“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 1 APLICACIÓN DE MEDIOS FILTRANTES PARA REDUCCION DE FLUORUROS EN AGUA PARA CONSUMO Ing. Juan Carlos Godoy Ayestas 1.- FLUORUROS 1.1.- GENERALIDADES. 1 El flúor es un gas halógeno cuyo número atómico es 9 y de peso atómico 19. Es el más electronegativo de todos los elementos conocidos, a lo cual se debe su gran reactividad. Es un elemento muy común, el decimotercero más frecuente en la naturaleza y, por la gran atracción del núcleo (positivo) sobre un posible electrón a adicionar, lo que le confiere su gran reactividad, se encuentra siempre combinado. En el reino mineral se presenta en forma de fluorapatita o espato flúor (CaF 2 ), fluorapatita [Ca 10 (PO 4 ) 6 F 2 ] y criolita (Na 3 AlF 6 ). En los seres vivos puede considerarse omnipresente en proporción variable. Su descubrimiento se debe a Marggraf (1786) y al sueco farmacéutico Scheele (1771), pero fue Moissan quien logró liberar el flúor gaseoso. 1 www.Miexamen_com/Fluoruros.htm
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“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 1
APLICACIÓN DE MEDIOS FILTRANTES PARA REDUCCION
DE FLUORUROS EN AGUA PARA CONSUMO
Ing. Juan Carlos Godoy Ayestas
1.- FLUORUROS
1.1.- GENERALIDADES. 1
El flúor es un gas halógeno cuyo número atómico es 9 y de peso atómico 19.
Es el más electronegativo de todos los elementos conocidos, a lo cual se debe su gran
reactividad.
Es un elemento muy común, el decimotercero más frecuente en la naturaleza
y, por la gran atracción del núcleo (positivo) sobre un posible electrón a adicionar, lo
que le confiere su gran reactividad, se encuentra siempre combinado. En el reino
mineral se presenta en forma de fluorapatita o espato flúor (CaF2), fluorapatita
[Ca10(PO4)6F2] y criolita (Na3AlF6).
En los seres vivos puede considerarse omnipresente en proporción variable.
Su descubrimiento se debe a Marggraf (1786) y al sueco farmacéutico Scheele
(1771), pero fue Moissan quien logró liberar el flúor gaseoso.
1 www.Miexamen_com/Fluoruros.htm
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 2
El flúor es usualmente considerado como un elemento que se encuentra en el
agua a concentración menos de 1 mg/l y menos de 0.01% en la masa del organismo.
Tiene un amplio ciclo vital que incluye su dispersión en la biosfera, y se
encuentra en la litosfera formando parte de gran número de minerales, de los que más
de 50 han sido identificados, la mayoría de los cuales son silicatos.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 3
1.2.- USOS2
El calcio y el aluminio desempeñan un papel importante en la fijación del
flúor y su limitada solubilidad, lo contrario que ocurre con los suelos salinos ricos en
sodio.
Aportación humana como resultado de las actividades industriales, agrícolas y
de cualquier otro tipo han dado lugar a la modificación de la presencia del flúor tanto
en la biosfera, la hidrosfera y la atmósfera.
Las concentraciones de flúor en el agua están en relación con la actividad y
solubilidad de los propios minerales, la porosidad de las rocas y suelos que atraviesa
el agua, tiempo de paso, pH, temperatura y la presencia de elementos que puedan
complejar el flúor.
La fuente de mayor entidad de consumo de flúor en la especie humana es el
agua fluorada. Las aguas marinas contienen entre 1.2 y 1.4 ppm. Los productos
dentífricos para adultos presentes en el mercado de muchos países suelen contener
fluoruros en concentraciones de 1000 a 1500 µg/g; algunos productos infantiles
contienen niveles más bajos, de 250 a 500 µg/g. Se han identificado productos
dentales, por ejemplo pasta de dientes, colutorios y suplementos de fluoruros, como
fuentes importantes de éstos. Los enjuagues bucales comercializados para uso
doméstico cotidiano suelen contener entre 230 y 500 mg de fluoruros/l mientras que
los lavatorios destinados a un uso semanal o quincenal suelen contener 900-1000 mg
de fluoruros/l.3
2 Fuente :www.who.int/pcs/ehc/summaries/ehc_227.htm·Emglish 3 EFECTOS DELETEREOS DE LA ADMINISTRACIONORAL DE FLUOR Dr. Patricio Ortiz Ruiz Departamento de Medicina Interna,Facultad de Medicina, Universidad de Concepción, Chile
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 4
1.3.- FUENTES DE EXPOSICIÓN HUMANA Y AMBIENTAL4
Los fluoruros se liberan en el medio ambiente de manera natural a través de la
meteorización y disolución de minerales, las emisiones de volcanes y los aerosoles
marinos. También se liberan a través de la combustión del carbón y las aguas
industriales y los desechos de diversos procesos industriales, en particular la
fabricación de acero, la producción primaria de aluminio, de cobre y de níquel, la
elaboración de minerales de fosfato, la producción y uso de fertilizantes fosfatados, la
fabricación de vidrio, ladrillos y cerámica y la producción de cola y adhesivos. La
utilización de plaguicidas que contienen fluoruros, así como la fluoración del
abastecimiento de agua potable contribuyen a la emisión de fluoruros a partir de
actividades humanas. Según los datos disponibles, la obtención y uso de minerales de
fluoruro, así como la fabricación de aluminio, son las principales fuentes industriales
de emisiones de fluoruros en el medio ambiente.
1.4.- TRANSPORTE, DISTRIBUCIÓN Y TRANSFORMACIÓN EN EL MEDIO AMBIENTE
Los fluoruros se pueden encontrar en la atmósfera en forma gaseosa o
particulada. Los fluoruros atmosféricos pueden recorrer largas distancias
transportados por el viento o por turbulencias atmosféricas, o eliminarse mediante
deposición húmeda y seca o hidrólisis. No cabe esperar de los compuestos de
fluoruro, con la excepción del hexafluoruro de azufre, una permanencia prolongada
en la troposfera o su desplazamiento hacia la estratosfera. El hexafluoruro de azufre
tiene un tiempo de permanencia en la atmósfera que oscila entre 500 y varios miles
años.
El transporte y la transformación de los fluoruros en el agua dependen del pH, la
dureza del agua y la presencia de materiales intercambiadores de iones, como la
De una ingesta dada de flúor, el 80% aproximadamente es absorbido en el estómago e
intestino delgado principalmente y el resto eliminado a través de las deposiciones.
El flúor absorbido pasa al plasma sanguíneo y luego es distribuido a los diferentes
tejidos, donde se mantiene en proporciones establecidas respecto a la concentración
plasmática. Este equilibrio dinámico es posible ya que el flúor no se encuentra unido
a proteínas en el plasma y su difusión a través de las diferentes membranas es
dependiente de gradientes de pH.
7 WHITFORD GM. The physiological and toxicological characteristics of fluoride J Dent Res 1990;69(Spec Iss):539 -549.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 8
Lo anterior no determina concentraciones de saturación en los diferentes
compartimentos orgánicos, como se consideró inicialmente, puesto que el organismo
humano no cuenta con mecanismos de regulación homeostática de flúor.
La concentración de flúor en la leche materna es constante (0.008 ppm) e
independiente de la concentración plasmática de flúor de la madre, lo que puede
considerarse como el único mecanismo de regulación homeostática presente en el ser
humano.
La concentración de flúor en los diferentes tejidos luego de su absorción, depende de
la ingesta y depuración plasmática. Esta última se efectúa en proporciones iguales a
través de la captación por tejidos calcificados y la excreción renal.
La afinidad de los tejidos calcificados por el flúor es importante, determinando su
retención persistente y acumulativa en el hueso, siendo mayor en los organismos en
crecimiento. En el recién nacido, cerca del 90% del flúor absorbido es retenido en el
hueso. Esta afinidad decrece con la edad y se estabiliza en alrededor de un 50% del
flúor absorbido al completarse el desarrollo del esqueleto, siendo el 50% restante,
excretado a través del riñón.
La excreción renal depende de la funcionalidad del riñón y pH urinario. A mayor
acidez, la reabsorción tubular de flúor es mayor, pasando al intersticio y luego a los
capilares, incrementando el pool plasmático.
1.7.- TOXICIDAD AGUDA DEL FLUOR8.
A la concentración de 1 ppm, la ingesta de flúor está desprovista de efectos deletéreos
importantes, a excepción de los pacientes sometidos a diálisis renal crónica, en
quienes se han reportado muertes en paro cardíaco por fibrilación verticular,
8 EFECTOS DELETEREOS DE LA ADMINISTRACIONORAL DE FLUOR Dr. Patricio Ortiz Ruiz Departamento de Medicina Interna,Facultad de Medicina, Universidad de Concepción, Chile
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 9
secundaria a concentraciones excesivas de flúor en la solución de diálisis e
hiperpotasemia importante. Esta situación resulta de la incapacidad de los equipos de
deionización utilizados habitualmente de asegurar una adecuada depuración de flúor
en la solución dialítica y se corrige de forma importante con el uso procedimientos de
osmosis reversa en la deionización .9
Otra situación de toxicidad aguda que también puede llevar a la muerte, está dada por
la ingesta voluntaria o involuntaria de preparados con alta concentración de flúor.
En el lumen gástrico, el flúor está presente como ácido fluorhídrico (HF). Esta
molécula no ionizada atraviesa fácilmente la membrana de las células epiteliales,
penetrando al interior de las células donde se disocia en iones fluoruro e
hidrogeniones, los cuales lesionan estructuras y alteran funciones celulares por
ruptura de la barrera mucosa gástrica .
La dosis única y de alta concentración del flúor de aplicación tópica a nivel de la
cavidad bucal con deglución del flúor, daña la mucosa gástrica, generando
alteraciones de esta estructura. La lesión se intensifica al utilizar un gel fluorado a
concentraciones de flúor en un rango de 5.000 - 12.300 ppm y a ma yor viscosidad del
producto. La ingesta involuntaria de estos productos genera irritación gástrica
manifestada en dolor epigástrico, náuseas, vómitos. La ingesta accidental o deliberada
de productos de alta concentración puede ocasionar estado comatoso, acidosis,
convulsiones, parálisis respiratoria o arritmia seguida de muerte por falla cardíaca.
Estudios experimentales y en humanos con aplicación de gel fluorado a
concentraciones de 1,23% (12.300 ppm), han mostrado en algunos casos, aparición de
síntomas epigástricos, cambios en los niveles de CAMP en plasma y tejidos, en el
metabolismo de la gIucosa y de la secreción de amilasa salivar. La estandarización de
los métodos de aplicación del gel disminuye la cantidad de flúor ingerido.
9 www.Miexamen_com/Fluoruros.htm
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 10
En 1989, Spak y Col(1 6), en una muestra de doce voluntarios adultos con mucosa
gástrica endoscópicamente normal, encuentran daño de la mucosa gástrica después de
ingesta de dosis única de veinte mg. de fluoruro de sodio (NAF). Al cabo de dos
horas, los doce sujetos presentaban petequias y erosiones en el cuerpo gástrico al
estudio endoscópico y de biopsia gástrica. La mitad de ellos también presentó
alteraciones en el antro gástrico. En cuatro de estos voluntarios se observó
sangramiento sobre una gran extensión de la mucosa gástrica. Tanto el epitelio y
estroma superficial como los acinos gástricos estaban afectados; las células epiteliales
eran de menor tamaño que las normales. El epitelio más severamente dañado se
observó disgregado o totalmente perdido. En los acinos se presentó dilatación
irregular y ensanchamiento de las células epiteliales. La pérdida de municiones fue
muy notoria.
En 1990 nuevamente Spak y Col(17), efectúan la aplicación oral de un gel fluorado
de menor concentración (0,42%), en diez adultos con mucosa gástrica previamente
sana. La cantidad de flúor retenida después de la aplicación fue de un 40% de la
cantidad de F aplicado. En siete sujetos se presentaron petequias y erosiones. El
examen histológico gástrico mostró alteraciones epiteliales en nueve de los
voluntarios. Experiencias en ratas, demuestran que las lesiones gástricas son de rápida
y progresiva recuperación al suspender la aplicación de flúor .
1.8.- TOXICIDAD CRONICA DEL FLUOR.
La acumulación persistente de flúor en el hueso favorece la actividad osteoblástica, lo
que en algún momento se consideró como beneficioso en el tratamiento de la
osteoporosis .
El tejido óseo neoformado no mantiene la estructura del tejido óseo normal, siendo un
hueso más denso pero menos elástico, lo que lo hace más susceptible de fracturarse .
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 11
La acumulación de flúor en el diente produce cambios similares en el esmalte con la
aparición de fluorosis, defecto en la mineralización del esmalte dentario secundario a
exceso de flúor durante su formación. La fluorosis se evidencia inicialmente en un
aspecto moteado del diente por depósito de substancias coloreadas de la alimentación
en un diente poroso, hasta deformación y destrucción importante de los dientes.
Estudios de prevalencia de fluorosis en niños de educación básica en diferentes zonas
de Mexico, han documentado proporciones altas de fluorosis (61.4%) en Iquique, con
concentraciones naturales altas de flúor en el agua potable, Quinta Región (56,0%)
con programas de fluoruración del agua potable hace 10 años, medianas en Santiago
(18.6%) previo al comienzo de los programas de fluoruración del agua potable y bajas
en Temuco (4.2%). El índice colectivo de fluorosis en Iquique ha sobrepasado el
valor de 0.6 sobre el cual la patología estudiada se considera como un problema de
salud pública.
La evidencia de manifestaciones de exposición excesiva al flúor en zonas donde no se
efectúan programas de fluoruración de las aguas de abasto, señala la existencia de
otras fuentes potenciales de flúor que deben ser estudiadas.
A nivel de tubo digestivo, la administración crónica de flúor puede asociarse a la
presencia de síntomas dispépticos.
Waldbott10 reporta diferentes síntomas gastrointestinales con el uso crónico de F a
concentraciones de 1 ppm, representados por náuseas, vómitos, dolor abdominal,
diarrea y constipación intermitentel metabolismo del flúor ingerido en forma
prolongada determina la factibilidad biológica de que aparezcan efectos deletéreos
sistémicos, dependientes de diferentes variases metabólicas intra e interindividuales.
10 (WALDBOTTJ. Incipient chronic fluoride intoxication from drinking water: report of 52 cases. Acta Med Scand 1956; 156:157-168)
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 12
Los productos fluorurados de administración local no representan riesgo para la salud
humana, a excepción de su ingesta accidental en cantidades importantes.
En el entorno de agua dulce, las concentraciones de fluoruros naturales suelen
ser inferiores a las supuestamente tóxicas para los organismos acuáticos. Sin
embargo, estos organismos podrían verse afectados negativamente en las
proximidades de descargas de origen humano. La toxicidad de los fluoruros depende
de la dureza del agua.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 13
2.- FLUOROSIS COMO INDICIO DE LA TOXICIDAD DEL
FLUOR
En las investigaciones epidemiológicas sobre los efectos de los fluoruros en la
salud humana se han examinado trabajadores expuestos en el lugar de trabajo
empleados fundamentalmente en la industria de la fundición del aluminio y
poblaciones consumidoras de agua potable fluorada. En algunos estudios
epidemiológicos analíticos de trabajadores expuestos en el lugar de trabajo a
fluoruros, se ha detectado una mayor incidencia de cáncer de pulmón y de vejiga y un
aumento de la mortalidad debida al cáncer de estos y otros órganos. En general, sin
embargo, no se ha observado una pauta uniforme; en algunos de estos estudios
epidemiológicos, el aumento de la morbilidad o la mortalidad debidas al cáncer se
puede atribuir a la exposición de los trabajadores a sustancias distintas de los
fluoruros.11
Se ha examinado en un gran número de estudios epidemiológicos realizados en
numerosos países la relación entre el consumo de agua potable fluorada y la
morbilidad o la mortalidad por cáncer. No hay pruebas convincentes de una
asociación entre el consumo de agua potable fluorada controlada y el aumento de la
morbilidad o la mortalidad por cáncer.
Los fluoruros tienen efectos tanto beneficiosos como perjudiciales en el esmalte
dental. La prevalecía de la caries dental es inversamente proporcional a la
concentración de fluoruros en el agua potable. La prevalecía de la fluorosis crónica
está muy asociada con la concentración de fluoruros, con una relación dosis-respuesta
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 14
La fluorosis dental se clasifica según el grado de severidad que esta presente:
Tipo 1: La señal más temprana de fluorosis dental es líneas blancas delgadas que
corren por el diente. Las puntas de dientes son blancas y opacas.
Tipo 2: Las líneas blancas Feas están más definidas y son más espesas. El diente
muestra áreas nubladas o las vendas opacas espesas. El daño de esmalte mayor.
Tipo 3: La mancha Castaña sobrepuso en las áreas nubladas blancas. El diente
Entero es opaco y nublado. Hay pérdida completa de translucidez.
Tipo 4: Los dientes hacen erupción blanquecino blanco. Después el diente despliega
el daño de la superficie es decir coloración café. Presenta hoyos Extensos castaños y
se levantan debido al fluoruro excesivo. Este daño es irreversible.
Tipo 5: El daño de esmalte afecta más dientes. Los dientes resultan feos y débiles. La
Mayoría de esmalte se ha perdido de la superficie del diente. La capa protectora se ha
ido.
Tipo 6: Todos los dientes son severamente afectados. Los dientes tienen muchos hoyos y agujeros. Ahora estos dientes más probablemente pueden deteriorarse y desmenuzar.
Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3
Tipo 4 Tipo 5 Tipo 6
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 15
Imagen 2.1.- Diferentes tipos de Fluorosis Dental12
Además del daño al esmalte de los dientes y del efecto psicológico que este
daño represente se siguen notificando casos de fluorosis esquelética asociada con el
consumo de agua potable que contiene niveles elevados de fluoruros. Se considera
que algunos factores, como el estado nutricional y el régimen alimenticio, el clima
(en relación con el consumo de líquidos), la exposición simultánea a otras sustancias
y la ingesta de fluoruros de fuentes distintas del agua de bebida, desempeñan una
función importante en la aparición de esta enfermedad. La fluorosis esquelética puede
aparecer en trabajadores ocupacionalmente expuestos a concentraciones elevadas de
fluoruros suspendidos en el aire; sin embargo, sólo se ha encontrado información
nueva limitada, La fluorosis esquelética es una discapacidad invalidante que afecta a
millones de personas en diversas regiones de África, China y la India, con
repercusiones importantes para la salud pública y socioeconómicas.13
12 fuente: www.fluoride.org.uk/picture_gallery/fluorosis.html 13 Línea Calidad de Vida.htm, Dpto. Ciencias Básicas - Dpto. Ciencias Aplicadas
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 16
Imagen 2.2. Hombre con fluorosis Esquelética en India
FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
ANALISIS CARGA - TASA DE FILTRACIONFILTRO 1
Descripcion del Filtro
TABLA F1-1
Carbon de hueso
FechaHora (seg)
Carga - CaudalAforo Carga
(cm)
Tasa de filtracion
(m3/m2-dia)
GRAFICO F1-1Carga-Tasa de Filtracion
0
50
100
150
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Tasa de Filtracion (m3/m2-dia)
Car
ga
(cm
)
FILTRO 1
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 50
Medio de Intercambio: Carbon de Hueso Medio Arena GravaEspesor del Medio de Intercambio: 3 cm 3 30 25 cmTasa de Filtracion inicial: 10,67 m3/m2-dia ( 0,5 l/min)
31-mar-03 8:00 Presentaba color y turbidez alta se inicia lavado a tasa alta 1,50 l/min, se inicia filtrado a las 12:00Inicio 12:00 0,00 54 0,5 61,1 61,1 61,1 61,5 63,4 63,7 63,8 2,7
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIAEstudio Especial
TABLA F1-2"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
02468
10121416
0 1 2 3 4 5 6 7 8Tiempo (Horas)
Per
did
a d
e C
arg
a (c
m)
Perdida de carga para 0,50 l/minPerdida de carga para 1,00 l/min
aumentotasa de
GRAFICA F1-2Perdida de Carga Vrs Tiempo
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 51
GRAFICA F1-3Integracion de perdida de carga durante filtrado
Filtro #1 Carbon de Hueso
23%
58%
15%
2%2% 0%
Interfase agua-medio
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
Medio Filtrante : CARBON DE HUESOEspesor del Medio: 3 cm
3 2
GRAFICA F1-4Integracion de perdida de carga durante Lavado
Filtro #1 Carbon de Hueso
9%11%
64%
13% 3%0%
Interfase agua-medio
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
Medio Filtrante : CARBON DE HUESOEspesor del Medio: 3 cm
3 2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 52
Medio de Intercambio: Carbon de Hueso Medio Arena GravaEspesor del Medio de Intercambio:3 cm 3 30 25 cmTasa de Filtracion inicial: 10,67 m3/m2-dia ( 0,5 l/min)
Resultados de LaboratorioAnalisis de Reduccion de Fluoruros
AlcalinidadConductividad
TABLA F1-3
FechaFluoruros Otros Parametros
HoraOperación Continua
Temperatura °C pH
salida
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 53
GRAFICA F1-5Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00
Horas de operacion
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - Tiempo (medio nuevo)Remocion de Fluoruros (medio Regenerado)
GRAFICA F1-6Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
0
2
4
6
8
10
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00
Horas de operacion
mg/
l
Fluoruros en Entrada Fluoruros en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e
Medio Filtrante : CARBON DE HUESOEspesor del Medio: 3 cmTasa de filtracion : 10.67 m
3/m
2-dia
Nota:
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de capacidad de remocion de fluoruros, para la regeneracion se uso una solucion de hidroxido de sodio a una concentracion de 1.5 g/litro, esto logro la regeneracion del medio filtrante (Carbon de Hueso) en un 100%, ya que despues de haber retrolavado se optubo una remosion promedio de 76%, valor tipico al inicio del proceso de filtrado con el medio nuevo.
un problema en el retrolavado y que afecto los resultados despues del mismo fue la ruptura del medio debido a un chorro de agua que ascendio por la arena causando la mezcla de aproximadamente el 50% del medio de intercambio con la arena y ocacionando una superficie sin contacto con el medio.
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 54
GRAFICA F1-7Color vrs Tiempo
0
20
40
60
80
100
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00
Horas de operaciónCarrera del Filtro
Un
idad
es d
e C
olo
r
Color en entrada Color en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e
GRAFICA F1-8Turbiedad vrs Tiempo
00,5
11,5
22,5
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00
Horas de operaciónCarrera del Filtro
UN
T
Turbiedad en Entrada Turbiedad en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e
GRAFICA F1-9Remocion de Fluoruros vrs Volumen
0%10%20%30%40%50%60%70%80%
0 1 2 3 4 5 6 7
Volumen Equivalente m3/m2
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
Remocion de Fluoruros medio Regenerado
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
Area del Filtro = 0.06605 m2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 55
Medio de Intercambio: Carbon de Hueso Medio Arena GravaEspesor del Medio de Intercambio:10 cm 10 30 25 cmTasa de Filtracion inicial: 10,67 m
Nota: Al momento de retrolavar se produjo ruptura del medio perdiendose aprox. el 40% de la superficie efectiva del mismo.
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Otros ParametrosTurbiedad Color
Estudio Especial"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de LaboratorioAnalisis de Reduccion de Fluoruros
Alcalinidad Conductividad
TABLA F1-4
Fecha Hora
Operación
Continua
Temperatura °C pH
salida
Fluoruros
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 56
GRAFICA F1-10Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
Horas de Operacion
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - Tiempo
GRAFICA F1-11Concentracion de Fluoruros-Tiempo
012345
678
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
Fluoruros en Entrada Fluoruros en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e
Medio Filtrante : CARBON DE HUESOEspesor del Medio: 10 cmTasa de filtracion : 10.67 m 3/m 2-dia
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
Nota:
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de capacidad de remocion de fluoruros, para la regeneracion se uso una solucion de hidroxido de sodio a una concentracion de 1.5 g/litro, esto logro la regeneracion del medio filtrante (Carbon de Hueso) en un 100%, ya que despues de haber retrolavado se optubo una remosion promedio de 56%, valor tipico al inicio del proceso de fi ltrado con el medio nuevo.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 57
GRAFICA F1-12
Color vrs Tiempo
0
20
40
60
80
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Color en entrada Color en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
GRAFICA F1-13
Turbiedad vrs Tiempo
0
2
4
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Turbiedad en Entrada Turbiedad en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
GRAFICA F1-14
Remocion de Fluoruros vrs Volumen
0%
20%
40%
60%
80%
0 1 2 3 4 5
Volumen Equivalente (m3/m2)
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
Area del Filtro = 0.06605 m2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 58
Medio de Intercambio: Carbon de Hueso Medio Arena GravaEspesor del Medio de Intercambio: 15 cm 15 30 25 cmTasa de Filtracion inicial: 10,67 m3/m2-dia ( 0,5 l/min)
FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Otros Parametros
Hora
Operación
Continua
Temperatura °C pH
salida
Fluoruros
TABLA F1-5
Turbiedad Color
Estudio Especial"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de LaboratorioAnalisis de Reduccion de Fluoruros
Alcalinidad Conductividad
FILTRO 1 (Sin Carga Hidraulica)
Fecha
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 59
GRAFICA F1-15Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Horas de Operacion
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - Tiempo
GRAFICA F1-16Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
0
2
4
6
8
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Horas de Operacion
Co
nce
ntr
acu
on
m
g/l
Fluoruros en Entrada Fluoruros en Salida
Medio Filtrante : CARBON DE HUESOEspesor del Medio: 15 cmTasa de filtracion : 10.67 m3/m2-dia
Nota:
Se observo que al operar el filtro bajo esta modificacion la remocion de fluoruros es mas permanente en el tiempo y la tasa de remocion tiende a mantenerse casi constante, el problema de color persiste en esta modalidad de operación del filtro.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 60
GRAFICA F1-17Color vrs Tiempo
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 1 2 3 4 5 6 7 8Horas de Operacion
Uni
dade
s de
Col
or
Color en entrada Color en Salida
GRAFICA F1-18Turbiedad vrs Tiempo
01234567
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Horas de Operacion
Un
idad
es d
e T
urb
ied
ad
Turbiedad en Entrada Turbiedad en Salida
GRAFICA F1-19Remocion de Fluoruros vrs Volumen
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 1 1 2 2 3 3 4 4
Volumen Equivalente (m3/m2)
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
Area del Filtro = 0.06605 m2
0%10%20%30%40%50%60%70%80%
Rem
oci
on
Sin CargaHidraulica
Con CargaHidraulica
Tipo de Filtracion
GRAFICA F1-20Remocion de Fluoruros
Remocion deFluoruros
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 61
V o l u m en
( l i t r o s )
T i e m p o (s)
C a u d a l ( l / m i n )
2 5 - m a r - 0 3 0 , 0 01 3 , 1 7 3 , 3 7 1 3 , 1 7 1 5 , 3 6 1 1 0 3 2 8 A r e a : 0 , 0 6 6 m 2
E s t u d i o E s p e c i a l" A p l i c a c i ó n d e M e d i o s F i l t r a n t e s p a r a r e d u c i r F l u o r u r o s e n a g u a d e C o n s u m o "
A N A L I S I S C A R G A - T A S A D E F I L T R A C I O NF I L T R O 2
T A B L A F 2 - 1
U N I V E R S I D A D S A N C A R L O SF A C U L T A D D E I N G E N I E R I A
E S C U E L A R E G I O N A L D E I N G E N I E R I A S A N I T A R I A
G R A F I C A F 2 - 1C a r g a - T a s a d e F i l t r a c i o n
0
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
1 2 0
0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0
T a s a d e F i l t r a c i o n ( m 3 / m 2 - d i a )
Car
ga (
cm)
F I L T R O 2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 62
Medio de Intercambio: Arena Pomez Medio Arena GravaEspesor del Medio de Intercambio: 10 cm 10 30 25 cmTasa de Filtracion inicial: 10,67 m 3/m 2-dia ( 0,5 l/min)
Lecturas de Perdida de Carga (cm) Perdida de CargaFecha Hora
Tiempo de operación
Carga (cm)
Estudio Especial"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Lecturas de Perdida de CargaFILTRO 2
TABLA F2-2
FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Variacion de Perdida de Carga GRAFICA F2-2(Arena Pomez)
0
1
2
3
4
5
0 2 4 6 8 10
Tiempo (Horas)
Per
did
a d
e C
arg
a (c
m)
Variacion Perdida de Carga-Tiempo 27-Marz-03Variacion Perdida de Carga- Tiempo 28-Marzo-03
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 63
Integracion de perdida de carga durante filtradoGRAFICO F2-3
Arena Pomez0%
19%
37%
29%
5%10%
Interfase agua-medio
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
Medio Filtrante : ARENA POMEZEspesor del Medio: 10 cmTasa de filtracion : 10.67 m3/m2-
Integracion de perdida de carga durante LavadoGRAFICO F2-4Arena Pomez
33%
51%
13%
0%
2% 1%
Interfase agua-medio
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
Medio Filtrante : ARENA POMEZEspesor del Medio: 10 cmTasa de filtracion : 38,45 m3/m2-
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 64
Medio de In tercambio: Arena pomez Medio A r e n a G r a v aEspesor del Medio de Intercambio:1 0 cm 10 3 0 25 cmTasa de Fi l tracion inicial : 10 ,67 m 3 /m 2 -dia ( 0,5 l /min)
Nota: Al momento de ret ro lavar se produjo ruptura del medio perd iendose aprox. e l 40% de la super f ic ie efect iva del mismo.
TABLA F2 -3
F I L T R O 2
F e c h a HoraOperac ión Cont inua
Temperatura °C p H
salida
FluorurosOtros Parametros
Turb iedad Co lo r
Estudio Especia l"Aplicación de Medios Fil trantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de Laborator ioAnal is is de Reduccion de F luoruros
Alcal in idad Conduc t i v idad
UNIVERSIDAD SAN CARLOSF A C U L T A D D E I N G E N I E R I A
E S C U E L A R E G I O N A L D E I N G E N I E R I A S A N I T A R I A
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 65
GRAFICO F2-5Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00
Horas de operacion
% d
e R
emoc
ion
Remocion de Fluoruros - Tiempo
GRAFICO F2-6Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
012345678
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
Horas de operacion
mg/
l
Fluoruros en Entrada Fluoruros en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e
Medio Filtrante : ARENA POMEZ Espesor del Medio: 10 cmTasa de filtracion : 10.67 m3/m2-diaNota:
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de capacidad de remocion de fluoruros,
para la regeneracion se uso una solucion de hidroxido de sodio a una concentracion de 1.5 g/litro, esto logro la
regeneracion del medio filtrante (Arena Pomez) en un 100%, ya que despues de haber retrolavado se optubo una
remosion promedio de 56%, valor tipico al inicio del proceso de filtrado con el medio nuevo.
un problema en el retrolavado y que afecto los resultados despues del mismo fue la ruptura del medio debido a un chorro
de agua que ascendio por la arena causando la mezxcla de aproximadamente el 70% del medio de intercambio con la
arena y ocacionando una superficie sin contacto con el medio.
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 66
GRAFICO F2-/Variacion de Color -Tiempo
0
2
4
6
8
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
Horas de operaciónCarrera del Filtro
Un
idad
es d
e C
olo
r
Color en entrada Color en SalidaR
etro
lava
do c
on H
idro
xido
de
GRAFICA F2-8Variacion de Turbiedad-Tiempo
01
2
3
4
5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Horas de operaciónCarrera del Filtro
UN
T
Turbiedad en Entrada Turbiedad en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e
GRAFICA F2-9Remocion de Fluoruros vrs Volumen
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
0 1 2 3 4
Volumen Equivalente m3/m
2
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
Area del Filtro = 0.06605 m2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 67
Medio de Intercambio: Arena Pomez Medio Arena GravaEspesor del Medio de Intercambio: 20 cm 20 30 25 cmTasa de Filtracion inicial: 10,67 m 3 /m 2 -dia ( 0,5 l /min)
Lecturas de Perdida de Carga (cm) Perdida de Fecha Hora Tiemp
o de Carga ( c m )
Estudio Especial"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Lecturas de Perdida de CargaFILTRO 2
TABLA F2-4
UNIVERSIDAD SAN CARLOSFACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Variacion Perdida de Carga-Tiempo Filtro 2 (Arena Pomez)
GRAFICA F2-10
012345678
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Tiempo (Horas)
Per
dida
de
Car
ga
(cm
)
Variacion Perdida de Carga-Tiempo tasa 10 m3/m2-diaVariacion Perdida de Carga-Tiempo para 20 m3/m2-dia
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 68
GRAFICA F2-11Integracion de perdida de carga durante filtrado
Tasa de Filtracion 10,67 m3/m
2-dia
5 %14%
24%42%
5 % 10%Interfase agua-medioperdida en el mediointerfase medio-arenaperdida en arenainterfase arena gravaperdida en grava
Medio Filtrante : ARENA POMEZEspesor del Medio: 20 cmTasa de filtracion : 10.67 m
3/m
2-
GRAFICA F2-12Integracion de perdida de carga durante filtrado
Tasa de Filtracion 20 m 3/m 2-dia
40%
22%
30%
3 % 3%2%
Interfase agua-medioperdida en el medio
interfase medio-arenaperdida en arenainterfase arena gravaperdida en grava
Medio Filtrante : ARENA POMEZEspesor del Medio: 20 cm
GRAFICA F2-13Integracion de perdida de carga durante filtrado
Tasa de Filtracion 37 m 3 /m2-dia
42%
22%
25%
4%6%
1%
Interfase agua-medioperdida en el mediointerfase medio-arenaperdida en arenainterfase arena gravaperdida en grava
Medio Filtrante : ARENA POMEZEspesor del Medio: 20 cm
3 2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 69
Medio de In tercambio: Arena pomez Medio Arena G r a v aEspesor de l Medio de In tercambio: 2 0 cm 2 0 3 0 2 5 cmTasa de Filtracion inicial: 10,67 m 3 /m 2 -dia ( 0,5 l /min)
01-abr-03 8:00 23,25 6,76 7,74 2,45 3,5 -42,86% 0,258 0,557 0 1 110 / 142Inic io Retrolavado a las 8:30 con solucion de Hidroxido de Sodio, se in ic io f i l t rado a las 11:00
Estudio Especial"Aplicación de Medios Fil trantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de LaboratorioAnal is is de Reduccion de Fluoruros
Alcal in idad
Conduct iv idad
F I L T R O 2
Fecha
UNIVERSIDAD SAN CARLOSF A C U L T A D D E I N G E N I E R I A
E S C U E L A R E G I O N A L D E I N G E N I E R I A S A N I T A R I A
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 70
GRAFICA F2-14Remoc ion de F luoruros v rs T iempo
-60%-40%
-20%
0%20%
40%
60%80%
100%
0,00 5 ,00 10,00 15,00 20,00 25 ,00
Horas de Operac ion
% d
e R
emo
sio
n
Remoc ion de F luoruros - T iempo (31 / marzo /03)
Remocion de Fluoruros -T iempo (01/abr i l /03)
Remocion de F luoruros - T iempo (11/ abr i l /03)
GRAFICA F2-15Concent rac ion de F luoruros v rs T iempo
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0,00 5 ,00 10,00 15,00 20,00 25 ,00
Horas de Operac ion
Co
nce
ntr
acio
n (
mg
/l)
Fluoruros en Ent rada Fluoruros en Sa l ida
Medio F i l t ran te : ARENA POMEZ Espesor de l Medio : 20 cmTasa de f i l t racion : 10.67 m
3/m
2-dia
Nota:
El ret ro lavado se real izo no porque e l medio se colmatara, s ino por la perd ida de capacidad de remocion de f luoruros, para la regeneracion se uso una solucion de hidroxido de sodio a una concentracion de 1.5 g/ l i t ro, esto logro la regeneracion del medio f i l t rante (Arena Pomez) en un 100%, ya que despues de haber re t ro lavado se optubo una remosion in ic ia l de 60%, va lor t ip ico a l in ic io del proceso de f i l t rado con e l medio nuevo. Se observa que e l pH despues del Retro lavado se incrementa considerablemente, teniendo que dejar pasar 60 l i t ros de agua (segun el area del f i l t ro) para poder bajar e l pH a un valor aceptable.
Un problema en e l re t ro lavado y que afecto los resul tados despues del mismo fue la ruptura del medio debido a un chorro de agua que ascendio por la arena causando la mezxcla de aproximadamente el 70% del medio de intercambio con la arena y ocacionando una superf ic ie s in contacto con el medio.
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 71
GRAFICA F2-16Color vrs Tiempo
0
2
4
6
8
10
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00
Horas de operacion
Un
idad
es d
e C
olo
r
Color en entrada Color en Salida Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
GRAFICA F2-17Turbiedad vrs Tiempo
0
1
2
3
4
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00
Horas de operacion
Un
idad
es N
T
Turbiedad en Entrada Turbiedad en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
GRAFICA F2-18Remocion de Fluoruros vrs Volumen
0%
20%
40%
60%
80%
0 1 2 3 4Volumen Equivalente m3/m2
% d
e re
mo
cio
n
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
Area del Filtro = 0.06605 m2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 72
Medio de In tercambio: Arena pomez Medio Arena G r a v aEspesor del Medio de Intercambio: 30 cm 30 30 25 cmTasa de Fi l t rac ion in ic ia l : 15 m 3 /m 2 -dia ( 0,7 l /min)
Entrada
Salida Entrada
Sal ida Entrada Sal ida%
Remosion
Entrada
Sal ida Entrada Sal ida Entrada Salida
12-may-03 Inic io de f i l t rado a 12:30 tasa 0,70 l /min ( 15 m3/m2-dia)13:00 0,50 21 21 6,752 8,72 6,6 1 ,55 76,52% 0,302 3,15 4 914:00 1,50 6,735 8,54 6,6 5 ,3 19,70% 0,403 1,81 1 615:00 2,50 21 21 6,662 8,43 6,5 5 ,05 22,31% 0,277 1,04 2 716:00 3,50 6,62 8,45 6,6 5 24,24% 0,248 0,624 1 417:00 4,50 21 21 6,63 8,09 6,75 5,3 21,48% 0,27 0,557 1 1
U N I V E R S I D A D S A N C A R L O SF A C U L T A D D E I N G E N I E R I A
E S C U E L A R E G I O N A L D E I N G E N I E R I A S A N I T A R I A
Turbiedad Color
Estudio Especial"Aplicación de Medios Fil trantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de LaboratorioAnal is is de Reduccion de Fluoruros
TABLA F2-6
Alcal in idad
Conduct iv idad
FILTRO 2 (Trabajando sin carga Hidraul ica sobre el lecho)
Fecha Hora
Operación
Continua
Temperatura p H Fluoruros Otros Parametros
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 73
GRAFICA F2-19Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
0%
10%
20%30%
40%
50%
60%
70%
80%90%
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
Horas de Operacion
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - Tiempo (12/ mayo/03)
GRAFICA F2-20Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
012345678
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
Horas de Operacion
Co
nce
ntr
acio
n (
mg
/l)
Fluoruros en Entrada Fluoruros en Salida
Medio Filtrante : ARENA POMEZ Espesor del Medio: 30 cmTasa de filtracion : 15 m3/m2-dia
Nota:
Se observa una tendencia a ser constante la remocion en un orden del 20%, al comparar con los otas pruebas de remocion se ve que
la grafica no declina tan rapido, tal y como sucedia en las otras pruebas realizadas, se puede mejorar la remocion aumentando el espesor del lecho de arena y colocando arena mas fina en el lecho de intercambio.
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 74
Estudio Especial"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
ANALISIS CARGA - TASA DE FILTRACIONFILTRO 3
TABLA F3-1
UNIVERSIDAD SAN CARLOSFACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
GRAFICA F3-1Carga-Tasa de Filtracion
0
20
40
60
80
100
120
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
Tasa de Filtracion (m3/m2-dia)
Car
ga (c
m)
Fi ltro #3 (Hueso Desgrasado molido)
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 76
Medio de Intercambio: Hueso Desgrasado Mol ido Medio Arena G r a v aEspesor del Medio de Intercambio: 5 c m 5 30 25 c mTasa de Fi l tracion inicial: 10,67 m 3 /m 2-d ia ( 0,5 l /min)
UNIVERSIDAD SAN CARLOSF A C U L T A D D E I N G E N I E R I A
E S C U E L A R E G I O N A L D E I N G E N I E R I A S A N I T A R I A
Estudio Especial"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Lecturas de Perdida de CargaFILTRO 3
T A B L A F 3 - 2
Caudal ( l /m)
Lecturas de Perd ida de Carga (cm) Perdida de Fecha Hora
Horas de
Carga ( c m )
GRAFICA F3-2Var iac ion Perd ida de Carga-Tiempo
0
1
2
3
4
5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Tiempo (Horas)
Per
did
a d
e C
arg
a (c
m)
Variacion Perdida de Carga-Tiempo
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 77
GRAFICA F3-3Integracion de la Perdida de Carga durante el Filtrado
25%
63%
6% 6%
0%0%
Interfase agua-medio
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
GRAFICA F3-4Integracion de la Perdida de Carga durante el
Retrolavado
33%
51%
13%
0%2%1%
Interfase agua-medio
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
Medio Filtrante : HUESO DESGRASADO MOLIDOEspesor del Medio: 5 cm
3 2
Nota:
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de capacidad de remocion de fluoruros, para la regeneracion se uso una solucion de hidroxido de sodio a una concentracion de 1.5 g/litro, esto logro la regeneracion del medio filtrante (hueso molido) en un 100%, ya que despues de haber retrolavado se optubo una remosion promedio de 87%, valor tipico al inicio del proceso de filtrado con el medio nuevo.
un problema en el retrolavado y que afecto los resulytados despues del mismo fue la ruptura del medio debido a un chorro de agua que ascendio por la arena causando la mezcla de aproximadamente el 50% del hueso con la arena y ocacionando una superficie sin contacto con el medio.
Medio Filtrante : HUESO DESGRASADO MOLIDO Espesor del Medio: 5 cmTasa de filtracion : 10.67 m
3/m
2-dia
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 78
Medio de Intercambio: Hueso desgrasado Molido Medio Arena GravaEspesor del Medio de Intercambio: 5 cm 5 30 25 cmTasa de Filtracion inicial: 10,67 m3/m2-dia ( 0,5 l/min)
Nota: Al momento de retrolavar se produjo ruptura del medio perdiendose aprox. el 40% de la superficie efectiva del mismo.
TABLA F3-3
FILTRO 3
Fecha Hora
Operación
Continua
Temperatura °C pH
salida
Fluoruros Otros ParametrosTurbiedad Color
Estudio Especial"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de LaboratorioAnalisis de Reduccion de Fluoruros
Alcalinidad Conductividad
UNIVERSIDAD SAN CARLOSFACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 79
GRAFICA F3-5Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00
Horas de operacion
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - Tiempo
GRAFICA F3-6Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
0123456789
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00
Horas de operacion
mg/
l
Fluoruros en Entrada Fluoruros en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e
Medio Filtrante : HUESO DESGRASADO MOLIDO Espesor del Medio: 5 cmTasa de filtracion : 10.67 m3/m2-diaNota:
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de capacidad de remocion de fluoruros, para la regeneracion se uso una solucion de hidroxido de sodio a una concentracion de 1.5 g/litro, esto logro la regeneracion del medio filtrante (hueso molido) en un 100%, ya que despues de haber retrolavado se optubo una remocion promedio de 87%, valor tipico al inicio del proceso de filtrado con el medio nuevo.
un problema en el retrolavado y que afecto los resultados despues del mismo fue la ruptura del medio debido a un chorro de agua que ascendio por la arena causando la mezxcla de aproximadamente el 50% del hueso con la arena y ocacionando una superficie sin contacto con el medio.
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 80
GRAFICA F3-7Color vrs Tiempo
0
5
10
15
20
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00
Horas de operaciónCarrera del Filtro
Un
idad
es d
e C
olo
r
Color en entrada Color en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e
GRAFICA F3-8Turbiedad vrs Tiempo
0
2
4
6
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00
Horas de operaciónCarrera del Filtro
UN
T
Turbiedad en Entrada Turbiedad en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e
GRAFICA F3-9Remocion de Fluoruros vrs Volumen
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
0 2 4 6 8 10 12 14
Volumen Equivalente m3/m2
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
Area del Filtro = 0.06605 m2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 81
Medio de Intercambio: Hueso desgrasado Molido Medio Arena GravaEspesor del Medio de Intercambio:10 cm 10 30 25 cmTasa de Filtracion inicial: 10,67 m
01-abr-03 8:00 23,25 6,64 7,551 2,55 3,4 -33,33% 0,285 0,506 1 5 142/168Retrolavado inicio a las 8:40 am, se utilizo 78 litros para lavado, 30 litros solucion hidroxido, 48 agua clara, se inicio filtrado a las 11:00
Estudio Especial"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de LaboratorioAnalisis de Reduccion de Fluoruros
Alcalinidad Conductividad
UNIVERSIDAD SAN CARLOSFACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 82
GRAFICA F3-10Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
-40%
-20%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 5 10 15 20 25
Horas de operacion
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - Tiempo para Q= 0,40 l/minRemocion de Fluoruros-Tiempo para Q= 0,50 l/minContinuacion para Q= 0,5 l/min
GRAFICA F3-11Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
012345678
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00
Horas de operacion
mg/
l
Fluoruros en Entrada Fluoruros en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e
Medio Filtrante : HUESO DESGRASADO MOLIDO Espesor del Medio: 10 cmTasa de filtracion : 10.67 m
3/m
2-dia
Nota:
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de capacidad de remocion de fluoruros, para la regeneracion se uso una solucion de hidroxido de sodio a una concentracion de 1.5 g/litro, esto logro la regeneracion del medio filtrante (hueso molido) en un 100%, ya que despues de haber retrolavado se optubo una remocion promedio de 87%, valor tipico al inicio del proceso de filtrado con el medio nuevo.
Se observa que cuando la concentracion en los fluoruros del agua entrante al filtro baja drasticamente se produce un efecto inveso es decir el medio filtrante desprende fluoruros que son transferidos al agua, lo que indica que en el intercambio ionico se produce un enlace quimico muy debil en el medio de intercambio
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 83
GRAFICA F3-12Color vrs Tiempo
05
1015202530354045
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00
Horas de operaciónCarrera del Filtro
Uni
dade
s de
Col
or
Color en entrada Color en Salida
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
GRAFICA F3-13Turbiedad vrs Tiempo
0
2
4
6
8
10
12
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00
Horas de operaciónCarrera del Filtro
UN
T
Turbiedad en Entrada Turbiedad en Salida Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
GRAFICA F3-14Remocion de Fluoruros vrs Volumen
-40%
-20%
0%
20%40%
60%
80%
100%
0 2 4 6 8 10 12
Volumen Equivalente m3/m2
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
Area del Filtro = 0.06605 m2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 84
Medio de Intercambio: Hueso desgrasado Molido Medio Arena GravaEspesor del Medio de Intercambio: 20 cm 20 30 25 cmTasa de Filtracion inicial: 15 m
Estudio Especial"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de LaboratorioAnalisis de Reduccion de Fluoruros
AlcalinidadConductividad
UNIVERSIDAD SAN CARLOSFACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 85
G R A F I C A F 3 - 1 6R e m o c i o n d e F l u o r u r o s v r s T i e m p o
0 %
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
0,00 2 ,00 4 ,00 6 , 0 0 8 , 0 0 10 ,00H o r a s d e o p e r a c i o n
% d
e R
emoc
ion
R e m o c i o n d e F l u o r u r o s - T i e m p o p a r a Q = 0 , 7 0 l / m i n
G R A F I C A F 3 - 1 5C o n c e n t r a c i o n d e F l u o r u r o s v r s T i e m p o
0
1
2
3
4
5
6
7
0,00 2 , 0 0 4 , 0 0 6 ,00 8 ,00 10 ,00
H o r a s d e o p e r a c i o n
mg/
l
F l u o r u r o s e n E n t r a d a F l u o r u r o s e n S a l i d a
M e d i o F i l t r a n t e : H U E S O D E S G R A S A D O M O L I D O E s p e s o r d e l M e d i o : 2 0 c mTasa de f i l t r ac ion : 10 .67 m
3/m
2-dia
No ta :
S e o b s e r v a u n a t e n d e n c i a a m a n t e n e r s e c o n s t a n t e l a r e m o s i o n d e l o s f l u o r u r o s , a l c o m p a r a r l a c o n l o s o t r a s a n a l i s i s h e c h o s s e o b s e r v o q u e l a r e m o c i o n e s m a s p e r m a n e n t e e n e l t i e m p o u b i c a n d o s e e n u n v a l o r p r o m e d i o de 61 ,99%. Los da tos i nc l u i dos aqu í r e f l e j an una me jo r capac idad de rem is i on de l f i l t r o s i se e l im ina l a ca rga h i d r a u l i c a s o b r e e l l e c h o d e i n t e r c a m b i o , t a l p a r e c e q u e c u a n d o d i c h a c a r g a e s t a p r e s e n t e e x i s t e u n a t r a n s f e r e n c i a d e i o n e s f l u o r d e s d e l a s u p e r f i c i e a l a m a s a d e a g u a q u e y a a t r a v e s o e l m e d i o d e i n t e r c a m b i o .S e a p r e c i a t a m b i e n u n a m a y o r t a s a d e f i l t r a c i o n , l o q u e r e d u c e e l t a m a ñ o d e l f i l t r o .
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 86
35,08%30-abr-03 Se inicio filtrado con superficie sin carga hidraulica, se observo que en el otro filtro hubo un incremento de la remosion al quedarse la superficie sin carga hidraulica
09-may-03 Se inicio Filtrado a las 9:00 am, aun no se ha regenerado el medio de intercambio11:00 2,00 6,25 0,55 91,20%14:00 5,00 6,25 0,7 88,80%
12-may-03 Se inicio Filtrado a las 12:30 , aun no se ha regenerado el medio filtrante, se observa presencia de moho,(hongos) en la superficie del lecho)13:00 0,50 6,75 1 85,19%14:00 1,50 6,75 0,65 90,37%15:00 2,50 6,75 1,05 84,44%
80,56%Promedio
Alcalinidad Conductividad
Promedio
FILTRO CASERO 1
Fecha Hora Operación Continua
Temperatura °C
pH FluorurosOtros Parametros
Turbiedad Color
Estudio Especial"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de LaboratorioAnalisis de Reduccion de Fluoruros
TABLA FC1-1
UNIVERSIDAD SAN CARLOSFACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 89
GRAFICA FC1-1F I L T R O C A S E R O 1
Remoc ion de F luo ru ros v r s T i empo
0 %
2 0 %
4 0 %
6 0 %
8 0 %
1 0 0 %
0,00 2 ,00 4 ,00 6 ,00 8 ,00H o r a s d e o p e r a c i o n
% d
e R
emo
cio
n
Remoc ion de F luo ru ros - T iempo con ca rga H id rau l i caRemoc ion de F luoru ros -T iempo S in Carga H id rau l i ca
GRAFICA FC1-2Concen t rac ion de F luo ru ros v rs T iempo
Fi l t ro Con Carga Hidraul ica
0
1
2
3
4
5
6
7
0 ,00 1,00 2,00 3 ,00 4,00 5,00 6 ,00 7,00H o r a s d e o p e r a c i o n
mg/
l
F luo ru ros en En t rada F luo ru ros en Sa l i da
Med io F i l t r an te : HUESO DESGRASADO MOLIDO Espesor del Medio: 5 cmTasa de f i l t rac ion : 0 .67 m
3/m
2-dia
Nota:
Se observo una mejor ia en la remos ion de f luoruros cuando se t rabba jo con super f ic ie s in carga h id rau l ica , permi t iendo que e l agua
perco la ra por e l med io de in te rcambio , de un va lo r p romed io de 35 ,08% sub io a un va lo r p romed io de 80 ,56 .
Despues de s ie te d ias e l med io de in te rcambio segu ia re ten iendo f luoruros s in neces idad de ser regenerado.
G R A F I C A F C 1 - 3Concent rac ion de F luoruros v rs T iempo
Fi l t ro Sin Carga Hidraul ica
01234567
0,00 2 ,00 4 ,00 6,00 8 ,00
H o r a s d e o p e r a c i o n
mg
/l
Fluoruros en Ent rada F luoru ros en Sa l ida
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 90
74,90%30-abr-03 Se inicio filtrado con superficie sin carga hidraulica, se observo que en el otro filtro hubo un incremento de la remosion al quedarse la superficie sin carga hidraulica
09-may-03 Se inicio Filtrado a las 9:00 am, aun no se ha regenerado el medio de intercambio11:00 2,00 6,25 0,65 89,60%14:00 5,00 6,25 0,9 85,60%
12-may-03 Se inicio Filtrado a las 12:30 , aun no se ha regenerado el medio filtrante, se observa presencia de moho,(hongos) en la superficie del lecho)13:00 0,50 6,75 0,5 92,59%14:00 1,50 6,75 0,3 95,56%15:00 2,50 6,75 0,8 88,15%
86,68%Promedio
Alcalinidad Conductividad
Promedio
FILTRO CASERO 2
Fecha HoraOperación Continua
Temperatura °C
pH FluorurosOtros Parametros
Turbiedad Color
Estudio Especial"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de LaboratorioAnalisis de Reduccion de Fluoruros
TABLA FC2-1
UNIVERSIDAD SAN CARLOSFACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 92
G R A F I C A F C 2 - 1R e m o c i o n d e F l u o r u r o s v r s T i e m p o
F l u o r u r o s e n E n t r a d a F l u o r u r o s e n S a l i d a
M e d i o F i l t r a n t e : C a r b o n d e H u e s oE s p e s o r d e l M e d i o : 5 c mT a s a d e f i l t r a c i o n : 0 . 6 7 m 3/m 2 -d ia
N o t a :
S e o b s e r v o u n a m e j o r i a e n l a r e m o c i o n d e f l u o r u r o s c u a n d o s e t r a b b a j o c o n s u p e r f i c i e s i n c a r g a h i d r a u l i c a , p e r m i t i e n d o q u e e l a g u a p e r c o l a r a p o r e l m e d i o d e i n t e r c a m b i o , d e u n v a l o r p r o m e d i o d e 7 4 , 9 0 % s u b i o a u n v a l o r p r o m e d i o d e 8 6 , 6 9 % .D e s p u e s d e s i e t e d i a s e l m e d i o d e i n t e r c a m b i o s e g u i a r e t e n i e n d o f l u o r u r o s s i n n e c e s i d a d d e s e r r e g e n e r a d o .
G R A F I C A F C 2 - 3C o n c e n t r a c i o n d e F l u o r u r o s v r s T i e m p o
F i l t r o S i n C a r g a H i d r a u l i c a
0
1
2
3
4
5
6
7
0,00 2 , 0 0 4 , 0 0 6 , 0 0 8 , 0 0
H o r a s d e o p e r a c i o n
mg
/l
F l u o r u r o s e n E n t r a d a F l u o r u r o s e n S a l i d a
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 93
H o r a s d e o p e r a c i ó nC a r r e r a d e l F i l t r o
Un
idad
es d
e C
olo
r
C o l o r e n e n t r a d a C o l o r e n S a l i d a
G R A F I C A F C 2 - 5F I L T R O C A S E R O 2
T u r b i e d a d v r s T i e m p o
0 , 1
1
1 0
1 0 0
0 1 2 3 4 5 6
H o r a s d e o p e r a c i ó nC a r r e r a d e l F i l t r o
UN
T
T u r b i e d a d e n E n t r a d a T u r b i e d a d e n S a l i d a
G R A F I C A F C 2 - 6F I L T R O C A S E R O 2
R e m o c i o n d e F l u o r u r o s v r s V o l u m e n
0 %
1 0 %
2 0 %
3 0 %
4 0 %
5 0 %
6 0 %
7 0 %
8 0 %
9 0 %
1 0 0 %
0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0V o l u m e n E q u i v a l e n t e L t s / m 2
% d
e R
emoc
ion
R e m o s i o n d e F l u o r u r o s - v o l u m e n E q u i v a l e n t e
A r e a d e l F i l t r o = 0 , 0 3 1 4 2 m2
7 4 , 9 0 %
8 6 , 6 8 %
6 8 %
7 0 %
7 2 %
7 4 %
7 6 %
7 8 %
8 0 %
8 2 %
8 4 %
8 6 %
8 8 %
% d
e R
em
oc
ion
C o n C a r g a H i d r a u l i c a S i n C a r g a H i d r a u l i c a
T i p o d e F i l t r a d o
G R A F I C A F C 2 - 7R e m o c i o n d e F l u o r u r o s E n f i l t r o C a s e r o 2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 94
9.- DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
9.1.- DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN COLUMNAS DE
FILTRACIÓN RAPIDA
Del estudio de la información suministrada en el capitulo anterior, fruto del
proceso de investigación, se puede establecer la siguiente discusión de resultados:
9.1.1.- Columna de Filtración #1 (Carbón de Hueso)
Con las columnas de filtración rápida que se han construido para este proceso
de investigación es posible trabajar con tasas desde 10 m3/m2-día hasta 350
m3/m2-día a diferentes cargas sobre el lecho filtrante, con una turbiedad
menor a las 10 UNT, para turbiedades mayores estas tasas de filtración se ven
afectadas ya que el filtro se colmata muy rápido.
Este filtro es capaz de reducir la turbiedad en un 99,5% respecto de su valor
inicial cuando esta es muy alta, pero la carrera del filtro es muy reducida, en
los ensayos practicados se pudo reducir la turbiedad de un valor de 200 UNT a
un valor menor de 1 UNT, cuando el agua es muy clara (turbiedad < 1,5 UNT)
se da un efecto inverso ya que la turbiedad se ve incrementada a un valor
promedio de 2 UNT esto debido a las algas que se desarrollaron en el fondo
del filtro y en el estrato de grava poe estar expuesta al sol.
Con respecto a las perdidas de carga registradas en el filtro se observa que a
10 m3/m2-día la pérdida máxima registrada fue de 3,6 cm, es decir 6,21
cm/m, la perdida de carga mínima registrada fue de 1,5 cm ( 2,58 cm/m), al
aumentar la tasa de filtración de 10 a 20 m3/m2-día se ve un incremento del
300 % en el valor de la perdida de carga, observándose un crecimiento de la
misma en un periodo de ocho (8) horas de funcionamiento.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 95
En el proceso de retrolavado fue necesario una tasa de 36 m3/m2-día (0,24
m/min.) para lograr una expansión del 15%, a pesar del calculo
granulométrico para lograr que esta fuese uniforme, esto no fue posible ya que
se produjo un chorro entre los estratos que produjo ruptura del medio y la
mezcla del mismo con la arena perdiéndose capacidad de intercambio, razón
por la que las pruebas siguientes no reportaron el mismo resultado de la
primera serie de ocho horas de operación, debido a esto se tuvo que
reacomodar el lecho filtrante colocando un dispositivo que permitiera sacar el
carbón de hueso en el momento de retrolavar el filtro para evitar la perdida del
medio.
En cuanto a la remoción de fluoruros se obtuvo un valor promedio de 49,81%
respecto de la concentración inicial con 3,00 cm de capa de medio de
intercambio a una tasa de 10,67 m3/m2-día, al aumentar la capa a 10,00 cm
se observo una remoción de 62,10 %, respecto a la concentración en el
afluente, a la misma tasa de filtración. Se observo también que la capacidad de
remoción declinaba en un periodo menor a las 8 horas de carrera del filtro, a
las 4 horas dicha capacidad había bajado en un 60 %.
De observaciones realizadas en el modelo experimental #2 se cambio el
proceso de filtración eliminando la carga hidráulica sobre el medio de
intercambio, se pudo apreciar una mejoría en la remoción de fluoruros al dejar
percolar el agua sobre el medio de intercambio, aumentando de un valor
promedio del 55,96% a un valor de 75,27%25 en las primeras horas de
percolación y permaneciendo constante después en 80%, se observo también
una mayor constancia de la tasa de remoción ya que por un periodo de tres
días esta permaneció en un valor promedio de 80,26%.
25 Todas las remociones están referenciadas al valor de la concentración en la entrada del filtro, %remoción = 100 * (concentración inicial – concentración Final)/concentración inicial
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 96
En el proceso de remoción de fluoruros filtrando en carbón de hueso se
observo un incremento apreciable del color en el agua, tornándose esta en un
color amarillo intenso, situación que la excluye como agua apta para consumo
humano, junto con la presencia de color se observo olor y sabor, esto
posiblemente debido a la presencia de materia orgánica (tejidos y grasa) en el
momento de carbonización, el carbón de esta materia orgánica son los
posibles causantes de color ya que no se eliminaron en forma apropiada antes
de carbonizar el hueso.
Al pasar el agua por el medio filtrante se observa un incremento en la
alcalinidad debida a los carbonatos relacionada con la remoción de fluoruros,
ya que al haber remoción existe un incremento de la alcalinidad por
carbonatos los que no están presentes en el agua cruda, al reducir la remoción
esta alcalinidad también desaparece, esta alcalinidad vario de un valor
promedio de 114 a un valor de 140 mg/l de CaCO3.
El pH se ve afectado también, de un valor promedio de 6,83 unidades a un
valor de 7,86 unidades, el agua se vuelve mas básica. Al hacer la
regeneración del medio filtrante con hidróxido de sodio se vio no solo un
incremento del color debido al carbón de la materia orgánica que reacciono
con el hidróxido de sodio sino también un incremento en el pH del agua en la
salida del filtro, llegando a valores superiores a 8,50 unidades, teniéndose que
descartar la primera hora de filtración a una tasa muy alta para limpiar
adecuadamente el medio filtrante, normalizándose después el pH a los valores
típicos encontrados al inicio del proceso.
En el análisis bacteriológico se observo una contaminación alta de Coliformes
tanto totales como fecales a la salida del filtro, situación no presente en el
agua cruda, al investigar la causa de tal contaminación en el medio filtrante
siendo que este no estaba en contacto con aguas residuales ni ninguna
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 97
contaminación de ese tipo y que se había adquirido arena lavada, se investigo
la procedencia de la arena que se había utilizado y se comprobó que el
deposito de materiales donde esta fue comprada la adquiere en las orillas del
rió Villalobos que conduce las aguas residuales de ciudad de Guatemala, y la
lavan con las mismas aguas del rió. Por lo que se produjo la contaminación
del agua. Otro de los factores que afectaron la presencia de Coliformes fue la
presencia de algas en el fondo del filtro, por lo que se cubrió con plástico
negro para reducir el proceso de fotosíntesis, dando buenos resultados en la
reducción de algas. (ver cuadro de análisis en el anexos D)
Del análisis físico-químico en los anexos se observa que el resto de los
parámetros no sufren modificaciones apreciables si se comparan con el
análisis del agua cruda.
9.1.2.- Columna de Filtración #2 (Arena Pómez)
El propósito de usar Arena pómez en este estudio se debió a una referencia
que se hace a estas como posibles medios de intercambio iónico en una de las
bibliografías consultadas.26
En la revisión del análisis Carga -Tasa de filtración se ve que es posible
trabajar con tasas desde 10 m3/m2-día hasta 300 m3/m2-día a diferentes cargas
sobre el lecho filtrante, con una turbiedad también menor a las 10 UNT, para
turbiedades mayores estas tasas de filtración se ven afectadas severamente ya
que el filtro se colmata muy rápido y la carrera de filtración se reduce a menos
de 6 horas.
Este filtro es capaz de reducir la turbiedad en un 99,5% cuando esta es muy
alta, pero la carrera del filtro es muy reducida, en los ensayos practicados se
26 Ortiz Castillo, Edgar Roberto, Fluorosis dental en los Amates, Izaba, Facultad de Odontología, USAC
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 98
pudo reducir la turbiedad de un valor de 200 UNT a un valor menor de 1
UNT, cuando el agua es muy clara (turbiedad < 1,5 UNT) se da un efecto
inverso ya que la turbiedad se ve incrementada a un valor promedio de 2 UNT
esto debido a las algas que se desarrollaron en el fondo del filtro y en el
estrato de grava.
Foto 9.1 Comparación agua filtrada y agua Entrante al filtro 2
Con respecto a las perdidas de carga registradas en el filtro se observa que a
10 m3/m2-día la perdida máxima registrada fue de 3,2 cm, es decir 4,92
cm/m, la perdida de carga mínima registrada fue de 1,5 cm ( 2,58 cm/m), al
aumentar la tasa de filtración de 10 a 20 m3/m2-día se ve un incremento del
200 % en el valor de la perdida de carga, observándose un crecimiento no
muy significativo de la misma en un periodo de ocho (6) horas de
funcionamiento, durante ese tiempo la perdida de carga permaneció casi
constante.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 99
En el proceso de retrolavado fue necesario una tasa de 36 m3/m2-día (0,24
m/min.) para lograr una expansión del 18%, a pesar del calculo
granulométrico para lograr que esta expansión fuese uniforme, esto no fue
posible ya que se produjo un chorro entre los estratos que produjo ruptura del
medio y la mezcla del mismo con la arena perdiéndose un 70 % del medio y
reduciéndose la capacidad de intercambio, razón por la que las pruebas
siguientes no reportaron el mismo resultado de la primera serie de ocho horas
de operación, debido a esto se tuvo que reacomodar el lecho filtrante.
En cuanto a la remoción de fluoruros se obtuvo un valor promedio de
59,32%27 con 10,00 cm de capa de medio de intercambio a una tasa de 10,67
m3/m2-día durante las primeras cuatro (4) horas de filtración, al hacer el
retrolavado el promedio de remoción de las primeras cuatro horas después de
este proceso fue de 43,32%, al aumentar la capa a 20,00 cm se observo una
remoción de 37,23 % a la misma tasa de filtración, esta baja remoción se
debió a que durante el proceso de retrolavado se perdió parte del medio de
intercambio y se produjo una ruptura de los estratos. Se observo también que
la capacidad de remoción declinaba en un periodo menor a las 4 horas de
carrera del filtro, a las 4 horas dicha capacidad había bajado en un 70 %, esta
baja remoción también se debió al tamaño del grano usado en la segunda capa
que se coloco, este lecho estaba constituido por partículas mas gruesas a
diferencia del primero que contenía partículas entre los tamices #12 y #50 este
estaba formado por partículas del tamiz ¼ al ·12 de donde se puede observar
que entre mas pequeño es el grano de las partículas del medio de intercambio
mayor será la capacidad de intercambio.
De observaciones realizadas en el modelo experimental #2 se cambio el
proceso de filtración eliminando la carga hidráulica sobre el medio de
27 Todos los porcentajes de remoción están referenciados a la concentración en la entrada al filtro.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 100
intercambio, se pudo apreciar una mejoría en la carrera remoción de fluoruros
al dejar percolar el agua sobre el medio de intercambio, aumentando de un
tiempo promedio de 4 horas a mas de tres días con la misma tasa de remoción,
a pesar de que dicha tasa era baja ( 26%) la permanencia de la misma por mas
tiempo abre la oportunidad para experimentar con granos mas finos
percolando el agua y observando su comportamiento. Se observo tamb ién que
al bajar súbitamente el contenido de fluoruros en el agua entrando al filtro se
producía una liberación de los fluoruros retenidos en el medio de intercambio
al agua, aumentando la concentración de fluoruros en el efluente con respecto
a la entrante.
En el proceso de remoción de fluoruros filtrando en Arena Pómez se observo
una mejor calidad de agua que en los otros dos filtros, solamente que su
remoción era mucho menor, el incremento del color en el agua es leve
manteniéndose por debajo del valor limite establecido por la norma. Al pasar
el agua por el medio filtrante se observa un incremento en la alcalinidad
debida a los carbonatos relacionada con la remoción de fluoruros, ya que al
haber remoción existe un incremento de la alcalinidad por carbonatos los que
no están presentes en el agua cruda, al reducir la remoción esta alcalinidad
también desaparece, al igual que en los otros filtros esta alcalinidad vario de
un valor promedio de 124 a un valor de 146 mg/l de CaCO3
El pH se ve afectado también, de un valor promedio de 6,83 unidades a un
valor de 7,86 unidades, el agua se vuelve mas básica. Al hacer la regeneración
del medio filtrante con hidróxido de sodio se vio un incremento en el pH del
agua en la salida del filtro, llegando a valores superiores a 8,50 unidades
(10,56 unidades como valor máximo), teniéndose que descartar la primera
hora de filtración a una tasa muy alta para limpiar adecuadamente el medio
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 101
filtrante, normalizándose después el pH a los valores típicos encontrados al
inicio del proceso de filtración.
En el análisis bacteriológico se observo una contaminación alta de Coliformes
tanto totales como fecales a la salida del filtro, situación no presente en el
agua cruda, al igual que en los otros filtros se investigo la causa de tal
contaminación en el medio filtrante siendo que este no estaba en contacto con
aguas residuales ni ninguna contaminación de ese tipo y que se había
adquirido arena lavada como lecho de soporte, se investigo la procedencia de
la arena que se había utilizado y se comprobó que el deposito de materiales
donde esta fue comprada la adquiere en las orillas del rió Villalobos que
conduce las aguas residuales de ciudad de Guatemala, y la lavan con las
mismas aguas del rió. Por lo que se produjo la contaminación del agua. Otro
de los factores que afectaron la presencia de Coliformes fue la presencia de
algas en el fondo del filtro, por lo que se cubrió con plástico negro para
reducir el proceso de fotosíntesis, lo que dio buenos resultados en la reducción
de algas. (ve r cuadro de análisis en los anexos)
Del análisis físico-químico en los anexos se observa que el resto de los
parámetros no sufren modificaciones apreciables si se comparan con el
análisis del agua cruda.
9.1.2.- Columna de Filtración #3 (Hueso Desgrasado Molido)
En la revisión del análisis Carga -Tasa de filtración se ve que es posible
trabajar con tasas desde 10 m3/m2-día hasta 280 m3/m2-día a diferentes cargas
sobre el lecho filtrante que van desde 25 cm hasta 105 cm, con una turbiedad
también menor a las 10 UNT, para turbiedades mayores estas tasas de
filtración se ven afectadas severamente ya que el filtro se colmata muy rápido
y la carrera de filtración se reduce a menos de 5 horas.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 102
Este filtro es capaz de reducir la turbiedad en un 99,2% cuando la turbiedad es
muy alta, pero la carrera del filtro es muy reducida, en los ensayos practicados
se pudo reducir la turbiedad de un valor de 210 UNT a un valor menor de 1,50
UNT, cuando el agua es muy clara (turbiedad < 1,5 UNT) se da un efecto
inverso ya que la turbiedad se ve incrementada a un valor promedio de 4 UNT
esto debido a las algas que se desarrollaron en el fondo del filtro y en el
estrato de grava que sirve como lecho de soporte.
Foto 9.2 Comparación agua filtrada y agua Entrante al filtro 3
Con respecto a las pérdidas de carga registradas en el filtro se observa que a
10 m3/m2-día la perdida máxima registrada fue de 3,1 cm, es decir 5,64
cm/m, la perdida de carga mínima registrada fue de 1,5 cm ( 2,58 cm/m), al
aumentar la tasa de filtración de 10 a 20 m3/m2-día se ve un incremento del
200 % en el valor de la perdida de carga, observándose un crecimiento no
muy significativo de la misma en un periodo de ocho (6) horas de
funcionamiento, durante ese tiempo la perdida de carga permaneció casi
constante en un valor de 2,10 cm.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 103
En el proceso de retrolavado fue necesario una tasa de 36 m3/m2-día (0,24
m/min.) para lograr una expansión del 15%, a pesar del calculo
granulométrico para lograr que esta expansión fuese uniforme, esto no fue
posible ya que se produjo un chorro entre los estratos que produjo ruptura del
medio y la mezcla del mismo con la arena perdiéndose un 50 % del medio y
reduciéndose la capacidad de intercambio, razón por la que las pruebas
siguientes no reportaron el mismo resultado de la primera serie de ocho horas
de operación, debido a esto se tuvo que reacomodar el lecho filtrante.
En cuanto a la remoción de fluoruros se obtuvo un valor promedio de 70,24%
con 5,00 cm de capa de medio de intercambio a una tasa de 10,67 m3/m2-día
durante las primeras cuatro (6) horas de filtración, a las cinco horas de filtrado
se observo una caída súbita de la tasa de remoción de un valor de 81,70% a un
valor de 46,40%, al hacer el retrolavado el promedio de remoción de las
primeras cuatro horas después de este proceso fue de 65,74%, observándose al
igual que en la primera serie de ocho horas una caída súbita de la remoción a
la quinta hora.
Al aumentar la capa a 10,00 cm se observo una remoción de 63,89 % a la
misma tasa de filtración, esta baja remoción se debió a que durante el proceso
de retrolavado se perdió parte del medio de intercambio y se produjo una
ruptura de los estratos. Se observo también que la capacidad de remoción
declinaba en un periodo menor a las 5 horas de carrera del filtro, a las 4 ho ras
dicha capacidad había bajado en un 46 %, esta baja remoción también se
debió al tamaño del grano usado en la segunda capa que se coloco, este lecho
estaba constituido por partículas mucho mas gruesas a diferencia del primero
que contenía partículas entre los tamices #12 y #50 este estaba formado por
partículas del tamiz ¼ al #12 de donde se puede observar que entre mas
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 104
pequeño es el grano de las partículas del medio mayor será la capacidad de
intercambio iónico.
De observaciones realizadas en el modelo experimental #2 se cambio el
proceso de filtración eliminando la carga hidráulica sobre el medio de
intercambio, se pudo apreciar una mejoría en la carrera remoción de fluoruros
al dejar percolar el agua sobre el medio de intercambio, aumentando de un
tiempo promedio de 4 horas a mas de tres días con la misma tasa de remoción,
dicha mejoría también se vio reflejada en la capacidad de remoción ya que
esta se mantuvo por mas tiempo en un valor promedio de 62,36%, sin
necesidad de regenerar el medio en un periodo superior a tres días, es posible
que en las condiciones anteriores de filtración el medio no se ionizara sino que
hubiese una transferencia de iones entre la capa de agua sobre el medio
filtrante y la capa de agua que ya había atravesado el medio de intercambio
dando valores altos de concentración de fluoruros, bajo la segunda modalidad,
es decir sin carga hidráulica, no se da la oportunidad de ninguna transferencia
entre el agua entrante y el agua que ya paso del medio de intercambio, por lo
que la remoción es mas permanente.
Al igual que con el Filtro #2 se observo también que al bajar súbitamente el
contenido de fluoruros en el agua entrando al filtro se producía una liberación
de los fluoruros retenidos en el medio de intercambio al agua, aumentando la
concentración de fluoruros en el efluente con respecto a la entrante.
En el proceso de remoción de fluoruros filtrando en Hueso Desgrasado
Molido se observo un persistente incremento del color en el agua ( de 1 unid.
a 10 unid) valor que es menor al limite máximo permitido por la norma
COGUANOR 29001 y por la norma de Calidad de Agua de la Republica de
Honduras. Al pasar el agua por el medio filtrante se observa también un
incremento en la alcalinidad debida a los carbonatos relacionada con la
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 105
remoción de fluoruros, ya que al haber remoción existe un incremento de la
alcalinidad por carbonatos los que no están presentes en el agua cruda, al
reducir la remoción esta alcalinidad también desaparece, al igual que en los
otros filtros esta alcalinidad vario de un valor promedio de 122 a un valor de
160 mg/l de CaCO3.
El pH se ve afectado también, de un valor promedio de 6,83 unidades a un
valor de 8,40 unidades, el agua se vuelve mas básica esto debido a la
regeneración del medio con hidróxido de sodio. Al hacer la regeneración del
medio filtrante con hidróxido de sodio se vio un incremento en el pH del agua
en la salida del filtro, llegando a valores superiores a 8,50 unidades (9,66
unidades como valor máximo), teniéndose que descartar la primera hora de
filtración a una tasa muy alta para limpiar adecuadamente el medio filtrante,
normalizándose después el pH a los valores típicos encontrados al inicio del
proceso de filtración.
En el análisis bacteriológico se observo una contaminación alta de Coliformes
tanto totales como fecales a la salida del filtro, situación no presente en el
agua cruda, al igual que en los otros filtros se investigo la causa de tal
contaminación en el medio filtrante siendo que este no estaba en contacto con
aguas residuales ni ninguna contaminación de ese tipo y que se había
adquirido arena lavada como lecho de soporte, se investigo la procedencia de
la arena que se había utilizado y se comprobó que el deposito de materiales
donde esta fue comprada la adquiere en las orillas del rió Villalobos que
conduce las aguas residuales de ciudad de Guatemala, y la lavan con las
mismas aguas del rió. Por lo que se produjo la contaminación del agua. Otro
de los factores que afectaron la presencia de Coliformes fue la presencia de
algas en el fondo del filtro, por lo que se cubrió con plástico negro para
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 106
reducir el proceso de fotosíntesis, dando buenos resultados en la reducción de
algas. (ver cuadro de análisis en los anexos).
Una característica de este medio de intercambio es un leve olor a materia
orgánica en el agua del efluente, aunque muy leve se logra percibir. Al
mantener el filtro inactivo por periodos superiores a dos días se observo olor
desagradable en el agua como a materia orgánica en descomposición por lo
que fue necesario hacer pasar una solución de cloro (3 a 4 mg/l) para
desinfectar el lecho filtrante, lográndose reducir significativamente el olor,
siendo necesaria una pre-cloración del agua para evitar este efecto en el agua.
Del análisis físico-químico en los anexos se observa que el resto de los
parámetros no sufren modificaciones apreciables si se comparan con el
análisis del agua cruda.
9.2.- DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS EN LOS FILTROS CASEROS
(FILTRACIÓN LENTA)
En los resultados obtenidos del segundo modelo de Investigación(filtros lentos
caseros) se observa una muy importante mejoría en la tasa de remoción de fluoruros,
manteniéndose en ambos filtros en valores superiores al 80% por periodos mayores
de tiempo sin necesidad de regeneración.
Se observo un incremento en el color de l agua en la salida del filtro casero #2
(carbón de hueso), esto tal y como se explico en el caso de los filtros columna se debe
posiblemente a la presencia de tejidos y sangre presente en el momento de
carbonización del hueso.
Se observa también una mejor remoción cuando estos filtros se trabajan a
superficie libre, no se encontraron variaciones significativas en la mayoría de los
parámetros físico-químicos.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 107
Se observó que el agua entrante caía únicamente sobre un sector del filtro y a
pesar de ello la capacidad de remoción fue alta, lográndose un valor superior al 80%
en la mayoría de los casos con tasas de filtración de 0,50 m3/día, (únicamente agua
para el consumo).
En lo que respecta a la calidad bacteriológica del agua en la salida del filtro se
observo una alta contaminación de Coliformes fecales y totales producto de la
procedencia de la arena, por lo que fue necesario desinfectarla haciendo pasar una
solución de cloro.
Se observa que cuando el filtro # 1 con hueso molido pasa mas de 48 horas
inactivo desarrolla mayor color y olor en el agua, debido a la actividad que biológica
que sufre por el agua atrapada entre los poros del medio, por lo que debe ponerse al
sol si se dejara inactivo para que el agua se evapore y el medio se seque, es
recomendable que dos veces por semana el medio se seque completamente al sol para
mejorar la calidad en el funcionamiento del filtro.
Cuando no se distribuye adecuadamente el agua en la superficie del medio
filtrante un sector del filtro desarrolla hongos (de tipo blanquecino y Belloso) que
tienden a cubrir toda la superficie, por lo que es conveniente pre-clorar el agua para
evitar esta situación.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 108
10.- ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS DATOS
En el análisis de los datos obtenidos en las practicas de laboratorio se ha podido
establecer el siguiente cuadro estadístico de datos.
Concepto Filtro # 1Carbon de Hueso
Filtro # 2Arena Pomez
Filtro # 3Hueso Molido
Maxima tasa de Filtracion (m3/m2-día) 354,94 354 283
Minima Tasa de Filtracion (m3/m2-día) 30,23 30 27
Maxima perdida de Carga (cm) 15,6 3,2 3,1
Minima Perdida de Carga (cm) 1,5 1,5 1,1
Maxima Remoción 88% 87,26% 94,12%
Minima Remoción 1,52% 0,75% 1,72%
Remoción Promedio en un periodo de 8 horas 62,10% 43,32% 63,89%
Remoción Promedio como percolador 75,27% 26% 62,36%
Variacion del pH 10,20% 29,87% 26,87%
Variacion de Color 199 U.C. 4 U.C. 9 U.C.
Maximo pH registrado despues de Retrolavar 8,57 10,56 9,66
Tiempo maximo de Filtracion Continua registrado 23:25 Horas 23:25 Horas 23:25 Horas
Un análisis mas detallado de los resultados obtenidos ha permitido establecer
algunas correlaciones que pueden ser útiles para evaluar el comportamiento de los
filtros modelo propuestos para remoción de fluoruros, a continuación se presentan
algunas de ellas:
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 109
FILTRO # 1 GRAFICA 10-1Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
y = -0,0076x2 - 0,0276x + 0,77
R2 = 0,9449
-20%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
Horas de Operacion
% d
e R
emo
cio
n
Remocion de Fluoruros - Tiempo
Polinómica (Remosion de Fluoruros - Tiempo)
La Grafica 10-1 muestra la tendencia de variación de la remoción de fluoruros
en el tiempo en un proceso de filtración con carga de agua sobre el lecho de
intercambio, la ecuación predice la remoción de fluoruros a lo largo de la carrera de
filtración del filtro # 1 con carbón de Hueso como medio de intercambio, el modelo
matemático propuesto mediante la ecuación cuadrática indicada se ajusta en un
coeficiente de correlación de 0,9449.
FILTRO # 1 GRAFICA 10-2Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
y = -0,0174x3 + 0,2851x2 - 0,5831x + 1,468
R2 = 0,991
0
1
2
3
4
5
6
7
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
Fluoruros en SalidaPolinómica (Fluoruros en Salida)
Ret
rola
vado
con
Hid
roxi
do d
e S
odio
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 110
La Grafica 10-2 Representa la Concentración de Fluoruros en la Salida de un
Filtro Desfluorurador trabajando bajo las condiciones establecidas en el presente
estudio. La ecuación ayuda a estimar el valor de la concentración en función de las
horas de funcionamiento del filtro, la ecuación polinomica que se indica se ajusta a
los datos con un coeficiente de correlación de 0,991.
Es de hacer notar que las graficas fueron hechas para el filtro #1 trabajando con
carga de agua, para el filtro bajo condiciones de percolación no fue posible hacer
graficas similares ya que después de tres días de análisis el valor de la remoción
permaneció casi constante y el sacar una ecuación de tal situación podr ía dar lugar a
falsas interpretaciones de los valores, dando a entender un tiempo de remoción muy
largo sin necesidad de regeneración, lo que es un error considerando la ionizacion del
medio filtrante, las dos graficas anteriores se presentan únicamente como vía de
ilustración de que es posible hace un análisis estadístico correlacionando los valores,
pero será necesario realizar mayor cantidad de análisis de laboratorio de manera que
se tenga una gama amplia de datos que reduzcan las posibilidades de error y falsas
interpretaciones de los datos.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 111
11.- BREVE ANÁLISIS ECONÓMICO DE LAS OPCIONES
Concepto Cantidad Unidad Valor Unitario Precio Total
Hueso 70,6 libras 1,45 102,37Q Selección de hueso 2 dias 75,00 150,00Q Limpieza 2 dias 75,00 150,00Q Soda Caustica 4 libras 12,00 48,00Q Combustion 70,6 libras 7,00 494,20Q Trituracion 1,5 dias 75,00 112,50Q Cernido y selección 3 dias 75,00 225,00Q
Costo Total 1.282,07Q
Cantidad Necesaria para Filtro Casero = 1,9 litros Costo 90,22Q MantenimientoCada semana debe hacerse pasar 15 litros de una solucion de hidroxido de sodio 1,9 g/litroEl costo del gramo es de 3 centavos por litro, tambien debera hacerse pasar una solucion de
Costo inicial del Carbon 90,22Q Mantenimiento mensual 9,00Q ( Q 108,00 al año)Tiempo vida util 2 añosTasa de retorno 12%
El costo total por año es de 198,22Q El costo por m3 producido es de 4,55Q
No se incluye el costo del desfluorurador ya que es igual para todas las opciones
Nota : el mantenimiento mensial inclute costo de guantes de hule (un par por mes) a un costo de Q 2,00 2l par, tambien se incluye el costo del cloro y de la Soda Caustica para regenerar el Medio
de Intercambio.
La produccion posible de agua es de 120 litros por dia como filtro casero, solo para las necesidades de consumo, lo que implica un consumo de 20 litros/dia por persona en una vivienda
de 6 habitantes.
11.1.-CARBON DE HUESO
Produccion de 1 pie3 de carbon (27 litros)
Cloro a 2 mg/litro, el costo del cloro es de 2 centavos por ml (cloro comercial en tiendas de abasto "magia blanca"), 6 gotas por galon
por ser proyecto de Carácter social se asume este valor solo
para establecer comparación
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 112
Concepto Cantidad Unidad Valor Unitario Precio Total
Arena 1 pie3 12,50 12,50Q Selección de Arena 1 dias 75,00 75,00Q Limpieza 1 dias 75,00 75,00Q Soda Caustica 1 libras 12,00 12,00Q Combustion 0 libras 7,00 -Q Trituracion 3 dias 75,00 225,00Q Cernido y selección 1 dias 75,00 75,00Q
Costo Total 474,50Q
Cantidad Necesaria para Filtro Casero = 5,6 litros Costo 98,41Q MantenimientoCada semana debe hacerse pasar 15 litros de una solucion de hidroxido de sodio 1,9 g/litroEl costo del gramo es de 3 centavos por litro, tambien debera hacerse pasar una solucion de
Costo inicial de la arena 98,41Q Mantenimiento mensual 9,00Q ( Q 108,00 al año)Tiempo vida util 2 añosTasa de retorno 12%
El costo total por año es de 198,22Q El costo por m3 producido es de 3,60Q
No se incluye el costo del desfluorurador ya que es igual para todas las opciones
En este caso la remocion es menor, ya que esta por el orden del 36% de los fluoruros, lo que la hace aplicable a aguas con concentraciones menores a 1,90 mg/litro
Nota : el mantenimiento mensial inclute costo de guantes de hule (un par por mes) a un costo de Q 2,00 2l par, tambien se incluye el costo del cloro y de la Soda Caustica para regenerar el Medio
de Intercambio.
La produccion posible de agua es de 120 litros por dia como filtro casero, solo para las necesidades de consumo, lo que implica un consumo de 20 litros/dia por persona en una vivienda
de 6 habitantes.
11.2.-ARENA POMEZProduccion de 1 pie3 de Arena Pomez (27 litros)
Cloro a 2 mg/litro, el costo del cloro es de 2 centavos por ml (cloro comercial en tiendas de abasto "magia blanca"), 6 gotas por galon
por ser proyecto de Carácter social se asume este valor solo
para establecer comparación
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 113
Concepto Cantidad Unidad Valor Unitario Precio Total
Hueso 70,6 libras 1,45 102,37Q Selección de hueso 2 dias 75,00 150,00Q Limpieza 2 dias 75,00 150,00Q Soda Caustica 4 libras 12,00 48,00Q Combustion 0 libras 7,00 -Q Trituracion 5 dias 75,00 375,00Q Cernido y selección 3 dias 75,00 225,00Q
Costo Total 1.050,37Q
Cantidad Necesaria para Filtro Casero = 1,9 litros Costo 73,91Q MantenimientoCada semana debe hacerse pasar 15 litros de una solucion de hidroxido de sodio 1,9 g/litroEl costo del gramo es de 3 centavos por litro, tambien debera hacerse pasar una solucion de
Costo inicial del Hueso 73,91Q Mantenimiento mensual 9,00Q ( Q 108,00 al año)Tiempo vida util 2 añosTasa de retorno 12%
El costo total por año es de 181,91Q El costo por m3 producido es de 4,15Q
No se incluye el costo del desfluorurador ya que es igual para todas las opciones
Nota : el mantenimiento mensial inclute costo de guantes de hule (un par por mes) a un costo de Q 2,00 2l par, tambien se incluye el costo del cloro y de la Soda Caustica para regenerar el Medio
de Intercambio.
La produccion posible de agua es de 120 litros por dia como filtro casero, solo para las necesidades de consumo, lo que implica un consumo de 20 litros/dia por persona en una vivienda
de 6 habitantes.
11.3 .-HUESO DESGRASADO MOLIDOProduccion de 1 pie3 de carbon (27 litros)
Cloro a 2 mg/litro, el costo del cloro es de 2 centavos por ml (cloro comercial en tiendas de abasto "magia blanca"), 6 gotas por galon
por ser proyecto de Carácter social se asume este valor solo
para establecer comparación
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 114
12.- LIMITACIONES
En el desarrollo del proceso de investigación se tuvieron varias limitaciones
que afectaron algunos de planteamientos hechos al inicio, entre estas limitaciones
estuvieron:
1) No fue posible obtener el permiso para tomar muestras de agua en las
comunidades identificadas por el ministerio de salud como afectadas por
altas concentraciones de fluoruros, teniendo de confiar en datos de
estudios de calidad de agua previos realizados por el Programa de Salud
Bucal del Ministerio de Salud Publica y asistencia Social.
2) En vista de la negativa de parte de BANDEGUA a permitir la instalación
de los modelos experimentales en las comunidades del interior de sus
Fincas, se tuvo que realizar el ensayo en laboratorio con muestras
preparadas y condiciones controladas en laboratorio.
3) Debido a que no existe información disponible sobre el proceso de
preparación y carbonización del hueso fue necesario un proceso de prueba
y error para sacar conclusiones que sirvieran para la utilidad de este
proceso y posteriores aplicaciones de los datos obtenidos.
4) El proceso de Carbonización se realizo en la Mufla de laboratorio lo que
limito la producción de carbón de hueso.
5) El proceso de trituración del hueso desgrasado fue necesario realizarlo
manualmente, siendo un proceso lento debido a las herramientas utilizadas
para tal fin. (martillo pesado y barra de metal de 1”)
6) En vista de ser muy escasa la información disponible sobre el estudio
especial que se desarrollo, gran parte de dicho proceso utilizado es
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 115
investigación propiamente dicho, lo que requirió la aplicación del ingenio
y la interpretación casi inmediata de algunos datos obtenidos a fin de
reorientar el estudio de acuerdo a los objetivos planteados.
7) El tiempo disponible para la realización del estudio constituyo una
limitante adicional ya que impidió la experimentación con otro tipo de
medios para remoción de fluoruros que se mencionan en alguna literatura
citada en este estudio como lo es el Apatito Sintético.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 116
13.- LECCIONES APRENDIDAS Y HALLAZGOS
13.1 .- LECCIONES APRENDIDAS.
Como parte de las lecciones aprendidas durante el desarrollo del proceso de
investigación usado para este Estudio Especial se pueden mencionar las siguientes:
v La arena disponible para ser utilizada en los filtros, debido a su procedencia,
puede ser un agente contaminante en lugar de un medio de tratamiento, por lo
que es necesario, independientemente de la procedencia de la arena,
desinfectarla con una solución de cloro (3 – 4 mg/l) por un periodo de
contacto de 30 minutos.
v El proceso de remoción de fluoruros es mas efectivo con los filtros trabajando
como percoladores que como filtros convencionales, el agua debe distribuirse
uniformemente sobre la superficie del filtro a tasas bajas de filtración (0,5 a 20
m3/m2-día), siendo posible una remoción de hasta el 85% por periodos de
cinco días consecutivos de filtración, .
v El medio mas efectivo para remoción de fluoruros fue el carbón de hueso,
lográndose un porcentaje de remoción del 85%, en segundo lugar el hueso
desgrasado molido con un porcentaje cercano al 80% y por ultimo la arena
pómez con aproximadamente el 20% pero pudiendo mejorar en función del
espesor de la capa y del tamaño del grano utilizado.
v Por su baja remoción la arena puede ser usada como capa de soporte, con un
coeficiente de uniformidad de 1,5 a 3, y un tamaño efectivo de 0,25 mm, lo
que vendría a refinar la calidad del agua saliente de los filtros, en vista que en
los depósitos que distribuyen materiales de construcción, donde es posible
conseguir arena pómez, estos la venden mezclada debe hacerse una selección
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 117
por flotación y de ser posible triturar las partículas grandes para obtener un
medio homogéneo en cuanto al tipo de material.
v El carbón de hueso imprime color en el agua saliente del filtro esto debido,
como se explico anteriormente, a la presencia de carbón de materia orgánica
(sangre y grasa) por lo que es necesario limpiar el hueso con hidróxido de
sodio (sosa cáustica a 455 g/5litros) previo a carbonizar el hueso.
13.2.- HALLAZGOS
En la literatura consultada que sirvió de base para la realización de este Estudio
de Investigación no se encuentran disponibles parámetros de diseño que puedan ser
usados en la selección de alternativas para el diseño de procesos de desfluoruración
del agua, por lo que como parte de los hallazgos de este estudio se presentan los
siguientes parámetros que son el cumplimiento de uno de los objetivos trazados al
inicio del proceso de investigación.
ParametroMedio de Intercambio Hueso Desgrasado
Capa soporte Arena pomezRemocion Promedio 75%Capa de Medio de Intercambio > 30 cmCapa Soporte > 40 cmTasa de Filtracion < 5 m3/m2-diaConcentacion maxima de fluoruros en afluente 4 mg/lConcentracion esperada en el efluente < 1 mg/lCarerra de filtracion 5 diasTurbiedad en el afluente < 10 UNTCoeficiente de Uniformidad del Medio < 3Tamaño efectivo 0,25 mm
Tomando en cuenta este parámetros se puede proponer el siguiente proponer el
siguiente modelo de un desfluorurador:
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 118
Cisterna Sanitaria, debe aplicarse cloracion a 1,00 mg/l para evitar degradacion de la
calidad del agua
Drenaje
Rebalse
Tapa Sanitaria
Sello Sanitario
1,20 m
2,00 m
Capacidad de la Cisterna 4,80 m 3
Bomba ManualPuede sustituirse por salida
de tuberia en la parte inferior de la cisterna si el deposito
se coloca en alto 0,50 m
0,20 m
0,70 m
Medio de Intercambio (hueso molido o carbon de hueso)Arena Pomez como capa
de Soporte y Refinamiento
Grava o bien piedra pomez ( tamaño 1/2 pulg. o menor)
Cono de Hierro Galvanizado Perforado para una distrubucion uniforme sobre toda el area del f i l tro, o bien puede sustituirse por una red de tuberia perforada
Ingreso de Agua Cruda a una tasa de 5 m3/m2-dia
debe procurarse una distribucion uniforme sobre el lecho del fi ltro
(Q = 2,2 l /min)
C.U. = 1,50, D10 = 0,30
C.U. < 3 D10 = 0,25
0,80 x 0,80 m
Para la regeneracion del medio filtrante dede desviarse el flujo de agua al drenaje, y dejarse pasar 2 m3 de agua (tasa alta para reducie el pH del efluente)Vá lvu la Válvula
Modelo Propuesto para un desfluorurador comunitario en zona rural
Aplicable a una poblacion de 30 viviendas (solo para Consumo Humano)
0,30 m
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 119
14.- CONCLUSIONES
Al revisar el proceso de investigación que se ha seguido, los resultados
obtenidos de las practica de laboratorio y los gráficos producto de la información de
los modelos de estudio se pueden establecer las siguientes conclusiones:
1. La remoción de fluoruros en agua para consumo humano es posible aplicando
diferentes medios filtrantes como lo son la arena pómez, el carbón de hueso y
el hueso desgrasado molido, lo que verifica la hipótesis planteada al inicio del
estudio de investigación, esta reducción de fluoruros en agua para consumo es
mas efectiva cuando se trabajan a tasas de filtración bajas (entre 0,5 y 20
m3/m2-día) permitiendo un mayor tiempo de contacto.
2. Los filtros lentos caseros fueron mas eficientes para remoción de fluoruros,
obteniéndose remociones que varían de un 20% a un 93% respecto de la
concentración inicial. De los tres medios de filtración estudiados el mas
eficiente en remoción fue el carbón de hueso, lográndose remociones
superiores al 50% cuando se hace trabajar con carga hidráulica sobre el lecho
de intercambio y superiores al 80% cuando se trabaja sin carga Hidráulica..
3. La remoción de fluoruros en agua para consumo contribuye al mejoramiento
de la salud publica, se logro identificar con ayuda del ministerio de salud
publica y asistencia social comunidades en la Republica de Guatemala que
son afectadas por la presencia de fluoruros en concentraciones elevadas
(superiores a 6,00 mg/l)
4. Las columnas de filtración dan mejores resultados cuando se trabajan con
precolación directa sobre el medio de intercambio y se elimina la carga
hidráulica sobre el medio, las capas usadas para cada medio que aseguran una
mejor remoción son superiores a los 30 cm con coeficientes de uniformidad
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 120
entre 1,5 y 3,0, los tamaños efectivos que mejor resultado dan son los
cercanos a 0,25 mm, 0,40 mm como máximo.
5. La calidad del agua en el efluente del filtro de Arena Pómez es de mejor
calidad que el de los otros dos filtros en lo que respecta a los otros parámetros
físico-químicos (carbón de hueso y hueso desgrasado), pero su porcentaje de
remoción de fluoruros es menor manteniéndose en un valor entre el 20% y el
55 % respecto de la concentración entrante.
6. En función de los costos el carbón de hueso es mas costoso en su producción,
teniendo un valor de producción de Q 1,282,07 el pie3 , el menos costoso es la
arena pómez con un costo de Q 474,50 el pie3, ocupando un lugar intermedio
el hueso desgrasado molido con un costo de Q 1,050.37 el pie 3. el valor del
metro cubico filtrado (sin incluir acarreo y estructuras solo el valor del medio
de intercambio) es inferior a los Q 5,00.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 121
15.- RECOMENDACIONES
Al revisar el proceso de investigación que se ha seguido, los resultados
obtenidos de las practica de laboratorio, los gráficos producto de la información de
los modelos de estudio y las conclusiones planteadas en el capitulo anterior se pueden
establecer las siguientes recomendaciones:
15.1.- RESPECTO DEL PROCESO DE PREPARACIÓN DE LOS MEDIOS
FILTRANTES
15.1.1.- En la preparación del carbón de hueso debe eliminarse toda la
materia orgánica presente (tejidos y grasas) con una solución de
hidróxido de sodio ( 450 gramos en 5 litros de agua a 60 ºC), esto
con el propósito de reducir la aparición de color en el efluente, el
proceso de carbonizado debe hacerse a una temperatura mayor de
400ºC por un periodo de tres horas.
15.1.2.- La aplicación de medios filtrantes para reducción de fluoruros en
agua para consumo humano tiene algunos inconvenientes si no se ha
preparado adecuadamente el medio de intercambio (carbón de
hueso) que deben tenerse en cuenta al momento de plantear un
sistema desfluorurador de agua, entre estos inconvenientes esta la
aparición de color, olor y sabor por lo que debe tenerse sumo
cuidado al momento de preparar el carbón.
15.1.3.- Debe conocerse la procedencia de la are na que se usa como lecho de
soporte y en todo caso deberá desinfectarse haciendo pasar una
solución de cloro a 3-4 mg/litro con un tiempo de contacto de 30
minutos como minimo, a fin de evitar que el medio sirva como foco
de contaminación en lugar de reduc irla.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 122
15.1.4 Las partículas del medio de intercambio deben estar comprendidas
en los valores que establecen los parámetros encontrados en este
estudio a fin de asegurar una remoción satisfactoria.
15.2.- RESPECTO DE LA OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LOS FILTROS
15.2.1 Cuando el filtro deje de operar por un periodo mayor de dos días
deberá desinfectarse previo a ponerlo en funcionamiento
nuevamente.
15.2.2 Siendo este modelo de carácter experimental deberá dársele
seguimiento debiendo llevar registro de las concentraciones de
fluoruros a la entrada como a la salida del mismo, verificando y/o
comprobando las conclusiones que arrojo este estudio.
15.2.3 Por su baja remoción la arena pómez se puede usar como lecho de
soporte o como filtro secundario lo que vendría a refinar la calidad
del agua que sale de los filtros.
15.2.4 En vista que la calidad de agua al hacerla pasar por carbón de hueso
se vio afectada en su color, pero se observo una remoción mucho
mayor que con los otros dos medios de intercambio utilizados deberá
profundizarse en la investigación del mismo para establecer las
condiciones optimas en que este puede ser utilizado..
15.2.5 En caso de Implementar un desfluorurador en zona Rural tal y como
el planteado y en vista que los resultados de este estudio han sido
obtenidos bajo condiciones controladas, previo a suministrar agua a
las personas deberá ser sometido a un proceso de evaluación a fin de
comprobar la valides de las conclusiones una vez aplicadas en
campo.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 123
15.2.6 Debe tenerse sumo cuidado en la limpieza del filtro una vez
regenerado, permitiendo el paso de agua al desagüe por un periodo
de dos horas previo al suministro comunitario a una tasa de 10 litros
/minuto distribuido uniformemente sobre la superficie a fin de
reducir el valor del pH, después de este proceso se puede comenzar a
almacenar agua para suministro.
15.2.7 Considerando el impacto a la salud que constituye la fluorosis y los
potenciales beneficios de este tipo de sistemas en beneficio de la
calidad del agua, es necesario establecer relaciones con las
instituciones involucradas con la salud publica, tal como es el caso
del MSPAS y su Programa de Salud Bucal a fin de instalar sistemas
pilotos que permitan profundizar esta investigación y su
aplicabilidad en campo.
15.3 .- RESPECTO DE LOS MODELOS EXPERIMENTALES.
15.3.1 Los modelos experimentales que han sido construidos para esta
investigación permiten ser utilizados para otro tipo de
investigaciones similares o bien para dar seguimiento a este estudio
de reducción de fluoruros modificando las condiciones de trabajo de
los medios de intercambio.
15.3.2 Es necesario pintar las estructuras con Antioxidante a fin de
preservar su vida útil y evitar el deterioro prematuro del modelo
experimental.
15.3.3 El modelo Experimental Nº 1 (columnas de filtración Rápida) es
aplicable al estudio de plantas piloto de filtración, siendo necesaria
únicamente la sustitución de los medios filtrantes.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo” 124
BIBLIOGRAFÍA
1 Arboleda Valencia, Jorge. Teoría y Practica de la purificación del