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Filtro de arena lento

Los filtros de arena lentos se utilizan en la purificación de agua para tratar agua cruda para producir un producto potable . Por lo general, tienen entre 1 y 2 metros de profundidad, pueden tener una sección transversal rectangular o cilíndrica y se utilizan principalmente para tratar aguas superficiales. La longitud y la anchura de los tanques están determinadas por el caudal deseado por los filtros, que normalmente tienen una velocidad de carga de 200 a 400 litros por hora por metro cuadrado (o de 0,2 a 0,4 metros cúbicos por metro cuadrado por hora).

Los filtros de arena lentos se diferencian de todos los demás filtros utilizados para tratar el agua potable en que funcionan mediante el uso de una película biológica 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 contrapartes para tratamientos UV y presurizados. Aunque a menudo son la tecnología preferida en muchos países en desarrollo debido a sus bajos requisitos de energía y su sólido rendimiento, también se utilizan para tratar el agua en algunos países desarrollados, como el Reino Unido , donde se utilizan para tratar el agua suministrada a Londres . Los filtros de arena lentos ahora también se están probando para el control de patógenos de soluciones de nutrientes en sistemas hidropónicos.

Historia

Mapa original de John Snow que muestra los grupos de casos de cólera en la epidemia de Londres de 1854 .

El primer uso documentado de filtros de arena para purificar el suministro de agua data de 1804, cuando el propietario de una grada en Paisley, Escocia , John Gibb, instaló un filtro experimental, vendiendo su excedente no deseado al público. [1] [2] Este método fue perfeccionado en las siguientes dos décadas por ingenieros que trabajaban para empresas privadas de agua, y culminó en el primer suministro público de agua tratada en el mundo, instalado por el ingeniero James Simpson para Chelsea Waterworks Company en Londres en 1829. [3] [4] Esta instalación proporcionó agua filtrada para todos los residentes de la zona, y el diseño de la red se copió ampliamente 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 evidentes tras las investigaciones del médico John Snow durante el brote de cólera de 1854 en Broad Street . Snow se mostró escéptico de la teoría del miasma entonces dominante que afirmaba que las enfermedades eran causadas por "malos aires" nocivos. Aunque la teoría de los gérmenes de la enfermedad 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 , [5] con el uso de un mapa de distribución de puntos.y prueba estadística para ilustrar la conexión entre la calidad de la fuente de agua y los casos de cólera. Sus datos convencieron al consejo local de desactivar la bomba de agua, lo que rápidamente puso fin al brote.

La Ley del Agua de Metropolis introdujo por primera vez la regulación de las empresas de suministro de agua en Londres , incluidos los estándares mínimos de calidad del agua. La ley "preveía asegurar el suministro a la metrópoli de agua pura y saludable", y exigía que toda el agua se "filtrara eficazmente" a partir del 31 de diciembre de 1855. [6] Esto fue seguido por 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 . La Comisión Metropolitana de Alcantarilladosse formó al mismo tiempo, se adoptó la filtración de agua en todo el país y se establecieron nuevas tomas de agua en el Támesis sobre la esclusa de Teddington .

El tratamiento del agua llegó a los Estados Unidos en 1872 cuando Poughkeepsie, Nueva York , abrió la primera planta de filtración lenta de arena, [7] reduciendo drásticamente los casos de cólera y fiebre tifoidea que habían estado afectando seriamente 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. [8]

Método de funcionamiento

El agua cruda se deja entrar lentamente a la sala de filtración desde la tubería de la derecha. El agua pasará a través de las capas de arena hasta el fondo de esta habitación. En esta imagen se puede observar la capa de Schmutzdecke.

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 10-20 días de funcionamiento [9] y está formado por bacterias , hongos , protozoos , rotíferos y una variedad de larvas de insectos acuáticos. A medida que envejece una biopelícula epígea, tienden a desarrollarse más algas y pueden estar presentes organismos acuáticos más grandes, incluidos algunos briozoos , caracoles y anélidos.gusanos. 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 atraviesa la capa hipogea, las partículas de materia extraña quedan atrapadas en la matriz mucilaginosa y se adsorbe 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%. [10]

Los filtros de arena lentos pierden lentamente su rendimiento a medida que la biopelícula se espesa y, por lo tanto, reduce la velocidad de flujo a través del filtro. Eventualmente, es necesario renovar el filtro. Normalmente se utilizan dos métodos para hacer esto. En el primero, se raspan los primeros milímetros de arena fina para dejar al descubierto una nueva capa de arena limpia. Luego, el agua se vuelve a decantar en el filtro y se vuelve a hacer circular durante unas horas para permitir que se desarrolle una nueva biopelícula. A continuación, el filtro se llena a su máximo volumen y se vuelve a poner en servicio. [10]El segundo método, a veces llamado rastrillado húmedo, consiste en bajar el nivel del agua justo por encima de la capa hipogea, removiendo la arena; precipitando así cualquier sólido retenido en esa capa y permitiendo que el agua restante se lave a través de la arena. A continuación, la columna de filtro se llena a su máxima capacidad y se vuelve a poner en servicio. El rastrillado húmedo puede permitir que el filtro vuelva a estar en servicio más rápidamente. [9]

Funciones

Configuración típica de un sistema de filtro de arena lento alojado
La infiltración artificial funciona según los principios de los filtros de arena lentos.

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

  1. A diferencia de otros métodos de filtración, los filtros de arena lentos utilizan procesos biológicos para limpiar el agua y son sistemas no presurizados. Los filtros de arena lentos no requieren productos químicos ni electricidad para funcionar.
  2. La limpieza se realiza tradicionalmente mediante el uso de un raspador mecánico, que generalmente se introduce en el lecho del filtro una vez que el lecho se ha secado. Sin embargo, algunos operadores de filtros de arena lentos utilizan un método llamado "rastra en húmedo", en el que la arena se raspa mientras todavía está bajo el agua y el agua utilizada para la limpieza se drena y se desperdicia.
  3. Para los sistemas municipales suele haber un cierto grado de redundancia , ya que es deseable que se pueda lograr el caudal máximo de agua requerido con una o más camas fuera de servicio.
  4. Los filtros de arena lentos requieren niveles de turbidez relativamente bajos para funcionar de manera eficiente. En condiciones de verano con alta actividad microbiana y en condiciones en las que el agua cruda es turbia, el cegamiento de los filtros debido a la bioabsorción ocurre más rápidamente y se recomienda un pretratamiento.
  5. A diferencia de otras tecnologías de filtración de agua que producen agua a pedido, los filtros de arena lentos producen agua a un caudal lento y constante y, por lo general, se utilizan junto con un tanque de almacenamiento para el uso máximo. Esta velocidad lenta es necesaria para el desarrollo saludable de los procesos biológicos en el filtro. [11] : 38–41 [12]

Si bien muchas obras municipales de tratamiento de agua tendrán 12 o más camas en uso al mismo tiempo, es posible que las comunidades u hogares más pequeños solo tengan una o dos camas de filtro.

En la base de cada lecho hay una serie de desagües en espiga que se cubren con una capa de guijarros que a su vez se cubre con grava gruesa. Se colocan más capas de arena en la parte superior seguidas de una capa gruesa de arena fina. La profundidad total del material del filtro puede ser de más de 1 metro de profundidad, la mayor parte del cual será material de arena fina. Encima del lecho de arena se encuentra una capa sobrenadante de agua no purificada.

Ventajas

  • Como requieren poca o ninguna potencia mecánica, productos químicos o piezas reemplazables, y requieren una capacitación mínima del operador y solo un mantenimiento periódico, a menudo son una tecnología adecuada para áreas pobres y aisladas.
  • Los filtros de arena lentos, debido a su diseño simple, se pueden crear de forma manual . En Afganistán y otros países se han utilizado filtros de arena lentos de bricolaje para ayudar a los pobres. [13]
  • Los filtros de arena lentos son reconocidos por la Organización Mundial de la Salud , [14] Oxfam , [15] y la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos [16] como tecnología superior para el tratamiento de fuentes de agua superficial. Según la Organización Mundial de la Salud, "En circunstancias adecuadas, la filtración lenta con arena puede ser no solo el método más barato y simple, sino también el más eficiente para el tratamiento del agua".

Desventajas

  • Debido a la baja tasa de filtración, los filtros de arena lentos requieren una gran superficie de tierra para un gran sistema municipal. [11] Muchos sistemas municipales en los EE. UU. Utilizaron inicialmente filtros de arena lentos, pero a medida que las ciudades crecieron y debido a su necesidad de tratar las fuentes de agua de alta turbidez, posteriormente instalaron filtros de arena rápidos , debido a la mayor demanda de agua potable. [17]

Ver también

  • Filtración de bancos
  • Filtro de bioarena  : técnica de filtración de agua basada en filtros de arena lentos
  • Filtro percolador  - Tipo de sistema de tratamiento de aguas residuales con lecho fijo de rocas o similar

Notas

  1. ^ Filtración de suministros de agua (PDF) , Organización Mundial de la Salud
  2. ^ Buchan, James. (2003). Lleno de genio: la ilustración escocesa: el momento de la mente de Edimburgo. Nueva York: Harper Collins.
  3. ^ "BREVE HISTORIA DURANTE LA ERA DE LA NIEVE" .
  4. ^ Christman, Keith. (1998). La historia del cloro. Waterworld, 14 (8), 66–67.
  5. ^ Gunn, S. William A .; Masellis, Michele (23 de octubre de 2007). Conceptos y práctica de la Medicina Humanitaria . ISBN 9780387722641.
  6. ^ Una ley para hacer mejores provisiones con respecto al suministro de agua a la metrópoli , (15 y 16 Vict. C.84)
  7. ^ Johnson, George (marzo de 1914). "Práctica actual de filtración de agua". Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas . 1 (1): 31–80. doi : 10.1002 / j.1551-8833.1914.tb14045.x . JSTOR 41224153 . 
  8. ^ "Historia | Planta de tratamiento de agua de Poughkeepsies" . pokwater.com . Planta de tratamiento de agua de Poughkeepsies . Consultado el 18 de mayo de 2017 .
  9. ^ a b Centro de tecnología asequible de agua y saneamiento, Manual de filtros de bioarena: diseño, construcción e instalación, "julio de 2007.
  10. ^ a b Cámara de compensación nacional de agua potable (EE. UU.), Morgantown, WV. "Filtración lenta de arena". Tech Brief Catorce, junio de 2000.
  11. ^ a b Agencia de protección ambiental de Estados Unidos (EPA) (1990). Cincinnati, OH. "Tecnologías para mejorar las instalaciones de tratamiento de agua potable existentes o diseñar nuevas". Documento núm. EPA / 625 / 4-89 / 023.
  12. ^ Ingeniería de HDR (2001). Manual de sistemas públicos de agua . Nueva York: John Wiley and Sons. pag. 353. ISBN 978-0-471-29211-1. Consultado el 28 de marzo de 2010 .
  13. ^ Filtro de arena lento de bricolaje
  14. ^ "QUIÉN - Filtración lenta de arena" . Archivado desde el original el 6 de abril de 2016.CS1 maint: bot: estado de URL original desconocido ( enlace )
  15. ^ "ACNUR eCentre" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 16 de marzo de 2006.
  16. ^ [1]
  17. ^ Logsdon, Gary S. (2011). Prácticas de filtración de agua . Denver, CO: Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas. págs. 1-2. ISBN 978-1613000847.

Referencias

  • "Más información: Agua (filtro de arena lento)" . Proyecto de campo de refugiados - . Médicos Sin Fronteras. Archivado desde el original el 28 de julio de 2007 . Consultado el 27 de marzo de 2007 .
  • "Filtración lenta de arena" , Organización Mundial de la Salud, 1974 ISBN 92-4-154037-0 
  • "Manual del Alto Comisionado de las Naciones Unidas para los Refugiados (ACNUR) para situaciones de refugiados" , Ginebra, noviembre de 1992. Las recomendaciones sobre filtros de arena lentos se enumeran en, p. 38.
  • "Lista de tecnología de cumplimiento de sistemas pequeños para la regla de tratamiento de aguas superficiales" , Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, EPA 815-R-97-002 agosto de 1997. La filtración lenta con arena se enumera en, p. 24.
  • Reynolds, Francis J., ed. (1921). "Lecho filtrante"  . Nueva enciclopedia de Collier . Nueva York: P. F. Collier & Son Company.