Análisis de la operación y mantenimiento de la filtración en gravas de flujo ascendentes a escala real

Abstract

La Filtración en Múltiples Etapas, FiME es una alternativa tecnológica para mejoramiento de la calidad de agua de consumo que actualmente es aprovechada en comunidades rurales. FiME consta de tres etapas de tratamiento: Filtro Grueso Dinámico (FGDi), Filtro Grueso Ascendente (FGA) que son pre-tratamientos en medios granulares gruesos y Filtro Lento en Arena (FLA) como etapa microbiológica. Este trabajo de grado se orientó a entender el funcionamiento a escala real de los FGA. El estudio se realizó en las siguientes plantas de tratamiento: El Retiro, La Sirena, Golondrinas y Arroyohondo de la zona rural y periurbana de Cali. En las 4 plantas se evaluaron las condiciones de operación y mantenimiento y se analizó la eficiencia de tratamiento en las unidades de Filtración gruesa ascendente en capas (FGAC) según la variación de la calidad del agua cruda. Los resultados indican que en todas las plantas de tratamiento los FGAC funcionan de manera continua y garantizan un buen pretratamiento para los filtros lentos en arena como barrera final de tratamiento microbiológico. En las cuatro unidades de FGAC analizadas se evidenció poca variación en la pérdida de carga entre cada carrera de filtración (<0.05 m), a pesar de esto a las unidades se les hace mantenimiento cada semana. Se evidenciaron sobrecargas de caudal en La Sirena con valores del 57%, mientras que en Golondrinas se trabaja por debajo de su capacidad, pues su caudal alcanza solo el 80.7% del caudal de diseño. En las demás plantas los filtros operan con el caudal de diseño. Los tiempos de mantenimiento de cada unidad de filtración en grava de flujo ascendente en horas hombre por metro cuadrado fueron los siguientes: La Sirena 0,07, Golondrinas 0,1, El Retiro 0,04 y en Arroyohondo 0,05. Aunque el lavado de los filtros por parte de los operadores es apropiado, para el lavado superficial de la grava de los FGAC se encontró 2 que hay evacuación rápida del agua superficial en El Retiro y Arroyohondo por la presencia de vertederos frontales con canales recolectores; mientras que en los de La Sirena y Golondrinas, hubo limitaciones en la evacuación por el sistema de orificios que tienen para la evacuación. Los costos de operación por m3 de agua producida en cada planta fueron los siguientes: La Sirena 275 $/m3, Golondrinas 67 $/m3, El retiro 225 $/m3 y en Arroyohondo 477 $/m3. Los costos de personal representan el mayor porcentaje sobre el total de costos de operación, exceptuando Arroyohondo, donde se manejan costos altos por consumo de energía para el bombeo del agua a la planta. Las fuentes de suministro presentaron alto riesgo microbiológico en términos de Coliformes totales y de E-Coli, para las plantas de Arroyohondo y el Retiro y de menor riesgo para La Sirena y Golondrinas. El FGAC con mayor desempeño en cuanto a remoción de turbiedad fue la de El Retiro con un percentil 50 P50<56%; con relación a la remoción de color El FGAC de mejor desempeño fue el de Arroyohondo con un P50<40% y en la remoción de microorganismos (E-coli), el FGAC de mejor desempeño en la remoción fue Golondrinas con P50< 0,6 log, Al observar las variaciones en la velocidad de filtración en la planta de La Sirena, se evidenció mejor desempeño cuando el filtro no es sobrecargado y trabaja con la velocidad de diseño, en ese caso la remoción de turbiedad fue de P50 < 20%. Cuando en el filtro se incrementó en un 57% la velocidad de filtración la eficiencia de remoción de turbiedad bajo a P50<15%. El comportamiento hidráulico analizado mediante prueba de trazadores en los FGAC, mostró que estas unidades presentan flujo dual (pistón y mezcla completa), con presencia de zonas muertas. La fracción de flujo a pistón varió entre 20-57%, la fracción mezclada entre 27-60% y las zonas muertas entre 2-23%. Situación que se relaciona con los tiempos 3 de retención del agua en el FGAC y a su vez con la eficiencia de remoción de parámetros de calidad de agua. La revisión hidráulica de las unidades FGAC, indicó, que ninguna de las plantas cumple con el valor mínimo de tasa de lavado recomendado para los FGAC de 15 m/h, lo cual puede afectar el tiempo de limpieza de la unidad y la eficiencia de lavado. A partir de esta investigación y con base en los resultados obtenidos se debe revisar el criterio de lavados semanales, pues la pérdida de carga no crece de manera acelerada y la eficiencia remocional del filtro se puede afectar. Optimizar el lavado superficial, en Golondrinas y la Sirena es crucial ya que el actual sistema de lavado por orificio no permite una eficiente evacuación del agua superficial con solidos. El estudio plantea la necesidad de instalar sistemas de evacuación rápida como se pudo apreciar en el Retiro y Arroyohondo. El seguimiento de la calidad del agua en estas unidades es crucial al menos en parámetros básicos como turbiedad, color y pH. Se debe implementar un sistema de registro de la calidad del agua y de las actividades de operación y mantenimiento. Se debe hacer la optimización del lavado hidráulico en las plantas estudiadas siguiendo cada una de las recomendaciones propuestas en este trabajo y servir de referencia para futuras diseños de FGAC en plantas FiME. Se recomienda desarrollar más investigación en la frecuencia de lavado de los filtros