Artículo en PDF
Cómo citar el artículo
Número completo
Más información del artículo
Página de la revista en redalyc.org
Sistema de Información Científica
Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
726
OCT 2013, VOL. 38 Nº 10
Introducción
La fltración lenta en lecho
de arena es un efciente méto
do de potabilización del agua
donde el tratamiento se realiza
por la combinación de proce
sos Físicoquímicos y biológi
cos. De acuerdo con Muham
mad y Hooke (2003), buena
parte del tratamiento se produ
ce en la capa biológica activa
que se presenta en la parte
superior de los fltros y que es
conocida como ‘schmutzdec
ke’; según Galvis
et al
. (1999),
la capa se produce en los pri
meros centímetros del lecho
debido a la acumulación de
material inorgánico y orgáni
co, incluyendo biomasa, lo que
da origen a una especie de
biomembrana. Di Bernardo y
Dantas (2005) afrman que es
una comunidad heterogénea
PALABRAS CLAVE / Carbón Activado Granular / Efciencia de Remoción / Filtración Lenta / Manta Sintética No Tejida /
Recibido: 31/05/2012. Modifcado: 08/11/2013. Aceptado: 19/11/2013.
Edson Pereira Tangerino
. Inge
niero Civil. Doctor en Hidráuli
ca y Saneamiento, Escuela de
Ingeniería de São Carlos, Brasil.
ProFesor, Universidad Estatal
Paulista Júlio de Mesquita ±ilho
(UNESP), Brasil. e-mail: ed
tang@dec.Feis.unesp.br
Laryssa Melo Rosa Araujo
. Bió
loga, UNESP, Brasil. Magister
en Ecología y Recursos Natura
les, Universidad ±ederal de São
Carlos (U±SCar), Brasil. e-mail:
laryssa-mra@hotmail.com
Rívea Medri Borges
. Bióloga y
Magíster en Ingeniería Civil,
0378-1844/13/10/
726
-07 $ 3.00/0
compuesta entre otros por bac
terias, algas, protozoarios e
invertebrados, y sus productos
extracelulares, siendo conside
rada como uno de los Factores
claves para la obtención de
agua de buena calidad.
De acuerdo con Langlais
et
al
. (1991), varios investigadores
que usaron carbón activado
granular (CAG) en Filtración
lenta han confrmado aumentos
en la remoción de color, sabor
y olor en el e²uente del proce
so. El CAG se puede usar
como capa intermedia, bajo un
lecho de arena, que lo protege
de cargas excesivas de materia
orgánica particulada. La capa
superior de arena Funciona
como Filtro lento natural y el
CAG como elemento adsorben
te (Coelho, 2002), y en algunos
casos se ha utilizado este ma
terial para remoción de com
puestos como los trihalometa
nos (Logsdon
et al
., 2002).
Entre las consecuencias de la
actividad desordenada del hom
bre en el medio ambiente se
encuentra la contaminación de
las Fuentes hídricas por aguas
servidas, con o sin tratamiento
previo. Cuando eFluentes con
altos niveles de nutrientes alcan
zan a lagos artifciales estimulan
el crecimiento de algas, inclu
yendo las cianobacterias, y ace
leran los procesos de eutrofca
ción (Oberholster
et al
., 2005).
Las cianobacterias o cianoFí
ceas son organismos microscó
picos, procariontes, aerobios y
FotoautótroFos, que a través de
reacciones Fotosintéticas liberan
oxígeno molecular para la at
mósFera (Yoo
et al
., 1995). En
tre los géneros mas notorios
observados en las Floraciones
registradas en Brasil destacan
Microcystis, Anabaena
y
Cylin-
drospermopsis,
descritos en la
literatura como potencialmente
productores de cianotoxinas
(Sant’anna y Azevedo, 2000).
Las cianotoxinas son metabo
litos secundarios presentes en la
mayoría de las cianobacterias.
Entre estas toxinas se encuen
tran neurotoxinas, hepatotoxinas
y dermatotoxinas (Stewart
et
al
., 2006), las cuales se hallan
predominantemente en el inte
rior (Forma intracelular) en las
células viables (sanas) de las
cianobacterias tóxicas. En con
diciones normales, solo una
pequeña porción de cianotoxi
nas es liberada por las células
viables hacia el agua (Forma
extracelular). No obstante, cuan
do ocurre la lisis celular, bien
sea por envejecimiento natural,
por un ambiente desFavorable o
por la acción de productos quí
EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE FILTRACIÓN EN MÚLTIPLES
ETAPAS USANDO CARBÓN ACTIVADO GRANULAR Y MANTAS
SINTÉTICAS NO TEJIDAS
Edson Pereira Tangerino, Laryssa Melo Rosa Araujo, Rívea Medri Borges
e Iván Andrés Sánchez Ortiz
RESUMEN
La fltración en múltiples etapas (FIME) es una alternativa
que permite ampliar el espectro de aplicación de la fltración
lenta en cuanto a calidad del e±uente y duración de las co
-
rridas. Se evaluó la tecnología FIME asociada a columnas de
carbón activado granular (CAG) como mecanismo de pulimento
fnal del e±uente. En los fltros lentos se usó CAG como capa
intermedia y se emplearon mantas sintéticas no tejidas como
primera capa del medio fltrante. Se llevaron a cabo cinco en
-
sayos di²erentes donde se sometió la instalación al tratamien
-
to de: agua proveniente del lago Ipê (Ilha Solteira, Sao Pau
-
lo, Brasil); agua del lago con agua de una estación de pesca
deportiva; agua del lago con una simulación de sobrecarga de
ftoplancton y cianobacterias, con y sin inclusión de los prefl
-
tros como etapa del tratamiento. El uso de manta y CAG resul
-
tó en la mayor remoción de turbidez y contribuyó a la efciente
reducción de color aparente y verdadero, aunque pese a ello
las columnas de pulimento reportaron resultados similares para
tales parámetros; la utilización de CAG como capa intermedia
contribuyó a una mayor remoción de materia orgánica, y las
mantas mejoraron la remoción de clorofla-a. Las columnas de
pre fltración realizaron una efciente remoción de algas y cia
-
nobacterias, lo que al ser complementado por los fltros lentos
alcanzó una efciencia >98%. La incorporación de mantas no
tejidas y de CAG en la operación de FIMEs mejoró el desempe
-
ño de esta tecnología con ²ácil aplicación y operación.
UNESP, Brasil. Estudiante de
Doctorado en Ingeniería Am
biental, Universidad ±ederal de
Santa Catarina, Brasil e-mail:
rivea_borges@hotmail.com
Iván Andrés Sánchez Ortiz
. In
geniero Civil. Magíster en Inge
niería Civil, UNESP, Brasil.
ProFesor, Universidad de Nariño
(UDENAR), Colombia. Direc
ción: Departamento de Recursos
Hidrobiológicos, UDENAR.
Ciudad Universitaria Torobajo,
Carrera 22 No.18-109, San Juan
de Pasto, Nariño, Colombia. e-
mail: iaso@udenar.edu.co
727
OCT 2013, VOL. 38 Nº 10
micos, las cianotoxinas son li
beradas en la columna de agua
(Yoo
et al
., 1995).
La microcistina, una de las
toxinas más comúnmente aso
ciadas a eventos de intoxica
ción por cianobacterias, es sin
tetizada y liberada principal
mente por especies de los gé
neros
Anabaena
y
Microcystis
.
Los envenenamientos causados
por cianobacterias en su mayor
parte se deben a la presencia
de microcistina, siendo la va
riante LR la de mayor inciden
cia en foraciones naturales en
reservorios de agua (Chorus y
Bartram, 1999). La muerte del
sujeto envenenado generalmen
te es causada por lesión hepá
tica o del sistema nervioso.
Algunos autores han reporta
do experiencias en remoción de
cianotoxinas del agua para
consumo humano, tales como
estudios en Suiza y Alemania
realizados por Hoeger
et al
.,
(2005) y en Australia por
Hoeger
et al
. (2004), así como
ensayos para remoción de cia
nobacterias realizados en Brasil
por De Julio
et al
. (2010).
El presente trabajo tuvo
como objetivo evaluar la eFi
ciencia del proceso de ±IME
asociado a columnas de CAG
como mecanismos de pulimen
to del eFluente Final. En los
²ltros lentos se usó CAG como
capa intermedia y se emplea
ron mantas sintéticas no tejidas
como primera capa del medio
²ltrante. Se evaluó el desempe
ño de la instalación a lo largo
de cinco ensayos (con y sin la
inclusión de los pre²ltros como
etapa del sistema) en el trata
miento de: agua proveniente
del lago Ipê; agua del lago con
líquido de una estación de pes
ca deportiva; agua del lago con
simulación de sobrecarga de
Fitoplancton y cianobacterias.
Entre los parámetros evaluados
estuvieron la remoción de algas
y cianobacterias, turbidez, con
sumo de oxígeno, color aparen
te y verdadero.
Materiales y Métodos
El experimento se instaló en
la orilla de un pequeño lago en
Fase inicial de eutroFicación
localizado en el Barrio Ipê, en
la ciudad de Ilha Solteira, Es
tado de São Paulo, Brasil. El
conjunto experimental de la
±IME estuvo constituido por
un pre Filtro dinámico (P±D),
un pre Filtro vertical de Flujo
ascendente (P±VA), cuatro uni
dades piloto de ²ltración lenta
(±L) y cuatro columnas de pu
limento (CP) con carbón acti
vado granular, de acuerdo a lo
indicado en la ±igura 1.
Los medios ²ltrantes tuvie
ron la siguiente composición: i)
±LACM: ²ltro lento con manta
sintética no tejida sobre el le
cho de arena, capa superior de
40cm de arena, capa interme
dia de 30cm de CAG, capa in
AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE FILTRAÇÃO EM MÚLTIPLAS ETAPAS COM O USO DE CARVÃO ATIVADO
GRANULADO E MANTAS NÃO TEXTURIZADAS
Edson Pereira Tangerino, Laryssa Melo Rosa Araujo, Rívea Medri Borges e Iván Andrés Sánchez Ortiz
RESUMO
A fltração em múltiplas etapas (FIME) é uma alternativa
que tem permitido ampliar o espectro de aplicação da fltração
lenta em relação à qualidade do e±uente e duração das car
-
reiras. Foi avaliada a tecnologia FIME associada a colunas de
carvão ativado granular (CAG) como mecanismo de polimento
fnal do e±uente; nos fltros lentos ²oi utilizado CAG como capa
intermediária e ²oram empregadas mantas sintéticas não teci
-
das como primeira camada do meio fltrante. Foram realizados
cinco ensaios di²erentes nos quais a instalação ²oi submetida
ao tratamento de: água proveniente do lago Ipê (Ilha Soltei
-
ra, São Paulo); água do lago com água de um pesque-pague;
água do lago com uma simulação de sobrecarga de ftoplânc
-
ton e cianobactérias, com e sem a inclusão dos pré-fltros como
etapa do tratamento. O uso da manta e do CAG reportou uma
maior remoção da turbidez e contribuiu à efciente redução da
cor aparente e verdadeira, no entanto as colunas de polimento
reportaram resultados similares para estes parâmetros; a uti
-
lização do CAG como camada intermediária contribuiu numa
maior remoção da matéria orgânica, e as mantas melhoraram a
remoção da clorofla-a; as colunas de pré-fltração realizaram
uma efciente remoção de algas e cianobactérias, trabalho que
ao ser complementado pelos fltros lentos evidenciou uma ef
-
ciência >98%. A inclusão de mantas não tecidas e do CAG na
operação de FIMEs melhorou o desempenho desta tecnologia
com ²ácil aplicação e operação.
PERFORMANCE EVALUATION OF MULTI-STAGE FILTRATION WITH USE OF GRANULAR ACTIVATED
CARBON AND SYNTHETIC NON-WOVEN FABRICS
Edson Pereira Tangerino, Laryssa Melo Rosa Araujo, Rívea Medri Borges and Iván Andrés Sánchez Ortiz
SUMMARY
The multi stage fltration (MSF) is an alternative that permits
to enlarge the spectrum o² application o² the slow sand fltration
as ²or the e²±uent quality and run duration. In this research the
use o² MSF technology associated to a granular activated carbon
(GAC) column as polishing mechanism o² the fnal e²±uent was
evaluated; in the slow sand flters GAC was used as an interme
-
diate layer and non-woven synthetic ²abrics were utilized as a
frst layer o² the flter media. Five di²²erent tests were conducted,
where the systems subjected to the treatment were: water ²rom
the Ipê Lake (Ilha Solteira, Sao Paulo, Brazil); water ²rom the
lake with water ²rom a recreational fsh pond; water ²rom the
lake with a phytoplankton and cyanobacteria overload simula
-
tion, with and without the use o² the pre-flters as a stage o² the
treatment. The synthetic ²abrics and GAC use resulted in the best
turbidity removal and an e²fcient apparent and true color remov
-
al; in spite that the polishing columns reported similar results ²or
those parameters. The utilization o² GAC as an intermediate lay
-
er contributed to a better organic matter removal and the ²abrics
improved chlorophyll-a removal. The pre-fltration columns made
an e²fcient algae and cyanobacteria removal, a ²unction that was
completed by the flters and reached >98% e²fciency. The syn
-
thetic non-woven ²abrics and GAC inclusion in MSF operation
improved per²ormance o² this technology with ease o² application
and operation.
728
OCT 2013, VOL. 38 Nº 10
ferior de 10cm de arena;
ii) FLAM: filtro lento
con manta no tejida so
bre una capa de 80cm
de arena; iii) FLAC: ±l
tro lento de arena con
capa intermedia de CAG
sin manta; y iv) FLA:
±ltro lento de arena con
80cm de medio granular
sin manta.
En el primer ensayo,
una caja de nivel cons
tante distribuyó agua del
lago a los PFD, pasando
posteriormente por los
PFVA, FL y las CP. En
el segundo el agua del
lago fue dispuesta direc
tamente en los FL, sin
pasar por los pre-±ltros.
En el tercero se utilizó
agua de una estación de
pesca deportiva, diluida
con agua del lago, que
pasó por PFD, PFVA,
FL y las CP. El cuarto
ensayo repitió la confi
guración del ensayo 1.
En el quinto ensayo se utiliza
ron dos líneas de tratamiento
del agua del lago con sobrecar
ga de ±toplancton: una pasando
por los PFD y PFVA, los fil
tros FLACM1 y FLAM1 y las
columnas CP1 y CP2; la otra
constituida por dos FL, pero
con instalación de las mantas
en la parte superior del lecho
de arena (FLACM1 y FLAM2)
y por las columnas CP3 y CP4.
Las tasas de filtración (m/d)
empleadas fueron: 24 (PFD),
12 (PFVA), 3 (FL) y 12 (CP).
La Tabla I lista los paráme
tros medidos y la frecuencia de
las determinaciones. Los puntos
de muestreo y los respectivos
parámetros analizados fueron:
en agua cruda (AC) los paráme
tros 1 a 9; en e²uente del PFD
los parámetros 2, 3, 6, 7 y 8;
en e²uente del PFVA los pará
metros 2, 3, 6, 7 y 8; en e²uen
te de los FL, los parámetros 1 a
9; y en efluente de las CP los
parámetros 2, 3, 7, 8 y 9.
Análisis cualitativo y
cuantitativo de ftoplancton
Para la caracterización cuali
tativa del ±toplancton presente
en la laguna que abasteció a la
FIME se tomaron muestras de
varios puntos utilizando una
red de 20µm. El material co
lectado se ±jó con solución de
Transeau (1:1) y se adicionó
solución de sulfato de cobre
para mantener por más tiempo
la coloración de las algas se
gún
lo
recomendado
por
APHA, AWWA, WPCF (1998)
para retención de color en
muestras de plancton (Método
10200B). Para los análisis de
±toplancton cuantitativo (FIQT)
se utilizó el método recomen
dado por APHA, AWWA,
WPCF (1998) con microscopía
óptica y se hizo recuento por
campos. Los organismos fue
ron identificados de acuerdo
con literatura reciente.
Cultivo de las cianobacterias
Se cultivó células de
Micro-
cystis
spp comprobadamente
tóxicas a partir de la cepa ob
tenida de Sandra Azevedo,
Universidade Federal do
Rio de Janeiro. Las cé
lulas se colocaron en
Erlenmeyers de 500ml
conteniendo 300ml del
medio ASM1 líquido,
preparado según lo esti
pulado por CETESB
(1993b). Los recipien
tes con el inóculo se
mantuvieron en incu
badora con fotoperiodo
de 12h, a 1500 Lux
(~20µmol·m
‑2
·s
‑1
), acli
matada a 20,0 ³1,0
o
C.
Análisis de cianotoxinas
(microcistina)
Para determinar la
tasa de cianotoxina pre
sente en el agua tratada
por la FIME se utilizó el
método inmunoenzimáti
co, mediante el uso de
placas de kit ELISA,
marca Beacon, propio
para la detección de mi
crocistina. La determina
ción de microcistina se realizó
durante el quinto ensayo, en el
que se hizo aplicación continua
de las células de cianobacterias
durante tres días, con concen
tración en la solución madre en
torno de 10
5
cél/ml.
Clorofla-a
Para la determinación de
cloro±la-a se utilizó el método
de extracción con etanol según
Nusch (1980). Se hicieron lec
turas en espectrofotómetro y
los cálculos se efectuaron me
diante la fórmula
Cloro±la a= 27,9 (EB-EA) V
(1)
donde EB: diferencia de lectu
ra (absorbancia) de la muestra
no acidificada (665-750nm);
EA: diferencia de la muestra
acidi±cada, y V: volumen del
solvente (10ml) / volumen ±l
trado (l).
Resultados y Discusión
A continuación se presentan
los resultados y discusión de los
parámetros analizados durante
los nueve meses que se operó la
instalación para el desarrollo de
las cinco fases o ensayos lleva
Figura 1. Flujograma de la instalación experimental.
TABLA I
PARÁMETROS, MÉTODOS Y FRECUENCIA DE DETERMINACIÓN *
Parámetros
Método de medida
Frecuencia
1
Color aparente (uH)
Espectrofotometría
Diaria
2
Color verdadero (uH)
Filtración c/ espectrofotometría
Semanal
3
Oxígeno consumido (mg·l
‑1
)
CETESB (1993a)
Semanal
4
Sólidos suspendidos
(mg·l
‑1
)
Filtración en membrana 1,2µm
Semanal
5
Turbidez (uT)
Nefelométrico
Diaria
6
Caudal - Nivel piezométrico
Volumétrico, vertederos - Piezómetros
Diaria
7
Conteo de algas
Conteo de células, microscopio
Semanal
8
Microcistina
Método inmunoenzimático c/ kit Elisa
Semanal
9
Cloro±la-a
Extracción en etanol, Nusch (1980)
Quincenal
* Los análisis fueron realizados de acuerdo con APHA, AWWA, WPCF (1998), con excepción de los análisis de
oxígeno consumido, conteo de células y microcistina.
729
OCT 2013, VOL. 38 Nº 10
das a cabo. En las tablas resu
men se repiten valores registra
dos en puntos que sirven de
referencia común para comparar
la remoción en las unidades de
tratamiento, como lo son el AC
y los PFVA.
Primer ensayo
La Tabla II presenta el pro
medio de los valores registra
dos en la primera fase del ex
perimento. La turbidez rema
nente al ±nal de la instalación
(salida de las columnas de pu
limento) se mantuvo ~0,1uT.
Los ±ltros con capa intermedia
de CAG no presentaron dife
rencias en cuanto a la remo
ción de turbidez respecto a los
±ltros constituidos únicamente
por lecho de arena, con valores
medios residuales <0,2uT y la
manta no tejida no evidenció
ventajas en cuanto a la remo
ción de este parámetro; sin
embargo, el uso conjunto de la
manta y CAG en los FL mejo
ró la eficiencia. La remoción
registrada en las CP fue baja y
no contribuyó de manera signi
±cativa al trabajo logrado por
los ±ltros lentos.
El color aparente del AC va
rió de 14 a 96uH, con prome
dio de 45uH. Los pre±ltros re
dujeron los valores de este pa
rámetro en más de 30 unida
des, en los FL la remoción
hasta valores <5uH se hizo
evidente gracias al uso del
CAG, pues la presencia o au
sencia de la manta no indicó
diferencias que favorezcan la
e±ciencia del sistema de trata
miento. Situación similar se
presentó con el color verdadero
pues aunque los pre±ltros sola
mente lograron remover este
parámetro en menos de 9 uni
dades, los FL con carbón acti
vado siempre registraron valo
res inferiores a los obtenidos
en ausencia de dicho material.
Para ambos parámetros los
efluentes de las CP tuvieron
valores menores a 5uH.
La concentración media de
sólidos suspendidos en el AC
fue de 2,77mg·l
‑1
, en el e²uen
te del PFD fue de 0,88 (efi
ciencia
de
remoción
del
82,5%) y en el PFVA de
0,39mg·l
‑1
(e±ciencia del 19,7%
respecto a su afluente). Tales
valores pusieron en evidencia
la importancia de los pre±ltros
en la tecnología FIME para
evitar el taponamiento prema
turo de los FL por altos nive
les de turbidez o sólidos en
suspensión, según lo
comentado por Sán
chez
et al.,
(2006). El
desempeño de los fil
tros lentos fue similar
puesto que los valores
medios registrados en
sus efluentes fueron
0,23; 0,22; 0,18 y
0,16mg·l
‑1
para FLACM,
FLAM, FLAC y FLA,
respectivamente. En tér
minos generales las lí
neas de tratamiento lo
graron una remoción del orden
del 97%.
Los valores de oxígeno con
sumido muestran una remoción
progresiva pero pequeña de la
materia orgánica, con compor
tamientos similares entre las
diferentes opciones evaluadas.
Ello sugiere que, pese a la im
portante disminución de sóli
dos, pudo predominar la pre
sencia de materia orgánica di
suelta, cuya remoción se reali
za principalmente por medio
de procesos biológicos.
Los datos medidos indicaron
que la pérdida de carga se re
dujo en las unidades donde se
utilizó manta sintética, situa
ción que alargaría la duración
de las corridas de ±ltración, en
concordancia con lo reportado
por Fernández
et al
. (2003).
Los valores de cloro±la-a de
la Tabla II evidencian la efi
ciente remoción de algas por
parte de los pre±ltros. El PFD
contribuyó con la retención de
cerca del 80% de las algas, la
bor que fue complementada
por el PFVA, cuyo e²uente re
presentó una remoción acumu
lada >95% de estos organis
mos. Los FL reportaron valo
res ≤0,2μg·l
‑1
de cloro±la-a; sin
embargo, en las CP se incre
mentaron las concentraciones
por presencia de algas en su
parte superior debida a la inci
dencia de luz solar, lo que en
operación real es resuelto con
la cobertura de las unidades.
Segundo ensayo
En la Tabla III se presentan
los valores medios registrados
durante el segundo ensayo
efectuado. El valor medio de
turbidez calculado para el
afluente crudo fue de 2,47uT.
Los FL retuvieron una impor
tante fracción de este paráme
tro, con valores del orden de
2,33uT removidas sin registrar
diferencias entre los ±ltros len
tos con y sin uso de la manta.
Por su parte, las CP no efec
tuaron una contribución signi
±cativa y la turbidez se mantu
vo en ~0,1uT.
Los ±ltros lentos en los que
se incorporó el uso de CAG
reportaron un mejor desempe
ño en la reducción del oxígeno
consumido, con remociones
entre 1,0 y 1,2mg·l
‑1
. Las co
lumnas de pulimento no regis
traron considerables reduccio
nes adicionales, probablemente
debido a que sus tasas de fil
tración fueron cuatro veces
aquellas de los FL.
Los filtros lentos redujeron
de manera importante la con
centración de clorofila-a, con
remociones medias >8,8μg·l
‑1
,
con ligero desempeño superior
por parte de los filtros con
CAG. Las columnas de puli
mento no efectuaron remoción
adicional de este parámetro y,
por el contrario, registraron li
geros incrementos que pudie
ron estar asociados a la inci
dencia de luz solar en su parte
superior, contribuyendo al cre
cimiento localizado de algas.
Tercer ensayo
La Tabla IV presenta los
promedios registrados durante
el tercer ensayo del estudio,
que correspondió a agua prove
niente de una estación de pesca
deportiva diluida con agua del
lago Ipê.
En las dos primeras barre
ras del sistema de tratamiento
se redujo en más del 55% la
turbidez del AC, el PFD remo
TABLA II
VALORES MEDIOS DE LOS PARÁMETROS ANALIZADOS EN EL PRIMER ENSAYO
Parámetro
AC
PFVA
FLACM
CP1
FLAM
CP2
Turbidez
2,02
0,49
0,13
0,14
0,18
0,12
Color aparente
45,0
15,0
4,0
4,0
7,0
4,0
Color verdadero
17,0
9,0
5,0
3,0
7,0
3,0
Oxígeno consumido
1,7
1,3
0,8
1,1
1,0
0,7
Cloro±la-a
15,6
0,5
0,1
0,4
0,0
0,3
Parámetro
PFD
PFVA
FLAC
CP3
FLA
CP4
Turbidez
1,17
0,49
0,15
0,11
0,18
0,14
Color aparente
23,0
15,0
4,0
3,0
7,0
4,0
Color verdadero
13,0
9,0
4,0
4,0
8,0
3,0
Oxígeno consumido
1,4
1,3
0,7
0,7
1,0
0,7
Cloro±la-a
3,1
0,5
0,1
0,2
0,2
0,4
TABLA III
VALORES MEDIOS DE LOS PARÁMETROS ANALIZADOS
EN EL SEGUNDO ENSAYO
Parámetro
AC
FLACM
CP1
FLAM
CP2
Turbidez
2,47
0,11
0,11
0,14
0,10
Oxígeno consumido
2,8
1,6
1,7
2,1
1,6
Cloro±la-a
9,2
0,1
0,0
0,4
0,3
Parámetro
AC
FLAC
CP3
FLA
CP4
Turbidez
2,47
0,14
0,10
0,13
0,11
Oxígeno consumido
2,8
1,8
1,8
2,2
1,9
Cloro±la-a
9,2
0,1
0,6
0,3
0,3
730
OCT 2013, VOL. 38 Nº 10
vió 4,55uT y el PFVA 3,16
unidades adicionales. La pre
sencia de la manta en los fl
tros lentos demostró un mejor
desempeño, pues lograron re
mover en promedio entre 4,58
y 4,74uT mientras que en las
unidades sin manta la remo
ción media osciló entre 4,18 y
4,32uT. Nuevamente las co
lumnas de pulimento removie
ron pequeñas ±racciones adi
cionales de turbidez que varia
ron entre 0,01 y 0,16uT.
La asociación entre el traba
jo realizado por el PFV y el
PFVA permitieron la remoción
de 90uH de color aparente del
agua cruda. De nuevo, el mejor
desempeño lo evidenciaron los
±iltros lentos con manta, que
removieron hasta 86uH, segui
dos del FL con carbón activa
do y del FL con arena que re
movió en promedio 75uH. Pese
a las importantes remociones
registradas, el e±luente de las
columnas de pulimento presen
tó valores por encima de las
15uH, superando así al límite
recomendado por la norma
brasilera para agua potable
(Brasil, 2004).
La combinación de la pre
sencia de CAG y manta per
mitieron que el FLACM re
moviera 33uH de color verda
dero del e²uente de los prefl
tros. El trabajo individual de
estos elementos en los fltros
lentos hizo que FLAC y
FLAM redujeran 31uH, mien
tras que el ±iltro lento con
vencional removió solo 27
unidades. El color verdadero
residual de las CP superó en
todos los casos las 10uH.
El PFD no realizó remoción
del oxígeno consumido y el
PFVA únicamente consiguió
remover 2mg·l
‑1
. En los FL el
uso de CAG garantizó las ma
yores remociones cuyos valores
±ueron de 2,8 para FLACM y
de 3,0 para FLAC. Por su par
te, FLAM y FLA reportaron
remociones medias de 2,1 y
1,8mg·l
‑1
, respectivamente. Lo
anterior reitera la importancia
de incorporar estos componen
tes adicionales como mecanis
mos de mejoramiento del des
empeño de la tecnología de
fltros lentos.
En este ensayo se observó
que, e±ectivamente, cuando las
características del agua cruda
no se encuentran dentro los
intervalos de valores sugeridos
para la tecnología de FIMEs,
además de que ésta no garan
tizaría las condiciones de po
tabilidad del líquido (como
ocurrió con el color aparente),
las impurezas del agua gene
rarían una rápida colmatación
y taponamiento de los FL, si
tuación que se hizo evidente
con la duración de la corrida
de fltración, que ±ue de ape
nas cuatro días.
El PFVA removió del orden
de 15μg·l
‑1
de clorofla-a; en el
sistema de ±iltros lentos las
unidades con manta removie
ron de manera más efciente la
clorofla a²uente con 36,4μg·l
‑1
,
seguidos en su desempeño por
los ±iltros con CAG y ±inal
mente por los ±iltros lentos
convencionales con un valor de
28,6μg·l
‑1
. Las CP presentaron
bajos valores de remoción de
cloro±ila-a, lo que pudo estar
relacionado con las altas tasas
de fltración y presencia de al
gas.
Cuarto ensayo
En la Tabla V se presentan
los valores medios calculados
para el cuarto ensayo del estu
dio. El PFD redujo la turbidez
en 0,97uT, mientras que el
PFVA lo hizo en 0,6uT con
respecto a su a²uente. De ma
nera similar a lo ocurrido en el
primer ensayo, los FL con car
bón activado resultaron en me
jores remociones de la turbidez
y un desempeño in±erior por
parte del fltro lento convencio
nal. Las columnas de pulimen
to e±ectivamente mejoraron las
condiciones del líquido y las
cuatro líneas de tratamiento
generaron un e²uente fnal de
características semejantes con
turbidez de ~0,14uT.
En cuanto a las remociones
de materia orgánica, el PFVA
±ue la unidad de pre±iltración
que logró una remoción mayor
de oxígeno consumido, de
~0,5mg·l
‑1
. En analogía a lo
observado en el primer ensayo,
y pese a que las concentracio
nes de este parámetro ±ueron
mayores en el cuarto ensayo, la
mejor con±iguración para los
FL es aquella que incluye el
uso de carbón activado, aunque
las columnas de pulimento ga
rantizaron características del
e²uente fnal similares para las
cuatro alternativas ensayadas.
El PFD removió 3,3μg·l
‑1
de
clorofla-a y el PFVA una can
tidad adicional de 1,5μg·l
‑1
.
Pese a que los ±iltros lentos
tuvieron un desempeño similar
y removieron pequeñas ±raccio
nes adicionales de cloro±ila,
nuevamente en las columnas se
incrementaron las concentracio
nes debido al crecimiento de
algas en su parte superior.
Quinto ensayo
La Tabla VI reporta los pro
medios calculados para los pa
rámetros estudiados en el quin
to y último ensayo del estudio,
correspondiente a la simulación
de sobrecarga de algas y ciano
bacterias.
Los dos pre±iltros removie
ron cerca del 85% de la turbi
dez que registró el a±luente
crudo, el PFD la redujo en pro
medio 2,43uT y el PFVA lo
hizo con 0,75uT en relación a
su a±luente. Conservando ho
mogeneidad en relación a los
resultados obtenidos en el pri
mer y cuarto ensayo, los fltros
lentos con carbón activado re
²ejaron una mayor disminución
de la turbidez, con una remo
ción media hasta de 0,38uT
adicionales. No se observaron
las ventajas o desventajas del
TABLA IV
VALORES MEDIOS DE LOS PARÁMETROS ANALIZADOS EN EL TERCER ENSAYO
Parámetro
AC
PFVA
FLACM
CP1
FLAM
CP2
Turbidez
13,73
6,02
1,44
1,40
1,28
1,12
Color aparente
201,0
111,0
26,0
23,0
25,0
19,0
Color verdadero
41,0
47,0
14,0
12,0
16,0
10,0
Oxígeno consumido
9,9
9,7
6,9
5,6
7,6
5,5
Clorofla-a
41,5
38,4
6,4
4,5
2,0
2,8
Parámetro
PFD
PFVA
FLAC
CP3
FLA
CP4
Turbidez
9,18
6,02
1,70
1,69
1,84
1,70
Color aparente
157,0
111,0
29,0
28,0
36,0
29,0
Color verdadero
47,0
47,0
16,0
14,0
20,0
15,0
Oxígeno consumido
9,9
9,7
6,7
6,2
7,9
6,4
Clorofla-a
53,4
38,4
8,1
5,9
9,8
9,5
TABLA V
VALORES MEDIOS DE LOS PARÁMETROS ANALIZADOS EN EL CUARTO ENSAYO
Parámetro
AC
PFVA
FLACM
CP1
FLAM
CP2
Turbidez
2,01
0,44
0,13
0,14
0,17
0,14
Oxígeno consumido
3,1
2,5
1,8
1,5
2,0
1,2
Clorofla-a
5,2
0,4
0,3
0,6
0,2
0,3
Parámetro
PFD
PFVA
FLAC
CP3
FLA
CP4
Turbidez
1,04
0,44
0,15
0,14
0,19
0,15
Oxígeno consumido
3,0
2,5
1,5
1,4
2,1
1,4
Clorofla-a
1,9
0,4
0,3
0,4
0,3
0,4
731
OCT 2013, VOL. 38 Nº 10
uso de la manta no tejida en la
remoción de este parámetro ya
que FLAM y FLA tuvieron
resultados muy similares, con
desempeño inferior al de los
±ltros lentos con CAG. Debido
a la corta duración del ensayo
(5 días), no fue posible compa
rar efectos por pérdida de car
ga en los ±ltros en las dos lí
neas evaluadas.
A diferencia de lo registrado
en los ensayos anteriores, los
dos prefiltros PFD y PFVA
realizaron una signi±cativa re
moción de oxígeno consumido,
del orden de 1,1mg·l
‑1
, proba
blemente debido a la retención
de parte de la materia orgánica
particulada representada por
las algas que realizan procesos
respiratorios en ausencia de la
luz solar. Los ±ltros con capa
de CAG evidenciaron un mejor
desempeño
removiendo
1,1mg·l
‑1
adicionales de oxíge
no; sin embargo, pese a que
FLAM y FLA presentaron e±
ciencias inferiores, sus e²uen
tes al pasar por las correspon
dientes columnas de pulimento
obtuvieron características de
calidad similares a las de los
FL con carbón activado, con
concentraciones en el e²uente
±nal de ~l,0mg·l
‑1
.
En este ensayo el PFD remo
vió en promedio 7,0μg·l
‑1
de
cloro±la-a y el PFVA 3,8μg·l
‑1
,
lo que permitió que el a²uente
a los FL tuviese una concen
tración de ~1,0μg·l
‑1
. El desem
peño de los filtros lentos fue
muy similar con bajas remocio
nes a las que se sumó el aporte
poco significativo de las co
lumnas de pulimento para eli
minación de este parámetro.
Con base en los valores de
fitoplancton registrados en el
a²uente crudo y en los e²uen
tes de las unidades de trata
miento del agua (Figura 2), se
pudo observar que el PFD redu
jo la cantidad de algas verdes,
cianobacterias fitoflagelados y
diatomáceas respectivamente en
112, 9902, 21 y 15 células/ml,
representando una disminución
de entre el 25 y el 48% de las
concentraciones iniciales. Por su
parte el PFVA redujo dichos
componentes del fitoplancton
respectivamente en 46, 4269, 10
y 3 células/ml, representando
entre el 22 y el 49% de la con
centración a²uente. Con el con
curso de los FL y las CP, cuyas
líneas de tratamiento no
presentaron diferencias, se
registró una remoción casi
total, con valores ±nales <1
cél/ml, equivalentes a efi
ciencias medias de 99,7;
99,1; 99,8 y 98,4% para al
gas verdes, fitoflagelados,
cianobacterias y diatomá
ceas, respectivamente. Es
tos valores presentan simi
litud con lo descrito por
Mouchet
y
Bonnélye
(1998), quienes reportaron
remociones de cerca del
99% de células de algas
por medio de ±ltración len
ta.
En los e²uentes de los pre-
±ltros PFD y PFVA se detecta
ron valores de toxinas mayores
que los medidos en el AC (Ta
bla VI), los valores medios de
microcistina en el AC fueron
de 0,24µg·l
‑1
, en el PFD y el
PFVA fueron cerca de 6 y 8
veces mayores, ello pudo de
berse a que células intactas de
cianobacterias después de su
paso por los pre-±ltros murie
ron y al producirse la lisis ce
lular liberaron las toxinas, si
tuación similar a la reportada
por Sá (2006). De igual mane
ra, los valores de la Tabla VI
evidencian que hubo un fenó
meno similar en los efluentes
de las CP en relación a los FL.
Pese a dicha situación, cabe
resaltar que los e²uentes de las
columnas de pulimento presen
taron concentraciones de mi
crocistina menores a las máxi
mas recomendadas por la legis
lación brasilera (Brasil, 2004).
Conclusiones
La configuración de filtros
lentos con manta no tejida y
CAG fue la que presentó mejor
remoción de la turbidez y favo
reció la eficiente reducción de
color aparente y color verdade
ro. Pese a los diferentes desem
peños de los FL para los tres
parámetros, las columnas de
pulimento produjeron e²uentes
±nales de características simila
res lo que para efectos de dise
ño validaría el uso del CAG
después de los ±ltros lentos.
La implementación de una
capa
de
carbón
activado
granular en los filtros lentos
permitió lograr una mayor re
moción de materia orgánica,
expresada en términos de oxí
geno consumido.
El uso de mantas no tejidas
contribuyó a optimizar los
procesos de remoción de clo
ro±la-a en todas los ensayos
realizados.
El desarrollo de la pérdida
de carga en los FL es mucho
menor cuando los mismos son
precedidos de pre-±ltros, mos
trando la importancia del acon
dicionamiento del agua para la
±ltración lenta, principalmente
con respecto a la duración de
las corridas de ±ltración.
La remoción de algas verdes,
cianobacterias, ±to²agelados y
diatomáceas en la instalación
FiME se situó en torno del
99%, presentándose principal
mente en los pre-±ltros PFD y
PFVA.
Pese a que se presentó lisis
en los pre-±ltros, las cianotoxi
nas liberadas fueron removidas
en gran medida por los FL, y
aunque también se hizo eviden
te este fenómeno en las colum
nas de pulimento, sus e²uentes
presentaron valores de toxinas
inferiores a los límites estable
cidos por la legislación brasile
ra, sugiriendo que las con±gu
raciones evaluadas son efectivas
en tratar aguas con concentra
ción de células de cianobacte
rias en torno de 10
4
cel/ml.
REFERENCIAS
APHA, AWWA, WPCF (1998)
Stan-
dard Methods for the Examina
-
tion of Water and Wastewater
.
20
th
ed. American Public Health
Association, American Water
Works Association, Water Pollu
tion Control Federation. Wash
ington, DC, EEUU. 1325 pp.
Brasil (2004)
Portaria No. 518, de
25 de Março de 2004
:
Estabe-
TABLA VI
VALORES MEDIOS DE LOS PARÁMETROS ANALIZADOS EN EL QUINTO ENSAYO
Parámetro
AC
PFVA
FLACM
CP1
FLAM
CP2
Turbidez
3,74
0,56
0,18
0,21
0,24
0,21
Oxígeno consumido
3,4
2,3
1,2
1,2
2,2
1,1
Cloro±la-a
11,8
1,0
0,1
0,1
0,2
0,1
Microcistina
0,24
1,90
0,64
0,68
0,06
0,18
Parámetro
PFD
PFVA
FLAC
CP3
FLA
CP4
Turbidez
1,31
0,56
0,21
0,18
0,23
0,21
Oxígeno consumido
2,8
2,3
1,2
0,7
2,4
1,0
Cloro±la-a
4,8
1,0
0,3
0,2
0,3
0,1
Microcistina
1,50
1,90
0,02
0,02
0,01
0,18
Figura 2. Valores medios de ±toplancton para el quinto ensayo.
732
OCT 2013, VOL. 38 Nº 10
lece os Procedimentos e Res
-
ponsabilidades Relativos ao
Controle e Vigilância da Qua
-
lidade da Água para Consumo
Humano e seu Padrão de Pota
-
bilidade
. Ministério da Saúde.
Brasília: Diário Oficial da
União, Nº 59 do 26/03/2004.
pp. 266-270.
CETESB (1993a)
Norma Técnica L5.
143.
Determinação de Oxigênio
Consumido em Águas - Método
do Permanganato de Potássio:
Método de Ensaio
. Centro Tec
nológico de Saneamento Básico.
São Paulo, Brasil. 4 pp.
CETESB (1993b)
Norma Técnica
06: L5. 025.
Teste para Ava
-
liação de Toxicidade Aguda de
Cianobactérias - Método de
Ensaio
. Centro Tecnológico de
Saneamento Básico. São Paulo,
Brasil. 764 pp.
Chorus I, Bartram J (1999)
Toxic
Cyanobacteria in Water: A
Guide to their Public Health
Consequences, Monitoring and
Management
. Spon. New York,
EEUU. 416 pp.
Coelho ERC (2002)
Influencia da
pré-oxidação com ozônio e pe
-
róxido de hidrogênio na re
-
moção de atrazina em filtros
lentos de areia e carvão ativado
granular
. Tese. Escola de Eng
enharia de São Carlos, Univer
sidade de São Paulo. São Car
los. 248 pp.
De Julio M, Fioravante DA, De Julio
TS, Oroski FI, Graham NJD
(2010) A methodology for opti
mising the removal of cyano
bacteria cells from a Brazilian
eutrophic water.
Braz. J. Chem.
Eng. 27
: 113-126.
Di Bernardo L, Dantas AB (2005)
Métodos e Técnicas de Trata-
mento de Água
. Vol. 2. 2ª ed.
RIMA. São Carlos, Brasil.
1565 pp.
Fernández MJ, Latorre MJ, Berón
CF, Muñoz N, Vargas V (2003)
Uso de mantas sintéticas y natu
rales en ±ltración lenta en are
na. Una experiencia en ambien
tes tropicales.
Mem. Conf. Int.
Agua
2003
. CINARA. Cali, Co
lombia. 295 pp.
Galvis CG, Latorre MJ, Visscher JT
(1999)
Filtración en Múltiples
Etapas. Tecnología Innovativa
para el Tratamiento de Agua
.
Artes Graficas Univalle. Cali,
Colombia. 197 pp.
Hoeger SJ, Shaw G, Hitzfeld BC,
Dietrich DR (2004) Occur
rence and elimination of cya
nobacterial toxins in two
Australian drinking water
treatment plants.
Toxicon 43
:
639-649.
Hoeger SJ, Hitzfeld BC, Dietrich DR
(2005) Occurrence and elimina
tion of cyanobacterial toxins in
drinking water treatment plants.
Toxicol. Appl. Pharmacol. 203
:
231‑242.
Logsdon GS, Kohne R, Abel S, La
Bonde S (2002) Slow sand fil
tration for small water systems.
J. Env. Eng. Sci
. 1: 339-348.
Langlais B, Reckhow DA, Brink DR
(1991)
Ozone in Water Treat
-
ment. Application and Engineer
-
ing
. Lewis. Boca Ratón, FL,
EEUU. 569 pp.
Mouchet P, Bonnélye V (1998) Solv
ing algae problems: French ex
pertise and worldwide applica
tions.
J. Water SRT - Aqua.
,
47
:
125-141.
Muhammad N, Hooke AM (2003)
Biomass characterization of
slow sand filtration schmutz
decke and its effects on filter
performance.
Env Technol. 24
:
43-50
Nusch EA (1980) Comparison of dif
ferent methods for chlorophyll
and phaeopigment determina
tion.
Arch. Hydrobiol. Beih.
Ergebn. Limnol. 14
: 14-36.
Oberholster PJ, Botha AM, Cloete
TE (2005) An overview of toxic
freshwater cyanobacteria in
South Africa with special refer
ence to risk, impact and detec
tion by molecular marker tools.
Biokemistri 17
: 57-71.
Sá JC (2006)
In±uência da Camada
Filtrante e da Taxa de Filtração
na Eficiência de Remoção de
Microcystis aeruginosa
e Micro-
cistina na Filtração Lenta em
Areia
. Tese. Universidade de
Brasilia. Brasil. 186 pp.
Sánchez LD, Sánchez A, Galvis G
and Latorre J (2006)
Multi-Sta
-
ge Filtration
. IRC International
Water and Sanitation Centre.
Delft, the Netherlands. 62 p.
Sant’Anna CL, Azevedo MTP (2000)
Contribution to the knowledge
of potentially toxic Cyanobacte
ria from Brazil.
Nova Hedwigia
71
: 359-385.
Stewart I, Webb PM, Schluter PJ,
Shaw GR (2006) Recreational
and occupational ±eld exposure to
freshwater cyanobacteria -A re
view of anecdotal and case re
ports, epidemiological studies and
the challenges for epidemiologic
assessment.
Env. Health 5
: 6.
Yoo RS, Carmichael WW, Hoehn
RC, Hrudey SE (1995)
Cyano-
bacterial (blue-green algal)
Toxins -A Resource Guide
.
American Water Works Associa
tion Research Foundation. Den
ver, CO, EEUU. 229 pp.
logo_pie_uaemex.mx