El documento describe los filtros lentos, un sistema de tratamiento de agua que utiliza un lecho filtrante de arena para purificar el agua de manera natural. Explica los principios, componentes, operación y mantenimiento de los filtros lentos, así como los factores que afectan su rendimiento. Finalmente, proporciona ejemplos de cómo se han aplicado con éxito los filtros lentos en Nicaragua para proveer agua potable a comunidades rurales de manera sencilla y económica.

2. Filtros Lentos:
1. Definición de la filtración lenta
2. Características de la filtración lenta
3. Clasificación y descripción de los filtros lentos
4. Principios de funcionamiento de un filtro lento
5. Mecanismos de la filtración lenta
6. Componentes de un filtro lento
7. Aplicación de la filtración lenta
8. Factores que influyen en el proceso de la filtración lenta
9. Ventajas y desventajas en el uso de la filtración lenta
10. Unidades de pretratamiento que anteceden a un filtro
lento según las características del agua
11. Operación y mantenimiento de filtros lentos
12. Eficiencias de remoción de los filtros lentos
13. Ejemplos de aplicación de filtros lentos en Nicaragua
Carlos Medrano
Balbo Müller
Elías Mendoza

4. Filtración lenta, Utilizado por primera vez en Estados Unidos en
1872 es el sistema de tratamiento de agua más antiguo. Copia
el proceso de purificación que se produce en la naturaleza.
cuando el agua de lluvia atraviesa los estratos de la corteza
terrestre y forma los acuíferos o ríos subterráneos. Es un
proceso unitario biológico, en el cual se hace pasar el agua a
través de un lecho de arena a muy baja velocidad y de forma
descendente.
El filtro lento se utiliza principalmente para eliminar la
turbiedad del agua, pero si se diseña y opera convenientemente
puede ser considerado como un sistema de desinfección del
agua. A diferencia de la filtración rápida en arena, en la que los
microorganismos se almacenan en los intersticios del filtro
hasta que se vierten nuevamente en la fuente por medio del
retro lavado.

6. El filtro lento se caracteriza por ser un sistema sencillo, limpio y
a la vez eficiente para el tratamiento de agua. Comparado con
el filtro rápido, requiere de áreas más grandes para tratar el
mismo caudal y, por lo tanto, tiene mayor costo inicial
Sin embargo, su simplicidad y bajo costo de operación y
mantenimiento lo convierte en un sistema ideal para zonas
rurales y pequeñas comunidades, teniendo en cuenta además
que los costos por área de terreno son comparativamente
menores en estas zonas.

7. Es un filtro de flujo descendente compuesto de una caja
rectangular o circular a la cual se le coloca de 0.9 a 1.20 m de
arena fina sobre 0.4 a 0.45 m de grava gruesa. Encima del lecho
filtrante se deja una cape de agua de 1 a 1.5 m y debajo de la
grava se coloca un sistema de drenes apropiado.
La tasa de filtración llega a ser 200 veces menor que la
empleada con filtros rápido, de modo que el agua puede
demorar 2 o mas hrs (max 12) de la entrada a la salida.
La retención de impureza se manifiestan en 40 cm de
profundidad.
Transporte:
Cernido
Sedimentación
Difusión

9. Filtros lentos convencionales: Consiste en una caja
rectangular o circular la cual se colocara a 0.90 o 1.20mts de
arena fina sobre grava gruesa.
Filtros lentos ascendentes: Consiste en colocar en el fondo del
tanque de almacenamiento una capa de grava fina y arena que
actué como filtro lento.
Filtros lentos dinámicos: Consiste en un canal de poca
profundidad, alrededor de un metro de altura en el cual se
coloca un lecho de arena similar al de los filtros lentos
convencionales.

11. En la filtración lenta se dan 2 procesos: químico y biológico. El principio se
basa en la formación en la parte superior del lecho ya maduro una película
delgada constituida por una gran variedad de microorganismos
biológicamente activos llamados SCHMUTZDECKE, que son los encargados
de descomponer la materia orgánica, la formación de la capa biológica
puede llevar días o semanas, a este tiempo se le denomina periodo de
maduración de un filtro lento.

12. La maduración de los filtros lentos es un proceso complejo
que ocurre con la colonización del medio filtrante por
diferentes organismos como las bacterias, algas protozoarias,
etc.
Simultáneamente la materia orgánica queda retenida en el
lecho, por acción del cernido, partículas en suspensión con
tamaños mayor que los poros del lecho quedan atrapadas en
los intersticios, y las partículas grandes quedan retenidas en la
parte superior del lecho.
Por acción de la luz solar se desarrollan las algas que
producen oxigeno, elemento conveniente para otros propósitos
en la capa de agua sobrenadante y en el lecho filtrante

14. En el proceso de filtración lenta actúan varios fenómenos o
mecanismos físicos similares a los de la filtración rápida
previos al mecanismo biológico que desinfecta el agua.
A continuación se describe brevemente la función de cada uno
de los mecanismos físicos o de remoción que se producen en
la filtración lenta
Cernido
Intercepción
Sedimentación
Difusión
Flujo intersticial

15. a. Cernido: En este mecanismo, las partículas de mayor tamaño que los
intersticios del material filtrante son atrapadas y retenidas en la superficie
del medio filtrante.
b. Intercepción: Mediante este mecanismo las partículas pueden colisionar
con los granos de arena.
c. Sedimentación: Este mecanismo permite que las partículas sean atraídas
por la fuerza de gravedad hacia los granos de arena, lo que provoca su
colisión. Este fenómeno se incrementa apreciablemente por la acción de
fuerzas electrostáticas y de atracción de masas.
d. Difusión: Se produce cuando la trayectoria de la partícula es modificada
por micro variaciones de energía térmica en el agua y los gases disueltos
en ella, lo cual puede provocar su colisión con un grano de arena.
e. Flujo intersticial: Este mecanismo se refiere a las colisiones entre
partículas debido a la unión y bifurcación de líneas de flujo que devienen
de la tortuosidad de los intersticios del medio filtrante. Este cambio
continuo de dirección del flujo crea mayor oportunidad de colisión.

16. La propiedad adherente de los granos de arena es
proporcionada por la acción de fuerzas eléctricas, acciones
químicas y atracción de masas así como por película biológica
que crece sobre ellos, y en la que se produce la depredación de
los microorganismos patógenos por organismos de mayor
tamaño tales como los protozoarios y rotíferas
Es necesario que para que el filtro opere como un verdadero
“sistema de desinfección” se haya producido un schmutzdecke
vigoroso y en cantidad suficiente. Solo cuando se ha llegado a
ese punto, el FLA podrá operar correctamente. Entonces se
dice que el filtro (o el manto) “está maduro”.

18. El sistema de tratamiento por filtros lentos está compuesto
por tres partes:
1. La estructura de entrada: compuesta por el canal de
entrada, caja del vertedero y el canal de distribución
2. La caja de filtro: contiene el elemento más importante de
el filtro, la arena.
3. La Estructura de salida: se compone por la abertura a
través de la cual pasa el agua filtrada, la caja de
vertederos de salida, la caja de desagüe, la caja de salida
donde se recolecta el agua filtrada que pasa por los
vertederos

19. Estructura de entrada

20. Caja de filtro

21. Estructura de salida

23. Se recomienda utilizar la filtración lenta cuando:
La turbiedad del agua cruda no sobrepasa las 10 UNT.
El precio de la tierra es bajo.
Es más factible utilizar mecanismos físicos de desinfección
No existe en el lugar la capacidad técnica para operar sistemas
completos de coagulación-filtración

25. Temperatura: Dado que en el filtro se desarrolla un proceso
biológico, se ve afectado por las variaciones de temperatura y puede
reducir 50% de su eficiencia cuando se opera a menos de 5° C.
Concentración de nutrientes: La velocidad de desarrollo de la
formación biológica en el filtro depende de la concentración de
nutrientes en el agua, debido a que ésta es la fuente de alimentación
de los microorganismos.
Concentraciones altas de turbiedad: La capacidad de los filtros lentos
para reducir la turbiedad cuando ésta es muy elevada es limitada. Ello
se debe a que una alta turbiedad causa enlodamiento de la superficie
del filtro, disminuye la capacidad de formación de la capa biológica y
reduce drásticamente la duración de la carrera de filtración, lo cual
además de afectar la calidad del agua producida, incrementa los costos
de operación y mantenimiento.

26. La velocidad es importante al decidir el número de unidades
con las que operará el filtro. Con velocidades mayores de 0,2
m/h deberá considerarse un mínimo de tres unidades.
Tamaño y densidad de las partículas suspendidas.
Resistencia de dureza de las partículas suspendidas.
Concentración de partículas suspendidas en el afluente.
Potencial de hidrogeno (PH) del afluente.

27. Dentro de los factores que influyen en la filtración lenta, están
las características del medio filtrante.
Tipo del medio filtrante.
Características granulométricas del material filtrante.
Peso específico del material filtrante y
Espesor de la capa filtrante.

29.  El filtro lento sin controlador de velocidad y con controles de nivel
mediante vertederos es muy sencillo y confiable de operar con los recursos
disponibles en el medio rural de los países en desarrollo.
 No hay cambios en organolépticos en la calidad del agua.
 Las comunidades aceptan el agua tratada por la Filtros lentos.
 Mejora simultáneamente en la calidad física, química y bacteriológica del
agua.
 No se necesitan compuestos químicos.
 La operación y mantenimiento puede ser llevada a cabo por mano de obra
no especializada.

30. El filtro lento sin pre tratamiento no debe operar con aguas con
turbiedad mayor de 20 o 30 UNT; esporádicamente se pueden
aceptar picos de 50 a 100 UNT.
La eficiencia de esta unidad se reduce a temperatura inferiores a los
4ºC.
La presencia de biocidas o plaguicidas en el afluente pueden
modificar o destruir el proceso microbiológico en el que se basa la
filtración lenta.

32. PRINCIPIO:
Si el nivel de turbiedad alcanza 10 a 20 UN se puede realizar
una filtración en el lecho del rio. Para turbiedades entre 20 y 10
UN se puede realizar tanto filtración gruesa como
sedimentación simple. Para niveles del orden de 1000 UN se
impone el almacenamiento o la floculación química.
 TOMA POR EL LECHO:
Si se adecua una zona del fondo del rio o canal mediante su
excavación, colocación de un tubo de filtro y relleno con arena
gruesa y grava, se puede realizar un prefiltrado en la toma
misma del agua, con el que se reduce sustancialmente el nivel
de turbiedad y contaminación.

33. FILTRACION HORIZONTAL:
En un canal horizontal o con una pequeña inclinación se
disponen una serie de capas de filtro que generalmente
incluyen grava- arena gruesa- arena- arena gruesa- grava. Luego
de un par de semanas de maduración, este filtro puede
remover el 60 a 70 % de la turbiedad en aguas de hasta 150 UN.
FILTRACION PRELIMINAR GRUESA
Dentro de un tanque con las misma características de un filtro
lento, se coloca un lecho filtrante orgánico (fibra de coco por
ejemplo), el cual se desecha cada vez que se demuestran
perdida de propiedades. Las velocidades son del orden de 0.5 a
1 m/hora. Se elimina la turbiedad en un 60 a 75%:

34. ALMACENAMIENTO:
Para aguas muy cargadas de limos, un buen pretratamiento es
el decanto lento en un reservorio, al cual se le pueden lavar los
limos del fondo. Se deberán eliminar las plantas y la maleza.
SEDIMENTACION SIMPLE:
Un tanque de acceso laminar por el fondo y descarga de acceso
laminar superior con tiempo de retención de 4 a 12 horas puede
reducir sustancialmente la turbidez y requiere solamente un
lavado continuo o esporádico del fondo.

36. Las tareas rutinarias de operación
comprenden los ajustes y medición del caudal;
monitoreo de la calidad del agua producida;
limpieza de la superficie de la arena, que se
efectúan por “rascado” de la porción superior
del filtro (aproximadamente 5 cms de arena) ;
lavado y almacenamiento de la arena, y la
posterior reconstrucción del lecho filtrante.
Este periodo entre limpiezas, llamado
“carrera”, es variable. A veces puede ser
necesario realizarla cada tres o cuatro
semanas y en otras circunstancias, pasados
muchos meses.

37. La adecuada operación y mantenimiento
determinan la eficiencia del filtro,
principalmente en la etapa de puesta en
marcha o inicio de la operación del filtro nuevo.
Durante la operación normal, es importante el
estado de maduración de la etapa biológica, la
frecuencia de los raspados, el periodo de
duración de cada operación de limpieza y la
forma en que se efectué el rearenado del filtro.

39. Para la limpieza de la superficie del lecho filtrante hay
dos métodos manuales disponibles, que son aplicables
al medio rural: "raspado“ y "trillado“.
• El primero es el método convencional que consiste
en retirar una capa superficial de alrededor de 2 cms de
espesor, cada vez que la carrera del filtro ha llegado a
su fin.
• El método de "trillado" normalmente se puede
aplicar a cada filtro varias veces al año, en la medida en
que sea necesario, cada vez que el filtro alcance su
valor límite de pérdida de carga. Este método se puede
ejecutar manualmente en filtros medianos y pequeños
con algunas adaptaciones

40. El raspado del lecho filtrante
debe iniciarse cuando el nivel
del agua en la caja del filtro
llega al máximo y el agua
empieza a rebosar por el
aliviadero.
Este es uno de las etapas
en el proceso de
mantenimiento del filtro.

41. Por lo menos cada cinco años se realizara el
lavado completo del filtro de la siguiente manera:
 Se retira con mucho cuidado la arena y la grava
para no mezclarlas.
 Se lava la arena
 Se cepillan las paredes de la caja del filtro
 Se reacomoda el drenaje
 Y se vuelven a colocar el lecho de arena y la
grava

42. Retiro y lavado de gravas en las
paredes del filtro
Este es uno de los procesos de
mantenimiento que se deben
de realizar cada cinco años a
los filtros.

43. Si ha habido pérdida de arena y grava, será
necesario reponerla. Si hay grietas en las
paredes o en el fondo, deberán resanarse
antes de colocar el lecho filtrante.
Cuando los sistemas están bien diseñados,
operados y mantenidos, el afluente de las
plantas de filtración lenta requiere de dosis
muy bajas de cloro como última barrera;
prácticamente solo para asegurar que el agua
conserve su calidad bacteriológica hasta ser
consumida.

45. Los factores que influyen en la eficiencia de un
filtro lento pueden agruparse en:
• Calidad del agua cruda: tamaño de las
partículas, turbiedad, sólidos suspendidos,
algas, coliformes totales, otros organismos,
materia orgánica, hierro y manganeso.
• Diseño de las instalaciones.
• Operación y mantenimiento.
A continuación se describen por separado cada
uno de estos factores.

46. Se considera que en un filtro correctamente diseñado y
operado, la turbiedad del efluente tratado debe ser
inferior a 1 UT. Para cierto tipo de aguas, con
concentraciones altas de turbiedad y sólidos
suspendidos, para lograr esa eficiencia se requiere la
utilización de pretratamiento o mantas sintéticas.
Normalmente durante la formación de la capa biológica
(maduración del filtro), se supera ese límite. Esta
situación también ocurre cuando hay variaciones
bruscas de la turbiedad y de los sólidos suspendidos del
agua cruda.

47. Por otra parte la eficiencia de la eliminación de
parte de turbiedad y color, esta limitada por la
ausencia de un proceso de coagulación que
acondicione el afluente.
La reducción de color es especialmente pobre,
un 20% a un 30% solamente debido a
características fisico-quimicas de este coloide.
La remoción de turbiedad puede llegar hasta un
90% pero generalmente suele ser menor a 60%,
dependiendo del comportamiento de la
suspensión que se filtre.

49. En Nicaragua, el ministerio de salud ha
iniciado la utilización de esta tecnología a
partir de 1993, a través de pequeños
proyectos en diferentes zonas del país como
Jinotega, con el objetivo de lograr un impacto
en la reducción de las enfermedades diarreas
agudas y principalmente el cólera.
EJEMPLOS DE FILTRO LENTOS EN
NICARAGUA

50. En el año de 1999 en el SILAIS Jinotega se
distribuyeron 11,300 filtros de arena en
comunidades de los municipios del El Cua,
Bocay y Jinotega. Estas comunidades fueron
seleccionadas en base a criterios de
prevalencia de casos de diarrea, inexistencia
de agua potable, mala calidad del agua y
afectación por el huracán Mitch.
EJEMPLOS DE FILTRO LENTOS EN
NICARAGUA

51. Municipio Comunidades
beneficiadas
Numero de filtros
distribuidas
Jinotega 59 2000
La concordia 10 200
El cua 44 1850
Bocay 46 3250
Wiwili 30 4000
Total 189 11300
COMUNIDADES CON FILTROS LENTOS
DE ARENA DONADOS POR AID/OPS