Diseño de sistemas de soporte de filtros de relleno por goteo

El objetivo principal de un filtro de relleno por goteo, o biotorre, como sistema de soporte, es proporcionar el apoyo necesario a los soportes anteriores. Pero, ¿sabía que los soportes también desempeñan un papel crucial en el buen funcionamiento y rendimiento del sistema? La importancia de los sistemas de soporte, las ventajas y limitaciones de los sistemas suministrados por el fabricante y la información de diseño pertinente tienen que ser analizados con calma para poder agilizar los proyectos de filtros de relleno por goteo y a evitar dolores de cabeza durante la instalación.

Consideraciones sobre el proceso

El sistema de soporte es uno de los tres elementos principales de un sistema de drenaje inferior en los filtros de relleno por goteo. Los sistemas de drenaje inferior también sirven para promover circulación de aire a través del lecho y recoger las aguas residuales tratadas para su transporte. Al evaluar un sistema de soporte, es importante tener en cuenta la relación entre estos elementos:

Transporte: El sistema de soporte debe permitir cierto grado de ajuste para adaptarse a la pendiente del suelo necesaria para transportar el efluente en un filtro de relleno por goteo. En los filtros circulares, los canales suelen discurrir por el centro del filtro. Sin embargo, existen otros diseños.

Convección: La mayoría de los filtros de relleno por goteo se basan en el fenómeno de convección natural para suministrar el aire necesario. En este proceso, la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del filtro impulsa el aire hacia el interior del filtro. Puede utilizarse un ventilador adicional cuando la carga es elevada o cuando la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior es demasiado baja. Brentwood ha observado resultados beneficiosos tanto en el aumento de la carga orgánica como en la eficacia del tratamiento para los filtros con una mayor altura del sumidero. En el caso de los filtros de relleno por goteo que necesitan ser actualizados, el empleo de un sistema de soporte suministrado por el fabricante y el aumento de la altura del drenaje inferior pueden ayudar a cumplir límites de efluentes más restrictivos y a aumentar la capacidad de tratamiento. Tenga en cuenta que un sistema de drenaje inferior de altura inadecuada puede causar estancamiento e impedir el flujo de aire.

Los filtros de roca existentes, especialmente los que son poco profundos con poca altura de drenaje inferior, no son óptimos en términos de rendimiento de los filtros de relleno por goteo. Dado que los medios plásticos aumentan la capacidad de tratamiento de un filtro de roca existente, es muy recomendable que el diseñador considere también si el sistema de drenaje inferior permite una aireación suficiente para acomodar un aumento de la carga. Las estimaciones para la aireación suministrada así como las recomendaciones para las alturas mínimas del drenaje inferior se encuentran en el Manual de prácticas de la FEM 8, 4^th edición, Reactores aerobios de crecimiento fijo. Brentwood también puede suministrar esta información previa solicitud.

Mejora de los sistemas de apoyo existentes

En las décadas de 1980 y 1990, la mayoría de los sistemas de soporte consistían en vigas de hormigón moldeadas in situ o prefabricadas. Estas vigas suelen tener una anchura de 6" a 8" y pueden tener ranuras de drenaje de forma opcional (Aerobic, 156-157). El espaciado entre estas vigas varía, pero un espaciado de 2' en el centro es lo más habitual (Aerobic, 156-157). A principios de la década de 2000, los sistemas de soporte suministrados por el fabricante se empezaron a emplear de forma más habitual para las mejoras y las nuevas construcciones debido a su facilidad de instalación y menor coste. El mejor método de mejora depende en última instancia del tipo de filtro de relleno por goteo y de su sistema de soporte actual.

Para los filtros poco profundos con un sistema de soporte de baldosas, se recomienda sustituir el sistema de soporte por un sistema suministrado por el fabricante, debido a la escasa altura del sumidero, algo muy común en estos sistemas.

En el caso de filtros con postes y vigas de hormigón, se recomienda instalar rejillas de fibra de vidrio (FRP) encima de las vigas de hormigón para mejorar el drenaje. Las vigas de madera deben sustituirse por un sistema de soporte suministrado por el fabricante o por un sistema de soporte completamente nuevo.

El estado del hormigón existente debe analizarse cuidadosamente al inicio del proyecto. El sistema de soporte no se puede emplear sobre hormigón débil. Tenga en cuenta que el estado no puede ser evaluado por el fabricante, ni siquiera en situaciones en las que se proporcione un diseño estructural certificado por P.E.

Sistemas de apoyo suministrados por el fabricante

Aunque la disposición y las dimensiones exactas varían, todos los sistemas de soporte suministrados por el fabricante tienen un diseño similar. Estos sistemas incluyen un soporte de muelle que se fija al suelo del filtro de relleno por goteo (con o sin viga FRP). Encima del muelle, o de la viga FRP, hay una rejilla FRP. El sistema de pilares se fija al suelo del filtro de relleno por goteo mediante elementos de sujección accionados por pólvora que se clavan con una pistola de clavos. Las variaciones sobre esto son comunes. El sistema de soporte de Brentwood se muestra a la derecha, como referencia.

Normalmente, el sistema de soporte del muelle debe tener una altura de 9" a 42". El requisito de altura mínima también es importante para garantizar una aireación adecuada del filtro. Se pueden proporcionar sistemas de muelle que superen las 42" de altura, pero requieren un diseño especial.

Los sistemas de soporte deben diseñarse para soportar el peso del medio, la biomasa y el agua con el factor de seguridad adecuado. Esta carga debe incorporarse a la especificación. La carga de diseño se estima en base a los estudios proporcionados por DOW Chemical Company, donde los módulos se pesaron después del funcionamiento. La carga de diseño se basa en la altura del medio filtrante. Cuanto más alto sea el filtro, mayor será el peso que deberá soportar el sistema.

La mayoría de los fabricantes recurren a proveedores externos para ciertos componentes de sus sistemas de soporte, como las rejillas de PRFV y los elementos de fijación.

La rejilla FRP suele ser el factor que rige el diseño, ya que la mayoría de los sistemas de soporte de pilares pueden soportar cargas de diseño muy superiores a las de la rejilla. Las rejillas FRP suelen estar diseñadas para soportar una determinada carga de diseño. Estas cargas de diseño deben incorporarse a la especificación. Normalmente, se suministra una rejilla de 2" de alto por 1' o 2' de ancho en las longitudes más económicas para el corte.

Debe aplicarse un revestimiento de resina a la rejilla de FRP para que resista los ambientes corrosivos que se encuentran en los filtros de relleno por goteo. La resina para rejillas de FRP suele suministrarse en una de las dos categorías para aplicaciones de filtros de relleno por goteo:

1. Poliéster. El poliéster es ignífugo, con una resistencia moderada a la corrosión. Este tipo de resina es adecuado para la mayoría de aplicaciones municipales y aplicaciones industriales no corrosivas.
2. Ésteres vinílicos. Los ésteres vinílicos son ignífugos con una excelente resistencia a la corrosión. Son adecuados para aplicaciones industriales corrosivas.

Para un proveedor, no suele haber problemas en suministrar un diseño estructural certificado por P.E. Puede contratar un consultor externo especializado en estructuras. Los fabricantes deben estar familiarizados con el suministro de diseños certificados por P.E., ya que los consultores estructurales requerirán información del proveedor. Es posible que el proveedor también tenga que proporcionar los datos de las pruebas.

Los sistemas de soporte suministrados por Brentwood están dispuestos en cuadrícula. El espaciado de muelle a muelle suele ser de 2'x3' o 3'x3' dependiendo de la altura del filtro percolador. La rejilla FRP se fija en la parte superior del sistema de pilares. Para las cuencas con vigas de hormigón adecuadas, la rejilla FRP se fija a las vigas. Dependiendo de la carga al filtro, la rejilla se suministra con cobertura 100% o 50%. Vea a continuación algunos ejemplos:

Instalación del sistema de soporte

En primer lugar, para instalar el sistema de soporte hay que crear una cuadrícula utilizando líneas de tiza y marcando las ubicaciones de los pilares en el suelo de la cubeta. Las bases se nivelan utilizando el diseño del Brentwood que permite un fácil ajuste sobre el terreno para tener en cuenta la inclinación del suelo. En zonas no sísmicas, se emplean pasadores accionados por pólvora para anclar las bases de apoyo. Se miden y cortan las longitudes de los tubos de PVC. A continuación, se monta el resto del sistema de pilares y se fija la rejilla FRP a la parte superior.

Condiciones del emplazamiento

Es muy importante establecer las condiciones de los filtros de relleno por goteo para saber si están dentro de una zona sísmica en una fase temprana del proceso de diseño. Las zonas sísmicas requieren consideraciones especiales. Tanto la categoría de riesgo como la clase de emplazamiento deben establecerse para un diseño adecuado. Una zona sísmica requerirá un anclaje especial y afectará a los anclajes elegidos y al tiempo de instalación necesario. En algunos casos, puede ser prudente realizar un diseño con certificación P.E. antes de la licitación del proyecto para establecer firmemente los requisitos de las especificaciones.

Lista de comprobación para el análisis de filtros de relleno por goteo

Los sistemas de soporte de los filtros de relleno por goteo son importantes tanto para garantizar la integridad del filtro como para asegurar rendimiento durante el tratamiento. Cuanto antes se analice un sistema de soporte, mejores serán los resultados y más rentable la solución. Esto incluye incorporar a los fabricantes al principio del proceso de diseño compartiendo los planos del sistema de soporte, las condiciones del emplazamiento y los objetivos del proyecto. Dependiendo de la situación, un sistema de apoyo suministrado por el fabricante puede ser una buena opción, pero cualquier situación de adaptación debe abordarse caso por caso. Consulte nuestra lista de comprobación a continuación como base para analizar los sistemas de soporte y qué incluir en una especificación:

Referencias

Federación para el Medio Ambiente Acuático. (2000). Reactores aerobios de crecimiento fijo.

Creative Pultrusions, Inc (2004). Manual de diseño de pultrusión Pultex.