Por definición, ‘la filtración es el proceso mediante el cual un fluido pasa a través de una sustancia porosa para eliminar o separar partículas sólidas, sedimentos, turbidez, coloides, impurezas, sabor, olor, color, hierro, algas y microorganismos, incluyendo virus, bacterias y quistes.’ Los filtros abarcan desde el tipo de grava gruesa, arena y carbón hasta filtros de bolsa de fieltro. Los medios sueltos cargados en recipientes a presión con controles automáticos o manuales para retrolavado o medios regeneradores que funcionan como procesos de adsorción, neutralización, oxidación y catalíticos son los tipos más comunes que se utilizan en la actualidad. Los filtros también pueden incluir medios empaquetados en cartuchos para aplicaciones más pequeñas y/o cartuchos especialmente preparados que apuntan a contaminantes específicos como el plomo, arsénico y otros contaminantes emergentes de interés. 

Una breve historia de la filtración temprana  
La filtración ocurre en la naturaleza al aclarar el agua turbia a medida que se filtra o fluye a través de capas de tierra en su camino hacia los acuíferos, arroyos o charcos subterráneos, a veces denominados lentes de agua dulce. Las antiguas culturas egipcia, china, griega, romana, persa y otras culturas antiguas entendieron la necesidad de filtrar el agua para mejorar la claridad y la estética del agua, antes de hervirla para garantizar que fuera segura para beber y cocinar. La primera patente de filtro se emitió en 1790 y se le atribuyó a la Sra. Johanna Hempel[1] en Inglaterra para agua potable, estaba hecho de cerámica que contenía cuatro partes de arcilla de pipa de tabaco, mezclado con cinco partes de arena de mar, río o arena de deriva para lo que conocemos como un filtro de gravedad. Robert Thom, un ingeniero civil escocés, inventó y recibió una patente para su proceso de filtración de arena lenta en 1827.[2]

 Dos años más tarde, el ingeniero civil John Simpson desarrolló un filtro similar, que fue instalado y puesto en servicio en la planta de Chelsea Public Water en Londres. Su sistema fue adoptado posteriormente para su uso en todo el mundo. Este proceso produjo agua potable mediante el uso de una película biológica compleja de origen natural (biopelícula) que crece en la superficie del sustrato de arena. En 1885, se instaló el primer sistema de filtración de arena lenta en los Estados Unidos y para 1900, había 10 sistemas operativos en los Estados Unidos. Desde entonces, los servicios de agua municipales han adoptado métodos más modernos para tratar grandes volúmenes de agua (incluyendo aireación, coagulación y floculación, precipitación, cloración y otros procesos de desinfección) para producir agua potable considerada segura para beber, cocinar y para la higiene bucal. 

Tipos de filtros 
En esta parte de la serie, analizaremos métodos para eliminar arena y arenilla de fuentes de agua subterránea municipales, públicas y/o privadas. Este primer paso es crucial porque si la arena y arenilla no se eliminan del agua, el daño colateral a prácticamente todos los accesorios y electrodomésticos relacionados con el agua podría resultar en costos inesperados de reparación o reemplazo. Hay casos en los que arena, sedimentos y partículas grandes ingresan a las tuberías de servicio de una residencia o edificio comercial debido a varios factores. Ejemplos de esto incluyen roturas de tuberías de agua donde rocas, grava, tierra y arena ingresan a las líneas de agua antes y durante la reparación. Una vez completadas las reparaciones, se enjuagan las tuberías principales de agua para purgar estas condiciones hasta que el agua esté clara y haya presencia de cloro detectable. 

 Otros casos incluyen una comunidad más pequeña de sistemas de agua domésticos mutuos que extraen agua de fuentes superficiales o pozos de agua subterránea poco profundos. La turbidez es típicamente el inconveniente estético más común, especialmente cuando el agua se extrae de una fuente de agua superficial. La migración de arena y arenilla de las fuentes de agua subterránea pueden ser causadas por un empaque de grava defectuoso en un pozo o la arena puede aparecer después de un evento sísmico subterráneo, como un terremoto o temblor que fractura los estratos de la tierra. 

 Muchos servicios públicos y municipales de agua a lo largo de nuestra nación todavía siguen utilizando una infraestructura de tuberías de agua de hierro negro. Estos sistemas notifican regularmente a sus clientes sobre la descarga de agua para eliminar los sedimentos depositados del sistema de distribución. Una vez que se completa el lavado, se aconseja a los clientes que abran un grifo exterior de la manguera y dejen correr el agua hasta que esté limpia para asegurarse de que los sedimentos o partículas no se trasladen a la tubería de servicio. A pesar de este proceso, hay momentos en que las partículas grandes e incluso los depósitos del tamaño de un guijarro se desprenden de la tubería y migran a los aireadores de los accesorios, reduciendo el flujo de agua. Esto es posible incluso cuando la residencia o el edificio comercial cuentan con un pozo de agua. En otros casos, sedimentos o partículas grandes pueden ingresar a la infraestructura de tuberías debido a una rotura de la tubería principal de agua. Después de hacer las reparaciones, el personal de servicios públicos hace todo lo posible para eliminar los sedimentos transitorios o los sólidos pesados ​​enjuagando a través de las tomas de agua cercanas para eliminar la migración a las conexiones de servicio de edificios residenciales o comerciales. 

Separadores de arena y trampas de sedimento  
Algunas aguas subterráneas producen arena, lo cual idealmente debería abordarse cuando el pozo se inyecta y se examina el flujo. Si el pozo produce arena después de haber sido estabilizado, el perforador generalmente recomendará un separador de arena montado en una bomba. Los separadores montados en bombas están diseñados para eliminar arena y arenilla que son destructivas para las bombas de agua sumergibles o de turbina. La acción centrífuga evita que la arena ingrese a la entrada de la bomba al girar o “arrojar” la arena al perímetro de la cámara de separación, donde se descarga por el fondo y regresa al pozo. El agua sin arena ingresa al área de baja presión del separador y fluye hacia la entrada de la bomba, protegiendo así los impulsores, cojinetes y otras partes del conjunto giratorio de la bomba. Dejar caer la arena en el pozo ayuda a ralentizar o incluso detener la intrusión de arena en el pozo. 

 Las trampas de sedimentos se han utilizado antes de la llegada del separador centrífugo o de ciclón/ciclónico. La trampa de sedimentos típica para la eliminación de arena fina y sedimentos abrasivos consistía en un tanque galvanizado con tres puertos, incluido el puerto de entrada, salida y descarga o purga. Los tanques tenían típicamente 12-16 pulgadas de diámetro X 36-48 pulgadas de alto (30.48-40.64 cm X 91.44-121.92 cm). 

El agua cargada de sedimentos ingresa al tanque en el tercio inferior del caparazón lateral, con un codo girado hacia arriba a 220, creando un vórtice en espiral que permite que la arena y los sedimentos pesados ​​se depositen fuera de la solución en el fondo del tanque. El agua clarificada sale por la parte superior de la carcasa lateral del tanque y entra en la tubería de servicio (o un pretratamiento adicional, como un filtro de cartucho o un filtro de sedimentos de retrolavado automático para eliminar los sedimentos más livianos que permanecieron en suspensión). La válvula de descarga en la parte inferior (comúnmente conocida como válvula de purga) se abre semanalmente, ya sea manual o automáticamente, con un temporizador y un solenoide para purgar la trampa de arena y sedimentos recolectados. 

Las trampas de sedimentos requieren una huella mucho mayor en comparación con el separador ciclónico, que es muy compacto y generalmente se monta en la pared para instalaciones sumergibles o de bombas de chorro, lo que reduce la huella general del tratamiento. Es muy importante dimensionar correctamente un separador ciclónico en función de la velocidad de bombeo. Con demasiada frecuencia, el separador se selecciona en función del tamaño de la tubería y no del caudal. Normalmente (pero no siempre) el separador ciclónico tiene un tamaño más pequeño que la línea de flotación principal. Por ejemplo, cuando la tubería de agua principal tiene un diámetro de 0.75 pulgadas (1.90 cm), el separador normalmente se selecciona con puertos de 0.5 pulgadas (1.27 cm) debido a la velocidad de bombeo disponible en el pozo. Los separadores ciclónicos funcionan mejor cuando la velocidad del flujo se optimiza para forzar a los sólidos al perímetro exterior de la cámara de separación rápidamente para lograr una alta eficiencia y un agua efluente más limpia. Utilice siempre la tabla de selección/tamaño para evitar sobredimensionar el separador de tipo ciclónico. 

Filtros de malla  
Se pueden usar filtros de malla y se recomiendan cuando el cumplimiento del código de plomería requiere la instalación cuando la presión del agua excede los 80 psi. Los filtros de malla varían en tamaño y configuración, según las necesidades. El filtro de malla básico requiere cerrar el agua para quitar y limpiar la malla cuando se capturan los escombros. Otros son autolimpiantes y requieren la apertura manual de una válvula de descarga o se limpian automáticamente con una válvula controlada electrónicamente. 

 En áreas donde las capas freáticas están justo debajo de la superficie, la calidad a veces se ve afectada por las fuertes lluvias o la escorrentía de tormentas debido a una zona de actividad poco profunda, típicamente en áreas de suelo arenoso. La arena y arenilla pueden estar presentes en estas áreas poco después de estos eventos de lluvia y muchas residencias tienen dispositivos de filtro de malla como el tipo de centrifugado que se purgan fácilmente a través de una válvula de descarga montada en la base de la carcasa. Esta característica simplifica la limpieza sin tener que cerrar el suministro de agua, especialmente con la carcasa transparente que proporciona una confirmación visual de la arena o la arenilla capturada y una purga rápida para eliminar los sólidos. 

Conclusión 
Este primer paso crucial es algo que debe tener en cuenta durante la llamada inicial a un cliente potencial que está experimentando este tipo de problemas. Escuchar lo que el cliente tiene que decir sobre sus problemas y preocupaciones sobre la calidad del agua es muy importante para no pasar por alto ningún problema real o potencial. La evaluación precisa de la estética del agua, combinada con un análisis completo del agua y las características hidráulicas de la fuente de agua, garantizará que se puedan presentar al cliente opciones competentes de tratamiento. En la Parte 2, cubriremos los puntos más precisos de la filtración y las opciones disponibles para remediar los problemas de sedimentos y color. Manténgase en sintonía.