Estudio del comportamiento hidráulico en filtro de grava de flujo ascendente en CAPAS-FGAC con agua cruda del río Cauca.

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 de grava de flujo ascendente (FGA) que son pre-tratamientos en medios granulares de grava y Filtro Lento en Arena (FLA) como etapa de remoción microbiológica. Este trabajo de grado se orientó a entender el comportamiento hidráulico del FGA en capas a escala piloto. El estudio se realizó en la Estación de Investigación y Transferencia de Tecnología del Instituto Cinara, localizada en predios de la Planta de Tratamiento de Agua Potable (PTAP) de Puerto Mallarino ¿EMCALI de Cali. Los resultados del modelo simplificado de Wolf Resnick mostraron que en cada capa de grava se presentó flujo dual (pistón y mezcla completa), con presencia de zonas muertas. Los resultados muestran para las tres velocidades de filtración (vf), que para el tamaño de grava de 22-24 mm (capa 1) presentó mezcla completa entre 55-77%, fracción pistón entre el 23-31% y presencia de zonas muertas en un 15% aproximadamente. La tendencia de flujo dual se hizo recurrente en el tamaño de grava de 12.7 a 19.07 mm (capa 2), con fracción de mezcla completa entre 34-84%, de flujo a pistón entre 16-46% y alta presencia de zonas muertas 19%, el tamaño de grava 6.35 a 12.7 mm evidenció flujo dual con mayor porcentaje de mezcla completa, 52-64% frente al flujo pistón de 34-36% y con existencia de zonas muertas 13-14%. Para la última capa, diámetro de grava entre 4.75 a 6.35 mm, la fracción mezclada varió entre 57-60% y el flujo pistón entre 40-43%, a diferencia de las demás capas, ésta no presentó zonas muertas. El comportamiento hidráulico del reactor estudiado como una unidad completa, muestra que el flujo predominante es pistón, con una que varió entre el 49 y 50%, frente a una fracción mezclada de 37%. Para las tres vf; las zonas muertas variaron entre el 13 y 14%.

El modelo de reactores en serie mostró un valor de n =10 para la totalidad del lecho filtrante a una vf = 0.5 mh-1; siendo este el mayor valor frente a los demás calculados, este valor fue igual al obtenido por Sánchez, 2016. Para vf 0.75 y 1.0 mh-1 el número de reactores en serie fue de n = 6 y n = 4 respectivamente. El mayor número de reactores en series n para la longitud total del lecho indica un mejor comportamiento hidráulico del reactor al incrementar la longitud de la grava y el mejor desempeño hidráulico a menor vf se puede explicar por un menor número de Reynolds y mayor cercanía al régimen de flujo laminar. La turbiedad de salida del FGAC, estuvo entre 10.3-12.4 UNT que pueden facilitar la operación de sistemas de filtración lenta en arena acorde a las recomendaciones de Galvis et al. (1999) y Di Bernardo y Sabogal Paz, 2008 quienes establecieron un valor alrededor de 10 UNT para los efluentes de los FGAC. El mejor desempeño en remoción de SST para las tres vf analizadas, se presentó en la capa 3, (grava de 6.35 -9.53 mm) con una eficiencia entre el 28 al 30%, el comportamiento está en armonía con los resultados obtenidos por el método simplificado de Wolf Resnick, que no mostró zonas muertas en esta capa de grava.