{"id":154,"date":"2020-03-26T16:55:28","date_gmt":"2020-03-26T16:55:28","guid":{"rendered":"https:\/\/www.manantialwater.com.mx\/purificacion\/?page_id=154"},"modified":"2020-03-26T17:01:54","modified_gmt":"2020-03-26T17:01:54","slug":"medios-filtrantes-granulares-evaluacion","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.manantialwater.com.mx\/purificacion\/medios-filtrantes-granulares-evaluacion\/","title":{"rendered":"Medios filtrantes granulares: evaluaci\u00f3n de la relaci\u00f3n entre la profundidad del lecho filtrante y el tama\u00f1o de grano"},"content":{"rendered":"
\n\n\n

El uso de lechos filtrantes de medios granulares para la filtraci\u00f3n de agua es una parte arraigada del tratamiento del agua y bajo el t\u00e9rmino \u00abmedios filtrantes granulares\u00bb generalmente se supone el uso exclusivo de arena y antracita.\u00a0La capacidad del filtro y la calidad del filtrado producidas por diferentes tama\u00f1os de grano de medios y a diferentes profundidades de lecho se han estudiado ampliamente.\u00a0Despu\u00e9s de d\u00e9cadas de dise\u00f1o y operaci\u00f3n de filtraci\u00f3n, muchos ingenieros y empresas de servicios p\u00fablicos han determinado que un criterio de dise\u00f1o clave es la relaci\u00f3n L \/ do profundidad del lecho L dividida por el tama\u00f1o efectivo promedio de grano del filtro d.<\/p>\n\n\n\n

El desarrollo de medios de gran \u00e1rea superficial o ‘cer\u00e1mica de ingenier\u00eda rugosa’ y el uso de tecnolog\u00edas mejoradas de medici\u00f3n de \u00e1rea superficial permiten relaciones de profundidad de lecho a tama\u00f1o de grano alternativas, alterando as\u00ed la convencional sabidur\u00eda con respecto a las relaciones L \/ d.\u00a0La nueva tecnolog\u00eda ahora brinda la oportunidad de implementar lechos menos profundos debido a los medios de mayor tama\u00f1o efectivo que, si bien tienen una relaci\u00f3n L \/ d baja, a\u00fan proporcionan m\u00e1s \u00e1rea de superficie general, mejor rendimiento del filtro y mejores vol\u00famenes de funcionamiento del filtro de la unidad (UFRV) que el filtro convencional de grano m\u00e1s fino y profundo. camas<\/p>\n\n\n\n

Introducci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n

La teor\u00eda general de filtraci\u00f3n sostiene que cuantos m\u00e1s granos de filtro (‘colectores’) tenga en un filtro o cuanto menor sea el tama\u00f1o promedio del medio de filtro, mejor ser\u00e1 la calidad del filtrado. Este fen\u00f3meno ha sido investigado durante d\u00e9cadas, por ejemplo, Iwasaki (1937) present\u00f3 un modelo matem\u00e1tico que describ\u00eda la eliminaci\u00f3n de part\u00edculas basadas en la carga de s\u00f3lidos, el di\u00e1metro de los medios y la profundidad de los medios. Seg\u00fan su ecuaci\u00f3n, a medida que aumenta la relaci\u00f3n L \/ d, aumenta la eliminaci\u00f3n de la eficiencia de part\u00edculas. Esta teor\u00eda fue validada por Wegelin et al (1986):
Relaci\u00f3n L \/ d: un valor adimensional que se obtiene dividiendo la longitud (profundidad) de un lecho filtrante de medios granulares por el di\u00e1metro efectivo ‘ponderado’ del medio filtrante. El di\u00e1metro efectivo ponderado de los medios se calcula en funci\u00f3n del porcentaje de la profundidad total del lecho aportado por cada capa de medios.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Filtraci\u00f3n efectiva<\/h3>\n\n\n\n

Independientemente de la teor\u00eda de filtraci\u00f3n aplicada (movimiento browniano, impactaci\u00f3n inercial, sedimentaci\u00f3n, esfuerzo o difusi\u00f3n), la verdad b\u00e1sica es que cuantos m\u00e1s granos de medios y cuanto m\u00e1s peque\u00f1os sean los granos, mayor ser\u00e1 la filtraci\u00f3n efectiva de part\u00edculas.<\/p>\n\n\n\n

Esta teor\u00eda tiene limitaciones en relaci\u00f3n con el tama\u00f1o de grano y la profundidad del lecho filtrante.\u00a0Cuando el tama\u00f1o del grano se vuelve demasiado peque\u00f1o, la p\u00e9rdida de carga del filtro limpio es pr\u00e1cticamente alta y los tiempos de funcionamiento del filtro son demasiado cortos, generalmente debido al cegamiento de la superficie del medio fino.\u00a0Por ejemplo, cuando se prueba arena de filtro de 0.5 mm de tama\u00f1o a 24 pulgadas de profundidad (un L \/ d de 1,220), la p\u00e9rdida de carga limpia puede ser aceptable, pero las tendencias de cegamiento de la superficie del filtro pueden limitar las aplicaciones para esta configuraci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Cuando se utilizan filtros de lecho profundo como los de 6 pies de profundidad con medios de arena de 1.5 mm (un L \/ d de 1,218), por ejemplo, la calidad del efluente puede ser similar a la obtenida del uso de arena de filtro m\u00e1s fina y la p\u00e9rdida de carga limpia ser\u00e1 reducido.\u00a0Sin embargo, la implementaci\u00f3n de camas de 6 pies de profundidad tiene costos de instalaci\u00f3n y operaci\u00f3n significativos y puede ser poco pr\u00e1ctico.
Para las plantas que usan un pretratamiento de clarificaci\u00f3n convencional, una configuraci\u00f3n de filtro dual com\u00fan utiliza 24 pulgadas de antracita de tama\u00f1o efectivo (ES) de 0,90 mm sobre 12 pulgadas de arena ES de 0,50 mm.\u00a0La relaci\u00f3n L \/ D (mm profundidad \/ mm ES) para la antracita es 675 y para la arena es 608. Por lo tanto, la suma L \/ D ser\u00eda 1283. En general, las empresas de ingenier\u00eda, las autoridades estatales y los operadores trabajan dentro de los 1000\u2013 Relaci\u00f3n de 1200 L \/ d como gu\u00eda.\u00a0El valor de la relaci\u00f3n L \/ d se ha derivado de a\u00f1os de dise\u00f1o y operaci\u00f3n de filtraci\u00f3n.\u00a0El consenso general es que una relaci\u00f3n L \/ d de 1200 es el valor preferido.<\/p>\n\n\n\n

En general, se acepta que la capa superior m\u00e1s gruesa proporcionar\u00e1 un espacio intersticial para acomodar s\u00f3lidos m\u00e1s grandes que se transportan desde la coagulaci\u00f3n.\u00a0La selecci\u00f3n de la capa superior es cr\u00edtica para lograr los vol\u00famenes de ejecuci\u00f3n del filtro de unidad (UFRV), lo que proporciona un rendimiento de filtro razonable entre los eventos de retrolavado.\u00a0Al utilizar el tama\u00f1o de grano correcto en la secci\u00f3n superior del lecho filtrante, influimos mucho en la profundidad de penetraci\u00f3n de los s\u00f3lidos en el lecho.<\/p>\n\n\n\n

La filtraci\u00f3n tiene que ver con la disponibilidad del colector y el \u00e1rea de superficie, independientemente del fen\u00f3meno de fijaci\u00f3n de part\u00edculas que adoptemos.\u00a0La conclusi\u00f3n es que la cantidad de \u00e1rea de superficie disponible es crucial para el rendimiento de cualquier filtro.\u00a0Si bien los tama\u00f1os de espacio intersticial, la composici\u00f3n qu\u00edmica del receptor y la forma del receptor son consideraciones importantes, el concepto general es que se requiere una cantidad m\u00ednima de \u00e1rea de superficie para una filtraci\u00f3n efectiva.<\/p>\n\n\n\n

Medici\u00f3n y evaluaci\u00f3n del \u00e1rea de superficie.<\/h3>\n\n\n\n

La medici\u00f3n del \u00e1rea superficial de los receptores (granos de filtro) es un tema poco discutido.\u00a0La mayor\u00eda de los datos sobre el \u00e1rea de superficie presentan sorci\u00f3n de nitr\u00f3geno BET (o helio como gas alternativo) y pruebas de referencia de materiales carbonosos como antracita y carb\u00f3n activado granular (GAC).<\/p>\n\n\n\n

El uso de la sorci\u00f3n de nitr\u00f3geno en materiales carbonosos como la antracita es problem\u00e1tico.\u00a0La mol\u00e9cula de nitr\u00f3geno es extremadamente peque\u00f1a a 3.16 angstroms (0.000316 micras) y fluir\u00e1 hacia capilares o microfracturas dentro del grano, midiendo as\u00ed el \u00e1rea de superficie que no influye en absoluto en la filtraci\u00f3n de part\u00edculas.<\/p>\n\n\n\n

Los poros se clasifican en tres categor\u00edas seg\u00fan el tama\u00f1o: microporos (di\u00e1metro de poro menor de 2 nm);\u00a0mesoporos (di\u00e1metro de poro 2-50 nm);\u00a0y macroporos (di\u00e1metro de poro mayor de 50 nm) [Sing et al.\u00a01985].\u00a0La sorci\u00f3n de gas nitr\u00f3geno es ideal para medir rangos de di\u00e1metro de poro de 0.3 a 300 nm.\u00a0La porosimetr\u00eda de mercurio es la m\u00e1s adecuada para la medici\u00f3n de macroporos y rugosidades de superficie que oscilan entre 300 nm y 200 micras).\u00a0Las pruebas de poros de menos de 300 nm requieren presiones de mercurio aplicadas en exceso de 60,000 psi, lo que resulta en una cantidad significativa de distorsi\u00f3n de part\u00edculas y errores de datos significativos.\u00a0La medici\u00f3n de poros en el rango de 0.5 micras requiere una presi\u00f3n de mercurio aplicada de ~ 450 psi y a esta presi\u00f3n se minimiza la compresi\u00f3n y distorsi\u00f3n de las part\u00edculas.<\/p>\n\n\n\n

Seg\u00fan Mahajan (1991):En general, existe una amplia aceptaci\u00f3n del siguiente modelo general para la estructura porosa del carb\u00f3n;\u00a0que los carbones contienen una red de poros interconectados de alta superficie, los poros en forma de hendidura tienen aberturas estrechas de dimensiones moleculares … [y] los carbones contienen porosidad abierta y cerrada.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Diferencias en el \u00e1rea de superficie total<\/h3>\n\n\n\n

Gan y col.\u00a0(1972) probaron la intrusi\u00f3n de nitr\u00f3geno, helio y mercurio en el carb\u00f3n de antracita y descubrieron diferencias significativas en el \u00e1rea de superficie total dependiendo del m\u00e9todo de prueba.\u00a0Tres procedimientos de prueba de \u00e1rea de superficie diferentes identificar\u00edan el \u00e1rea de superficie total por tipo de poro:<\/p>\n\n\n\n

  • Medici\u00f3n de intrusiones de mercurio poros> 300 \u00c5 que representan el 11.9% del \u00e1rea de superficie total.<\/li>
  • Nitr\u00f3geno BET que mide los poros 12\u2013300 \u00c5, lo que representa el 13,1%.<\/li>
  • Helio BET que mide poros <12 \u00c5, que constituyen el 75% del \u00e1rea de superficie medible.<\/li><\/ul>\n\n\n\n

    Para prop\u00f3sitos de filtraci\u00f3n de part\u00edculas en aplicaciones convencionales, las irregularidades de la superficie por debajo de 500 nan\u00f3metros deben ser descartadas.\u00a0Las impresiones o ‘poros’ por debajo de 0,5 micras estar\u00e1n cubiertas por part\u00edculas individuales o aglomeradas m\u00e1s grandes y, por lo tanto, son de poca utilidad a menos que el agua influyente contenga coloides submicrom\u00e9tricos, lo cual no es la norma.<\/p>\n\n\n\n

    La Tabla 1 muestra los resultados de las pruebas de intrusi\u00f3n de mercurio de materiales de filtraci\u00f3n comunes, as\u00ed como los medios cer\u00e1micos de ingenier\u00eda rugosa Macrolite.\u00a0Los datos de la prueba se han centrado en poros que tienen un tama\u00f1o de \u2265 0.5 micras y miden impresiones de superficie de hasta \u2264 250 micras de tama\u00f1o.<\/p>\n\n\n\n

    Limitar el tama\u00f1o del espectro superior a 250 micras ayuda a eliminar los errores causados \u200b\u200ba bajas presiones aplicadas donde el mercurio simplemente est\u00e1 llenando los espacios intersticiales de grano a grano.\u00a0La Figura 4 muestra la contribuci\u00f3n del \u00e1rea de superficie total por capa para los dos tipos de configuraciones de filtro.<\/p>\n\n\n\n

    Conclusiones<\/h4>\n\n\n\n

    El an\u00e1lisis del \u00e1rea de superficie muestra claramente que al usar medios de filtro de cer\u00e1mica de ingenier\u00eda rugosa, una altura de lecho comparativamente corta puede tener un \u00e1rea de superficie total sustancialmente mayor en comparaci\u00f3n con los medios convencionales.\u00a0Si bien el \u00e1rea de superficie es una influencia principal en el rendimiento de la filtraci\u00f3n, de ninguna manera es el \u00fanico factor de influencia.<\/p>\n\n\n\n

    Cuando se implementan medios cer\u00e1micos de ingenier\u00eda rugosa, la superficie total del lecho del filtro se puede aumentar en \u00f3rdenes de magnitud en comparaci\u00f3n con la arena y la antracita.\u00a0Sin embargo, la reducci\u00f3n en la altura del lecho cuando se usa cer\u00e1mica de ingenier\u00eda rugosa no es proporcional al \u00e1rea de superficie aumentada.
    \u00a0<\/p>\n\n\n\n
    Filtrar material por tipo y tama\u00f1o<\/td>\u00c1rea de superficie de poros de m\u00e1s de 0.5 micras (M 2<\/sup> \/ cc)<\/td>\u00c1rea de superficie de poros de m\u00e1s de 0.5 micras (M 2<\/sup> \/ M 3<\/sup> )<\/td>\u00c1rea de superficie de poros de m\u00e1s de 0.5 micras (ft 2<\/sup> \/ ft 3<\/sup> )<\/td><\/tr>
    Macrolita M4 0,55 mm ES<\/td>0.329<\/td>329, 179,0<\/td>866.0<\/td><\/tr>
    Macrolita M6 1.2 mm ES<\/td>0.139<\/td>139, 278,0<\/td>366,0<\/td><\/tr>
    Arena 2040 0.5 mm ES<\/td>0,0121<\/td>12, 164.0<\/td>32,0<\/td><\/tr>
    Antracita 0.9 mm ES<\/td>0,0154<\/td>15, 404,0<\/td>41,0<\/td><\/tr><\/tbody><\/table>\n\n\n\n

    Los filtros requieren un n\u00famero m\u00ednimo de colectores de grano de filtro en la ruta del filtrado.\u00a0El n\u00famero de colectores influye en el porcentaje de probabilidad de intercepci\u00f3n de part\u00edculas.\u00a0Por lo tanto, una cama de filtro con una altura total demasiado corta tendr\u00e1 dificultades para cumplir con las expectativas de calidad.<\/p>\n\n\n\n

    Adem\u00e1s, la rugosidad de la superficie de los medios dise\u00f1ados indudablemente tendr\u00e1 diferentes fuerzas hidrodin\u00e1micas sobre el filtrado debido a las irregularidades de la superficie y estas fuerzas pueden o no mejorar el rendimiento del filtro.\u00a0La combinaci\u00f3n de rugosidad y las influencias hidrodin\u00e1micas posteriores tambi\u00e9n pueden permitir un aumento del caudal por unidad de \u00e1rea (gpm \/ ft\u00a02<\/sup>\u00a0) de tasas de flujo del filtro.<\/p>\n\n\n\n

    La validaci\u00f3n para cambiar a un medio como Macrolite debe incluir evaluaciones de campo en forma de pilotos de filtraci\u00f3n.\u00a0Un piloto de filtro dise\u00f1ado adecuadamente es una herramienta \u00fatil para evaluar el dise\u00f1o del filtro a gran escala y confirmar la altura \u00f3ptima del lecho del filtro.\u00a0<\/p>\n\n\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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