Este documento describe el diseño y construcción de un prototipo de filtro lento de arena para purificar agua. Explica los objetivos y justificación del proyecto, así como el marco teórico sobre filtración, contaminación del agua y enfermedades transmitidas. Luego detalla los materiales necesarios, los pasos para construir el filtro, su operación y mantenimiento. El objetivo general es purificar aguas contaminadas para consumo humano mediante este método sencillo y efectivo.

1. Índice
Introducción ......................................................................................................................................................2
1. Objetivo del proyecto ................................................................................................................................2
1.1. Objetivo general ................................................................................................................................2
1.2. Objetivos específicos.........................................................................................................................2
2. Justificación del proyecto..........................................................................................................................2
3. Marco Teórico...........................................................................................................................................3
3.1. Definiciones conceptuales .................................................................................................................3
3.1.1. Contaminación del agua ............................................................................................................3
3.1.2. Enfermedades transmitidas por el agua......................................................................................4
3.1.3. Filtración ...................................................................................................................................4
3.1.4. Ventajas de los filtros lentos......................................................................................................4
3.2. Bases Teóricas...................................................................................................................................4
3.2.1. Mecanismos de la desinfección mediante filtración lenta ..........................................................4
4. Formulación del prototipo del proyecto.....................................................................................................7
4.1. Materiales necesarios para construir un filtro lento ...........................................................................7
4.2. Construcción del filtro lento de arena................................................................................................8
4.3. Operación y mantenimiento del filtro ..............................................................................................11
4.4. Observaciones generales..................................................................................................................12
5. Cronograma.............................................................................................................................................12
6. Presupuesto .............................................................................................................................................12
Referencias Bibliográficas ..............................................................................................................................12

2. Proyecto Prototipo Filtro Lento de Arena
Introducción
La filtración lenta en arena (FLA) es el sistema de tratamiento de agua más antiguo del mundo. 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. 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 retrolavado, la FLA consiste en un
conjunto de procesos físicos y biológicos que destruye los microorganismos patógenos del agua. Ello
constituye una tecnología limpia que purifica el agua sin crear una fuente adicional de contaminación para
el ambiente.
Investigaciones recientes, impulsan el resurgimiento del filtro lento, permitiendo conocer más
profundamente este complejo proceso que se desarrolla en forma natural, sin la aplicación de ninguna
sustancia química, pero requiriendo de un buen diseño así como de una apropiada operación y cuidadoso
mantenimiento para no reducir la eficiencia del mismo.
1. Objetivo del proyecto
1.1. Objetivo general
 Purificar las aguas de los ríos contaminados para consumo humano por el método de filtración lenta de
arena y verificar que pueda utilizarse para consumo humano.
1.2. Objetivos específicos
 Comparar el grado de turbidez antes y después de la filtración, comprobando la eficiencia de este
método de filtro lento de arena.
 Comparar el grado de contaminación antes y después de la filtración, comprobando la eficiencia de este
método de filtro lento de arena y purificando por medio de la cloración.
 Promover este proyecto en lugares donde no cuenten con el suministro de agua potable, y tengan una
fuente de agua aprovechable para consumo humano
2. Justificación del proyecto
El agua dulce es un recurso limitado. La proporción utilizable del agua dulce es menor al 1% del total y
0.01% de todo el agua sobre la tierra (Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente, UNEP).
Según la OMS, cada año mueren casi tres millones y medio de seres humanos, y en su mayoría niños con
enfermedades diarreicas agudas (EDA) que son frecuentemente originadas por falta de servicios de agua.
Los factores que agudizan el problema de desabastecimiento de aguas son: el crecimiento imparable de la
población y el efecto invernadero que acelera la desertificación de muchas zonas alrededor del planeta,
afectando tanto el ciclo hídrico como al cambio climático y reduciendo la media de precipitaciones
esperadas en regiones ya desiertas o semi-desiertas.

3. Por esta razón se establecen técnicas y estrategias que ayudarán el proceso de la purificación de agua para el
consumo humano, una de estas técnicas es el uso de filtros lentos de arena que son sistemas sencillos y
efectivos, donde el agua pasa a través de lechos de capas de grava arena de diferentes tamaños las cuales
retienen las impurezas y patógenos que contienen.
3. Marco Teórico
3.1. Definiciones conceptuales
3.1.1.Contaminación del agua
Contaminantes Orgánicos más frecuentes

4. 3.1.2.Enfermedades transmitidas por el agua
La población de escasos recursos económicos sufre frecuentemente enfermedades vinculadas a la falta de
agua limpia y de servicios de saneamiento, entre ellas el EDA (enfermedades diarreicas agudas) y
enfermedades cutáneas que juntas son responsables especialmente de la mortandad en niños y ancianos en
un 26% a nivel mundial. El agua puede transmitir enfermedades entéricas (intestinales), debido al contacto
con desechos humanos o de animales, es la fuente principal de patógenos entéricos: excrementos y otros
desechos eliminados por humanos enfermos y sus animales huéspedes.
Las enfermedades hídricas más importantes son producidas por:
 Bacterias: Shigella, Salmonella y Escherichia, citrobacter, enterobacter, aerogenas, etc.
 Virus: aquellos relacionados con la Hepatitis y la Gastroenteritis
 Protozoos: Giardia Lambia, Entamoeba Histolytica.
3.1.3.Filtración
La filtración es el proceso mediante el cual el agua es separada de la materia en suspensión haciéndola pasar
a través de una sustancia porosa. En la práctica este material poroso es generalmente arena. Hay dos tipos de
filtros de arena los de acción lenta y los de acción rápida.
En los filtros lentos de arena, el agua pasa por gravedad a través de la arena a baja velocidad, la separación
de los materiales sólidos se efectúa al pasar el agua por los poros de la capa filtrante y adherirse las
partículas a los granos de arena.
Filtros rápidos de arena, El principal carácter distintivo estos filtros, consiste en la eliminación de
partículas en suspensión, relativamente grandes por procesos físicos, durante esta operación estos sólidos
son acumulados en la parte superior del medio filtrante. Es más, los filtros de arena de acción rápida
requieren limpiarse mediante una operación de reflujo un tanto complicado.
3.1.4.Ventajas de los filtros lentos
 Mejora simultánea en la calidad física, química y bacteriológica del agua, con un número de ventajas
especiales para los países en desarrollo tales como el nuestro.
 La eficacia en la eliminación de bacterias totales es igual que en los filtros rápidos.
 No se necesitan compuestos químicos.
 La operación y mantenimiento pueden ser llevados a cabo por mano de obra semiespecializada.
 El proceso de filtración es llevado a cabo por gravedad; no hay otras partes mecánicas que precisen de
energía para funcionar.
 El manejo de lodos no causa problemas; las cantidades de lodos son pequeñas tiene muy alto contenido
de materia seca.
3.2. Bases Teóricas
3.2.1.Mecanismos de la desinfección mediante filtración lenta
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, algunos de los cuales hemos

5. mencionado líneas arriba. Estos mecanismos son muy importantes, dado que permiten la concentración y
adherencia de las partículas orgánicas al lecho biológico para su biodegradación.
A continuación se describe brevemente la función de cada uno de los mecanismos físicos o de remoción que
se producen en la filtración lenta, así como el mecanismo biológico responsable de la desinfección.
3.2.1.1. Mecanismos de la filtración lenta
Esta etapa de remoción básicamente hidráulica ilustra los mecanismos mediante los cuales ocurre la colisión
entre las partículas y los granos de arena. Estos mecanismos son: cernido, intercepción, sedimentación,
difusión y flujo intersticial.
 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.
 Intercepción: Mediante este mecanismo las partículas pueden colisionar con los granos de arena.
 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.
 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.
 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.
Mecanismos de transporte

6. 3.2.1.2. Mecanismo de adherencia
Este mecanismo es el que permite remover las partículas que, mediante los mecanismos arriba descritos, han
colisionado con los granos de arena del medio filtrante. 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.
3.2.1.3. Mecanismo biológico de la desinfección
Como se indicó anteriormente, la remoción total de partículas en este proceso se debe al efecto conjunto del
mecanismo de adherencia y el mecanismo biológico. Es necesario que para que el filtro opere como un
verdadero “sistema de desinfección” se haya producido un schmutzdecke o “piel de Filtro” 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”.
Al iniciarse el proceso, las bacterias depredadoras o benéficas transportadas por el agua utilizan como
fuente de alimentación el depósito de materia orgánica y pueden multiplicarse en forma selectiva, lo que
contribuye a la formación de la película biológica del filtro. Estas bacterias oxidan la materia orgánica para
obtener la energía que necesitan para su metabolismo (desasimilación) y convierten parte de ésta en material
necesario para su crecimiento (asimilación).
Así, las sustancias y materia orgánica muerta se convierten en materia viva. Los productos de la
desasimilación son llevados por el agua a profundidades mayores y son utilizados por otros organismos.
El contenido bacteriológico está limitado por el contenido de materia orgánica en el agua cruda y es
acompañado de un fenómeno de mortalidad concomitante, durante el cual se libera materia orgánica para
ser utilizada por las bacterias de las capas más profundas y así sucesivamente.
De este modo, la materia orgánica degradable presente en el agua cruda se descompone gradualmente en
agua, dióxido de carbono y sales relativamente inocuas, como sulfatos, nitratos y fosfatos (proceso de
mineralización), los cuales son descargados en el efluente de los filtros.
La actividad bacteriológica descrita es más pronunciada en la parte superior del lecho filtrante y decrece
gradualmente con la profundidad y la disponibilidad de alimento. Cuando se limpian las capas superiores
del filtro se remueven las bacterias, siendo necesario un nuevo período de maduración del filtro hasta que se
logre desarrollar la actividad bacteriológica necesaria. A partir de 0,30 a 0,50 m de profundidad, la actividad
bacteriológica disminuye o se anula (dependiendo de la velocidad de filtración); en cambio, se producen
reacciones bioquímicas que convierten a los productos de degradación microbiológica (como aminoácidos)
en amoníaco y a los nitritos en nitratos (nitrificación).
Como el rendimiento del filtro lento depende principalmente del proceso biológico, mientras la capa
biológica está desarrollándose, la eficiencia es baja y no debe considerarse al FLA como un eliminador de
materia orgánica, sino como un mejorador de la calidad del agua, sobretodo de la turbiedad.
La maduración de un FLA puede demorar de dos a cuatro semanas.

7. 4. Formulación del prototipo del proyecto
4.1. Materiales necesarios para construir un filtro lento
Tee pvc ½" Codo PVC ½" c/rosca Llave de paso PVC ½" Llave terminal ½"
Tubo PVC ½" Difusor (tela filtrante) Geotextil para drenaje
Materiales Und. Cant.
Bidón de plástico de 200 Litros ó 55 Gln.
(aprox. 1 metro de altura) Und. 1
Arena fina m3
0.5
Arena gruesa m3
0.05
Grava (cascajo) m3
0.03
Codo PVC ½" c/rosca Und. 3
Tubo PVC ½" m 1.8
Llave de paso PVC ½" Und. 1
Llave terminal ½" Und. 1
Tee pvc ½" Und. 1
Universal PVC ½" Und. 1
Difusor (tela filtrante) m2
1
Geotextil para drenaje m2
1
Balde de plástico 100 Litros Und. 1
Válvula flotadora Und. 1

8. Bidón de plástico Balde de plástico Válvula flotadora
4.2. Construcción del filtro lento de arena
1. Perfore el bidón de plástico en la parte de abajo para atravesar un tubo de PVC de unos 35 cm, en este
tubo de drenaje se realizaran algunas pequeñas perforaciones con un taladro (solo la parte que estará
dentro del bidón será perforado).
2. Una vez encajada el tubo de drenaje séllela con pegamento y cinta teflón.
3. Arme la tubería de abastecimiento de agua tal como se indica en la figura adjunta.
4. Seleccione la arena gruesa y grava que va a utilizar.
Nota: Si fuera posible, lave muy bien estos materiales y desinféctelos, utilizando una solución de cloro
(hipoclorito de calcio al 65% de concentración).

9. 5. Lave la arena fina con agua limpia.
Utilice recipientes plásticos removiendo la arena hasta que el agua de lavado salga completamente clara.
Es en este momento cuando la arena se encuentra libre de impurezas y puede ser utilizada para elaborar
el filtro lento de arena.
6. Coloque en orden las capas de grava, arena gruesa y arena fina en el interior del bidón,
aproximadamente con las siguientes proporciones:
Grava: 1/9 parte de la altura del bidón.
Arena gruesa: 1/18 parte de la altura del bidón.
Arena fina: 1/2 parte de la altura del bidón.
Por lo que el agua conformará la 1/3 parte de la altura del bidón.
7. Para el llenado del filtro se recomienda colocar una piedra plana para amortiguar la caída del agua sobre
la capa de arena y evitar dañar la capa biológica que es bastante frágil, también se puede preparar una
capa de geotextil y tela filtrante para la función de amortiguamiento de caída del agua.
8. Cuando el agua es suministrada permanentemente a través de tubería o manguera, es necesario instalar
una válvula flotadora para controlar la entrada del agua.
9. Coloque una tapa amplia fácilmente removible, que mantenga cubierto el filtro para evitar que entre
polvo y/o materiales extraños al filtro.
El diseño final se muestra en la siguiente figura
Como preparar la solución de cloro
Materiales
Cloro (hipoclorito de calcio al 65%).
Un balde de plástico de 20 litros de capacidad.
Una cuchara azucarera.
Procedimiento
Llene el balde con agua y adicione una cucharadita del desinfectante (el cloro) y mezcle durante
tres minutos.
Utilice esta solución para desinfectar la grava y la arena gruesa, remojándola en dicha solución
durante 20 minutos aproximadamente.

11. 4.3. Operación y mantenimiento del filtro
Los filtros lentos en arena desarrollan una capa biológica sobre la arena, compuesta por millones de
microorganismos encargados de producir la limpieza biológica y desinfectar el agua.
Para que el filtro funcione adecuadamente se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones:
 Siempre debe permanecer como mínimo una capa de 10 centímetros por encima de la capa de arena, ya
que la capa biológica sin agua se muere y el agua no sale apta para consumo humano.
 Para el llenado del filtro se recomienda colocar un material para amortiguar la caída del agua sobre la
capa de arena y evitar dañar la capa biológica que es bastante frágil.
Recuerde que el agua debe estar clarificada antes de llenar el filtro.
 El filtro debe permanecer en un lugar fresco y con poca luz para evitar el crecimiento de algas que
alteran el buen funcionamiento de la capa biológica.
La limpieza del filtro lento en arena se debe realizar cuando el flujo de agua a través de éste es muy poco, es
decir, cuando la cantidad de agua de salida por la llave es mínima.
La limpieza del filtro consiste en remover una capa de arena, desocupándolo previamente.
 Con una paleta raspe por encima la capa de arena fina sin hacer fuerza. Este raspado es de
aproximadamente un centímetro de espesor.
 Vuelva a llenar el filtro hasta el nivel original y espere de 5 a 10 días para que se forme nuevamente la
capa biológica, que es la que desinfecta el agua.
 Esta limpieza se realiza aproximadamente cada 2 o 3 meses, dependiendo del buen mantenimiento que
se le dé al filtro.
Después de 4 o 5 limpiezas, es necesario realizar una mejora completa al filtro. Para esta tarea, abra la llave
de salida y desocupe el filtro.
 Saque la arena restante del filtro y enjuaguela con agua limpia. Vuelva a lavar y desinfectar la grava y la
gravilla, como se mencionó anteriormente.
 Enjuague el bidón.
 Recupere la arena que retiró en las primeras limpiezas y la vela adecuadamente.
 Coloque nuevamente las capas de grava, gravilla y arena, como se menciona en el punto 6 del
procedimiento.
 Llene el filtro con agua clarificada y espere de 5 a 10 días para consumir el agua.

12. 4.4. Observaciones generales
 Antes de consumir el agua proveniente del filtro lento de arena, es necesario cambiar el agua cada dos
días durante 15 a 20 días aproximadamente para permitir la formación de la capa biológica.
 En climas fríos, este proceso tarda aproximadamente 20 días y en climas calidos entre 10 y 15 días.
5. Cronograma
6. Presupuesto
Colaboradores
Referencias Bibliográficas
Webgrafía:
http://www.disasterinfo.net/desplazados/documentos/saneamiento01/1/04metodos_dedesinfeccion_delagua.htm
Bibliografía:
Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco – Departamento Académico de física- laboratorio -
Purificación de Agua por medio fe Filtros Lentos de Arena en la Comunidad de Kuychiro” – Cusco
Biblioteca Virtual en Desarrollo Sostenible y Salud Ambiental – Teoría diseño y control de los procesos de
clarificación del agua.