Filtro percolador

Un filtro percolador es un tipo de sistema de tratamiento de aguas residuales. Consiste en un lecho fijo de algún material, como rocas, coque, grava, escoria, espuma de poliuretano, turba de esfagno, cerámica o plástico, sobre el cual las aguas residuales fluyen hacia abajo, creando una capa de lodo microbiano (biopelícula) que cubre el lecho. Las condiciones aeróbicas se mantienen mediante salpicadura, difusión y, ya sea mediante aire forzado que fluye a través del lecho o por convección natural si el medio filtrante es poroso. El tratamiento de 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:

• a bed of filter medium upon which a layer of microbial slime is promoted and developed;
• un recinto o un contenedor que alberga la cama del medio filtrante;
• a system for distributing the flow of wastewater over the filter medium; and
• un sistema de eliminación y eliminación de cualquier lodo del efluente tratado.

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 de desbaste, filtros intermitentes, filtros de lecho compacto, sistemas sépticos alternativos, filtros de percolación, procesos de crecimiento adherido y procesos de película fija.

Normalmente, el flujo de aguas residuales sedimentadas entra a un nivel alto y fluye a través del tanque de sedimentación primario. El sobrenadante del tanque fluye hacia un dispositivo dosificador, a menudo una cubeta basculante, que suministra el flujo a los brazos del filtro. El agua fluye a través de los brazos y sale por 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 descubiertos (a diferencia del diagrama adjunto) y se ventilan libremente a la atmósfera.

La eliminación de contaminantes del flujo de aguas residuales implica la absorción y adsorción de compuestos orgánicos y algunas especies inorgánicas (como iones de nitrito y nitrato) por la capa de biopelícula microbiana. El medio filtrante se elige típicamente 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 sobre el 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, finalmente se desprende en 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 lodos que deban eliminarse, pero pueden requerir sopladores de aire forzado, retrolavado o un entorno anaeróbico cerrado.La biopelícula que se desarrolla en un filtro percolador puede alcanzar varios milímetros de espesor y suele ser una matriz gelatinosa que puede contener numerosas especies de bacterias, ciliados y protozoos ameboides, anélidos, nematodos, larvas de insectos y otra microfauna. (Si los anélidos son abundantes, el filtro puede considerarse un vermifiltro). Esto difiere mucho de muchas otras biopelículas, que pueden tener menos de 1 mm de espesor. Dentro de la biopelícula, pueden existir zonas aeróbicas y anaeróbicas que favorecen procesos biológicos tanto oxidativos como reductores. En ciertas épocas del año, especialmente en primavera, el rápido crecimiento de organismos en la biopelícula puede hacer que esta sea demasiado gruesa y que se desprenda en parches, dando lugar al "estiércol primaveral".Un filtro percolador típico es circular, de 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 material filtrante que a su vez reposa sobre una base de drenajes inferiores. Estos drenajes inferiores funcionan tanto para eliminar el líquido que pasa a través del material filtrante como para permitir el libre paso del aire hacia arriba. En el centro, sobre la parte superior del material filtrante, se encuentra un husillo que soporta dos o más tubos perforados horizontales que se extienden hasta el borde del material. Las perforaciones de los tubos están diseñadas para permitir un flujo uniforme de líquido en toda la superficie del material y están inclinadas de modo que, cuando el líquido fluye desde las tuberías, todo el conjunto gira alrededor del husillo central. Las aguas residuales sedimentadas se transportan a un depósito en el centro del husillo mediante algún tipo de mecanismo de dosificación, a menudo un dispositivo de cangilón en los filtros pequeños.Los filtros más grandes pueden ser rectangulares y los brazos de distribución pueden accionarse mediante sistemas hidráulicos o eléctricos.Los filtros percoladores individuales pueden utilizarse para el tratamiento de descargas de fosas sépticas residenciales pequeñas y sistemas de tratamiento de aguas residuales rurales muy pequeños. Las plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas más grandes suelen utilizar varios filtros percoladores en paralelo.Los sistemas pueden configurarse para un solo paso, donde el agua tratada se aplica al filtro percolador una vez antes de su eliminación, o para un uso multipaso, donde una parte del agua tratada se recicla y se vuelve a tratar mediante un circuito cerrado. Los sistemas multipaso ofrecen una mayor calidad del tratamiento y ayudan a eliminar los niveles de nitrógeno total (NT) al promover la nitrificación en el lecho aeróbico y la desnitrificación en la fosa séptica anaeróbica. Algunos sistemas utilizan filtros en dos bancos operados en serie, de modo que las aguas residuales pasan dos veces por un filtro con una etapa de sedimentación entre ambos. Cada pocos días se intercambian los filtros para equilibrar la carga. Este método de tratamiento puede mejorar la nitrificación y la desnitrificación, ya que gran parte del material oxidativo carbonoso se elimina en el primer paso por los filtros.El sistema percolador puede utilizar diversos tipos de medios filtrantes para sostener la biopelícula. Los más comunes incluyen coque, piedra pómez, matriz plástica, espuma de poliuretano de celda abierta, clínker, grava, arena y geotextiles. El medio filtrante ideal optimiza la superficie para la adhesión microbiana y el tiempo de retención de aguas residuales, permite el flujo de aire, resiste las obstrucciones, es mecánicamente robusto en cualquier clima, permitiendo el acceso peatonal a través del filtro, y no se degrada. Algunos sistemas residenciales requieren unidades de aireación forzada, lo que aumenta los costos de mantenimiento y operación.Los medios filtrantes sintéticos pueden suponer un riesgo significativo de inflamabilidad, como se demostró en Christchurch, Nueva Zelanda, en mayo de 2022, cuando dos grandes filtros percoladores llenos de pacas de plástico se incendiaron. El olor resultante afectó significativamente a muchos residentes de la ciudad y este incidente paralizó una parte importante de la capacidad de tratamiento de aguas residuales.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 con filtros percoladores. Estos filtros percoladores para aguas residuales industriales son de dos tipos:

• Tanques grandes o recintos de hormigón llenos de embalaje de plástico u otros medios.
• Torres verticales llenas de embalaje de plástico u otros medios.

La disponibilidad de empaquetaduras de plástico económicas para torres ha propiciado su uso como lechos filtrantes percoladores en torres altas, algunas de hasta 20 metros. Ya en la década de 1960, estas torres se utilizaban en la refinería Pine Bend de Great Northern Oil en Minnesota; la refinería Trafalgar de Cities Service Oil Company en Oakville, Ontario; y en una fábrica de papel kraft.El efluente de agua tratada proveniente de filtros percoladores de aguas residuales industriales se procesa generalmente en un clarificador para eliminar el lodo que se desprende de la capa de limo microbiano adherida al medio filtrante, como en otras aplicaciones de filtros percoladores.Algunas de las tecnologías más recientes de filtración por goteo consisten en biofiltros aireados de medios plásticos en recipientes que utilizan sopladores para inyectar aire en el fondo de los recipientes, con flujo descendente o ascendente de las aguas residuales.

• Lista de tecnologías de tratamiento de aguas residuales
• Contactores biológicos rotativos
• Filtro de arena
• Reactor de cama trickle
• Vermifilter