EL AGUA
FILTRACIÓN DEL AGUA
INTRODUCCIÓN
La filtración de agua es el proceso unitario de separación de sólidos
en una suspensión por medio de un medio mecánico poroso, también llamados tamiz, criba, cedazo, filtro. En
una suspensión en un líquido mediante un medio poroso,
retiene los sólidos mayores del tamaño de la porosidad y permite el paso del
líquido y partículas de menor tamaño de la porosidad.
Generalmente al medio mecánico poroso usado para la separación mecánica se
le llama filtros, tamices, cedazos, criba, o popularmente e incorrectamente:
mallas o telas.
Las Naciones Unidas considera
el acceso al agua limpia como un derecho básico de la humanidad, y como un paso
esencial hacia la mejoría de los estándares de vida en todo el mundo. Las
comunidades carentes de recursos hídricos, por lo general, son económicamente
pobres también, y sus residentes están atrapados en un círculo vicioso de pobreza.
¿Qué es la filtración de agua?
Generalmente se utiliza el término filtrar cuando nos referimos a la
separación mecánica de partículas de menor tamaño que coloidal, (colar o
tamizar cuando son partículas mayores), o que no se ven a simple vista.
La filtración se ha desarrollado tradicionalmente desde un estudio de arte
práctico, recibiendo una mayor atención teórica desde el siglo xx. La clasificación de los
procesos de filtración y los equipos es diverso y en general, las categorías de
clasificación no se excluyen unas de otras.
La variedad de dispositivos de filtración o filtros es tan extensa como las variedades de
materiales porosos disponibles como medios filtrantes y las condiciones
particulares de cada aplicación: desde sencillos dispositivos, como los filtros
domésticos de café
o los embudos de filtración para separaciones de
laboratorio, hasta grandes sistemas complejos de elevada automatización como
los empleados en las industrias petroquímicas
y de refino para la recuperación de catalizadores
de alto valor, o los sistemas de tratamiento de agua
potable destinada al suministro urbano.
Filtración es un proceso en el cual partículas sólidas que se encuentran en un
fluido líquido o también gaseoso se separan mediante un medio filtrante, o
filtro, que permite el paso del fluido a su través, pero retiene las partículas
sólidas. Unas veces. Interesa recoger el fluido; otras, las partículas sólidas
y, en algunos casos, ambas cosas.
El arte de la filtración era ya conocido por el hombre primitivo que obtenía
agua clara de un manantial turbio haciendo un agujero en la arena de la orilla
a profundidad mayor que el nivel del agua. El agujero se llenaba de agua clara
filtrada por la arena. El mismo procedimiento, perfeccionado y a gran escala,
ha sido usado durante más de cien años para clarificar el agua de, las
ciudades.
Esquema sencillo del
mecanismo de separación por filtración angular, un método especial de filtración
en el que un objeto filtrante, habitualmente una membrana polimérica, permite
dividir una corriente de fluido y sólidos (feed), en otra de fluido
limpio (permeate) y una mezcla concentrada (retentate). Este tipo
de mecanismos es utilizado, por ejemplo, en la purificación de agua para
consumo humano o en la fabricación de vinos y cervezas.
Los elementos que intervienen
en la filtración son:
un medio filtrante
un fluido con sólidos en suspensión
una fuerza. Una diferencia de presión que obligue al fluido a avanzar
un dispositivo mecánico, llamado filtro que sostiene el medio filtrante, contiene el fluido y permite la aplicación de la fuerza.
Medios filtrantes
un medio filtrante
un fluido con sólidos en suspensión
una fuerza. Una diferencia de presión que obligue al fluido a avanzar
un dispositivo mecánico, llamado filtro que sostiene el medio filtrante, contiene el fluido y permite la aplicación de la fuerza.
Medios filtrantes
Se pueden dividir en dos grupos:
1.- Los que actúan formando una barrera delgada que permite el paso sólo del fluido y no de las partículas sólidas en suspensión en él.
2.- Los que actúan formando una barrera gruesa al paso del fluido.
Entre los primeros, se encuentran los filtros de agua de tela, los de criba y el papel de filtro común de los laboratorios.
Entre los segundos, mencionaremos los filtros de lecho de arena, los de cama de coque, de cerámica porosa, metal poroso y los de pre capa empleados en ciertas filtraciones industriales que contienen precipitados gelatinosos.
Un medio filtrante delgado
ofrece una barrera en la que los poros son más pequeños que las partículas en
suspensión, que son separadas del fluido y retenidas en el filtro. En los
medios filtrantes gruesos los poros pueden ser más gruesos que las partículas
que se van a separar, las cuales pueden acompañar al fluido alguna distancia a
través del medio, pero son retenidas más pronto o más tarde por el medio
filtrante en los finos intersticios que existen entre las partículas que lo
constituyen.
Los sistemas de filtración tratan el agua pasándola a
través de lechos de materiales granulares (arena) que retiran y retienen los contaminantes. Los sistemas de filtrado
convencionales, directos, lentos de arena y de tierra diatomácea hacen todos un buen trabajo
al eliminar la mayoría de protozoos, bacterias y virus (si se usa la coagulación). Usualmente, los filtros de bolsa y cartucho no
eliminan los virus y muy pocas bacterias.
La filtración convencional es una operación de
varias etapas. Primero, se agrega un coagulante químico como sales de
hierro o de aluminio al agua fuente. Después, se agita la
mezcla para inducir la unión de las partículas pequeñas en suspensión para formar
grumos más grandes o “flóculos” más fáciles de retirar. Estas masas coaguladas,
o “flóculos”, se dejan asentar fuera del agua, para que se lleven consigo
muchos contaminantes. Al terminar estos procesos, el agua se pasa a través de
filtros de manera que las partículas restantes se adhieran por sí mismas al
material de filtro.
La filtración directa es similar a la filtración
convencional, excepto que después de agregar el coagulante, y después de agitar
la mezcla, no hay una fase separada para la sedimentación. En vez de ello, las
partículas en suspensión son desestabilizadas por el coagulante y así se
adhieren con mayor facilidad al material de filtro cuando el agua se filtra
posteriormente.
Los sistemas de filtración lenta en arena no
tienen fase de coagulación y, usualmente, tampoco tienen un paso de sedimentación. Se induce el paso lento y
descendente del agua a través de un lecho de arena de dos a cuatro pies (0,6 a
1,2 metros) de profundidad. Una capa biológicamente activa se forma a lo largo
de la superficie superior del lecho de arena, atrapando así partículas pequeñas
y degradando algunos contaminantes orgánicos.
La mayoría de los sistemas
de filtración usan el “retro lavado” para limpiar el sistema. Esto produce
aguas de desecho que se deben manejar adecuadamente.
Se comprobó que la
filtración de agua reduce el desgaste y mantiene una eficaz transferencia de
calor. Esto es de especial importancia para los refrigerantes que permanecen
más tiempo en el motor. Además, los filtros de agua pueden proporcionar un
método conveniente y confiable para suministrar extensores de refrigerantes
suplementarios al sistema de enfriamiento a fin de mejorar el rendimiento y
extender la vida útil de servicio del refrigerante.
Filtros
de agua de servicio estándar
Los filtros de servicio estándar proporcionan una forma simple y fácil de agregar aditivos para refrigerantes suplementarios (SCA) en intervalos de servicio tradicionales con cualquier refrigerante de Fleetguard.
Los filtros de servicio estándar proporcionan una forma simple y fácil de agregar aditivos para refrigerantes suplementarios (SCA) en intervalos de servicio tradicionales con cualquier refrigerante de Fleetguard.
Filtros
de agua de servicio extendido
Los filtros químicos de servicio extendido usan una combinación patentada de sustancias químicas de lenta liberación y un orificio de difusión para liberar lentamente las sustancias durante los intervalos de servicio extendidos.
Filtros de agua no químicos
Los filtros no químicos de Fleetguard proporcionan la misma protección de filtración al sistema de enfriamiento que los filtros de servicio estándar, pero sin aditivos químicos.
Los filtros químicos de servicio extendido usan una combinación patentada de sustancias químicas de lenta liberación y un orificio de difusión para liberar lentamente las sustancias durante los intervalos de servicio extendidos.
Filtros de agua no químicos
Los filtros no químicos de Fleetguard proporcionan la misma protección de filtración al sistema de enfriamiento que los filtros de servicio estándar, pero sin aditivos químicos.
En general, se considera la
filtración como el paso de un fluido a través de un medio poroso que retiene la
materia que se encuentra en suspensión. En las principales instalaciones de
filtración, los filtros sueles ser abiertos, mientras los filtros cerrados
suelen utilizarse para instalaciones pequeñas (menor de 40m3/h).
En las instalaciones de
filtración de las estaciones de tratamiento de agua, el medio poroso suele
ser generalmente arena, arena +
antracita o bien carbón activo en grano, y la materia en. Suspensión está constituida por flóculos o microflóculos
procedentes de la etapa anterior de decantación o bien formados
expresamente cuando se sigue el proceso
conocido como "microfloculación sobre filtro" o filtración
directa". Los filtros de estas instalaciones, generalmente son abiertos,
con velocidades de filtración entre 6 y 15 m/h, empleándose los filtros
cerrados a presión en instalaciones pequeñas (menores de 50 m3 /h).
El espesor de la capa de
arena suele oscilar entre 0,7 y 1 m. y la talla efectiva entre 0.8 y 1mm con un
coeficiente de uniformidad entre 1,5 y 1,7. En el caso de lechos bicapa, el
espesor de arena es 1/3 del total y
sobre ella una capa de antracita de 2/3 del espesor total y talla
efectiva entre 1,2 y 2,5mm.
Realmente, el espesor y
granulometría depende de la velocidad de filtración, del tamaño y naturaleza de
las partículas que van a ser retenidas y de la pérdida de carga
disponible.
Los materiales filtrantes
que presentan cierta friabilidad no deberían emplearse ya que los lechos
filtrantes y en concreto la arena, se ven sometida a fricción durante la fase
de lavado a contracorriente produciéndose unos finos que originan
diversos inconvenientes, tales como :
- Modificación de la curva
granulométrica.
- Se colmatan los filtros en
superficie, impidiendo o al menos dificultando la filtración en profundidad.
-Pueden pasar al agua
filtrada aumentando la turbidez.
Las materias en suspensión
retenidas por los medios filtrantes en la superficie de los granos lo son por
diversas fuerzas (Ives):
- Fuerzas eléctricas,
ligadas a la desestabilización de los coloides al anularse las fuerzas de
repulsión electrostática entre partículas.
- Fuerzas de cohesión de
London-Van Der Waals.
- Fuerzas de adhesión peri
cinética, debidas al movimiento browniano.
- Fuerzas de adhesión orto
cinética, debidas al gradiente de velocidad.
Para conseguir una tasa o velocidad de
filtración constante, se pueden utilizar filtros que operan a nivel constante,
con regulación aguas arriba y abajo mediante flotadores, válvulas de mariposa o
sifones, o bien, emplear filtros de nivel variable, en los cuales, este nivel
va aumentando a medida que aumenta la
pérdida de carga como consecuencia del atascamiento o colmatación del
lecho filtrante. Para conseguir una tasa o velocidad de filtración constante,
se pueden utilizar filtros que operan a nivel constante, con regulación aguas
arriba y abajo mediante flotadores, válvulas de mariposa o sifones, o bien,
emplear filtros de nivel variable, en los cuales, este nivel va aumentando a
medida que aumenta la pérdida de carga
como consecuencia del atascamiento o colmatación del lecho filtrante.
El patrón de clasificación de
los procesos de filtración es diverso, y según obras de referencia, se puede
realizar en función de los siguientes criterios:
- El mecanismo de filtración.
- La naturaleza de la mezcla.
- La meta del proceso.
- El ciclo operacional.
- La fuerza impulsora
En general, estas categorías
no se excluyen mutuamente y los procesos de filtración suelen clasificarse
principalmente de acuerdo al mecanismo, a la fuerza, al ciclo.
Determinar el mejor sistema
es una simple cuestión de comparar el rendimiento del producto a otras
alternativas. El rendimiento de un sistema de filtración de agua en particular
puede ser fácilmente verificado por la revisión de su hoja de datos de
rendimiento, que enumera todos los contaminantes que se pueda certificar que
quitar y en qué grado.
Tipos de filtros prensa:
Filtros de agua en base a prensa de cámaras
Formado por varias unidades de filtración (células, cámaras o placas), constituidas por placas cóncavas de superficie estriada, entre las que se coloca el elemento filtrante (paños de lana, seda, nilón, placas de amianto, papel de filtro, etc.). Las unidades, que son todas iguales, se montan unas al lado de otras y se comprimen. Las placas primera y última son distintas.
La primera (cabezal) es fija y va conectada al tubo alimentador del líquido turbio. En el centro o en la periferia de cada elemento (según el modelo) existe un orificio que corresponde al tubo de alimentación de líquido turbio. Por el canal que forma el conjunto de orificios de cada placa penetra el líquido, que atraviesa las telas filtrantes, escurre por las estrías de cada elemento y se recoge, filtrado, en la parte inferior de cada célula.
La salida del líquido limpio se realiza por grifos individuales para cada elemento, o mediante un tubo colector para todos ellos. La placa final es idéntica al cabezal, pero móvil. De esta manera, entre ella y el cabezal se pueden intercalar un número variable de elementos según las necesidades y el volumen del líquido que se filtra.
Filtros de agua en base de bastidores
Entre cada placa o cámara se coloca un nuevo elemento, consistente en un marco que hace de depósito del sedimento, con lo cual aumenta mucho la capacidad del filtro y permite filtrar líquidos con gran cantidad de impurezas o, lo que es muy frecuente, líquidos turbios añadidos de sustancias pulverulentas coadyuvantes de la filtración (carbón, kieselgur, etc.). El elemento filtrante se coloca entre las placas y los marcos,
Filtros de agua en base de bastidores y placas lavadoras
Es el más completo desde el punto de vista del lavado del sedimento. Se utiliza, sobre todo, cuando lo que interesa es el precipitado y no tanto los líquidos de filtración.
La mayoría de los filtros de vacío están formados por tambores divididos en comportamientos y recubiertos de tela metálica, metal perforado, algodón, lona o materiales sintéticos. El tambor gira en un depósito que contiene la masa a filtrar. El vacío practicado en el interior del tambor absorbe el líquido y deposita los sólidos en el elemento filtrante. El filtrado se evacua a través de una válvula del eje. A medida que gira el tambor, puede lavarse y secarse parcialmente por vacío la materia sólida depositada, antes de ser desprendida por un rascador. Para los materiales viscosos, los tambores se revisten antes de la operación con dichos materiales y, a medida que giran, una cuchilla giratoria continua desprende los sólidos depositados con una pequeña cantidad del elemento filtrante.
Finalmente, entre los filtros usados para gases citaremos los captadores de tela también llamados mangas. En ellos, el gas cargado de polvo pasa por un tejido, sobre el cual la deposición gradual del polvo forma una capa, que a su vez actúa como filtro para el polvo siguiente. Como el polvo se acumula continuamente, la resistencia al paso del gas aumenta paulatinamente. Por tanto, los filtros se deben sacudir o flexionar periódicamente para desalojar el polvo acumulado.
Filtros de agua en base a prensa de cámaras
Formado por varias unidades de filtración (células, cámaras o placas), constituidas por placas cóncavas de superficie estriada, entre las que se coloca el elemento filtrante (paños de lana, seda, nilón, placas de amianto, papel de filtro, etc.). Las unidades, que son todas iguales, se montan unas al lado de otras y se comprimen. Las placas primera y última son distintas.
La primera (cabezal) es fija y va conectada al tubo alimentador del líquido turbio. En el centro o en la periferia de cada elemento (según el modelo) existe un orificio que corresponde al tubo de alimentación de líquido turbio. Por el canal que forma el conjunto de orificios de cada placa penetra el líquido, que atraviesa las telas filtrantes, escurre por las estrías de cada elemento y se recoge, filtrado, en la parte inferior de cada célula.
La salida del líquido limpio se realiza por grifos individuales para cada elemento, o mediante un tubo colector para todos ellos. La placa final es idéntica al cabezal, pero móvil. De esta manera, entre ella y el cabezal se pueden intercalar un número variable de elementos según las necesidades y el volumen del líquido que se filtra.
Filtros de agua en base de bastidores
Entre cada placa o cámara se coloca un nuevo elemento, consistente en un marco que hace de depósito del sedimento, con lo cual aumenta mucho la capacidad del filtro y permite filtrar líquidos con gran cantidad de impurezas o, lo que es muy frecuente, líquidos turbios añadidos de sustancias pulverulentas coadyuvantes de la filtración (carbón, kieselgur, etc.). El elemento filtrante se coloca entre las placas y los marcos,
Filtros de agua en base de bastidores y placas lavadoras
Es el más completo desde el punto de vista del lavado del sedimento. Se utiliza, sobre todo, cuando lo que interesa es el precipitado y no tanto los líquidos de filtración.
La mayoría de los filtros de vacío están formados por tambores divididos en comportamientos y recubiertos de tela metálica, metal perforado, algodón, lona o materiales sintéticos. El tambor gira en un depósito que contiene la masa a filtrar. El vacío practicado en el interior del tambor absorbe el líquido y deposita los sólidos en el elemento filtrante. El filtrado se evacua a través de una válvula del eje. A medida que gira el tambor, puede lavarse y secarse parcialmente por vacío la materia sólida depositada, antes de ser desprendida por un rascador. Para los materiales viscosos, los tambores se revisten antes de la operación con dichos materiales y, a medida que giran, una cuchilla giratoria continua desprende los sólidos depositados con una pequeña cantidad del elemento filtrante.
Finalmente, entre los filtros usados para gases citaremos los captadores de tela también llamados mangas. En ellos, el gas cargado de polvo pasa por un tejido, sobre el cual la deposición gradual del polvo forma una capa, que a su vez actúa como filtro para el polvo siguiente. Como el polvo se acumula continuamente, la resistencia al paso del gas aumenta paulatinamente. Por tanto, los filtros se deben sacudir o flexionar periódicamente para desalojar el polvo acumulado.
MÉTODOS
DE FILTRACIÓN
En la
mayoría de los casos, la compresibilidad de la torta de filtración se encuentra
entre valores de 0,1 y 0,8 de manera que la mayor parte del aumento de
la pérdida de carga del fluido es consecuencia del medio filtrante. En general,
si el aumento de presión conlleva un aumento significativo del caudal o
velocidad de filtración, es un indicio de la formación de una torta granulada.
En cambio, para las tortas espesas o muy finas, un aumento de la presión de
bombeo no resulta en un aumento significativo del caudal de filtrado. En otros
casos, la torta se caracteriza por una presión crítica por encima de la cual, la velocidad de filtración
incluso disminuye. En la práctica, se prefiere operar a una velocidad
constante, empezando a baja presión, aunque por el empleo generalizado de sistemas de bombeo centrífugos, las condiciones habituales son de
presión y caudal variables.
2) FILTRACIÓN AL VACÍO
La Filtración
al vacío es un método físico que se utiliza para separar mezclas heterogéneas de un sólido en un solvente o mezcla de
reacción líquida. La mezcla se vierte en un embudo a través de un papel filtro,
el sólido de la mezcla queda en el filtro y el líquido es atraído hacia un
recipiente colocado abajo, gracias al vacío que se le aplica a éste con una
bomba de vacío. Lo que interesa recolectar en este tipo de filtración es el
sólido cristalizado que queda en el papel filtro, el líquido filtrado se
desecha. El sólido se cristaliza gracias a que el efecto de vacío que causa la
bomba, enfría la solución.
Importancia
de la Filtración del Agua
El desarrollo de la industria química pretende generar
varios y diferentes productos para el bienestar del ser humano.
En la gran mayoría de los procesos industriales
interviene la filtración como una operación que permite la obtención de
diversos productos, la recuperación de sólidos, la preparación de los
materiales para otras operaciones y la obtención de líquidos limpios.
Por otro lado, este desarrollo industrial, también ha
traído como consecuencia el manejo de grandes volúmenes de desechos y efluentes
líquidos y gaseosos que han dañado el equilibrio en diversos ecosistemas del
mundo.
Aunque la contaminación de suelos, de agua y de aire
permaneció ignorada durante muchos años, actualmente, en mayor o menor grado,
se da la participación de especialistas de la química y de otras disciplinas.
Un conocimiento científico, práctico y legislativo de la
filtración coadyuvará en la propuesta de soluciones que mejoren los procesos
industriales, para evitar el desecho de sustancias tóxicas así como de
efluentes contaminados.
