus. El tamaño es la única característica microscópica que influencia la retención de virus: los virus más grandes se retienen mejor que los pequeños. Esta observación,

sin embargo, va en contra de la teoría de filtración aceptada, ya que los virus más grandes están en el rango de tamaño de 200 nm, dimensiones que se aproximan a la eficiencia de transporte mínima. Sin floculación, el mecanismo de transporte operante en la filtración es el opuesto al reportado previamente, y la presencia de virus más grandes pueden ser menos problemáticos que los más pequeños (RB.6: Aronino Revital et al., 2.009).

Existen estudios para determinar si la adición de óxidos de hierro a través del soporte o lecho de un

filtro biológico de arena (FBA) aumentaría la eliminación de virus debido a la adsorción. El mecanismo

propuesto es la adsorción electrostática de las partículas de vibrión con carga negativa a los óxidos

de hierro con carga positiva formado durante la corrosión del hierro con valencia cero. Los resultados sugieren que la duración de la eliminación efectiva de virus por filtración en un filtro biológico modificado con hierro depende de las condiciones de las fuentes de agua y de la cantidad y composición del material de hierro añadido. En general, el FBA modificado con hierro puede ser un avance en el campo de las tecnologías innovadoras y llevar alivio a millones de personas que sufren de enfermedades transmitidas por el agua (RB.19: Bradley Ian et al., 2.011).