Filtro lento de arena y biofiltro de carbón

Resumen

Un filtro lento de arena hace pasar agua a muy baja velocidad (del orden de 0,1 m/h) por un lecho de arena fina de 0,5 a 0,9 m. En la superficie crece una capa biológica (schmutzdecke) que atrapa y digiere la mayoría de las bacterias, protozoos y helmintos y deja el agua transparente (turbidez inferior a 1 NTU). Aquí se explica la versión doméstica de flujo intermitente (tipo biosand, 24 a 72 L/día por filtro) y la comunitaria de flujo continuo (1 m² de lecho da unos 2400 L/día). Detrás de la arena puede ir un lecho de carbón vegetal granular que mejora el sabor, el olor y el color y retiene parte de los contaminantes orgánicos. Ninguno de los dos sustituye la desinfección final: el agua filtrada se hierve, se clora o se expone al sol antes de beberla.

Requisitos previos

• Conocimientos: medir volúmenes y tiempos con un recipiente graduado y contando segundos; desinfectar el agua filtrada (ver Hervido del agua y los artículos relacionados de desinfección química y solar). Hacer carbón vegetal: aún no hay artículo; el apartado F da un método mínimo.
• Materiales (filtro doméstico):
  • 1 recipiente estanco de 90 a 100 cm de alto y 25 a 35 cm de diámetro interior: tinaja de barro cocido sin vidriar o con vidriado sin plomo, tonel de madera, cubo de hormigón o de plástico alimentario.
  • Arena: unos 40 L ya cribada y lavada (parte de 60 a 80 L en bruto: el lavado y el cribado retiran parte).
  • Grava de separación (0,7 a 6 mm): unos 4 L. Grava de drenaje (6 a 12 mm): unos 4 L.
  • 1 tubo de salida de 1 a 2 cm de diámetro interior: caña de bambú o carrizo sin nudos interiores, tubo de barro cocido, cobre o plástico.
  • Sellador para el paso del tubo: arcilla con resina o cera de abeja (N1), mortero de cal (N2) o cemento (N3).
  • 1 difusor: tabla fina, plato de barro cocido o chapa, con agujeros de unos 3 mm.
  • 1 tapa y 1 recipiente limpio con tapa para recoger el agua filtrada.
• Materiales (biofiltro de carbón doméstico): 25 a 30 L de carbón vegetal de madera dura ya triturado, cribado y lavado; 1 recipiente de 35 a 40 L con el mismo tipo de tubo de salida elevado.
• Herramientas: cubos de 10 a 20 L (N1), cribas de tejido o cestería (N1), mortero o piedras para triturar (N0), regla o cuerda con nudos cada 1 cm (N1), conteo de segundos (N0). Para la versión comunitaria: azada y pala (N1), arcilla (N1) o mampostería (N2), compuerta o tapón de madera (N1).
• Tiempo y personas: filtro doméstico, 2 personas durante 1 a 2 días (sobre todo cribar y lavar la arena), más 2 a 4 semanas de maduración. Filtro comunitario de 2 m², 6 a 10 personas durante 1 a 3 semanas según el terreno, más la maduración.

Principio de funcionamiento

Qué retiene la arena. El agua atraviesa los huecos entre granos (en arena fina, de unas décimas de milímetro). Las partículas se quedan por tamizado en la superficie, por sedimentación dentro de los poros y por adherencia a los granos. Eso retiene turbidez, huevos de helmintos y quistes de protozoos, pero deja pasar muchas bacterias y casi todos los virus.

La capa biológica hace el trabajo fino. En los 1 a 2 cm superiores se forma en semanas una película pegajosa de algas, bacterias, protozoos y materia orgánica (schmutzdecke, «capa sucia» en alemán). Allí los patógenos quedan pegados, son devorados por protozoos o mueren por falta de alimento. Esa capa necesita:

1. Tiempo de contacto: la OMS/IRC recomienda diseñar a 0,1 m/h, con un intervalo aceptado de 0,1 a 0,4 m/h (Visscher et al. 1987; Global WASH Cluster). Más rápido, los patógenos atraviesan el lecho.
2. Oxígeno: llega disuelto en el agua o, en el filtro doméstico, por difusión a través de una lámina de agua de 5 cm (CAWST 2009). Más agua encima ahoga la capa; menos, se seca con el calor.
3. No secarse ni envenenarse: si el lecho queda sin agua o se vierte agua clorada, la capa muere.

Tamaño de grano. El tamaño efectivo (d10) es la abertura de criba por la que pasa el 10 % del peso; el coeficiente de uniformidad es CU = d60/d10. Para filtro lento: d10 = 0,15 a 0,30 mm y CU < 5, preferiblemente < 3 (Visscher et al. 1987; Pensilvania da 0,15 a 0,35 mm y CU 1,5 a 3). Arena más gruesa: el agua pasa demasiado rápido. Con muchos finos (limo, arcilla): se colmata en días. Muy poco uniforme: los granos finos rellenan los huecos de los gruesos y el caudal se hunde.

Por qué la salida sube por encima de la arena. El punto de vertido fija el nivel mínimo del agua dentro del filtro (vasos comunicantes). Si está por encima de la arena, el lecho nunca se vacía y la capa nunca se seca. Pero si el tubo baja mucho por fuera puede sifonar: sigue tirando del agua por debajo de la cota del codo y deja la arena al aire. Es la pieza que más a menudo se hace mal.

Qué hace el carbón. El carbón vegetal tiene una enorme superficie interna de poros donde se adsorben moléculas orgánicas: las que dan sabor, olor y color, restos de plaguicidas y otros orgánicos. También destruye el cloro libre. Cuanto más alta la temperatura de carbonización y más fino el grano, más capacidad: el carbón de madera hecho a ≥ 850 °C en gasificador funcionó bien, aunque el carbón activado comercial lo superó por un factor de 2 a 34 (media 15) (Kearns et al. 2021).

Orden del tren de tratamiento: (decantación si el agua es turbia) → arena → carbón → desinfección → almacenamiento tapado.

Qué esperar del filtro de arena madurado. Una reducción de 1 log es un 90 %, 2 log un 99 %, 3 log un 99,9 %.

Los extremos bajos de la OMS corresponden a filtros mal operados (sin madurar, recién raspados, demasiado rápidos): la retención cae mucho. Incluso un 95 % deja pasar 50 bacterias de cada 1000: reduce mucho la diarrea, no garantiza agua segura. De ahí la desinfección final.

Límites de la entrada: turbidez recomendada hasta 10 NTU, con picos de hasta 50 NTU en el comunitario (Global WASH Cluster); el biosand admite hasta 50 NTU (CAWST 2009). Por encima, decanta antes.

Procedimiento

A. Dimensionar

1. Calcula la demanda. Si la capacidad es escasa, filtra solo el agua de beber y cocinar: 7,5 L por persona y día. Si se filtra toda el agua doméstica, el acceso básico ronda los 20 L por persona y día (Howard y Bartram 2003). Criterio de éxito: cifra de litros/día escrita.

2. Elige el tipo. Un biosand da 24 a 72 L/día en 4 tandas de 12 a 18 L (CAWST 2009).

   • Hasta ~70 L/día: 1 biosand (a 7,5 L/persona/día, hasta 9 personas: 9 × 7,5 = 67,5 L).
   • Entre 70 y ~290 L/día: 2 a 4 biosand en paralelo, uno por cada 70 L/día (4 × 72 = 288 L).
   • Más de ~300 L/día o uso colectivo: filtro comunitario de flujo continuo. Criterio de éxito: tipo y número de filtros decididos.

3. Área del filtro comunitario. Área (m²) = caudal (m³/h) / velocidad (m/h), a 0,1 m/h y 24 h/día. Así, 1 m² da 0,1 m³/h = 2400 L/día: 120 personas a 20 L/día o 320 a 7,5 L/día. Ejemplo resuelto: aldea de 200 personas a 20 L/día.

   • Demanda: 200 × 20 = 4000 L/día = 4 m³/día = 4 / 24 = 0,167 m³/h. Área: 0,167 / 0,1 = 1,67 m².
   • 2 unidades iguales para limpiar una sin cortar el suministro: 2 × 0,9 m² (0,95 × 0,95 m). En marcha normal van a 0,167 / 1,8 = 0,093 m/h; con una parada, la otra va a 0,167 / 0,9 = 0,19 m/h, dentro de 0,1 a 0,4 m/h.
   • Caudal a medir: 167 L/h = 2,8 L/min en total, 1,4 L/min por unidad: un cubo de 10 L en unos 7 min.
   • Solo para beber y cocinar (7,5 L): 1500 L/día = 0,0625 m³/h → 0,63 m² → 2 × 0,32 m² (0,57 × 0,57 m). Visscher et al. (1987) dan de 5 a 200 m² por unidad: las de 0,3 a 0,9 m² están por debajo de lo habitual. Funcionan, pero se raspan desde el borde, sin pisar dentro. Criterio de éxito: área, unidades y caudal por unidad anotados.

4. Caudal del filtro doméstico. Carga máxima 600 L/h por m² (CAWST 2009): caudal máximo (L/h) = área × 600. Recipiente de 30 cm: área = 3,14 × 0,15² = 0,0707 m²; máximo = 42 L/h = 0,7 L/min. El filtro CAWST v10 trabaja a 0,4 L/min como máximo con el depósito lleno. Como 0,7 L/min es 1,75 veces ese valor, apunta a 0,4 a 0,5 L/min. Criterio de éxito: caudal objetivo de tu recipiente anotado.

5. Alturas del filtro doméstico (de abajo arriba; capas según CAWST 2012 y Global WASH Cluster):

   Capa	Espesor	Material
   Grava de drenaje (rodea la boca del tubo)	5 cm	6 a 12 mm
   Grava de separación	5 cm	0,7 a 6 mm
   Arena filtrante	45 a 50 cm	< 0,7 mm, sin finos
   Lámina de agua en reposo	5 cm (4 a 6 cm)	—
   Hueco hasta el difusor	lo justo para que no toque el agua (en el cálculo, 5 cm)	—
   Depósito sobre el difusor	lo que ocupe una tanda de 12 L	—

   Para 30 cm de diámetro, 12 L ocupan 12 000 cm³ / 707 cm² ≈ 17 cm. Total ≈ 5 + 5 + 50 + 5 + 5 + 17 + 5 cm de resguardo ≈ 92 cm. Criterio de éxito: dibujo a escala con las cotas, incluida la del codo de salida = superficie de la arena + 5 cm.

6. Comprueba el volumen de poros. Cada tanda debe caber en los poros de la arena para quedarse dentro del lecho durante la pausa. Porosidad de la arena de sílice = 1 − densidad aparente / densidad del grano = 1 − 1560 / 2650 ≈ 0,41 (valores de Thames Water 2005). Volumen de poros = 0,0707 m² × 0,50 m × 0,41 = 0,0145 m³ = 14,5 L ≥ 12 L. Criterio de éxito: tanda ≤ volumen de poros; si no, reduce la tanda.

B. Conseguir, cribar y lavar la arena y la grava

1. Elige la fuente. Por orden de preferencia (CAWST): roca triturada, arena de cantera seca y arena de río tomada alto en la orilla. La de río suele traer materia orgánica y patógenos de excrementos. Busca granos duros de cuarzo que no se deshagan al frotarlos. Evita la arena de playa (sal y conchas), la de junto a letrinas, basureros o escombreras de minas, y la arcillosa. Criterio de éxito: un puñado húmedo apretado no forma una bola que conserve la huella de los dedos (si la forma, lleva demasiada arcilla).
2. Criba lo grueso por una criba de unos 0,7 mm. Sin tamices: tela, mosquitera o cestería de trama regular; abertura ≈ (10 mm / hilos por cm) − grosor del hilo (10 hilos/cm con hilo de 0,3 mm → 0,7 mm). También tabla fina o cuero perforados con alambre caliente de grosor conocido. Guarda lo retenido para las gravas. Criterio de éxito: lo cribado pasa la medición del paso 3 y, al final, la prueba de caudal (C.7).
3. Mide el grano sin tamices. Pon granos en fila, tocándose, a lo largo de 1 cm y cuéntalos: diámetro medio ≈ 10 mm / número de granos. Busca granos típicos de 0,2 a 0,5 mm (20 a 50 granos por cm), coherente con d10 = 0,15 a 0,30 mm y CU < 3. Hazlo con 3 muestras de sitios distintos del montón. Criterio de éxito: las 3 dan 20 a 50 granos/cm, sin dos poblaciones muy distintas (polvo más granos gordos).
4. Quita los finos por decantación. En agua a 20 °C un grano de cuarzo natural cae a unos 7,5 mm/s si mide 0,1 mm y a unos 10 mm/s si mide 0,12 mm (Ferguson y Church 2004). Regla práctica, válida para cualquier recipiente: tras remover, espera 1 s por cada cm de agua que haya sobre la arena (30 cm → 30 s) y vierte el agua turbia. Se va lo que cae a menos de 10 mm/s: granos de menos de unos 0,12 mm, por debajo del d10 buscado. En agua a 10 °C la viscosidad es un 30 % mayor y los granos caen más despacio: espera 36 a 40 s por cada 30 cm. Procedimiento: llena el recipiente con un tercio de arena y el resto de agua (Thames Water 2005); mide con la cuerda de nudos la altura de agua sobre la arena; remueve con fuerza 10 s; espera según la regla; vierte sin arrastrar la arena del fondo; repite. Criterio de éxito: tras remover y esperar, el agua deja ver la arena del fondo y ya no arrastra polvo al verterla.
5. Comprueba el limo sin lavar de más. Prueba de la botella (Pyper y Logsdon 1991, en Thames Water 2005): 100 mL de arena en un frasco transparente, agua hasta 200 mL, agita fuerte y deja reposar 20 min. Se forman agua turbia, una banda de limo y la arena. Limo (%) = altura del limo / altura de la arena × 100; lava si pasa del 1 % (Visscher et al. 1987). En el biosand no laves más de lo necesario: arena demasiado limpia deja pasar el agua demasiado rápido, y la decisión final la da la prueba de caudal (C.7). Criterio de éxito: banda de limo apenas visible, ≤ 1 % de la altura de la arena.
6. Prepara las gravas. Criba lo retenido en el paso 2 en dos fracciones: 0,7 a 6 mm (separación) y 6 a 12 mm (drenaje), comprobando con la regla los granos mayores de cada montón. Lava ambas hasta que el agua salga clara. Criterio de éxito: agua de lavado transparente al primer vertido; ninguna piedra plana o alargada mayor de 12 mm.
7. Guarda las fracciones separadas y rotuladas, tapadas, sobre una superficie limpia. Criterio de éxito: 3 montones identificados, sin tierra, hojas ni excrementos de animales.

C. Construir el filtro doméstico (biosand, N1)

1. Prepara el recipiente. Barro cocido: llénalo de agua 24 h para ver si gotea. Madera: no tratada y no tóxica, déjala hinchar con agua 2 a 3 días hasta que deje de rezumar. Criterio de éxito: ninguna pérdida visible y nivel que no baja más de 1 cm en 24 h.
2. Coloca el tubo de salida. Dos formas:
   • Interior (preferible): tubo vertical dentro del recipiente, con la boca inferior a 1 a 2 cm del fondo, que sube pegado a la pared, la atraviesa en la cota «superficie de arena + 5 cm» y sale en codo.
   • Exterior: agujero cerca del fondo y tubo que sube por fuera hasta esa cota y luego sale. Evita el sifón: tras el codo, el pico debe caer poco (5 cm como mucho) o llevar un agujero pequeño (2 a 3 mm) en lo alto del codo que deje entrar aire. Sella el paso por la pared con arcilla con resina o cera (N1), mortero de cal (N2) o cemento (N3), por dentro y por fuera. Cubre la boca inferior con tela o rejilla para que no entre grava. Criterio de éxito: con el recipiente lleno de agua, el agua sale por el pico y deja de salir cuando el nivel interior llega exactamente a la cota del codo, sin bajar más en los 10 min siguientes; sin fugas por el sellado tras 12 h.
3. Llena primero de agua y vierte los medios dentro del agua, para no dejar bolsas de aire. Marca antes las cotas en la pared. Echa 10 a 15 cm de agua limpia, añade la grava de drenaje hasta 5 cm, nivela, y encima la de separación hasta 5 cm. Criterio de éxito: capas planas (± 1 cm) y agua siempre por encima.
4. Añade la arena a puñados dentro del agua, añadiendo agua según haga falta, hasta 45 a 50 cm. Nivela con la mano plana, sin apretar. Criterio de éxito: superficie plana a 5 cm (4 a 6 cm) bajo el codo.
5. Coloca el difusor, con agujeros de unos 3 mm repartidos por toda su superficie, apoyado en un saliente, en cuñas o en la pared, por encima de la lámina de agua en reposo y sin tocarla. Criterio de éxito: al verter de golpe un cubo de 10 L, la arena no presenta cráter ni surcos.
6. Pon la tapa y, bajo el pico, el recipiente de recogida sobre un soporte, tapado alrededor con un paño limpio. Criterio de éxito: el chorro cae dentro sin salpicar ni tocar el borde.
7. Prueba de caudal. Llena el depósito con la tanda completa (12 L). En cuanto empiece a salir, mide el tiempo que tarda en llenarse un vaso de volumen conocido. Caudal (L/min) = volumen (L) × 60 / segundos. Ejemplo: 1 L en 150 s → 0,4 L/min. Criterio de éxito: 0,4 a 0,5 L/min en un recipiente de 30 cm (≤ 0,4 en un CAWST v10), y no menos de la mitad de ese valor para que la familia no se canse de esperar.
   • Demasiado rápido: arena gruesa o demasiado lavada. Sustituye los 5 a 10 cm superiores por arena más fina o menos lavada y repite.
   • Demasiado lento: demasiados finos. Saca los 5 a 10 cm superiores, lávalos más (B.4) y repite.
8. Comprueba la lámina de agua en reposo. Cuando deje de salir agua, mide la altura del agua sobre la arena. Criterio de éxito: 5 cm (4 a 6 cm; CAWST 2009). Si no, corrige la altura de la arena (no la del tubo); si baja de 4 cm con la arena bien nivelada, el tubo sifona (ver Errores frecuentes).

D. Maduración y uso diario

1. Usa el filtro todos los días con la misma fuente de agua desde el primer día; cambiar de fuente baja el rendimiento (CAWST 2009). Criterio de éxito: registro diario de tandas (una raya por tanda).
2. Madura la capa biológica: hasta 30 días en el biosand (CAWST 2009); en el comunitario, hasta 3 semanas con arena nueva (Visscher et al. 1987), más en agua fría. Durante ese tiempo el agua sale clara pero no está tratada: desinféctala siempre. Criterio de éxito: el caudal baja algo y se estabiliza, y sobre la arena aparece una película parda o verdosa algo viscosa al tacto.
3. Respeta la pausa entre tandas: al menos 1 h desde que deja de salir agua; lo recomendado son 6 a 12 h y como máximo 48 h (CAWST 2009). Pauta típica: 4 tandas al día. Criterio de éxito: nunca se rellena mientras aún gotea; nunca pasan más de 2 días sin una tanda.
4. Pretrata el agua turbia. Por encima de 50 NTU, cuela por un paño doblado o decanta (CAWST 2009). Sin turbidímetro, prueba de la botella de CAWST (2009): llena una botella de plástico transparente de 2 L con el agua y ponla sobre letras grandes impresas; si al mirar desde arriba a través de la botella se leen, probablemente está por debajo de 50 NTU. Criterio de éxito: las letras se leen; si no, decanta primero.
5. Nunca eches agua clorada, jabón ni agua caliente: matan la capa biológica. Criterio de éxito: el agua de entrada no huele a cloro.

E. Mantenimiento

Filtro doméstico: «remover y tirar» (swirl and dump, CAWST). Solo cuando el caudal ya no alcanza para la casa o baja de 0,1 L/min (manual CAWST), no por calendario.

1. Si el filtro está vacío, echa unos 4 L de agua (CAWST). Quita la tapa y el difusor. Lávate las manos.
2. Remueve en círculos con la palma, solo la superficie de la arena, sin hundir los dedos hacia la grava.
3. Saca el agua sucia con un vaso y tírala lejos de la fuente y del filtro. Repite hasta recuperar el caudal.
4. Nivela la arena, vuelve a poner el difusor y la tapa. Limpia el pico por fuera con agua y jabón o agua clorada, sin que entre en el filtro. Criterio de éxito: el caudal vuelve a acercarse al de la prueba inicial. Durante unos días el filtro retiene peor mientras la capa se rehace (CAWST 2009): desinfecta como siempre.

Filtro comunitario: raspado

1. Cuándo: cuando, con la salida totalmente abierta, el caudal cae por debajo del de diseño o el agua llega al rebosadero. Va de varias semanas a un año según el agua (Global WASH Cluster).
2. Vacía parcialmente: cierra la entrada y baja el nivel hasta unos 10 cm por debajo de la superficie de la arena (Global WASH Cluster). Criterio de éxito: la arena superior visible y húmeda, no seca.
3. Raspa con pala plana o tabla los 1 a 3 cm superiores (Thames Water 2005), en franjas y de forma uniforme, retirándolos en cestos. En unidades de menos de unos 2 m² trabaja desde el borde; en las grandes, pisa solo sobre tablas. Hazlo en el día. Criterio de éxito: debajo aparece arena clara y uniforme.
4. Rellena desde abajo con agua ya filtrada: abre el tubo de unión con la unidad gemela (H.6) y deja que el agua suba por el dren. Si no hay agua filtrada, no uses agua decantada por abajo (siembra patógenos en el dren): llena por arriba, despacio, vertiendo sobre la piedra plana (Thames Water 2005). Criterio de éxito: el nivel sube pocos cm por minuto, sin burbujas ni cráteres, hasta cubrir la arena.
5. Re-madura: tras el raspado, cuenta con al menos unos días, y más tras recargar arena (Global WASH Cluster; Visscher et al. 1987 da 1 a 2 días tras raspar y hasta 3 semanas con arena nueva). Mientras, tira el agua o desinféctala. Criterio de éxito: turbidez de salida y caudal de nuevo en sus valores habituales.
6. Lava y guarda la arena raspada (B.4) en un montón cubierto.
7. Recarga cuando el lecho baje a 0,5 a 0,6 m (Visscher et al. 1987; Global WASH Cluster), cada pocos años. Técnica de zanjas (Thames Water 2005, de Huisman y Wood 1974): retira la arena vieja hasta la grava en una franja, pon arena lavada abajo y la vieja encima, y sigue franja a franja. La arena vieja, ya colonizada, queda arriba y acorta la re-maduración. Criterio de éxito: lecho de nuevo a 0,8 a 0,9 m, plano, y caudal de diseño recuperado.

F. Preparar el carbón para el filtro

Sirve también para el cartucho de carbón de los filtros domésticos de cerámica.

1. Madera. Dura, densa y seca (encina, roble, haya, frutales o cáscara de coco). Nunca tratada, pintada, aglomerada ni barnizada. Criterio de éxito: leña sin corteza podrida que suena seca al golpearla.
2. Carboniza. El mejor carbón para agua sale de un gasificador TLUD (top-lit updraft: encendido por arriba y tiro ascendente; bidón de chapa, N2-N3): el hecho a ≥ 850 °C adsorbió mucho mejor que el de baja temperatura (Kearns et al. 2021). Sin chapa, método mínimo N1 en fosa o montículo (FAO 1983, cap. 5 y 6):
   • Apila la leña apretada, rellenando huecos con palos finos, en una fosa o alrededor de un palo central. Cubre con hojas y 10 a 20 cm de tierra arenosa; deja un hueco arriba y entradas de aire en la base (6 a 10 en un montículo de 4 m de diámetro).
   • Enciende echando brasas por el hueco superior. Humo blanco y denso: el fuego ha prendido. Tapa con tierra toda grieta por la que salga llama.
   • Cuando el humo disminuye y se vuelve azulado y luego casi transparente (días, en un montículo de 4 m), la carbonización ha terminado y lo que arde ya es el carbón: sella con tierra o arcilla todas las entradas y el hueco superior.
   • Deja enfriar sellado (2 a 3 días en ese montículo). Rendimiento de buena práctica: 1 kg de carbón por 4 kg de leña seca al aire. Este carbón se hace a menor temperatura (unos 550 °C en un montículo mejorado, según la FAO) y de forma desigual: adsorbe menos que el de gasificador y quitará menos sabor y olor. Aparta los trozos poco cocidos de junto a la salida del humo. Criterio de éxito: trozos negros por dentro, sin núcleo marrón, que suenan metálicos al chocar, tiznan poco y se parten con fractura brillante.
3. Enfría sin aire. Si apagas con agua, hazlo al aire libre y apartado del vapor (ver Seguridad). Extiende el carbón a la sombra. Criterio de éxito: al hundir la mano en el montón no se nota calor en ningún punto, y al día siguiente tampoco; solo entonces ensaca.
4. Tritura. Humedece el carbón para que no levante polvo y machácalo en mortero o entre piedras dentro de un saco. Criterio de éxito: casi todo en granos del tamaño de un guisante o menores.
5. Criba. Apunta a granos de 4 a 8 mm. Kearns et al. (2021) modelan un adsorbedor a escala real (lecho de 58 cm de diámetro y 30 cm de fondo) con granos de 4,5 mm y 2,5 h de contacto; el sistema comunitario de Tailandia, en uso desde 2008, emplea granos de 7,5 mm con unas 18 h de contacto. El grano fino adsorbe más (pasar de 0,165 a 0,059 mm multiplicó la capacidad por 3,5 a 3,9 en laboratorio), pero se colmata y se pierde en el lavado. Tritura otra vez lo que no pase por 8 mm y tira el polvo que pase por una tela mosquitera. Criterio de éxito: granos de tamaño parecido, sin polvo al frotar un puñado seco.
6. Lava y satura. En un cubo con agua, remueve, espera 30 s y tira el agua negra con lo que flote. Repite hasta que salga casi transparente. Déjalo en remojo al menos una noche para que el agua llene los poros. Criterio de éxito: agua de aclarado gris clara y casi todo el carbón en el fondo; tira lo que siga flotando.
7. Prueba de decoloración (sirve para comparar carbones y para vigilar el lecho, G.6): en dos vasos iguales pon 200 mL de agua con 1 gota de tinta vegetal o té fuerte; añade a uno un puñado del carbón a probar y al otro un puñado igual de carbón de referencia; agita 10 min y deja posar. Criterio de éxito: el carbón bueno deja el agua claramente más clara que el de referencia, o igual si la referencia es carbón nuevo.
8. Activación con vapor (opcional; ante la duda, omítela). La industrial trabaja entre 700 y 1000 °C y abre más poros quemando parte del carbón. No hay datos fiables de cuánto mejora un carbón que ya se hizo a alta temperatura: si viene de gasificador, probablemente no compense. Si la haces (N2), lee antes Seguridad:
   • Usa un recipiente de hierro, nunca de barro, lleno de granos hasta 2/3, con tapa atravesada por un respiradero corto y por un tubo de hierro de al menos 1 m con un embudo arriba para meter el agua lejos del fuego.
   • Calienta hasta que el recipiente esté al rojo (rojo cereza a anaranjado, ≈ 800 a 900 °C, verificar) y mantenlo 1 a 2 h (verificar). Enciende el gas que sale por el respiradero.
   • Vierte por el embudo muy poca agua cada vez (unos 50 mL cada 5 a 10 min, verificar), con la cara apartada del respiradero y del embudo, porque sale vapor a golpes.
   • Deja de echar agua al menos 15 min antes de terminar y sigue calentando hasta que no haya llama en el respiradero (gas agotado). Si cerraras con gas dentro, al enfriar entraría aire y la mezcla podría inflamarse, hacer saltar la tapa y lanzar brasas.
   • Solo entonces retira el fuego, tapa el respiradero y el embudo con arcilla o arena húmeda y deja enfriar.
   • No abras hasta poder apoyar la mano en la tapa. Criterio de éxito: granos más ligeros y porosos (pésalos antes y después) que, lavados, superan al mismo carbón sin activar en la prueba de decoloración (paso 7).

G. Montar y usar el biofiltro de carbón

1. Colócalo después de la arena, nunca antes. Criterio de éxito: el agua que entra al carbón ya es clara.
2. Dimensiona por tiempo de contacto. Los lechos descritos (modelo y campo) trabajan con 2,5 a 18 h de contacto (paso F.5). En el filtro intermitente, haz que cada tanda completa se quede dentro del carbón durante la pausa (6 a 12 h): volumen de poros del lecho ≥ tanda. Mide la porosidad entre granos: llena un frasco de 1 L con carbón ya saturado, añade agua hasta el borde y mide cuánta cupo; porosidad = litros de agua / 1 L. Ejemplo con 0,45: 12 / 0,45 ≈ 27 L de carbón, que en un recipiente de 30 cm ocupan 27 000 cm³ / 707 cm² ≈ 38 cm. Criterio de éxito: porosidad medida, lecho calculado y recipiente elegido.
3. Monta el recipiente como el biosand, más simple: 5 cm de grava de drenaje alrededor de la boca del tubo, el carbón encima y el codo de salida por encima de la superficie del carbón, con la misma precaución contra el sifón (C.2). Encima, un paño o plato perforado. Llena primero de agua y echa el carbón dentro. Criterio de éxito: con el filtro parado queda una lámina de agua visible sobre el carbón y nada flota.
4. Aclara antes de usar: pasa 2 o 3 tandas y tíralas. Criterio de éxito: sale sin color gris ni partículas.
5. Desinfecta después del carbón, siempre: hierve, clora o SODIS. Si cloras, hazlo a la salida del carbón, que elimina el cloro. Criterio de éxito: el agua almacenada huele ligeramente a cloro, o se hirvió.
6. Sustituye el carbón cuando vuelva el sabor o el olor que antes quitaba o cuando, en la prueba de decoloración mensual (F.7) con un puñado sacado de la capa superior del lecho, decolore claramente menos que carbón nuevo preparado igual. No hay un intervalo publicado: el sistema de Tailandia ha pasado varios ciclos de sustitución, pero Kearns et al. (2021) no dan meses. No reutilices el carbón usado para agua sin reactivarlo; quémalo al aire libre, lejos de las personas. Criterio de éxito: fecha de carga y resultado de cada prueba mensual anotados en el recipiente.

H. Construir el filtro comunitario de flujo continuo (N1-N2)

1. Elige el sitio: por encima de la zona de inundación, cuesta abajo de la toma y cuesta arriba del depósito, y como mínimo a 30 m de letrinas y pozos negros (Sphere 2018), más lejos de corrales si el terreno drena hacia el filtro. Criterio de éxito: el agua va de la toma al filtro y al depósito por gravedad.
2. Excava o levanta el vaso. Altura: 0,3 a 0,5 m de dren y gravas + 0,8 a 0,9 m de arena + agua sobrenadante + 0,2 a 0,3 m de resguardo (Visscher et al. 1987; Thames Water 2005). La OMS/IRC recomienda 1 m de agua sobrenadante; con menos se puede, pero hay menos carga para empujar el agua y hay que raspar más a menudo. Impermeabiliza con arcilla amasada y apisonada en capas (unos 5 cm por capa, verificar) o con mampostería con mortero de cal (N2). Criterio de éxito: lleno de agua, el nivel no baja más de 1 cm/día aparte de la evaporación; si baja más, añade otra capa de arcilla.
3. Dren: tubos de 6 cm de diámetro separados 1 m (Visscher et al. 1987), de barro cocido colocados a tope con las juntas abiertas algo más estrechas que las piedras más finas de la capa de grava que los cubre, o un canal de piedras planas, con ligera pendiente hacia la salida. Criterio de éxito: el agua vertida en el extremo alto llega a la salida sin encharcarse.
4. Gravas de soporte, de abajo arriba (Visscher et al. 1987, en Thames Water 2005): 16 a 23 mm, 15 cm; 4 a 5,6 mm, 10 cm; arena gruesa de 1 a 1,4 mm, 10 cm. Lávalas hasta que el agua salga clara. Criterio de éxito: capas planas; un puñado de arena filtrante echado con agua sobre la capa superior no desaparece entre los granos.
5. Arena: 0,8 a 0,9 m de espesor inicial (Visscher et al. 1987), echada dentro del agua como en C.3-C.4. Marca en la pared la cota inicial y la mínima (0,5 a 0,6 m). Criterio de éxito: superficie plana (± 2 cm).
6. Salida y unión entre unidades: el dren sale a una arqueta cuyo vertedero queda ligeramente por encima de la superficie de la arena (Huisman y Wood 1974, en Thames Water 2005), para que el lecho nunca se vacíe; delante, un tapón o compuerta de madera regula el caudal. Une los drenes de las dos unidades con un tubo de 6 cm con tapón para poder llenar una desde abajo con agua filtrada de la otra. Criterio de éxito: con la entrada cerrada, el agua deja de salir y queda sobre la arena; con el tapón cerrado, no pasa agua de una unidad a otra.
7. Entrada: un rebosadero en la pared a la altura máxima del agua sobrenadante devuelve el exceso al cauce; la entrada vierte sobre una losa o piedra plana. Criterio de éxito: con la entrada abierta del todo, el nivel se estabiliza en el rebosadero y la arena no se mueve.
8. Llenado inicial desde abajo con agua ya filtrada (de la unidad gemela por el tubo de unión o de otro filtro vertida en la arqueta con la compuerta abierta), hasta cubrir la arena; si solo hay agua sin filtrar, llena por arriba sobre la piedra plana (Thames Water 2005). Después abre la entrada normal. Criterio de éxito: el nivel sube pocos cm por minuto, sin burbujas.
9. Regula el caudal de diseño con la compuerta, midiendo con cubo y reloj (A.3: 10 L en unos 7 min por unidad). Compruébalo cada día (Visscher et al. 1987) y abre poco a poco según la capa frena el paso; un ajuste grande de golpe empeora el agua (Thames Water 2005). Criterio de éxito: el cubo se llena en el tiempo de diseño en la comprobación diaria.
10. Funcionamiento 24 h hacia un depósito cubierto de al menos el 40 % de la producción diaria (Visscher et al. 1987; en el ejemplo, 1,6 m³), del que se saca agua con grifo. Durante la maduración, tira el agua o desinféctala. Criterio de éxito: el depósito nunca se vacía y el filtro nunca se para.
11. Cubre el filtro con un tejadillo de ramas, cañizo o tablas: la luz favorece las algas, que colmatan antes el filtro (manual de Pensilvania). Criterio de éxito: sin algas flotantes ni excrementos en el agua.

Verificación

Con medios N1, sin laboratorio:

• Transparencia: el agua filtrada se ve claramente más limpia que la de entrada. Una marca negra vista con nitidez a través de 30 cm de agua indica mejora, no que se haya llegado a 1 NTU; para eso hace falta turbidímetro.
• Olor y sabor: sin olor a podrido ni a moho. Si huele a podrido, la capa está sin oxígeno: revisa la lámina de agua (5 cm) y la pausa máxima (48 h).
• Caudal: anótalo cada semana. Una caída lenta es normal; un aumento brusco indica lecho removido, grieta o canal junto a la pared (el agua no se filtra).
• Lámina de agua en reposo de 5 cm (4 a 6 cm) en el biosand; arena siempre cubierta en el comunitario.
• Carbón: prueba de decoloración mensual (F.7).
• Salud: que baje la diarrea en la casa o la aldea respecto a antes (indicador tardío pero real).

Con más medios (N3-N4):

• Turbidez de salida < 1 NTU con turbidímetro.
• Prueba de ácido sulfhídrico (tira de papel en frasco de 20 mL): incuba a 25 a 35 °C y lee a las 24 y 48 h; si ennegrece, hay contaminación fecal probable. Por debajo de unos 20 °C tarda mucho más y puede dar falsos negativos (Pillai et al. 1999).
• E. coli por filtración en membrana o sustrato cromogénico: el objetivo de la OMS es 0 en 100 mL (OMS 2011, tabla 7.10), que en la práctica solo se alcanza con desinfección final.
• Agotamiento del carbón: echa agua con olor a cloro directamente sobre el lecho de carbón, nunca a través del biosand (D.5). Si la salida del carbón huele a cloro, está agotado.

Errores frecuentes

Seguridad

• Falsa seguridad (el riesgo principal). Un filtro madurado retiene la mayoría de los patógenos, no todos; durante la maduración y tras cada limpieza, mucho menos. El carbón no retiene patógenos y puede cultivarlos. Desinfecta siempre el agua filtrada. Con agua de fuente fecal evidente (río bajo un poblado, charca con ganado), una tanda sin desinfectar puede transmitir cólera, fiebre tifoidea, hepatitis A o rotavirus, que matan a niños pequeños por deshidratación.
• Contaminantes químicos. Ni la arena ni el carbón quitan la sal, los nitratos (peligrosos para lactantes de menos de 6 meses), el fluoruro, el arsénico ni la mayoría de los metales. Si la fuente está cerca de minas, escombreras, campos muy abonados o industrias, o hay manchas en los dientes o lesiones de piel frecuentes en la zona, busca otra fuente. El carbón agotado puede soltar lo adsorbido: sustitúyelo.
• Recipientes. Los vidriados antiguos o de alfarería tradicional pueden soltar plomo: usa barro sin vidriar o vidriados sin plomo. No uses bidones de combustibles, plaguicidas o productos químicos, ni maderas tratadas.
• Polvo. Cribar arena seca levanta polvo de sílice, que a la larga causa silicosis: criba en húmedo o al aire libre, con un paño húmedo sobre nariz y boca. El polvo de carbón irrita ojos y pulmones: tritura mojado.
• Carbonización y carbón recién hecho. El montículo y la fosa desprenden humo con monóxido de carbono: trabaja a barlovento (con el viento a la espalda) y nunca junto a viviendas. Pisar un montículo encendido puede hundirte en brasas: no te subas a él. Apagar carbón al rojo con agua suelta vapor y algo de monóxido e hidrógeno: hazlo al aire libre y a barlovento. El carbón puede reavivarse horas después y quemar el almacén: no lo ensaques caliente. Ropa de fibra natural, agua a mano y zona despejada de hojarasca.
• Activación con vapor (opcional: ante la duda, no la hagas). Riesgos: vapor que sale a golpes y quema la cara; gas combustible y tóxico (monóxido de carbono e hidrógeno); retroceso de llama si entra aire con gas dentro, con la tapa saltando y brasas despedidas. Por eso: solo al aire libre; agua por un tubo de al menos 1 m y poca cada vez, con la cara fuera de la vertical del respiradero y del embudo; dejar de echar agua 15 min antes y calentar hasta que no haya llama antes de sellar (F.8); no abrir hasta poder tocar la tapa; nunca en recipientes de barro, que estallan. Aparta a niños y animales.
• Intoxicación por monóxido de carbono. No huele ni se ve. Síntomas: dolor de cabeza, mareo, náuseas, cansancio, confusión. Ante el primero, apártate hacia donde viene el viento, fuera del humo, y aparta a los demás. Si alguien está inconsciente pero respira, posición lateral de seguridad al aire libre; si no respira, respiración de rescate (y compresiones torácicas si sabes hacerlas) y pide ayuda. Nadie vuelve a la zona hasta que se haya apagado el fuego y ventilado.
• Filtros comunitarios y pozos. Un vaso con agua o un hoyo junto al río es un riesgo de ahogamiento para niños: vállalo o tápalo. En terreno arenoso, las paredes de un hoyo se derrumban: no bajes a un hoyo más hondo que la cintura sin entibarlo o darle talud. Para rasparlo, usa tablas y nunca trabajes solo.
• Higiene del mantenimiento: el agua de «remover y tirar» y la arena raspada llevan patógenos. Tira esa agua y esa arena lejos de fuentes, pozos y huertos de verdura cruda, y lávate las manos con jabón.
• Heladas: el agua helada mata la capa biológica y rompe recipientes de barro: protege o entierra el filtro.

Variantes

• Con menos recursos (N0):
  • Pozo junto al río (filtración en la orilla): cava un hoyo poco profundo en terreno arenoso a 5 a 10 m del cauce (verificar) y saca el agua que rezuma; el terreno actúa de filtro. Mejora mucho la turbidez, pero no se controla la velocidad: desinfecta siempre. Vállalo o tápalo y vigila el derrumbe (ver Seguridad).
  • Recipientes de corteza, cestería impermeabilizada con arcilla o cuero: funcionan igual si se respetan la lámina de 5 cm, la salida elevada sin sifón y el caudal máximo; duran menos.
  • Sin carbón: se pierde la mejora de sabor y olor, no la eliminación de patógenos (que el carbón no daba).
• Con más recursos:
  • N2: vaso de mampostería con mortero de cal, tubos de barro vidriado, chapa perforada de difusor, gasificador TLUD de chapa para el carbón, recipiente de hierro para activarlo.
  • N3: filtro de hormigón con molde de acero (CAWST v10, 70 a 75 kg, vida útil de más de 30 años según CAWST 2009); tamices normalizados para d10 y CU; prefiltros de grava para agua más turbia.
  • N4: carbón activado granular comercial (del orden de 15 veces más capacidad que un buen carbón vegetal; Kearns et al. 2021); control de turbidez y E. coli; filtros de plástico moldeado (unos 3,5 kg).
• Escalado:
  • Familia: 1 biosand (24 a 72 L/día) + 1 lecho de carbón de ~27 L + desinfección + recipiente con grifo.
  • Aldea (100 a 1000 personas): 2 o más unidades de flujo continuo; lo habitual son 5 a 200 m² por unidad (Visscher et al. 1987), aunque las pequeñas de menos de 1 m² sirven para grupos reducidos si se raspan desde el borde. Depósito cubierto, un cuidador formado que mide el caudal a diario y escalona los raspados.
  • Ciudad: decenas de lechos (el filtro lento municipal se usa desde 1829 en Londres), con decantación previa, lavado mecánico de la arena, cloración final y laboratorio. El filtro lento ocupa hasta 10 veces más superficie que uno rápido (Global WASH Cluster): a partir de cierto tamaño se pasa a coagulación con filtración rápida.

Fuentes

• Huisman, L. y Wood, W.E. (1974). Slow Sand Filtration. OMS, Ginebra. Capa biológica, vertedero de salida, raspado y recarga por zanjas.
• Visscher, J.T. et al. (1987). Slow Sand Filtration for Community Water Supply. IRC Technical Paper 24. 0,1 m/h, d10 0,15 a 0,30 mm, CU < 5, lecho 0,8 a 0,9 m (mínimo 0,5 a 0,6 m), 1 m de agua sobrenadante, 5 a 200 m² por unidad, gravas de soporte, dren, depósito del 40 %, re-maduración, control diario.
• Thames Water y University of Surrey (2005). Slow Sand Filters (water-e). sswm.info. Tabla de criterios, apdo. 4.2.11 (gravas), densidades de la arena, prueba de limo, raspado de 1 a 3 cm, zanjas, llenado inverso.
• CAWST (2009). Biosand Filter (ficha y manual v10). 0,4 L/min, 600 L/h/m², lámina de 5 cm, pausa de 1 a 48 h, maduración de hasta 30 días, eficacias, 50 NTU y prueba de la botella de 2 L, «remover y tirar» (4 L, umbral de 0,1 L/min), orden de preferencia de la arena.
• CAWST (2012). Biosand Filter Construction Manual. Arena < 0,7 mm, gravas de 0,7 a 6 y 6 a 12 mm, prueba de caudal.
• Global WASH Cluster. Compendium of Water Supply Technologies in Emergencies, fichas T.9 y H.5. Velocidad de 0,1 a 0,4 m/h, turbidez, eficacias, recarga a 0,6 m, vaciado a 10 cm bajo la arena, re-maduración, superficie frente a filtro rápido.
• Pennsylvania DEP. Drinking Water Operator Certification Training, Module 17, unidad 2. d10, CU, cubierta.
• Kearns, J.P. et al. (2021). Environmental Engineering Science, PMC8165476. Carbón de gasificador ≥ 850 °C, adsorbedor modelo de 4,5 mm y 2,5 h, sistema de Tailandia de 7,5 mm y 18 h, tamaño de grano, carbón activado.
• FAO (1983). Simple Technologies for Charcoal Making. Forestry Paper 41, cap. 5 y 6. Montículo y fosa: color del humo, sellado, enfriado, rendimiento, temperatura.
• Ferguson, R.I. y Church, M. (2004). Journal of Sedimentary Research 74: 933-937. Velocidad de caída.
• Pillai, J. et al. (1999). Water Science and Technology 40(2): 85-90. Prueba de H₂S según temperatura.
• OMS (2011). Guidelines for Drinking-water Quality, 4.ª ed., cap. 7: tabla 7.7 (reducción por filtración lenta) y tabla 7.10 (E. coli 0 en 100 mL).
• Howard, G. y Bartram, J. (2003). Domestic Water Quantity, Service Level and Health. OMS. 7,5 L/persona/día para beber y cocinar; unos 20 L como acceso básico.
• Sphere Association (2018). The Sphere Handbook, 4.ª ed. Distancia mínima de 30 m entre letrinas y fuentes.