El filtro rápido de arena o filtro rápido de gravedad es un tipo de filtro utilizado en la purificación de agua y se utiliza comúnmente en instalaciones de agua potable municipales como parte de un sistema de tratamiento de múltiples etapas. [1] Estos sistemas son complejos y costosos de operar y mantener y, por lo tanto, son menos adecuados para comunidades pequeñas y países en desarrollo .
Los filtros de arena rápidos se desarrollaron por primera vez en la década de 1890 y se desarrollaron diseños mejorados en la década de 1920. [2] La primera planta de filtración rápida de arena moderna fue diseñada y construida por George W. Fuller en Little Falls, Nueva Jersey . [3] Los filtros de arena rápidos se usaron ampliamente en grandes sistemas de agua municipales en la década de 1920, porque requerían áreas de tierra más pequeñas en comparación con los filtros de arena lentos . [4]
Los filtros de arena rápidos suelen estar diseñados como parte de sistemas de tratamiento de varias etapas que utilizan los grandes municipios. Estos sistemas son complejos y costosos de operar y mantener, y por lo tanto son menos adecuados para comunidades pequeñas y países en desarrollo. El sistema de filtración requiere una superficie de tierra relativamente pequeña en proporción a la población a la que se abastece, y el diseño es menos sensible a los cambios en la calidad del agua cruda, por ejemplo, la turbidez , que los filtros de arena lentos.
Los filtros rápidos de arena utilizan arena relativamente gruesa (0,5 a 1,0 mm) y otros medios granulares, como antracita, en lechos de 0,6 a 1,2 metros de profundidad para eliminar partículas e impurezas que han quedado atrapadas en un flóculo mediante el uso de productos químicos de floculación , normalmente alumbre . Dado que en estos filtros se pueden utilizar otros medios además de la arena de sílice, un término más moderno es "filtración rápida" en lugar de "filtración rápida con arena". [5] [6] El agua sin filtrar fluye a unos 5 m/h a través del medio filtrante por gravedad o bajo presión de bombeo y el material del flóculo queda atrapado en la matriz de arena. [7] [8]
Los procesos de mezcla, floculación y sedimentación son etapas típicas del tratamiento que preceden a la filtración. A menudo se utilizan aditivos químicos, como coagulantes, junto con el sistema de filtración. [1] : 7–9
Los dos tipos de filtro de arena rápido son el tipo de gravedad (por ejemplo, el filtro de Paterson) y el tipo de presión (por ejemplo, el filtro de Candy).
Después de la filtración se suele utilizar un sistema de desinfección (que normalmente utiliza cloro u ozono ). [1] : 9–11 La filtración rápida con arena tiene muy poco efecto sobre el sabor, el olor y las impurezas disueltas del agua potable, a menos que se incluya carbón activado en el medio filtrante.
Los filtros de arena rápidos deben limpiarse con frecuencia, a menudo varias veces al día, mediante un lavado a contracorriente , que implica invertir la dirección del agua y agregar aire comprimido . Durante el lavado a contracorriente, el lecho se fluidiza y se debe tener cuidado de no arrastrar el medio.
La secuencia de retrolavado normalmente sería: [8]
El subproducto del lavado a contracorriente es el lodo. La mayoría de las plantas de tratamiento utilizan un proceso de espesamiento de lodos, excepto las plantas que vierten lodos sin tratar a las alcantarillas si la composición está dentro de los límites tolerables. [8] El proceso de espesamiento comprende tanques de sedimentación por lotes o espesadores continuos de vallas de estacas. Se añaden polielectrolitos aguas arriba para mejorar la sedimentabilidad. El líquido del proceso se dirige a la entrada de las plantas. El espesamiento es seguido por un proceso de lagunaje, lechos de secado o prensado de filtros. El lodo espesado puede descargarse a un sistema de alcantarillado, transportarse a un vertedero o incinerarse. [8]