Ing. Ricardo Rojas
Ing. Sixto Guevara

Los filtros de mesa fueron una de las tecnologías empleadas en los sistemas locales de desinfección de agua y alimentos a nivel domiciliario. Dichos sistemas de desinfección se implementaron como parte del Convenio de Cooperación Técnica entre el Ministerio de Salud del Perú y la Organización Panamericana de la Salud a través del Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente.

Los primeros filtros del Estudio estaban equipados con elementos filtrantes de cerámica, conocidos como velas filtrantes, las cuales sufrieron una rápida obturación y desgaste por los frecuentes lavados. Luego se experimentó con un prefiltro de arena seleccionada que cubría la vela filtrante, lo que aumentó sustancialmente la vida útil de estos elementos. Finalmente, se usaron filtros totalmente de arena sin elementos filtrantes de cerámica y se obtuvo una alta remoción de turbiedad y una mayor vida útil.

Esta Hoja de Divulgación Técnica, realizada con el apoyo de la Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación (COSUDE), presenta las características del filtro de mesa de arena y los resultados de los ensayos que determinaron su implantación como parte del paquete de tecnologías aplicadas en los sistemas locales de desinfección.

Generalmente, las aguas naturales contienen numerosos gérmenes, algunos de los cuales pueden ser patógenos. Estos gérmenes patógenos suelen estar en el suelo o en las aguas contaminadas con excreta humana o animal. De este modo, el agua se convierte en un vehículo de transmisión de enfermedades como el cólera, tifoidea, paratifoidea, hepatitis, disentería amebiana y viral y otras.

Actualmente, la mayor parte de las poblaciones rurales de los países en vías de desarrollo se abastece de agua no apta para el consumo. Como consecuencia de ello, los índices de enfermedades relacionadas con el agua son altos. Sin embargo, estas enfermedades pueden prevenirse por medio de la desinfección u otras técnicas que mejoran la calidad bacteriológica del agua de consumo humano, como es la filtración.

El objetivo de la filtración y específicamente de la micro-filtración mediante elementos de cerámica, es separar las partículas en suspensión y los microorganismos perjudiciales presentes en el agua destinada al consumo humano. Los filtros de arena o de velas filtrantes pueden remover las partículas de tamaño mayor y menor que el poro del

medio filtrante. Las partículas mayores son retenidas por el simple efecto físico de cernido y las pequeñas por adherencia a la superficie de las capas superficiales del elemento filtrante. Esta adherencia forma una película cuya resistencia al esfuerzo cortante del arrastre del flujo depende de la magnitud de la fuerza que la mantiene unida. Este último mecanismo disminuye la tasa de filtración y la cantidad de agua filtrada.

Por otro lado, debido a la poca carga de agua sobre el medio filtrante y la baja velocidad de filtración, el esfuerzo cortante es mínimo, lo que aunado a la baja porosidad del medio filtrante permite obtener agua con muy,baja turbiedad así como una alta eficiencia en la remoción de bacterias.

Este filtro usa arena seleccionada de 0,3 mm de tamaño efectivo y 2,0 de coeficiente de uniformidad. La tasa de filtración se controla mediante un reductor de caudal confeccionado con un microtubo de un milímetro de diámetro interior y 20 centímetros de longitud. La tasa de filtración mínima que se puede obtener con un volumen de agua de ocho litros es de 0,68 m³/(m² x día) equivalente a 1,7 litros de agua por hora o un volumen de 40 litros por día de agua filtrada. A fin de evitar el ingreso de arena al interior del microtubo que pudiera perjudicar su funcionamiento, se coloca en un extremo del microtubo una almohadilla de geotextil que actúa como drenaje.

La instalación del reductor de caudal se realiza cubriendo totalmente con arena uno de los extremos que lleva la almohadilla; mientras que, el otro extremo sale al exterior a través de un orificio hecho en el balde a la altura del nivel superior de la capa de arena. Véase la figura N° 1.

Para no perturbar la superficie de arena por el llenado de agua de la unidad de filtración, se coloca una pieza de geotextil sujetada con un anillo hecho de manguera plástica y relleno con arena para darle mayor peso y evitar que flote.

Se probaron tres modelos de filtro de mesa con agua turbia de 50 y 500 UNT y con una carga constante de agua de 31 cm correspondiente a la máxima capacidad de almacenamiento de la unidad filtrante. En la figura N° 2 se presenta la capacidad total de producción de agua filtrada hasta alcanzar la tasa mínima de filtración establecida en 0,50 m³/(m²xdía) para el filtro equipado con dos velas filtrantes y 0,35 m³/(m²xdía) para los filtros de velas filtrantes con prefiltro y el de arena. Ambas tasas de filtración establecidas equivalen a una capacidad mínima de producción de 20 litros/día.

Los resultados de la prueba demuestran que en aguas turbias, la tasa de filtración decae rápidamente de entre 6 ó 7 m³/(m²xdía) a 0,5 m³/(m²xdía) en menos de 25 horas con una turbiedad de 50 UNT, y en 15 horas con una turbiedad de 500 UNT. Una vez que se alcanza estas tasas de filtración, se deja de producir la cantidad mínima de agua (20 litros/día). La baja carrera o tiempo de filtración determina una constante limpieza de las velas filtrantes y afecta la vida útil del filtro.

En el caso del filtro de velas filtrantes con prefiltro de arena, se observa que la tasa de filtración (7 m³/(m²xdía)) decae más lentamente que en el caso del filtro de velas filtrantes solas. Esta menor declinación se traduce en una carrera de filtración mucho mayor que permite un lavado más espaciado de las velas filtrantes y de la arena propiamente dicha.

De esta manera, para aguas con una turbiedad de 50 UNT se estima que la capacidad de producción de agua filtrada desciende de 330 litros por día a 20 litros por día en 146 horas de funcionamiento continuo. Con una turbiedad de 500 UNT, la cantidad mínima de agua (20 litros/día) se alcanza después de 180 horas de operación ininterrumpida.

El filtro de arena trabaja con una velocidad o tasa de filtración menor que el filtro de velas filtrantes y el filtro de velas filtrantes con prefiltro de arena. La tasa de filtración promedio es de 1,7 m³/(m²xdía), equivalente a una máxima capacidad de producción de 97 litros de agua filtrada por día.

El filtro de mesa de arena, si bien tiene una tasa de filtración menor que los filtros equipados con velas filtrantes, tiene la ventaja que la gradiente de velocidad o tasa de filtración le permite trabajar con aguas turbias hasta de 500 UNT durante 300 horas sin afectar la capacidad mínima de producción.

6.1 Los resultados de las pruebas indican que para aguas ligeramente turbias no es conveniente el empleo de filtros con velas filtrantes, ya que demandarán una limpieza continua a fin de recuperar la capacidad de filtración. El constante lavado de las velas filtrantes disminuye la vida útil del sistema de filtración con el grave riesgo de abandono de la unidad de filtración en el corto plazo por la falta de repuestos en el mercado nacional.

6.2 El empleo de arena como prefiltro conjuntamente con velas filtrantes incrementa la capacidad de producción del agua filtrada, con mayor lapso entre lavados de las velas filtrantes. Sin embargo, el lavado de las velas filtrantes debe ir acompañado del cambio de arena o lavado de la misma. Se estima que este tipo de filtro permite el empleo de las velas filtrantes por lo menos durante tres años consecutivos sin necesidad de cambiarlas. No obstante, este procedimiento no soluciona la dependencia de los repuestos.

6.3 El filtro de arena tiene la ventaja de que todos los componentes que intervienen en su fabricación pueden ser obtenidos en el mercado local sin depender de repuestos importados. Por otra parte, desde el punto de vista de producción de agua filtrada, este filtro supera ligeramente al filtro de velas filtrantes con prefiltro de arena. Se ha encontrado que la limpieza o el cambio de arena no reviste ninguna dificultad para el usuario. Sin embargo, las partes críticas para la construcción del filtro son: la selección del material filtrante y el reductor de caudal.

6.4 Considerando que la dotación de agua a ser suministrada a través de los filtros de mesa a cada familia es de 20 litros por día y que la mínima capacidad de producción ha sido definida en 0,50 m³/(m²xdía), mediante el filtro de velas filtrantes es posible obtener entre 50 y 100 litros de agua filtrada con lo cual se puede abastecer a una familia durante tres a cinco días consecutivos antes de proceder al lavado de la unidad de filtración. En el caso del filtro de velas filtrantes con prefiltro de arena, la cantidad de agua filtrada es de 1.000 litros, lo que permite atender a una familia durante 50 días consecutivos. Finalmente, en el caso del filtro de arena, la capacidad de producción es de 2.000 litros, lo que posibilita la atención de una familia durante 100 días consecutivos sin necesidad de lavar el filtro.

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