Hay dos tipos básicos de filtración de arena; la filtración de arena lenta y la filtración de arena rápida. La filtración lenta de arena es un proceso biológico, ya que utiliza bacterias para tratar el agua. Las bacterias establecen una comunidad en la capa superior de arena y limpian el agua a su paso, digiriendo los contaminantes del agua. La capa de microbios se denomina schumtzdecke (o
biofilm), y requiere una limpieza cada dos meses, cuando se vuelve demasiado gruesa y el caudal disminuye. Una vez retirado el schumtzdecke, hay que dejar que las bacterias vuelvan a establecer una comunidad durante varios días antes de poder reanudar la filtración. Los sistemas de filtración lenta de arena se han utilizado durante muchos años; los primeros sistemas funcionaron en Londres en el siglo XIX. Sin embargo, los sistemas de filtración lenta de arena requieren grandes extensiones de terreno para funcionar, ya que el caudal del agua oscila entre 0,1 y 0,3 metros por hora. Debido a la superficie de terreno que se requiere y al tiempo de inactividad para la limpieza, los filtros de arena rápidos, que se desarrollaron a principios del siglo XX, son mucho más frecuentes hoy en día.
La filtración de arena rápida es un proceso físico que elimina los sólidos en suspensión del agua. La filtración rápida de arena es mucho más común que la filtración de flujo de arena, porque los filtros rápidos de arena tienen tasas de flujo bastante altas y requieren relativamente poco espacio para operar. De hecho, durante la filtración rápida de arena, el agua fluye a una velocidad de hasta 20 metros por hora. Los filtros se limpian generalmente dos veces al día con filtros de lavado a contracorriente y se vuelven a poner en funcionamiento inmediatamente.
La tecnología moderna ha permitido utilizar la eficacia de la filtración lenta de arena con el ritmo rápido y la pequeña superficie de terreno que requiere la filtración rápida de arena. De hecho, después de que los métodos convencionales de tratamiento del agua no consiguieran tratar con éxito el agua de la Primera Nación de Saddle Lake, el Dr. Hans Peterson descubrió que un proceso de tratamiento biológico del agua, que incorporaba aspectos de la filtración de arena lenta y rápida, podía tratar con éxito el agua según las directrices canadienses de calidad del agua potable. Para obtener más información sobre cómo se trató el agua de Saddle Lake, lea la hoja informativa sobre ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa, o lea el artículo «Due diligence equals safe drinking water» (La diligencia debida equivale a un agua potable segura) que fue escrito por el Dr. Peterson y publicado en Aboriginal Times, o lea Watered Down Excuse, According to one scientist, high cost is no excuse for lack of safe drinking water in First Nations communities (Excusa diluida: según un científico, el alto coste no es excusa para la falta de agua potable en las comunidades de las Primeras Naciones), que fue escrito por Kim Peterson y publicado en The Dominion.
A continuación se compara la capacidad del tratamiento convencional, como la sedimentación y la filtración por arena, con los diferentes tipos de filtración por membrana, incluyendo la microfiltración, la ultrafiltración,
la nanofiltración y la ósmosis inversa. Un sistema de filtración por membrana también puede denominarse filtro de partículas. Las partículas con un diámetro superior a un milímetro, como la grava y la arena, se eliminan mediante el proceso de sedimentación. Las partículas con un diámetro superior a 100 micras (o 0,1 milímetros), como la arena fina, se eliminan mediante la filtración de arena. A medida que el tamaño de los poros disminuye, se retiene una mayor proporción de material al pasar el agua por el filtro. A menudo se utiliza una combinación de varios tamaños de filtros, para que las partículas grandes no se obstruyan demasiado rápido. Utilizando material más fino, como arena o arcilla expandida, o aplicando un coagulante, es posible eliminar partículas pequeñas de entre una y 100 micras de tamaño. Para obtener más información sobre otros procesos de membrana, consulte la hoja informativa sobre ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa.