Un filtro percolador es un tipo de sistema de tratamiento de aguas residuales . Consiste en un lecho fijo de rocas , coque , grava , escoria , espuma de poliuretano , turba de musgo sphagnum , cerámica o plástico sobre el que fluyen las aguas residuales u otras aguas residuales hacia abajo y hacen que crezca una capa de limo microbiano ( biopelícula ) que cubre el lecho del medio. Las condiciones aeróbicas se mantienen mediante salpicaduras, difusión y aire forzado que fluye a través del lecho o convección natural del aire si el medio filtrante es poroso. El tratamiento de aguas residuales u otras aguas residuales con filtros percoladores se encuentra entre las tecnologías de tratamiento más antiguas y mejor caracterizadas.
Los componentes fundamentales de un sistema completo de filtro percolador son:
Los términos filtro percolador, biofiltro percolador, biofiltro , filtro biológico y filtro percolador biológico se utilizan a menudo para referirse a un filtro percolador. Estos sistemas también se han descrito como filtros de desbaste, filtros intermitentes, filtros de lecho de medios empacados, sistemas sépticos alternativos, filtros de percolación, procesos de crecimiento adheridos y procesos de película fija.
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Por lo general, el flujo de aguas residuales sedimentadas ingresa a un nivel alto y fluye a través del tanque de sedimentación primario. El sobrenadante del tanque fluye hacia un dispositivo dosificador, a menudo un balde basculante que distribuye el flujo a los brazos del filtro. El agua fluye a través de los brazos y sale a través de una serie de orificios que apuntan en ángulo hacia abajo. Esto impulsa los brazos y distribuye el líquido de manera uniforme sobre la superficie del medio filtrante. La mayoría no están cubiertos (a diferencia del diagrama adjunto) y se ventilan libremente a la atmósfera.
La eliminación de contaminantes de la corriente de aguas residuales implica tanto la absorción como la adsorción de compuestos orgánicos y algunas especies inorgánicas (como iones de nitrito y nitrato ) por la capa de biopelícula microbiana . El medio filtrante se elige típicamente para proporcionar una relación superficie-volumen muy alta. Los materiales típicos suelen ser porosos y tienen una superficie interna considerable, además de la superficie externa del medio. El paso de las aguas residuales sobre el medio proporciona oxígeno disuelto , que la capa de biopelícula requiere para la oxidación bioquímica de los compuestos orgánicos y libera gas de dióxido de carbono , agua y otros productos finales oxidados. A medida que la capa de biopelícula se espesa, finalmente se desprende en el flujo de líquido y posteriormente forma parte del lodo secundario. Normalmente, un filtro percolador es seguido por un clarificador o tanque de sedimentación para la separación y eliminación de la película desprendida. Los filtros que utilizan medios de mayor densidad, como arena, espuma y turba, no producen lodos que deban eliminarse, pero pueden requerir sopladores de aire forzado, retrolavado y/o un entorno anaeróbico cerrado. [ cita requerida ]
La biopelícula que se desarrolla en un filtro percolador puede alcanzar varios milímetros de espesor y es típicamente una matriz gelatinosa que puede contener muchas especies de bacterias , ciliados y protozoos ameboides , anélidos , gusanos redondos , larvas de insectos y otra microfauna. (Si los anélidos son abundantes, el filtro puede considerarse un vermifiltro ). Esto es muy diferente de muchas otras biopelículas, que pueden tener menos de 1 mm de espesor. Dentro de la biopelícula, pueden existir zonas aeróbicas y anaeróbicas que apoyan tanto los procesos biológicos oxidativos como los reductores. En ciertas épocas del año, especialmente en primavera, el crecimiento rápido de organismos en la película puede hacer que esta sea demasiado gruesa y puede desprenderse en parches dando lugar al "desprendimiento primaveral". [1]
Un filtro percolador típico es circular y tiene entre 10 y 20 metros de ancho y entre 2 y 3 metros de profundidad. Una pared circular, a menudo de ladrillo, contiene un lecho de medios filtrantes que a su vez descansa sobre una base de desagües inferiores. Estos desagües inferiores funcionan tanto para eliminar el líquido que pasa a través de los medios filtrantes como para permitir el libre paso del aire hacia arriba a través de los medios filtrantes. Montado en el centro sobre la parte superior de los medios filtrantes hay un husillo que sostiene dos o más tubos perforados horizontales que se extienden hasta el borde de los medios. Las perforaciones de los tubos están diseñadas para permitir un flujo uniforme de líquido sobre toda el área de los medios y también están en ángulo de modo que cuando el líquido fluye desde los tubos todo el conjunto gira alrededor del husillo central. [1] Las aguas residuales sedimentadas se envían a un depósito en el centro del husillo a través de algún tipo de mecanismo de dosificación, a menudo un dispositivo de balde basculante en filtros pequeños.
Los filtros más grandes pueden ser rectangulares y los brazos de distribución pueden ser accionados por sistemas hidráulicos o eléctricos. [1]
Los filtros percoladores individuales se pueden utilizar para el tratamiento de descargas de fosas sépticas residenciales pequeñas y sistemas de tratamiento de aguas residuales rurales muy pequeños. Las plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas más grandes suelen utilizar muchos filtros percoladores en paralelo.
Los sistemas se pueden configurar para un uso de una sola pasada, en el que el agua tratada se aplica al filtro percolador una vez antes de desecharla, o para un uso de varias pasadas, en el que una parte del agua tratada se recicla y se vuelve a tratar mediante un circuito cerrado . Los sistemas de varias pasadas dan como resultado una mayor calidad del tratamiento y ayudan a eliminar los niveles de nitrógeno total (NT) al promover la nitrificación en el lecho del medio aeróbico y la desnitrificación en el tanque séptico anaeróbico. Algunos sistemas utilizan los filtros en dos bancos operados en serie para que las aguas residuales pasen dos veces por un filtro con una etapa de sedimentación entre las dos pasadas. Cada pocos días, los filtros se cambian de lugar para equilibrar la carga. Este método de tratamiento puede mejorar la nitrificación y la desnitrificación, ya que gran parte del material oxidativo carbonoso se elimina en la primera pasada por los filtros.
El sistema de filtración por goteo puede tener una variedad de tipos de medios filtrantes utilizados para soportar la biopelícula. Los tipos de medios más comúnmente utilizados incluyen coque , piedra pómez , material de matriz plástica, espuma de poliuretano de celda abierta , clínker, grava, arena y geotextiles . El medio filtrante ideal optimiza el área de superficie para la adhesión microbiana, el tiempo de retención de aguas residuales, permite el flujo de aire, resiste el taponamiento, es mecánicamente robusto en todas las condiciones climáticas, lo que permite el acceso a pie a través del filtro y no se degrada. Algunos sistemas residenciales requieren unidades de aireación forzada que aumentarán los costos de mantenimiento y operación.
Los medios filtrantes sintéticos pueden suponer un riesgo importante de inflamabilidad, como se demostró en Christchurch (Nueva Zelanda) en mayo de 2022, cuando se incendiaron dos grandes filtros percoladores llenos de fardos de plástico. El olor resultante tuvo un impacto significativo en muchos residentes de la ciudad y este suceso dejó fuera de servicio una parte importante de la capacidad de tratamiento de aguas residuales. [2]
El tratamiento de aguas residuales industriales puede implicar filtros percoladores especializados que utilizan medios plásticos y caudales elevados. Las aguas residuales de diversos procesos industriales se han tratado en filtros percoladores. Estos filtros percoladores para aguas residuales industriales son de dos tipos:
La disponibilidad de empaquetaduras de plástico económicas para torres ha llevado a su uso como lechos filtrantes percoladores en torres altas, algunas de hasta 20 metros. [6] Ya en la década de 1960, dichas torres se utilizaban en: la refinería Pine Bend de Great Northern Oil en Minnesota ; la refinería Trafalgar de Cities Service Oil Company en Oakville, Ontario y en una fábrica de papel kraft. [7]
El efluente de agua tratada de los filtros percoladores de aguas residuales industriales generalmente se procesa en un clarificador para eliminar el lodo que se desprende de la capa de limo microbiano adherida al medio filtrante percolador como en otras aplicaciones de filtros percoladores.
Algunas de las últimas tecnologías de filtrado por goteo implican biofiltros aireados de medios plásticos en recipientes que utilizan sopladores para inyectar aire en el fondo de los recipientes, con flujo descendente o ascendente de las aguas residuales. [8]