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FILTRACION

El elemento filtrante sirve para separar las partículas sólidas de un medio fluido por intercepción y retención de las partículas sobre una superficie o en el seno de una masa porosa a través de las cuales se hace circular el fluido. Esta definición abarca una gran variedad de equipos.

MICROFILTRACION

Los microfiltros trabajan a baja carga, con muy poco desnivel, y están basados en una pantalla giratoria de malla de acero o material plástico a través de la cual circula el agua. Las partículas sólidas quedan retenidas en la superficie interior del microfiltro que dispone de un sistema de lavado continuo para mantener las mallas limpias.

Se han utilizado eficazmente para separar algas de aguas superficiales y como tratamiento terciario en la depuración de aguas residuales.

Según la aplicación se selecciona el tamaño de malla indicado.

Con mallas de acero pueden tener luces del orden de 30 micrones y con mallas de poliéster se consiguen buenos rendimientos con tamaño de hasta 6 micrones.

FILTRACION EN MEDIO GRANULAR

La retención de las partículas puede tener lugar sobre la capa más externa del medio granular (arena, antracita, etc.), sobre la cual incide el agua o profundamente en el seno de la masa porosa. Los mecanismos de actuación son distintos.

En la filtración en profundidad actúan distintos tipos de fuerzas que provocan la retención de las partículas. Además de la simple intercepción actúan fuerzas moleculares, químicas y superficiales.

La fuerza conductora del líquido a través del medio filtrante puede ser la gravedad o bien una bomba impulsora y, según sea una u otra, hablamos de filtros por gravedad, en general abiertos, y de filtros a presión, siempre cerrados.

La velocidad de paso del agua es directamente proporcional a la fuerza impulsora e inversamente proporcional a la resistencia conjunta del medio filtrante y los sólidos retenidos. Al irse acumulando los sólidos retenidos la pérdida de carga a través del filtro aumenta. Si la carga disponible es constante, va disminuyendo la velocidad de filtración. Si existe un dispositivo para variar la carga disponible se puede mantener una velocidad de filtración constante. Ambas formas de trabajar tienen sus ventajas específicas.

El diseño óptimo de un filtro debe considerar:

  • El tamaño del medio y la altura del lecho.
  • La velocidad de filtración.
  • La presión disponible.
  • El modo de filtrar.

En los filtros con un medio granular, la forma en que varía la pérdida de carga a lo largo del tiempo es característica del modo de operar el filtro. Una variación casi lineal de la pérdida de carga frente al tiempo o el volumen total de agua filtrada, indica una filtración en profundidad. Las aguas que presentan una filtración superficial dan una curva correspondiente de tipo exponencial. En el equilibrio entre unos ciclos de duración lo mayor posible y una buena calidad del agua, se busca un tamaño del medio filtrante que se acerque a las condiciones óptimas.

Existen filtros diseñados con ciclos entre menos de 10 y más de 24 horas. La duración de los ciclos de filtración se pueden optimizar en función del número de filtros en paralelo y conjuntamente con el dimensionamiento del tanque de almacenamiento del agua de lavado.

En instalaciones para grandes caudales de tratamiento el cuerpo del filtro suele ser de hormigón, y con forma rectangular que se adapta a la construcción de varias unidades en paralelo de unos 100 cm2 cada una.

Para caudales menores de agua a filtrar se construyen con cuerpos metálicos cilíndricos, en posición horizontal o vertical.

La horizontal permite disponer de superficies filtrantes unitarias de unos 30 m2.

Cuando se dispone de varios filtros en paralelo, el lavado de uno de ellos se puede realizar forzando el caudal en el resto de los filtros. Si solamente hay una unidad o un número insuficiente para garantizar el consumo y el agua de lavado, se debe disponer de un tanque de almacenamiento de agua filtrada. Como los volúmenes de agua de lavado son importantes, se recirculan a la alimentación de los tanques de decantación, si los hay.

Para lavar los filtros cuando la pérdida de carga es excesiva, o la calidad se deteriora, se hace atravesar una corriente de agua y aire en contracorriente. Los sólidos retenidos son desplazados y arrastrados fuera del filtro con el agua y quedan en condiciones de volver a iniciar el ciclo.

La velocidad de filtración descendente en los filtros rápidos es de 5 a 10 m/hs y la de lavado ascendente de 15 a 25 m/hs.

Una variante de filtración utiliza un flujo ascendente y lechos superpuestos de tamaño decreciente en el mismo sentido, que permiten captar las partículas mayores en la capa inferior de granos más gruesos, empleando velocidades ascensionales de hasta 20 m/hs.

La forma más usual de mejorar los rendimientos de los filtros granulares es la utilización de filtros con dobles lechos de arena y antracita. También se construyen filtros multicapa que disponen de tres capas de material de densidades diferentes.

Siempre la densidad aumenta de arriba abajo y el tamaño al revés. En sentido descendente llegan a operar entre 30 y 40 m/hs.

Como el lavado es ascendente, se consigue mantener el medio de granos más gruesos en la capa superior por su menor densidad.

FILTROS DE CARTUCHO

Los filtros de cartucho se han usado para filtraciones previas de agua con bajo contenido en sólidos, que seguramente ya han sido filtradas por otro sistema anteriormente y que necesitan un afino del agua. Retienen partículas entre 0,1 y 100 micras con lo cual consiguen retenciones de sólidos prácticamente absolutas. El medio filtrante ha de reemplazarse cuando la pérdida de carga de agua a su paso indica que la suciedad tapona los poros, por lo cual puede resultar muy caro si el nivel de sólidos es importante. Se emplean para proteger las membranas de ósmosis inversa.

ULTRAFILTRACION

Esta tecnología de membranas representa la forma más absoluta de retener sólidos en suspensión. El tamaño de los poros de las membranas puede ser tan pequeño como de 0,001 a 0,02 micrones y pueden procesar aguas con concentración de sólidos, relativamente, importantes. Consigue retener materia coloidal y grandes moléculas orgánicas.

A través de la membrana se realiza un flujo poroso y viscoso de forma que su estructura física determinará el caudal de paso y el rechazo de partículas. Comparadas con las membranas de ósmosis inversa, son demasiado porosas para poder desalinizar y tampoco soportan una presión osmótica importante. El tamaño del poro se caracteriza por el corte de peso molecular que puede cruzar o no la membrana. Van desde 1000 a 80.000 aunque influye la forma de la partícula.

El caudal de paso de agua es igual a:

Q = (K A / e) P

Donde (A) es la superficie de filtración, (e) es el espesor de la membrana, (P) la presión diferencial aplicada y (K) es una característica de la membrana.

El fenómeno de polarización, que dificulta el paso, se debe a la concentración de macromoléculas y coloides sobre la superficie de la membrana, formando una capa de gel que aumenta la resistencia al flujo. La circulación del líquido a filtrar a grandes velocidades a lo largo de la membrana, tiende a disminuir la capa de polarización y aumenta la productividad, pero representa un mayor costo de bombeo.

Las membranas se pueden fabricar con materiales diversos, siempre que sean compatibles con la solución alimentada y con los agentes de limpieza que periódicamente se utilizan. Se fabrican con acetato de celulosa, PVC, poliacrilonitrilo, policarbonato y polisulfona. La polisulfona tiene especial interés porque resiste hasta 93 grados centígrados, pH desde 0,5 a 13 y muchos agentes químicos.

Por la forma de la membrana puede ser tubular, espiral o de fibra hueca. Los destinos son muy parecidos a los de ósmosis inversa.

Tiene múltiples aplicaciones que se aprovechan antes o después de otros equipos. Puede emplearse para separar ácidos húmico y fúlvico de un agua destinada a alimentar una ósmosis inversa. Separa la materia coloidal, la materia orgánica de alto peso molecular y los microorganismos que no son separados por el intercambio iónico.

Su aplicación no permite separar materia disuelta.