El acceso a agua potable segura no solo es esencial para la supervivencia, sino que también juega un papel crucial en la promoción de la salud y el bienestar de las comunidades en todo el mundo. A lo largo de la historia, la humanidad ha enfrentado el desafío constante de garantizar que el agua que consumimos esté libre de contaminantes dañinos. Para abordar esta necesidad vital, se han desarrollado una amplia gama de técnicas de purificación de agua.
Con el avance de la ciencia y la tecnología, se han desarrollado distintos métodos sofisticados y eficientes de purificación de agua. Tecnologías como la ósmosis inversa, la desinfección ultravioleta, la suavización y la ozonización han revolucionado la forma en que tratamos el agua contaminada. Estas técnicas permiten una eliminación más completa de una amplia gama de contaminantes, incluidos virus, bacterias, productos químicos y metales pesados, garantizando así que el agua tratada cumpla con los estándares de calidad requeridos para el consumo humano.
A continuación, nos adentraremos en mayor profundidad en las diversas tecnologías de purificación disponibles.
El carbón activado, ya sea en forma de Carbón Activado Granular (CAG) u otras presentaciones, es un componente esencial en el proceso de purificación del agua. Su estructura porosa única, con una red intrincada de poros de tamaño microscópico, le confiere una sorprendente área superficial interna. Esta característica distintiva permite que el carbón activado sea excepcionalmente eficaz en la adsorción de una amplia gama de contaminantes orgánicos e inorgánicos presentes en el agua, desde compuestos químicos hasta partículas suspendidas.
En el caso específico del CAG, se utiliza predominantemente en lechos de filtro fijos dentro de los sistemas de tratamiento de agua. Sin embargo, su capacidad de adsorción no es infinita y, con el tiempo, el carbón activado se satura con las impurezas capturadas. Para mantener su efectividad, es necesario regenerar o reemplazar el carbón activado periódicamente.
Es importante destacar que, a pesar de su eficacia en la adsorción de contaminantes, el carbón activado, incluido el CAG, puede promover el crecimiento bacteriano debido a su estructura porosa. Para mitigar este riesgo, se requieren procesos de sanitización periódicos en los lechos de carbón activado, que pueden variar en frecuencia según las condiciones de operación y la eficacia de la sanitización.
La ósmosis inversa (RO) es un proceso mediante el cual el agua atraviesa una membrana bajo presión en un flujo cruzado. Con su excepcional capacidad purificadora, la ósmosis inversa se destaca como uno de los métodos más eficientes y rentables para eliminar hasta el 99 % de las impurezas presentes en el agua.
Durante la ósmosis inversa, el agua de alimentación es bombeada a través del lado de entrada de una membrana de RO bajo presión (normalmente entre 4 y 15 bares, o 60 y 220 psi) en un flujo cruzado. Por lo general, entre el 15 % y el 30 % del agua de alimentación atraviesa la membrana como permeado, mientras que el resto sale como un concentrado que contiene la mayor parte de las sales, compuestos orgánicos y prácticamente todas las partículas.
Las membranas de RO suelen ser láminas delgadas de poliamida y son estables en un amplio rango de pH; sin embargo, pueden ser vulnerables a daños por agentes oxidantes como el cloro, por lo que se recomienda un pretratamiento para proteger la membrana. Estas membranas se utilizan para eliminar contaminantes del agua, reteniendo aquellos con un diámetro inferior a 1 nanómetro.
Por lo general, más del 90 % de las impurezas iónicas, la mayoría de las impurezas orgánicas, y casi todas las partículas, bacterias y biomoléculas son eliminadas del agua filtrada o permeada, siendo posteriormente eliminadas del módulo de RO en una corriente de agua residual o concentrada.
Ultravioleta
La luz ultravioleta (UV) se emplea para inactivar microorganismos al interrumpir sus ácidos nucleicos y alterar su ADN, evitando así eficazmente su reproducción. En los sistemas de purificación de agua de laboratorio, se utilizan lámparas de mercurio de baja presión que emiten luz ultravioleta en línea para este propósito.
La radiación UV, incluso a dosis bajas, causa alteraciones en el ADN y las ARN-polimerasas, además de descomponer moléculas orgánicas grandes en componentes ionizados más pequeños. Estos componentes se eliminan aguas abajo mediante lechos de resina de intercambio iónico de alta pureza, optimizando así la eficacia de esta tecnología para la purificación del agua al eliminar previamente los iones orgánicos. Además, la luz ultravioleta se emplea en la fotólisis para eliminar especies de cloro y cloramina del agua.
El tratamiento del agua con luz UV-C se utiliza para foto oxidar las impurezas orgánicas y/o inactivar los microorganismos. La fotooxidación de las impurezas orgánicas produce especies polares o cargadas que pueden eliminarse posteriormente mediante procesos de intercambio iónico. Usualmente, la lámpara UV forma parte de un circuito de tratamiento de «pulido» que incluye intercambio iónico, a través del cual el agua circula continuamente para mantener su calidad. De esta manera, se puede obtener agua con un nivel de carbono orgánico total (TOC) inferior a 5 ppbC y una concentración de bacterias inferior a 1 CFU/ml en los productos de ELGA que utilizan este método.
Se recomienda suavizar el agua cuando se va a utilizar en un proceso de ósmosis inversa y su dureza es superior a 170 mg/L. También es aconsejable suavizar el agua cuando su dureza causa un sabor desagradable o provoca incrustaciones en los equipos subsiguientes. La capacidad incrustante del agua depende de índices como el de Langelier, cuyo valor está determinado por la dureza, el pH, los sólidos disueltos totales, la alcalinidad total y la temperatura.
La dureza total del agua es la suma de la concentración de varios iones metálicos divalentes presentes en el agua, que tienen la capacidad de formar incrustaciones. Esta dureza está compuesta principalmente por Ca+2 y Mg+2. Para suavizar el agua, se emplea una resina de intercambio iónico cargada negativamente (catiónica). Estas resinas son esferas sintéticas con una matriz polimérica capaz de intercambiar iones en un líquido, dependiendo de su carga y la intensidad de la misma. En el proceso de suavización, se utiliza una resina catiónica fuerte.
Cuando el agua pasa a través de la resina, los iones de Ca+2 y Mg+2, con una carga positiva fuerte, reemplazan a los iones de Na+ que tienen una carga menor. De esta manera, los iones que causan dureza quedan retenidos en las esferas de resina.
Las resinas de intercambio iónico tienen una capacidad de intercambio específica, generalmente medida en gramos por pie cúbico (gr/ft3). Cuando se alcanza este límite, la resina debe regenerarse. Para ello, se utiliza una solución regenerante de cloruro de sodio (NaCl) al 10%.
Ozono
En esta etapa del proceso de tratamiento del agua, el agua ya ha sido purificada y se considera apta para el consumo humano. Sin embargo, para garantizar su protección contra la contaminación bacteriana proveniente de fuentes externas posteriores al tratamiento de ósmosis inversa (OI), es necesario aplicar métodos de desinfección.
El proceso de generación de ozono se inicia con el oxígeno molecular (O2), el cual atraviesa una cámara especial donde se expone a una carga eléctrica con el voltaje necesario para romper el enlace covalente del O2, formando así moléculas triatómicas de oxígeno (O3, ozono). Este método de generación de ozono se conoce como «descarga de corona».
El ozono (O3) se introduce en el agua, ya sea en forma de burbujeo en un tanque de residencia o mediante succión directamente en la tubería del agua tratada para ser conducido al tanque de almacenamiento de agua purificada. La ozonización deja un residual de ozono en el agua, lo cual resulta beneficioso cuando el agua se envasa en garrafones reciclables que podrían haber quedado contaminados bacterianamente después del proceso de lavado.
Este método de desinfección mediante ozonización asegura que el agua tratada esté libre de contaminantes bacterianos, garantizando así su calidad y seguridad para el consumo humano.