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 esfagno , medios cerámicos o plásticos sobre los cuales las aguas residuales u otras aguas residuales fluyen hacia abajo y provocan que crezca una capa de limo microbiano ( biopelícula ), que cubre el lecho de medios. Las condiciones aeróbicas se mantienen mediante salpicaduras, difusión y mediante aire forzado que fluye a través del lecho o convección natural de 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 desbastados, filtros intermitentes, filtros de lecho de medios empaquetados, sistemas sépticos alternativos, filtros de percolación, procesos de crecimiento adjuntos y procesos de película fija.
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Normalmente, 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 cubo basculante, que suministra flujo a los brazos del filtro. El chorro de 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 distribuyendo el líquido uniformemente sobre la superficie del medio filtrante. La mayoría están descubiertas (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 los iones nitrito y nitrato ) por la capa de biopelícula microbiana . El medio filtrante normalmente se elige 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 a través del medio proporciona oxígeno disuelto , que la capa de biopelícula requiere para la oxidación bioquímica de los compuestos orgánicos y libera dióxido de carbono , agua y otros productos finales oxidados. A medida que la capa de biopelícula se espesa, eventualmente se desprende hacia el flujo de líquido y posteriormente forma parte del lodo secundario. Normalmente, a un filtro percolador le sigue 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 un lodo que deba eliminarse, pero pueden requerir sopladores de aire forzado, retrolavado y/o un ambiente anaeróbico cerrado. [ cita necesaria ]
La biopelícula que se desarrolla en un filtro percolador puede alcanzar varios milímetros de espesor y suele ser 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 procesos biológicos tanto oxidativos como reductivos. En determinadas épocas del año, especialmente en la primavera, el rápido crecimiento de organismos en la película puede hacer que la película sea demasiado gruesa y que se desprenda en parches, lo que provoca el "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 medio filtrante que a su vez descansa sobre una base de desagües inferiores. Estos drenajes inferiores funcionan tanto para eliminar el líquido que pasa a través del medio filtrante como para permitir el paso libre del aire a través del medio filtrante. Montado en el centro sobre la parte superior del medio filtrante hay un eje que soporta dos o más tubos perforados horizontales que se extienden hasta el borde del medio filtrante. Las perforaciones en las tuberías están diseñadas para permitir un flujo uniforme de líquido sobre toda el área del medio y también están en ángulo para que cuando el líquido fluye desde las tuberías, todo el conjunto gira alrededor del eje central. [1] Las aguas residuales sedimentadas se entregan a un depósito en el centro del eje a través de algún tipo de mecanismo de dosificación, a menudo un dispositivo de cubo 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 simples pueden usarse para el tratamiento de pequeñas descargas de tanques sépticos residenciales 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 uso de un solo paso, donde el agua tratada se aplica al filtro percolador una vez antes de desecharla, o para uso de múltiples pasos, donde una parte del agua tratada se recicla y se vuelve a tratar a través de un circuito cerrado . Los sistemas de múltiples pasos dan como resultado una mayor calidad del tratamiento y ayudan a eliminar los niveles de nitrógeno total (TN) 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 el agua residual tenga dos pasos a través de un filtro con una etapa de sedimentación entre los dos pasos. Cada pocos días, los filtros se cambian para equilibrar la carga. Este método de tratamiento puede mejorar la nitrificación y desnitrificación ya que gran parte del material oxidativo carbonoso se elimina en el primer paso a través de los filtros.
El 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 , clinker, 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 la obstrucción, es mecánicamente robusto en todos los climas, lo que permite el acceso a pie a través del filtro y no se degrada. Algunos sistemas residenciales requieren unidades de aireación forzada, lo que aumentará los costos operativos y de mantenimiento.
Los medios filtrantes sintéticos pueden representar un riesgo significativo de inflamabilidad, como se demostró en Christchurch , Nueva Zelanda, en mayo de 2022, cuando dos grandes filtros percoladores llenos de balas de filtro de plástico se incendiaron. El olor resultante tuvo un impacto significativo en muchos residentes de la ciudad y este evento dejó fuera de servicio una proporción significativa 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 altos caudales. Las aguas residuales de diversos procesos industriales se han tratado en filtros percoladores. Estos filtros percoladores de aguas residuales industriales son de dos tipos:
La disponibilidad de empaquetaduras de plástico económicas para torres ha llevado a su uso como lechos de filtro percolador en torres altas, algunas de hasta 20 metros. [6] Ya en la década de 1960, este tipo de torres se utilizaban en: la refinería Pine Bend de Great Northern Oil en Minnesota ; la refinería de 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 para otras aplicaciones de filtro percolador.
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, ya sea con flujo descendente o ascendente del agua residual. [8]