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La biofiltracion, una alternativa para la potabilización del agua.

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  • 1. Revista Lasallista de InvestigaciónCorporación Universitaria Lasallistamarodriguez@lasallista.edu.coISSN (Versión impresa): 1794-4449COLOMBIA 2004 Álvaro Arango Ruiz LA BIOFILTRACIÓN, UNA ALTERNATIVA PARA LA POTABILIZACIÓN DEL AGUA Revista Lasallista de Investigación,vol. 1, número 002 Corporación Universitaria Lasallista Antioquia, Colombia pp. 61-66 Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal Universidad Autónoma del Estado de México http://redalyc.uaemex.mx
  • 2. Artículo de Revisión La biofiltración, una alternativa para la potabilización del agua Álvaro Arango Ruiz Ingeniero Químico. Especialista en Ingeniería Ambiental. Candidato a Maestría en Ingeniería Ambiental, UPB. Profesor Facultad de Ingenierías, Programa Ingeniería Ambiental, Corporación Universitaria Lasallista.Correspondencia: Álvaro Arango Ruiz, email: alarango@lasallista.edu.coLínea de investigación: Tratamiento de aguas, Semillero de investigación en Gestión y Medio Ambiente SIGMABiofiltration, an alternative for water potabilizationResumen AbstractActualmente, la población de los países en desarrollo In current times, the population from developingexperimenta la carencia de condiciones sanitarias countries is experiencing a lack of basic sanitaryadecuadas, incluyendo la de contar con agua potable conditions, including the potable water to satisfy theirque satisfaga sus condiciones básicas. La falta de needs. The lack of water potabilization is associatedpotabilización del agua está asociada con enferme- to illness and death among children because of hydricdades y muerte en población infantil por enfermeda- origin diseases. The lack of water available anddes de origen hídrico. La no disponibilidad de agua properly treated for human use, brings the need toapta para el consumo humano plantea la necesidad get interested on innovative projects in this field, asde interesarse por proyectos innovadores en estecampo, como es el caso de la biofiltración, presen- biofiltration, introducing efficient treatment,tando alternativas de tratamiento, potabilización y dis- potabilization and distribution alternatives which musttribución eficiente del agua que sean accequibles y be easy to be reached and economically viable for theeconómicamente viables. people.Palabras clave: Agua potable. Potabilización del Key words: Potable water. Water potabilization.agua. Biofiltración. Biorremediación. Filtración lenta. Biofiltration. Bioremediation. Slow filtration. Introducción vas de potabilización del agua, alternativas que sean accequibles y económicamente viables, que satis-El Segundo inventario Nacional de la Calidad del fagan la demanda de agua para uso doméstico.Agua realizado en el año 1998, reportó que sólosiete de cada diez municipios disponían de agua En este artículo se hará una revisión y análisisde buena calidad1, reflejándose esta condición del proceso de biofiltración como alternativa quesanitaria en la Situación de Salud en el año 2001, garantiza un estado de saneamiento básico ade-en la que 22 de cada 100.000 niños colombianos cuado para las poblaciones afectadas, mejoran-menores de cinco años murieron de enfermedad do así su calidad de vida. Es conocido que ladiarreica aguda2. biofiltración utiliza una sola operación para la pu- rificación del agua, presentando procesos físicosAnte la imperante necesidad que tiene la pobla- y bioquímicos como consecuencia de bajas ta-ción, en especial las pequeñas comunidades de sas de filtración, que generan la formación de unalos países en desarrollo, de disponer continua y biocapa sobre la superficie del lecho, capa éstaeficientemente de agua potable, es necesario recu- responsable de remover y/o retener los agentesrrir al estudio y planteamiento de nuevas alternati- patógenos. REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - VOL. 1 No. 2 61
  • 3. Aunque la biofiltración es una técnica muy anti- Tabla 1. Enfermedades transmitidasgua y empleada, lo que la hace atractiva, en la por el agua6actualidad, es la utilización de nuevos materia-les que reemplazan a los usados en los medios Causa Enfermedad Millonesgranulares tradicionales, mejorando así su com- de enfermospetencia frente a otras alternativas de tratamien-to. Las variaciones que podrían hacerse al pro- Diarrea 4000ceso evidencian un tema poco explorado a nivel Bacterias Cólera 0,04mundial, constituyéndose en un estudio nove- Tifoidea 0,70doso. Virus Poliomielitis 8 Hepatitis A 2000 Parásitos Amibiasis 400Panorama mundial Dracunculosis 100 Bilarciasis 200Actualmente, una de las mayores necesidadesde la población mundial es la disponibilidad deagua potable para tener una calidad de vida ópti-ma, fundamental para un desarrollo justo, soste- Asimismo, el 80% de las enfermedades y el 33%nible y sano para cualquier país. En los países de las muertes se deben a la crisis del agua pota-en desarrollo se manifiesta la carencia de agua ble. Es así que el 65% de las hospitalizaciones ypotable por varias causas, entre las que se en- el 80% de las consultas médicas son causadascuentran la falta de recursos hídricos, la conta- por enfermedades gastrointestinales.minación de las fuentes de agua o incluso pro-blemas de orden financiero, que no permiten la El 25% de la población de los países desarrolla-implementación de sistemas de tratamiento, dos no tiene acceso al agua potable ni a la red depotabilización y distribución del agua a la pobla- alcantarillado. En los países desarrollados (áreasción3,4. urbanas) 82,5% tienen acceso a redes de agua y 63,1% a redes de alcantarillado, pero 70% de losSiguiendo con los países en vía de desarrollo, se países pobres no tienen agua tratada y 80% vi-puede afirmar que son innumerables los proble- ven sin conexión a las redes de alcantarillado.mas que resultan de las deficiencias de sanea-miento básico, como la disponibilidad del agua En 1996, la demanda mundial de agua era depotable, la remoción sanitaria y la disposición de 5.692 km3/año contra una oferta de 3.745 km3/residuos sólidos, para los cuales encontramos las año (aprovechamiento del potencial viable estima-siguientes estadísticas: do en 14.000 km3/año).La pobreza y la problemática de saneamiento En la actualidad, la población mundial es cuatrobásico son responsables de la muerte de un niño veces mayor que hace 100 años, mientras que elcada 10 segundos. Según un informe de las Na- consumo de agua se ha multiplicado por 9 y laciones Unidas5, 1.100 millones de personas en necesidad de agua industrial por 404.todo el mundo viven sin agua potable. La cifraaumenta de manera escalofriante al hablar de El agua puede considerarse como un recurso nocuánta gente vive en condiciones de salubridad renovable en cuanto a que su cantidad es limita-indignas: son 2.400 millones los hombres y mu- da, y, adicionalmente, el ciclo hidrológico hace quejeres sin acceso a instalaciones sanitarias decen- el agua presente cantidades variables en el tiempotes para los parámetros estándar de salud mun- y la locación. Por esto es importante que las pobla-dial. La consecuencia es previsible pero no por ciones recurran a la recolección, almacenamientoeso menos dolorosa. Cada año, 2.2 millones de y tratamiento del agua para satisfacer sus necesi-personas mueren en el mundo por causa de en- dades básicas, entre ellas la de agua potable.fermedades vinculadas con aguas contaminadas,tales como diarrea, cólera, poliomielitis y Los países en vía de desarrollo tienen grandesamibiasis, entre otras, como es mostrado en la dificultades para el abastecimiento de agua, paratabla 1. satisfacer todas sus necesidades. Mientras que62 REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - VOL. 1 No. 2
  • 4. los países industrializados tienen prácticamente querimientos mínimos para garantizar el sumi-resuelto su abastecimiento, situación descrita en nistro con la frecuencia y calidad establecidasla tabla 2. en la norma.7,9. Tabla 2. Porcentajes de abastecimiento Con relación a los costos, las inversiones en el de agua 6 sector de agua potable y saneamiento básico en Colombia, a pesar de ser elevadas, no han logra- Año do un impacto positivo esperado en la calidad deLugar 1980 1985 1990 2000 2010 vida de los habitantes, generando con ello un altoTercer mundo 40 48 52 61 68 desperdicio de recursos económicos. En conse-China 100 100 100 100 100 cuencia, el problema es mayor en las zonas rura-Estados les y en aquellos municipios pequeños y media-industriales 100 100 100 100 100 nos, por cuanto no se dispone de un abasteci-Todo el mundo 64 67 71 75 80 miento de agua con algún tipo adecuado de al- macenamiento7.En relación con la información que se tiene y re-ferida a Colombia, la calidad del agua para con- La biofiltración, una alternativa desumo humano es deficiente, debido a contenidos potabilizaciónde gérmenes patógenos y contaminantes de ori-gen fisicoquímico. La filtración biológica representa una opción dife- rente a los procesos fisicoquímicos, tradicional-Un estudio realizado en Colombia, en 1993, por mente utilizados para la potabilización del agua3.el Ministerio de Salud y la Organización Panameri- Este proceso de biofiltración es uno de los máscana de la Salud (OPS) determinó que en el gru- antiguos que se han aplicado en el tratamientopo de enfermedades de salud pública más impor- de aguas para uso urbano, y su objetivo es la sepa-tantes, el 44% están relacionadas con el sanea- ración de partículas y microorganismos objetablesmiento básico y de ellas, aproximadamente un en el agua, que no han sido retenidos mediante40%, tienen relación directa con el agua potable7. otros procesos10-13.Según la Superintendencia de Servicios Públicos, La biofiltración puede efectuarse en medios poro-quien ejerce labores de inspección, control y vigi- sos o en medios granulares como la arena o lalancia, en Colombia existen 870 municipios, con antracita, entre otros. Recientemente, se han reali-una población menor de 12.500 habitantes, los zado estudios con miras a mejorar el proceso, sus-cuales presentan grandes problemas en el sumi- tituyendo los materiales de los medios filtrantes,nistro de agua, por no cumplir con las disposicio- sustituyéndolos por medios fibrosos3.nes del Decreto 475 de 1998.7,8 Este sistema tiene la particularidad de que purifi-Según el mismo estudio, en 578 municipios, per- ca el agua en una sola operación, mediante eltenecientes a 18 departamentos, se está sumi- desarrollo de procesos físicos y bio-químicos quenistrando agua potable que cumple con los valo- permiten, con la aplicación de bajas tasas de fil-res admisibles del Decreto en un rango entre el tración, la formación de una capa biológica sobre95 y 100% a 5.058.410 habitantes, lo que equi- la superficie del lecho, que retiene las partículasvale al 42.19%. suspendidas y microorganismos patógenos, re- moviendo así el material no deseable para darleEn cuanto a las grandes ciudades con más de al agua las características de potable10-13.500.000 habitantes, suministran agua a su po-blación con un porcentaje de aceptabilidad del99%, cumpliendo con el Decreto 475. Al nivel Aspectos técnicosnacional, el problema de la calidad del agua po-table se centra en los municipios menores, zo- La filtración se ha utilizado desde el siglo XIX,nas rurales, veredas y corregimientos, en don- cuando el proceso de filtración lenta en arena erade se carece de la infraestructura y de los re- generalmente el único método de tratamiento de REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - VOL. 1 No. 2 63
  • 5. agua. La filtración lenta en arena tiene la cualidad • Filtración de torta o en profundidad: la filtra-de separar los agentes patógenos y mejorar la ción de torta es el proceso en filtros lentos deapariencia estética del agua. La remoción de arena, en los que, sobre la superficie del filtro, seagentes patógenos no era conocida en el siglo desarrolla una torta filtrante y la filtración, a travésXIX. Un ejemplo del desconocimiento de esta de esa superficie, es por mecanismos físicos ycaracterística está relacionado con hechos que biológicos. La filtración en profundidad se produ-acontecieron en 1892, en los cuales murieron ce cuando la mayor parte del espesor del medio8.500 personas en Hamburgo, como consecuen- filtrante está activo para el proceso de filtración ycia de una epidemia de cólera. Hamburgo utiliza- la calidad del filtrado mejora con la profundidad.ba aguas no tratadas del río Elba, pero su subur- Es el caso de los filtros rápidos de arena10-13.bio Altara trataba el agua por sedimentación y fil-tración lenta en arena y no sufrió la epidemia del La filtración lenta en lechos de arena está pa-cólera10. sando por un renacimiento, debido a que recien- temente se ha demostrado que mejora la cali-Los sistemas de filtración se pueden clasificar por: dad microbiológica del agua, y tiene tasas de separación de hasta un 99.9% para quistes• Gravedad o presión: la filtración por gravedad Giardia y Cryptospiridium. Este sistema puede es el proceso en el cual se hace pasar el agua volver a ser popular, en tanto se sabe que los por un filtro, y el proceso se realiza por efectos quistes de Giardia tienen cierta resistencia a la de la gravedad. Los filtros de presión están con- cloración.7 tenidos en recipientes y el agua fluye forzada por efectos de presión a través del medio En la gráfica 1 se muestra la estructura de un filtrante. filtro lento de arena. La filtración lenta en arena es una estructura formada por una caja abierta• Velocidad de filtración: rápida, lenta o va- rectangular de hormigón que contiene una capa riable. La filtración lenta es aquella que se da sobrenadante de agua sin tratar, un lecho de a velocidades entre 0,1 y 0,2 m/h, mientras arena fina sobre una capa de grava, el sistema que la filtración rápida se da a velocidades de drenaje inferior y una estructura de entrada y entre 5 y 20 m/h. salida. Gráfica 1. Filtro lento de arena6Se considera que la separación de impurezas tie- de la Giardia, debido a que algunas investigacio-ne lugar en la capa biológica. El tamaño efectivo nes han demostrado que esta se elimina en fil-de los granos de arena es de 0,2 mm y esto retie- tros de arena que no tienen capa biológica comple-ne efectivamente todas las partículas mayores a tamente desarrollada. Según investigaciones de0,02 mm. Los quistes de Giardia son de aproxi- Logsdon y Fox (1988), la filtración lenta de arenamadamente este tamaño siendo así filtrados en mejora significativamente los parámetros de cali-la capa biológica. dad del agua. La separación de bacterias colifor- mes totales fue de 99.4% o mayor. Esta tasa de-Existe alguna discusión contradictoria respecto a pendía de la profundidad del lecho y se reducía asi la capa biológica es esencial en la separación medida que lo hacía la profundidad. Los quistes64 REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - VOL. 1 No. 2
  • 6. de tamaño entre 7 y 12 ìm tenían tasas de sepa- nes de mantenimiento. Lo anterior presuponeración del 96.8% o mayores. Las partículas de beneficios económicos que, a su vez, favorece-tamaño 1 a 60 ìm fue de 98.1 o mayores10-12,14. rían las condiciones de las poblaciones con la necesidad de satisfacer sus requerimientos deLa eliminación de color no es significativa con ta- agua potable.sas de separación sólo del orden del 25%, ladisminución de turbidez con altas tasas y valoresque se reducen a 0,5 UNT. ReferenciasLa limpieza que es un proceso para quitar la capa 1. COLOMBIA. MINISTERIO DE SALUD. Se-biológica, y volver a arrancar el proceso tiene una gundo Inventario Nacional de la Calidad delduración de dos días. Agua. Bogotá: El Ministerio; 1998 2. COLOMBIA. MINISTERIO DE PROTECCIÓNMejoramiento del proceso de biofiltración SOCIAL. Situación de Salud de Colombia. Indicadores básicos 2002. Bogotá: El Minis-El interés científico que ha recobrado el proceso terio; 2003.de filtración lenta, se debe a la utilización de otrosmateriales para la conformación del lecho filtrante,que son un potente recurso a disposición de la 3. LOZANO RIVAS, William Antonio. Una nuevaingeniería, a la hora de presentar una alternativa manera de potabilizar el agua. Revista Acodal,para diseñar una planta depuradora de aguas No. 206, agosto 2004, 25-29.residuales urbanas. 4. VISSCHER,J.T y otros. Filtración lenta en are-En general, esta técnica ofrece las siguientes ven- na, Tratamiento de agua para comunidades.tajas3: Cinara. Cali, Colombia, 1992. 163 p.• Disminuye los gérmenes patógenos del agua 5. BARRAMEDA SOFT CORPORATION. Infor- hasta en un 100%. me de Naciones Unidas. Tercera Jornada de la Cumbre Internacional sobre Desarrollo Sus-• Alta relación entre la superficie disponible y el tentable, en Johannesburgo. [on line]. [Citado volumen ocupado por los nuevos materiales el 29 de agosto de 2002]. Disponible en http:/ del lecho filtrante (fibras sintéticas), unido a un / w w w. b a r r a m e d a . c o m . a r / n o t i c i a s / elevado valor de espacios huecos, facilita un ma- johann14.htm yor rendimiento de los filtros y, a la vez, un me- jor funcionamiento mecánico. 6. CENTRO PANAMERICANO DE INGENIERÍA• Ocupa poco espacio, tiene gran facilidad de SANITARIA Y CIENCIAS DEL AMBIENTE. El operación y mantenimiento y puede aplicarse a Agua. [on line]. [Citado el 25 de mayo de 2004]. cualquier núcleo de población, independiente- Disponible en http://www.cepis.ops-oms.org/ mente del tamaño. bvsacg/e/elagua.html• Reduce los niveles de cloro residual en la red 7. ARRIETA, Giovanni. Calidad del Agua en Co- de distribución de agua potable. lombia [on line]. 2002. s.l.: Superintendencia• Este sistema es más económico que los siste- de Servicios Públicos. Organización Paname- mas tradicionales. ricana de la Salud, Organización Mundial de la Salud/Colombia, 2002. Disponible en http:/ / w w w. c o l . o p s - o m s . o r g / D I A A / 2 0 0 2 / Conclusión COLOMBIA.pdfEl proceso de biofiltración, por presentar una alta 8. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PÚ-eficiencia en el proceso de potabilización de agua, BLICOS DOMICILIARIOS. Decreto 475 dedebe ser motivo de estudio e investigación con el 1998. Disponible en http://objeto de mejorar su diseño, manejo y operacio- www.superservicios.gov.co/normatividad REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - VOL. 1 No. 2 65
  • 7. 9. CRITES, Ron y TCHOBANOGLOUS, George. 12.PONTIUS, Frederick W. Water Quality and Tratamiento de aguas residuales en peque- treatment. Fourth Edition. Mc Gaw Hill. USA, ñas poblaciones. Santa Fé de Bogotá, 2000, 1990, 1193p. 776p. 13.STEVENSON, David G. Water Treatment Unit10.ARBOLEDA VALENCIA, Jorge. Teoría y prác- Processes. Imperial College Press, London, tica de la purificación del agua, Tomo 2. Mc 199, 474p. Graw Hill, Santa Fé de Bogotá, febrero 2000, 793p. 14.ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tratamiento de aguas residuales, teoría y principios de dise-11.KIELY, Gerard. Ingeniería Ambiental, Volumen ño. Editorial Escuela Colombiana de ingenie- II. Mc Graw Hill, Madrid, 1999, 841p. ría. Santa Fé de Bogotá, Enero 2000, 1232p.66 REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - VOL. 1 No. 2

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