Folletos Informativos de Tecnología de Aguas Residuales de la EPA : Filtros intermitentes de arena. Parte 2

DESEMPEÑO

Los filtros de arena producen un efluente de alta calidad con concentraciones típicas iguales o menores a 5 mg/L de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y los sólidos suspendidos, así como una nitrificación igual o mayor al 80% del amoníaco aplicado. La remoción del fósforo es limitada, pero se pueden lograr reducciones significativas de bacterias coliformes fecales.

El desempeño de un FIA depende del tipo y la biodegradabilidad del agua residual, los factores medioambientales dentro del filtro, y las características de diseño del filtro. Los factores medioambientales más importantes que determinan la efectividad del tratamiento son la reaireación del medio y la temperatura. La temperatura afecta directamente la tasa de crecimiento microbiano, y otros factores que contribuyen a la estabilización del agua residual dentro del FIA. El desempeño del filtro es normalmente mejor en áreas en donde el clima es cálido en comparación con las de clima frío. A continuación se describen varios parámetros de diseño del proceso que afectan la operación y el desempeño de los FIA.

Nivel de pretratamiento

Un tanque séptico hermético y de tamaño y estructura adecuada, asegura el que se cuente con un pretratamiento adecuado del agua residual típica de origen doméstico.

Tamaño del medio

La efectividad del material granular como medio filtrante depende del tamaño, la uniformidad y la composición de los granos. El tamaño del medio granular se correlaciona con el área superficial disponible para el desarrollo de microorganismos que dan tratamiento al agua residual. Por esta razón, el tamaño del medio afecta la calidad del efluente filtrado.

Profundidad del medio

La profundidad adecuada de la arena debe ser mantenida para que la zona capilar no interfiera con la zona superior requerida para el tratamiento.

Tasa de carga hidráulica
En general, entre más alta sea la carga hidráulica, la calidad del efluente para un medio determinado tiende a desmejorarse. Las tasas hidráulicas altas se usan generalmente en filtros con un medio de mayor tamaño, o en sistemas que reciben agua residual de mejor calidad.

Carga contaminante

La aplicación de material orgánico al lecho del filtro es un factor que afecta el desempeño de los FIA. La carga hidráulica debe ajustarse para acomodar las varias cargas contaminantes que pueden esperarse en el agua residual a ser aplicada. Como en el caso de la carga hidráulica, el incremento en la tasa de carga contaminante reduce la calidad del efluente.

Técnicas de dosificación y frecuencia

Es esencial que el sistema de dosificación proporcione una distribución uniforme (en tiempo y volumen) del agua residual a lo largo del filtro. El sistema debe también permitir un tiempo suficiente entre las dosis para permitir la reaereación del espacio de los poros. Una dosificación confiable se logra con el uso de sistemas de distribución de tubería múltiple con dosificación a presión.

OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

Los requisitos diarios de operación y mantenimiento (O/M) de sistemas de filtro de mayor tamaño generalmente son mínimos cuando los FIA han sido dimensionados adecuadamente. Los filtros de arena enterrados que son utilizados para aplicaciones residenciales pueden tener buen rendimiento durante largos periodos.

Las tareas de O/M principales requieren un tiempo mínimo e incluyen el monitoreo del afluente y el efluente, la inspección del equipo de dosificación, el mantenimiento de la superficie del filtro, el chequeo de la carga de paso en los orificios, y la limpieza anual de la tubería múltiple de distribución mediante el paso de agua. Además, las bombas deben ser instaladas con acoples de desconexión rápida para su remoción fácil. El tanque séptico debe ser revisado para determinar la acumulación de nata y lodos, y debe ser bombeado según sea necesario. En temperaturas extremadamente frías se deben tomar precauciones para prevenir la congelación del sistema de filtrado mediante el uso de cobertores removibles. La Tabla 2 enumera las tareas de O/M de un sistema FIA.

TABLA 2 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO RECOMENDADOS PARA UN SISTEMA FIA

APLICABILIDAD

Una evaluación de los sistemas de FIA llevada a cabo en 1985 por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos señaló que los filtros de arena son una alternativa mecánicamente simple y de bajo costo. Más recientemente, los sistemas de filtros de arena han dado servicio a urbanizaciones, lotes de casas móviles, escuelas rurales, pequeñas comunidades y otras entidades que generan caudales reducidos de agua residual. Los filtros de arena son una adición o alternativa viable a
los sistemas convencionales cuando las condiciones del terreno no son favorables para el tratamiento y disposición adecuados del agua residual mediante los lechos o las zanjas de percolación. Los filtros de arena pueden ser usados en terrenos que tienen una cubierta de suelo que sea delgada o de permeabilidad inadecuada, el nivel freático sea elevado, o la disponibilidad de área sea limitada.

Placer County, California

En Placer County, California, debido a la popularidad de las casas campestres ubicadas a elevaciones entre 100 y 4,000 pies, durante losúltimos 20 años los terrenos han tenido que ser desarrollados con sistemas de tratamiento en el punto de generación de los residuos. Placer County se extiende a lo largo de la vertiente occidental de las montañas de la Sierra Nevada, desde Lake Tahoe hasta el piedemonte, y dentro del Great Central Valley. Áreas extensas de la municipalidad tienen suelos de calidad marginal, suelos de poca profundidad y nivel freático elevado. En 1990, se inició un programa para permitir el uso experimental de sistemas FIA de tipo Oregon para evaluar su desempeño y otros factores relacionados.

Los sistemas de FIA utilizados en este estudio tenían los siguientes componentes: un tanqueséptico convencional seguido por una caja separada de bombas; una estructura de madera prensada triplex, con un revestimiento de 30 mm de PVC, para el filtro y sus aditamentos; arena tamizada y pre-lavada de 24 pulgadas de profundidad; dos capas de grava, una de recubrimiento en la cual se encontraba la tubería presurizada múltiple para distribución al lecho del filtro del efluente proveniente del tanque séptico, y otra capa de base; y una tubería múltiple de desagüe para la recolección del agua residual. Las dimensiones de los filtros (para viviendas de tres o cuatro habitaciones) eran de 19 pies por 19 pies, con un valor de diseño de la tasa de carga de 1.13 galones/pie2/día. En la Tabla 3, a continuación, se resumen los resultados durante periodos de clima cálido y frío para 30 sistemas de FIA que daban servicio a viviendas unifamiliares.

TABLA 3 COMPARACIÓN DE EFLUENTES DE 30 SISTEMAS DE TANQUES SÉPTICOS Y DE FIA PARA VIVIENDAS UNIFAMILIARES EN PLACER COUNTY

* Número de muestras.
La DBO5, los SST y el nitrógeno se expresan como un promedio aritmético, en mg/L. Los valores de coliformes fecales y totales se expresan como el promedio geométrico del NMP/100 mL.

Los resultados del estudio indicaron que los sistemas FIA mejoraban notablemente la calidad del efluente con relación a los tanques sépticos.
Si bien los sistemas tuvieron un buen desempeño, el nitrógeno y las bacterias no fueron eliminados completamente; esto indica que los filtros sólo deben ser usados en donde sean adecuados el tipo de suelo y la separación del agua subterránea. Otras conclusiones del estudio incluían las siguientes: que el involucrar a las partes interesadas desde el comienzo era crítico para el éxito del programa; que el mantenimiento efectivo de los sistemas era esencial; y que durante el periodo de aprendizaje de los usuarios, se cometían errores que afectan adversamente el desempeño del sistema.

Boone County, Missouri

Un sistema de FIA de dosificación presurizada fue instalado en el terreno de una vivienda unifamiliar de tres habitaciones en Boone County, Missouri, en donde se llevó a cabo un monitoreo. Se instaló un filtro de arena seguido por un campo de drenaje somero, el cual reemplazó a una laguna séptica existente, como sitio de demostración para la municipalidad. La condición del suelo es este sitio es normalmente aceptable para efluentes de tanques sépticos, pero los 30 a 35 cm de la capa superior del mismo había sido removida cuando se hizo la construcción de la laguna séptica.
Se determinó que el uso del tanque séptico existente era aceptable, y por ello se le adicionó una estructura cerrada de bombeo con una bomba sumergible de alta carga para la dosificación presurizada del filtro de arena. El efluente de este filtro drenaba a la estructura de bombeo ubicada en el centro del filtro, desde donde se dosificaba por presión a dos zanjas de tierra de poca profundidad con cámaras. El sistema fue instalado en octubre de 1995 y su desempeño fue monitoreado por 15 meses.

El filtro de arena utilizado en este estudio produjo, consistentemente, un efluente de alta calidad con niveles reducidos de DBO, sólidos suspendidos y nitrógeno amoniacal (NH4-N). La Tabla 4 enumera los varios parámetros evaluados. El medio aeróbico en el filtro de arena era evidente por la tasa de conversión de NH4-N a nitratos (NO3-N), lo cual se logró sin tener problemas de olores. Los valores de coliformes fecales se redujeron en cuatro órdenes de magnitud, en forma consistente. El uso promedio de electricidad de este sistema fue de 9.4 kW-hora por mes, y el costo de operar las dos bombas del sistema fue menor de 70 centavos por mes. La alta calidad del efluente producido por el filtro de arena también redujo el tamaño requerido del área de absorción.

TABLA 4 CARACTERÍSTICAS DEL EFLUENTE DE UN FIA UBICADO EN BOONE COUNTY, MISSOURI

Fuente: Sievers; usado con permiso de la Sociedad Americana de Ingenieros Agrícolas, 1998.

COSTO

El costo de un sistema FIA depende del trabajo laboral, los materiales, la ubicación, la capacidad del sistema y las características del agua residual. Los principales factores que determinan el costo de construcción son el terreno y el medio de filtración, los cuales son muy específicos para cada localidad. La Tabla 5 es un ejemplo de una estimación de costo para una vivienda unifamiliar.

Los costos de energía eléctrica están asociados principalmente con el bombeo del agua residual al filtro. Los costos de electricidad típicos son de 3 a 6 centavos por día. Como consecuencia, el costo de la electricidad de los filtros de arena es menor al de la mayoría de los procesos de tratamiento de aguas residuales utilizados por pequeñas comunidades, con excepción del uso de lagunas.

TABLA 5 ESTIMACIÓN DE COSTOS PARA VIVIENDAS UNIFAMILIARES

* Para una vivienda de 5 ocupantes, con base en un intervalo de
bombeo del tanque séptico de 7 años.

REFERENCIAS

1. Anderson, D. L.; R. L. Siegrist; and R. J. Otis. 1985. “Technology Assessment of Intermittent Sand Filters.” U.S.
2. Cagle, W. A. and L. A. Johnson. December 11–13, 1994. “Onsite Intermittent Sand Filter Systems: A Regulatory/Scientific Approach to Their Study in Placer County, California.” On-Site Wastewater Treatment: Proceedings of the Seventh International Symposium on Individual and Small Community Sewage Systems. Atlanta, Georgia.
3. Crites, R. and G. Tchobanoglous. 1998. Small and Decentralized Wastewater Management Systems. The McGraw-Hill
Companies. New York, New York.
4. Sievers, D. M. 1998. “Pressurized Intermittent Sand Filter With Shallow Disposal Field for a Single Residence in Boone County, Missouri.” On-Site Wastewater Treatment: Proceedings of the Eighth International Symposium on Individual and Small Community Sewage Systems. Orlando, Florida.
5. Tarquin, A.; R. Bustillos; and K. Rutherford. 1993. “Evaluation of a Cluster Wastewater Treatment System in an El Paso Colonia.” Texas On-Site Wastewater Treatment and Research Council Conference Proceedings.
6. U.S. Environmental Protection Agency. 1980. Design Manual: Onsite Wastewater Treatment and Disposal Systems. EPA Office of Water. EPA Office of Research & Development. Cincinnati, Ohio. EPA 625/1- 80-012.
7. U.S. Environmental Protection Agency. 1992. Manual: Wastewater Treatment/ Disposal for Small Communities. EPA Office of Research & Development. EPA Office of Water. Washington, D.C. EPA/625/R-92/005.

INFORMACIÓN ADICIONAL

Infiltrator Systems Inc. Technical Sales and Services Department P.O. Box 768 Old Saybrook, CT 06475.
Texas A&M University System Agricultural Engineering Department Dr. Bruce J. Lesikar, Associate Professor 201 Scoates Hall College Station, TX 77843-2117.
University of Texas at El Paso Anthony Tarquin Civil Engineering Department El Paso, TX 79968.
David Vehuizen, P.E. 5803 Gateshead Drive Austin, TX 78745

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apruebe o recomiende su uso.
El contenido de este folleto informativo fue proporcionado por la National Small Flows Clearinghouse a la cual se agradece su uso.

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