La sedimentación asistida con filtración es una etapa de pretratamiento utilizada para eliminar los sólidos en suspensión del agua con distintos niveles de turbiedad (o "enturbiamiento") a fin de prepararla para una etapa final de desinfección, como la cloración T.6 . Puede utilizarse en todas las fases de una emergencia.

Para el agua cruda que contiene materia coloidal fina que se sedimenta lentamente o no se sedimenta en absoluto, es necesario añadir productos químicos para acelerar el proceso. Esto se conoce como "sedimentación asistida" (ya que se acelera el proceso natural de sedimentación) o como "coagulación y floculación". En este proceso, el coagulante químico añadido al agua desestabiliza las cargas electrostáticas de los coloides para que se unan y formen partículas más grandes (floculación) mediante mezcla mecánica. En un proceso de tratamiento estándar, estas partículas se sedimentarían T.4 , aunque esto puede omitirse filtrando directamente los flóculos mediante filtros rápidos de arena T.2 en un proceso también conocido como "filtración directa". En comparación con una planta convencional con el mismo caudal y la misma calidad de agua cruda, la sedimentación asistida con filtración puede proporcionar una mejor eliminación de la turbiedad a un costo menor. Se trata de un proceso que suele realizarse a mayor escala, aunque las plantas envasadas utilizadas en emergencias graves suelen incluir la coagulación mediante un mezclador hidráulico seguido de un filtro rápido de arena presurizado. También se puede utilizar la coagulación y floculación seguidas de microfiltración T.3 o ultrafiltración T.10 , aunque en este caso se habla de filtración por membrana con coagulación en línea.

Consideraciones de diseño

El objetivo de la filtración directa es reducir la turbiedad a un nivel adecuado para las fases de tratamiento posteriores. Suele tratarse de cloración T.6 , por lo que se requiere una turbiedad inferior a 5 NTU. Durante este pretratamiento, también se reducen las concentraciones bacterianas y mejoran considerablemente el color, el sabor, el olor y los niveles de metales como el hierro, el manganeso, el flúor y el arsénico. La filtración directa funciona bien cuando la calidad del agua cruda es relativamente constante y con una turbiedad media de unas 25 NTU (con picos de hasta 100 NTU). Cuando la turbiedad es mayor o más variable, es posible que se necesite más coagulante, que formará más flóculos que pueden obstruir el filtro más rápidamente. Una alternativa para aguas con una turbiedad superior, en torno a 100 NTU (con picos de hasta 200 NTU), es combinar la filtración rápida de arena T.2 con una forma híbrida de filtro de desbaste de caudal ascendente T.1 con caudales superiores a los habituales. Para aguas con una turbiedad aún mayor, pueden utilizarse filtros de desbaste estándar T.1 o sedimentación (asistida) convencional T.4 .

Los procesos de sedimentación asistida y filtración rápida de arena son similares a los procesos de tratamiento convencionales (ver T.2 y T.4 ) con algunas diferencias. Para la etapa de coagulación, se necesitan menores cantidades de coagulante, lo que reduce el costo, y a veces también se añade un polímero. La etapa de floculación es similar, aunque puede omitirse. La principal diferencia con la filtración rápida de arena es que, al no haber tanque de sedimentación, los flóculos se almacenan en el lecho filtrante, lo que requiere una mayor capacidad de almacenamiento. Esto se consigue profundizando el lecho filtrante e incluyendo otro medio filtrante de mayor tamaño como capa superior (por ejemplo, antracita), lo que hace que el filtro sea más eficaz en comparación con los filtros rápidos de arena estándar con la misma carga, ya que los flóculos penetran más profundamente en el lecho, aprovechando así toda la profundidad (en lugar de atraparlos solo en las capas superiores). La capa superior, de mayor tamaño, se compone de algo con un peso específico menor (la relación entre la densidad de un material y la del agua) para que las dos capas conserven sus posiciones relativas tras el retrolavado.

Los índices de filtración de los filtros de medios duales tienden a ser superiores a los de los filtros rápidos de arena convencionales, lo que significa que se necesita menos superficie filtrante, aunque los caudales más rápidos dan lugar a ciclos de filtrado más cortos, lo que requiere retrolavados más frecuentes que consumen algo más de agua (en torno al 6 % del agua filtrada). La capa inferior de arena en los filtros de medios duales tiene un tamaño efectivo de arena (lo que significa que el 90 % de la arena utilizada es mayor) que oscila entre 0,45 y 0,8 mm (un poco menor que en los filtros rápidos de arena convencionales), mientras que la capa superior suele tener un tamaño efectivo de 1,0 a 1,6 mm. Ambas capas son relativamente uniformes.

Materiales

Los materiales pueden incluir una bomba, un mecanismo de dosificación de coagulante, un tanque de floculación (opcional), un mecanismo de eliminación de lodos, productos químicos para la coagulación y un posible ajuste del pH, y para la filtración rápida con arena T.2 , un sistema de entrada y salida de agua con mecanismo de control, sistema de drenaje inferior, bombas (o tanque de agua elevado), medios filtrantes (arena más un medio más grueso) y (a veces) un sistema de aire comprimido para el retrolavado.

Aplicabilidad

Este proceso de tratamiento es adecuado para todas las fases de una emergencia. Puede ser muy útil durante la respuesta aguda, ya que puede ponerse en marcha rápidamente para el tratamiento de agua a granel y cuando el equipo y los procesos aún no son perfectos (por ejemplo, cuando se utiliza el mismo tanque para la floculación y la sedimentación). Disponer de filtración directa al principio de una emergencia da cierto margen para producir agua clara rápidamente a pesar de pequeños errores. Las unidades a mayor escala son posibles en la fase de recuperación una vez que haya tiempo para un diseño y un pilotaje adecuados, pero también deben considerarse posibles opciones alternativas de pretratamiento, como la filtración de desbaste T.1 , para reducir el costo, la dependencia permanente de los productos químicos y los problemas de eliminación de lodos.

Operación y mantenimiento

Los requisitos de O&M son significativos y similares a los de los procesos de tratamiento convencionales. Entre ellos figuran la comprobación de la turbiedad y el pH antes y después del tratamiento, la realización periódica de pruebas de jarras, la modificación de la dosificación, el vaciado y la limpieza de tanques, la eliminación de lodos, el almacenamiento y la mezcla de productos químicos, el control del caudal y el retrolavado de sólidos. También será necesario el mantenimiento general de la planta (por ejemplo, bombas, mezcladoras, válvulas, aplicación de agentes anticorrosivos a las piezas metálicas, lubricación de válvulas).

Salud y seguridad

Las preocupaciones en materia de salud y seguridad son similares a las de los procesos de tratamiento estándar, incluida la necesidad de desinfección adicional y la eliminación segura de los lodos (por ejemplo, vertido, eliminación al alcantarillado o coordinación con los lodos de la planta de aguas residuales). Cuando se utiliza sulfato de aluminio como coagulante, el aluminio en el agua clarificada no puede superar los 0,2 mg/L por razones sanitarias. Cuando es alta, la dosis requerida puede reducirse ajustando el pH del agua cruda o filtrando a través de un filtro rápido de arena T.2 . Los productos químicos deben tratarse con cuidado, ya que pueden ser corrosivos.

Costos

Comparativamente, la filtración directa es más barata que los procesos de tratamiento estándar, ya que se utilizan menos productos químicos y hay que construir menos instalaciones. Esto puede ahorrar hasta un 30 %.

Consideraciones medioambientales y sociales

En general, este proceso de tratamiento es bien aceptado por los consumidores y las instituciones, ya que la turbiedad del agua mejora visiblemente. Los lodos producidos durante la coagulación pueden provocar riesgos medioambientales si se eliminan cerca de fuentes de aguas subterráneas.