Filtro de arena lento

filtros lentos de arena se utilizan en la purificación del agua para tratar el agua cruda y producir un producto potable. Por lo general, tienen entre 1 y 2 m (3,3 y 6,6 pies) de profundidad, pueden tener una sección transversal rectangular o cilíndrica y se utilizan principalmente para tratar el agua superficial. La longitud y el ancho de los tanques están determinados por el caudal deseado para los filtros, que normalmente tienen una tasa de carga de 200 a 400 litros (0,20 a 0,40 m³) por metro cuadrado por hora.

Los filtros lentos de arena se diferencian de todos los demás filtros utilizados para tratar el agua potable en que funcionan mediante el uso de una biopelícula compleja que crece naturalmente en la superficie de la arena. La arena en sí no realiza ninguna función de filtración sino que simplemente actúa como sustrato, a diferencia de sus homólogos para tratamientos ultravioleta y presurizados. Aunque suelen ser la tecnología preferida en muchos países en desarrollo debido a sus bajos requisitos energéticos y su sólido rendimiento, también se utilizan para tratar agua en algunos países desarrollados, como el Reino Unido, donde se utilizan para tratar el agua suministrada a Londres. Actualmente también se están probando filtros de arena lentos para el control de patógenos en soluciones nutritivas en sistemas hidropónicos.

Historia

El primer uso documentado de filtros de arena para purificar el suministro de agua data de 1804, cuando el propietario de una blanqueada en Paisley, Escocia, John Gibb, instaló un filtro experimental creado por el ingeniero Robert Thom y vendió al público su excedente no deseado.. Este método fue perfeccionado en las dos décadas siguientes por ingenieros que trabajaban para compañías privadas de agua, y culminó con el primer suministro público de agua tratada del mundo, instalado por el ingeniero James Simpson para Chelsea Waterworks Company en Londres en 1829. Esta instalación proporcionó agua filtrada. agua para todos los residentes de la zona, y el diseño de la red fue ampliamente copiado en todo el Reino Unido en las décadas siguientes.

La práctica del tratamiento del agua pronto se generalizó y las virtudes del sistema se hicieron claramente evidentes después de las investigaciones del médico John Snow durante el brote de cólera de 1854 en Broad Street. Snow se mostró escéptico ante la entonces dominante teoría del miasma que afirmaba que las enfermedades eran causadas por "malos aires" nocivos. Aunque la teoría de los gérmenes sobre las enfermedades aún no se había desarrollado, las observaciones de Snow lo llevaron a descartar la teoría predominante. Su ensayo de 1855 Sobre el modo de comunicación del cólera demostró de manera concluyente el papel del suministro de agua en la propagación de la epidemia de cólera en el Soho, con el uso de un mapa de distribución de puntos y pruebas estadísticas para ilustrar la conexión entre la Calidad de la fuente de agua y casos de cólera. Sus datos convencieron al ayuntamiento de desactivar la bomba de agua, lo que puso fin rápidamente al brote.

La Metropolis Water Act introdujo la regulación de las empresas de suministro de agua en Londres, incluyendo por primera vez estándares mínimos de calidad del agua. La ley "establecía disposiciones para garantizar el suministro a la metrópoli de agua pura y saludable" y exigía que toda el agua fuera "eficazmente filtrada" desde el 31 de diciembre de 1855. A esto le siguió una legislación para la inspección obligatoria de la calidad del agua, incluidos análisis químicos completos, en 1858. Esta legislación sentó un precedente mundial para intervenciones estatales de salud pública similares en toda Europa. Al mismo tiempo se formó la Comisión Metropolitana de Alcantarillados, se adoptó la filtración de agua en todo el país y se establecieron nuevas tomas de agua en el Támesis sobre Teddington Lock.

El tratamiento del agua llegó a los Estados Unidos en 1872, cuando Poughkeepsie, Nueva York, abrió la primera planta de filtración lenta de arena, reduciendo drásticamente los casos de cólera y fiebre tifoidea que habían afectado gravemente a la comunidad local. Los criterios de diseño de Poughkeepsie se utilizaron en todo el país como modelo para otros municipios. La instalación de tratamiento original de Poughkeepsie funcionó continuamente durante 87 años antes de ser reemplazada en 1959.

Método de operación

Los filtros de arena lentos funcionan mediante la formación de una capa gelatinosa (o biopelícula) llamada capa hipogea o Schmutzdecke en los pocos milímetros superiores de la capa de arena fina. El Schmutzdecke se forma en los primeros 10 a 20 días de funcionamiento y está formado por bacterias, hongos, protozoos, rotíferos y una variedad de larvas de insectos acuáticos. A medida que una biopelícula epigea envejece, tienden a desarrollarse más algas y pueden estar presentes organismos acuáticos más grandes, incluidos algunos briozoos, caracoles y gusanos anélidos. La biopelícula superficial es la capa que proporciona la purificación efectiva en el tratamiento de agua potable, la arena subyacente proporciona el medio de soporte para esta capa de tratamiento biológico. A medida que el agua pasa a través de la capa hipogea, las partículas de materia extraña quedan atrapadas en la matriz mucilaginosa y se adsorbe el material orgánico soluble. Los contaminantes son metabolizados por bacterias, hongos y protozoos. El agua producida a partir de un filtro de arena lento ejemplar es de excelente calidad con una reducción del recuento de células bacterianas del 90 al 99 %.

Los filtros de arena lentos pierden lentamente su rendimiento a medida que la biopelícula se espesa y, por lo tanto, reduce la velocidad del flujo a través del filtro. Al final será necesario renovar el filtro. Normalmente se utilizan dos métodos para hacer esto. En el primero, se raspan los primeros milímetros de arena fina para exponer una nueva capa de arena limpia. Luego, el agua se decanta nuevamente al filtro y se recircula durante unas horas para permitir que se desarrolle una nueva biopelícula. Luego, el filtro se llena hasta su volumen máximo y se vuelve a poner en servicio. El segundo método, a veces llamado rastrillado húmedo, implica bajar el nivel del agua justo por encima de la capa hipogea, removiendo la arena; precipitando así los sólidos contenidos en esa capa y permitiendo que el agua restante pase a través de la arena. A continuación, la columna de filtrado se llena hasta su capacidad máxima y se vuelve a poner en servicio. La rastra húmeda puede permitir que el filtro vuelva a estar en servicio más rápidamente.

Características

Los filtros lentos de arena tienen una serie de cualidades únicas:

1. A diferencia de otros métodos de filtración, los filtros de arena lenta utilizan procesos biológicos para limpiar el agua, y son sistemas no presurizados. Los filtros de arena lenta no requieren productos químicos ni electricidad para operar.
2. La limpieza se hace tradicionalmente mediante el uso de un raspador mecánico, que generalmente se introduce en la cama de filtro una vez que se haya secado la cama. Sin embargo, algunos operadores de filtros de arena lenta utilizan un método llamado "sombrero mojado", donde la arena se raspa mientras sigue bajo el agua, y el agua utilizada para la limpieza se drena a desperdicio.
3. Para los sistemas municipales suele haber un cierto grado de redundancia, ya que es deseable que el máximo requerido mediante el suministro de agua sea alcanzable con una o más camas fuera de servicio.
4. Los filtros de arena lenta requieren niveles de turbidez relativamente bajos para operar eficientemente. En condiciones de verano con alta actividad microbiana y en condiciones en que el agua cruda es turbida, la ceguera de los filtros debido a la bioclogging ocurre más rápidamente y se recomienda el tratamiento previo.
5. A diferencia de otras tecnologías de filtración de agua que producen agua bajo demanda, los filtros de arena lenta producen agua a un ritmo de flujo lento y constante y se utilizan generalmente en combinación con un tanque de almacenamiento para el uso máximo. Esta tasa lenta es necesaria para el desarrollo saludable de los procesos biológicos en el filtro.

Si bien muchas plantas municipales de tratamiento de agua tendrán 12 o más lechos en uso al mismo tiempo, las comunidades u hogares más pequeños pueden tener solo uno o dos lechos filtrantes.

En la base de cada lecho hay una serie de desagües en forma de espiga que están cubiertos con una capa de guijarros que a su vez está cubierta con grava gruesa. Encima se colocan más capas de arena seguidas de una capa gruesa de arena fina. La profundidad total del material filtrante puede ser de más de 1 metro de profundidad, la mayoría del cual será material de arena fina. Sobre el lecho de arena se encuentra una capa sobrenadante de agua sin purificar.

Ventajas

• Dado que requieren poca o ninguna potencia mecánica, productos químicos o partes reemplazables, y requieren un mínimo entrenamiento de operadores y sólo mantenimiento periódico, a menudo son una tecnología adecuada para zonas pobres y aisladas.
• Filtros de arena lenta, debido a su diseño simple, se puede crear DIY. Las organizaciones como Tearfund en la República Democrática del Congo y otros países han utilizado filtros de arena baja para ayudar a los pobres.
• Los filtros de arena lenta son reconocidos por la Organización Mundial de la Salud, Oxfam y la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos como una tecnología superior para el tratamiento de las fuentes de agua superficial en los pequeños sistemas de agua. Según la Organización Mundial de la Salud, "Bajo circunstancias adecuadas, la filtración lenta de arena puede ser no sólo el más barato y simple, sino también el método más eficiente del tratamiento del agua".

Desventajas

• Debido a la baja tasa de filtración, los filtros de arena lenta requieren una extensa zona terrestre para un gran sistema municipal. Muchos sistemas municipales de EE.UU. utilizaron inicialmente filtros de arena lenta, pero como las ciudades han crecido, y debido a su necesidad de tratar aguas de alta resistencia, posteriormente instalaron filtros rápidos de arena, debido a la creciente demanda de agua potable.