Los filtros de bioarena (BSF, por sus siglas en inglés) eliminan contaminantes sólidos y microbianos en suspensión en agua con distintos niveles de turbiedad mediante una combinación de procesos físicos y biológicos. Son una adaptación del filtro lento de arena T.9 tradicional de caudal continuo y se pueden usar intermitentemente, lo que los vuelve apropiados para el uso doméstico.

Un BSF consiste en un contenedor lleno con materiales filtrantes y una base de grava en la parte inferior. El agua contaminada se vierte en el dispositivo y es filtrada por la gravedad. El agua filtrada fluye a través del tubo de salida y cae en un contenedor de almacenamiento seguro. Los BSF pueden reducir los patógenos y sólidos en suspensión en el agua considerablemente mediante una combinación de procesos físicos, químicos y microbiológicos dentro del lecho filtrante (véase T.9 ). Estos procesos incluyen depredación, adsorción, muerte natural y trampa mecánica. Los microorganismos en el agua de origen forman una capa biológica en las capas superiores de la arena filtrante. Esta capa puede demorarse varios meses en desarrollarse completamente dependiendo del volumen y la calidad del agua de origen usada. Durante el primer mes, la eficacia de la eliminación microbiana del BSF es baja, y los usuarios deberían desinfectar adicionalmente el agua filtrada.

Consideraciones de diseño

El BSF promedio es de 0,9 m de alto por 0,3 m de ancho. Los contenedores vacíos pesan entre 70–135 kg (hormigón) o 3,5 kg (plástico). Para asegurar el caudal continuo requerido, el tubo de salida está incrustado en la pared del contenedor o adherido al exterior, no tiene grifos, mangueras o válvulas de control y está por sobre la capa de arena. Esto garantiza que cuando el filtro está en reposo, mantiene 5 cm de agua por encima de la superficie de la arena, llamada agua estancada. Los BSF deben mantenerse mojados, y la arena es el hábitat de los organismos responsables del proceso de filtración biológico. nEl filtro funciona con lotes de 10–12 l de agua. Dos capas de grava en la parte de abajo del filtro garantizan un caudal uniforme a través de la arena y evita que entre al tubo de salida. Se recomienda que el agua cruda utilizada en la filtración lenta de arena tenga una turbiedad entre 10–50 NTU. Los BSF pueden funcionar con agua de mayor turbiedad, pero requerirá más mantenimiento. El tamaño de la arena es un parámetro importante de diseño, donde un tamaño eficaz varía entre 0,15–0,30 mm (mayor eficacia en el extremo inferior) y un coeficiente de uniformidad entre 1,5–3 (es decir, no tan uniforme ni tan diverso). La profundidad de la arena tiende a ser entre 0,45–0,5 m, mientras que la altura del agua varía de acuerdo con el caudal. Cuando está lleno, la profundidad del agua en el filtro usualmente es de 20–30 cm aproximadamente, lo que disminuye a cerca de 5 cm cuando está en reposo para permitir una difusión de oxígeno adecuada. Se requiere una tasa de filtración alrededor de 0,1–0,4 m/h, que genere un caudal de más o menos 25 l/h, para apoyar la actividad biológica. La entrada de agua debería estar diseñada de forma que garantice una distribución de caudal uniforme y reduzca el desequilibrio de las capas de arena superiores.

Materiales

El contenedor del BSF puede ser de hormigón, plástico, acero inoxidable, metal galvanizado o cualquier otro material a prueba de agua, inoxidable y no tóxico. Los contenedores de hormigón, yeso con molde de acero, filtros de hierro galvanizado o filtros de contenedores de plástico disponibles pueden fabricarse localmente. Puede que otros tipos de contenedores deban ser fabricados en una instalación centralizada o ser importados. Las tapas sencillas pueden hacerse con madera o chapa de metal inoxidable. Se recomienda utilizar una caja difusora de plástico o chapa de metal inoxidable más que una placa difusora, ya que evita que el agua se desborde y dañe la biocapa. Los elementos filtrantes, incluyendo las dos capas de grava, no deben estar contaminados y deben ser tamizados para lograr el tamaño adecuado (arena de <0,7 mm, grava separadora de 0,7–6 mm y grava de drenaje de 6–12 mm). Todos los elementos filtrantes deben lavarse para eliminar la materia orgánica. Se puede usar una prueba de jarras simple para determinar cuando la arena ha sido lavada lo suficiente.

Aplicabilidad

El BSF es adecuado para el uso doméstico, pero no se recomienda para la respuesta inmediata por el tiempo que la actividad biológica demora en desarrollarse dentro del filtro. Los filtros domésticos pueden considerarse para poblaciones dispersas en la fase de recuperación. El filtro es pesado y difícil de mover, lo que lo hace inadecuado para personas que se reubican con frecuencia. Los BSF de hormigón requieren, como mínimo, una semana para que se endurezcan antes de que puedan instalarse. Los BSF plásticos o metálicos pueden instalarse más rápido, pero también necesitan un periodo de curación.

Operación y mantenimiento

La operación del BSF requiere que el usuario vierta agua de la misma fuente en el filtro todos los días para mantener la biocapa. El agua tratada debería recolectarse con un contenedor de almacenamiento seguro limpio. Con el tiempo, la superficie de la arena se obstruye con sedimentos y materia orgánica acumulada, lo que reduce el caudal. Cuando el caudal ya no es suficiente, se debe limpiar el filtro. Los BSF domésticos involucran un proceso de "revolver y botar", lo que se hace agitando la superficie de la arena y removiendo el agua estancada sucia. Después del mantenimiento, la biocapa se demora en recuperar el nivel de eficacia, aunque toma menos tiempo que cuando el filtro se instala por primera vez. El tubo de salida, la tapa y el difusor deberían limpiarse regularmente con jabón o cloro y agua tratada. Los BSF nunca deben llenarse con agua clorada, ya que dañaría las biocapas.

Salud y seguridad

Los BSF reducen la turbiedad, el contenido orgánico, los microorganismos, el hierro oxidado y las concentraciones de manganeso en el agua. La tasa de efectividad de eliminación de protozoos es de 99,99 %. La tasa de efectividad de eliminación de bacterias y virus depende de las condiciones de funcionamiento y varía entre 70 % y 99 % para virus y 98,5 % y 99 % para bacterias. Las condiciones de diseño y funcionamiento que afectan el rendimiento incluyen el tamaño de la arena, la profundidad del lecho de arena, la temperatura, la dureza y otros parámetros de calidad del agua, y el tiempo que el filtro lleva funcionando. La eficacia a largo plazo de los BSF depende de la calidad de la O&M, y es fundamental contar con apoyo cercano e integral para que siga siendo eficaz.

Costos

El costo total de un BSF varía entre USD 10 y USD 100 dependiendo de los materiales usados y la situación. Una ventaja importante del BSF para los usuarios es que no hay costos continuos de consumibles, aunque las tapas, los difusores y los contenedores de almacenamiento seguro pueden requerir cambiarlos periódicamente. La arena no necesita reemplazo. Los filtros por lo general tienen una larga vida útil (5–10 años).

Consideraciones medioambientales y sociales

Los BSF se usan en más de 70 países y generalmente se consideran una manera asequible, eficaz y sustentable de proveer agua segura a los hogares. Ofrecen un tratamiento eficaz para cualquier agua no clorada, y cualquier persona puede capacitare para construir e instalar estos filtros de forma local. Los filtros de hormigón mantienen el agua fresca. Sin embargo, se requiere el apoyo continuo y regular de los usuarios para garantizar que siga funcionando correctamente, que la calidad del agua permanezca estable y que los filtros no caigan en desuso.