The Need for Household Water Treatment

Tratamiento de agua a nivel domiciliario y su
almacenamiento seguro
Hoja informativa: Filtro de bioarena
El proceso del tratamiento
Tratamiento de agua a nivel domiciliario
Protección de la
fuente
Sedimentación
FILTRACIÓN
Desinfección
Almacenamiento
Seguro
Capacidad de tratamiento potencial
Muy efectivo para:
Algo efectivo para:
No efectivo para:





 Virus
 Hierro
 Químicos disueltos
Bacteria
Protozoos
Helmintos
Turbidez
Sabor, olor, color
¿Qué es un filtro de bioarena?
El filtro de bioarena (FBA) es una
adaptación del filtro lento de arena que ha
sido utilizado para el tratamiento de agua
comunitario durante cientos de años. El
FBA es más pequeño y está adaptado para
uso intermitente haciéndolo adecuado para
hogares.
El tratamiento de agua se lleva a cabo
mediante la arena que está dentro del filtro.
El recipiente del filtro puede construirse de
concreto, plástico o cualquier otro material a
prueba de agua, a prueba de oxidación y no
tóxico. La caja del filtro de concreto se
funde de un molde de acero o se hace de
un ducto de concreto pre fabricado.
El recipiente se llena con capas de arena
cernida y lavada y con grava (también
llamado como medio filtrante) Existe una
altura de agua estancada de 5 cm encima
de la capa de arena.
Como en los filtros lentos de arena se
desarrolla en la superficie de la arena una
capa
biológica
de
microorganismos
(también conocido como la biocapa o
schmutzdecke),
que
contribuye
al
tratamiento del agua.
Se usa una placa o caja difusora perforada
para proteger la biocapa de trastornos
cuando se vierte agua en el filtro.
¿Cómo elimina la contaminación?
Los patógenos y el material en suspensión
se eliminan mediante una combinación de
procesos biológicos y físicos que se realizan
en la biocapa y dentro del lecho de arena.
Estos procesos incluyen: trampa mecánica,
adsorción, depredación y muerte natural.
Tapa
Difusor
Tubo de salida
Agua estancada
Arena de filtración
Grava de separación
Grava de drenaje
Sección transversal del filtro de bioarena de
concreto
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Hoja informativa: Filtro de bioarena
durante el período de pausa.
Una
profundidad de agua de más de 5 cm
resulta en una menor difusión de oxígeno a
la biocapa. Una profundidad de agua de
menos de 5 cm puede evaporarse
rápidamente en climas calientes y hacer que
la biocapa se seque.
Se necesita un periodo de pausa entre los
usos
para
darles
tiempo
a
los
microorganismos en la biocapa que
consuman los patógenos en el agua. Los
usuarios deben esperar por lo menos una
hora después que toda el agua ha sido
filtrada antes de llenar nuevamente el filtro.
Es recomendable utilizar el filtro todos los
días; sin embargo, los usuarios pueden
esperar hasta un máximo de 48 horas entre
lotes.
Sección transversal de filtro de bioarena de
plástico
(Crédito: TripleQuest)
Operación
El agua contaminada se vierte en la parte
superior del filtro intermitentemente.
El
agua pasa lentamente a través del difusor y
se filtra a través de la biocapa, arena y
grava. El agua tratada fluye naturalmente
por el tubo de salida.
La biocapa es el principal componente que
elimina los patógenos. Sin ésta el filtro es
significativamente menos efectivo. Puede
tomar hasta 30 días para establecer la
biocapa, dependiendo de la calidad del
agua entrante y la frecuencia del uso.
El agua del filtro puede usarse durante las
primeras semanas mientras se establece la
biocapa, pero se recomienda desinfectarla
durante este período, así como durante el
uso continuo.
La biocapa requiere de oxígeno para
sobrevivir. Cuando el agua fluye a través
del filtro se suministra oxígeno disuelto en el
agua a la biocapa. Durante los tiempos de
descanso, cuando el agua no fluye, el
oxígeno se obtiene por difusión del aire.
La instalación y operación correcta del filtro
de bioarena tiene un nivel de agua de
aproximadamente 5 cm sobre la arena
El filtro de bioarena ha sido diseñado para
permitir una tasa de carga de filtro (tasa de
flujo por metro cuadrado del área de filtro)
que ha probado ser efectivo en las pruebas
de laboratorio y de campo. La tasa de
carga del filtro ha sido determinada para
que sea no mayor de 600 litros / hora /
metro cuadrado.
El flujo recomendado para la Versión 10 del
filtro de bioarena de concreto de CAWST es
de 0,4 litros por minuto medido cuando el
reservorio de entrada está lleno de agua. Si
el flujo es mucho más rápido, el filtro puede
ser menos eficiente en la remoción de
patógenos. Si el flujo es mucho más lento,
el usuario puede ponerse impaciente y no
utilizar el filtro aunque funcione bien en la
remoción de patógenos. Dado que el flujo
está controlado por el tamaño de los granos
de arena es muy importante seleccionar,
cernir y lavar la arena adecuadamente.
El flujo a través del filtro será más lento con
el tiempo cuando se forme la biocapa y el
sedimento se vea atrapado en la capa
superior de la arena. Para niveles de
turbidez mayores de 50 NTU, el agua debe
primero ser colada a través de un lienzo o
sedimentada antes de usar el FBA.
El filtro de bioarena requiere mantenimiento
cuando el flujo baja a un nivel que es
inadecuado para el uso doméstico. Esto se
hace mediante un sencillo procedimiento de
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‘revolver y botar’ que se realiza en la parte
superior de la arena y que toma solo unos
minutos.
También, el tubo de salida debe limpiarse
de forma regular utilizando agua y jabón o
una solución de cloro.
El agua tratada debe ser recolectada por el
usuario en un recipiente de almacenamiento
seguro colocado sobre un bloque o base de
tal manera que la abertura del recipiente
esté justo debajo de la salida del filtro para
minimizar el riesgo de la recontaminación.
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Datos claves
Criterios para el agua entrante

Turbidez < 50 NTU (Unidades de Turbidez nefelométricas)
Eficiencia del tratamiento
Bacteria
Laboratorio
Campo
Hasta
1,2
96,5%
87,9 a
6,7
98,5%
Virus
70 a >99%
Protozoos
3
No
disponible
>99,9%
4
No
disponible
Helmintos
Turbidez
Hierro
Hasta
5
100%
Hasta
5
100%
95% a
1
<1 NTU
No
disponible
85%
7
8
90-95%
1 Buzunis (1995)
2 Baumgartner (2006)
3 Elliott et al. (2008)
4 Palmateer et al. (1997)
5 No investigado. Sin embargo, los helmintos son demasiado grandes para pasar entre los granos de arena y se asume
una eficiencia de remoción del 100%
6 Earwaker (2006)
7 Duke & Baker (2005)
8 Ngai et al. (2004) [Nota: Estas pruebas se realizaron en una versión plástica de un filtro de bioarena]







La selección y preparación de la arena de filtrado es crítica para asegurar la tasa de flujo y el
tratamiento efectivo. Refiérase al Manual de Filtro de Bioarena de CAWST para obtener
instrucciones detalladas respecto a cómo seleccionar y preparar la arena de filtración.
La eficiencia de tratamiento que se da en la tabla anterior requiere una biocapa establecida;
toma hasta 30 días establecer la biocapa dependiendo de la calidad y uso del agua de
entrada
El filtro debe utilizarse todos los días para mantener la capa biológica
El mejor funcionamiento requiere una fuente de agua consistente; el cambiar las fuentes
puede disminuir la eficiencia del tratamiento
El método de mantenimiento de “revolver y botar” reducirá la eficiencia del tratamiento hasta
que se re-establezca la biocapa
Por lo general mejora el sabor, olor y color del agua filtrada
La temperatura del agua tratada en filtros de concreto por lo general es más fría.
Criterios operativos
Flujo
Volumen de lote
Suministro diario de
agua
< 0,4 litros/minuto*
12-18 litros
24-72 litros**
Nota: Los criterios operativos son para los filtros de bioarena de concreto; los filtros de bioarena de plástico pueden tener
parámetros diferentes.
* 0,4 litros/minuto es la tasa de flujo máximo recomendada para el filtro de bioarena de concreto versión 10 de CAWST.
La tasa de flujo real fluctuará durante el ciclo de limpieza del filtro y entre filtros.
** Basado en 4 lotes por día (i.e. mañana, mediodía, cena, antes de ir a dormir).


Se necesitan períodos de descanso entre usos para permitir que los microorganismos en la
biocapa consuman los patógenos del agua
Los períodos de descanso que se recomiendan son de 6 o 12 horas con un mínimo de 1
hora y un máximo de 48 horas
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Datos claves
Robustez







No tiene partes mecánicas o que se muevan que se puedan romper
Los filtros de concreto tienen la tubería de salida empotrada en el concreto, lo que la protege
contra roturas y goteras
Los filtros de plástico tienen una tubería de salida externa que puede estar expuesta a daños
y goteras; una vez rotas la reparación es difícil o imposible
Los filtros de plástico son más ligeros (3,5 kg) que los filtros de concreto (70-75 kg para la
versión de paredes delgadas y de 135 kg para la versión de paredes pesadas)
La mala transportación de los filtros de concreto les puede causar rajaduras y/o roturas; en
ocasiones las rajaduras pueden ser reparadas
Los filtros de plástico se hacen de plástico de grado médico que es resistente a la
degradación ultravioleta (UV) y rotura
Es preferible que los filtros no se muevan después de su instalación
Vida útil estimada



30+ años para los filtros de concreto; los filtros de concreto aún funcionan satisfactoriamente
después de 10 años y más
10+ años para los filtros de plástico
Las tapas y los difusores pueden necesitar ser cambiados con el tiempo
Requerimientos de fabricación
Productores mundiales:
 Los diseños de filtros de bioarena de concreto está disponibles libremente desde CAWST,
Canadá.
 Los filtros de bioarena de plástico están patentados y con licencia de fabricación y ventas a
International Aid, USA
Producción local:
 Los filtros de bioarena de concreto pueden ser fabricados localmente
 Los moldes pueden ser prestados, alquilados, comprados o soldados localmente
 Los filtros pueden ser construidos en una instalación de producción centralizada o en la
comunidad
 La arena y grava de filtración pueden ser preparadas (tamizadas y lavadas) en el sitio o en
sus cercanías
Materiales para filtros de concreto:
 Molde de acero
 Arena, grava y cemento
 Arena y grava de filtración
 Tubería de salida de cobre o plástico
 Metal o plástico para el difusor
 Metal o madera para la tapa
 Agua para la mezcla de concreto y para lavar la arena y grava de filtración
 Herramientas varias (e.g. llave inglesa, pernos, tuercas)
Instalaciones para la fabricación:
 Espacio en taller para construcción del filtro
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Datos claves
Mano de obra:
 Se requiere un soldador experimentado para fabricar el molde de acero
 Cualquiera puede ser capacitado para construir e instalar el filtro
Riesgos:
 Trabajar con cemento y moldes pesados implica un riesgo potencial y se debe observar
precauciones de seguridad que sean adecuadas
 Los filtros de concreto son pesados y difíciles de mover y transportar
Mantenimiento



Se requiere cuando la tasa de flujo baja a un nivel que es insuficiente para el uso doméstico;
la frecuencia depende de la turbidez del agua de entrada
El método de mantenimiento de revolver y botar para la capa superior de arena es sencillo,
toma unos cuantos minutos y pueden hacerlo los usuarios
La salida, tapa y difusor deben limpiarse en base regular
Costo directo
Tipo de filtro
Costo de capital
Costo operativo
Costo de reemplazo
Concreto
US$12-50
US$0/año
US$0
US$0/año
US$0
Plástico
US$75
1
Nota: No se incluyen los costos del programa, transporte y educación. Estos costos varían dependiendo de la ubicación.
1
Los precios no incluyen el despacho del recipiente, los costos de despacho o los que se relacionan con liquidación de
aduana.
Referencias
Buzunis, B. (1995). Intermittently Operated Slow Sand Filtration: A New Water Treatment
Process. Department of Civil Engineering, University of Calgary, Canada.
Baumgartner, J. (2006). The Effect of User Behavior on the Performance of Two Household
Water Filtration Systems. Masters of Science thesis. Department of Population and International
Health, Harvard School of Public Health. Boston, Massachusetts, USA.
Duke, W. and D. Baker (2005). The Use and Performance of the Biosand Filter in the Artibonite
Valley of Haiti: A Field Study of 107 Households, University of Victoria, Canada.
Earwaker, P. (2006). Evaluation of Household BioSand Filters in Ethiopia. Master of Science
thesis in Water Management (Community Water Supply). Institute of Water and Environment,
Cranfield University, Silsoe, United Kingdom.
Elliott, M., Stauber, C., Koksal, F., DiGiano, F., and M. Sobsey (2008). Reductions of E. coli,
echovirus type 12 and bacteriophages in an intermittently operated 2 household-scale slow sand
filter.Water Research, Volume 42, Issues 10-11, May 2008, Pages 2662-2670.
Ngai, T., Murcott, S. and R. Shrestha (2004). Kanchan Arsenic Filter (KAF) – Research and
Implementation of an Appropriate Drinking Water Solution for Rural Nepal. [Note: These tests
were done on a plastic biosand filter]
Palmateer, G., Manz, D., Jurkovic, A., McInnis, R., Unger, S., Kwan, K. K. and B. Dudka (1997).
Toxicant and Parasite Challenge of Manz Intermittent Slow Sand Filter. Environmental
Toxicology, vol. 14, pp. 217- 225.
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Datos claves
Stauber, C., Elliot, M., Koksal, F., Ortiz, G., Liang, K., DiGiano, F., and M. Sobsey (2006).
Characterization of the Biosand Filter for Microbial Reductions Under Controlled Laboratory and
Field Use Conditions. Water Science and Technology, Vol 54 No 3 pp 1-7.
Información adicional
CAWST (Centre for Affordable Water and Sanitation Technology): www.cawst.org
Triple Quest: www.hydraid.org
CAWST (Centre for Affordable Water and Sanitation Technology)
Calgary, Alberta, Canadá
Página Web: www.cawst.org Email: [email protected]
Última actualización: Junio del 2011