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CONOCER EL AGUA

(fuente: National Academy of Sciences)

¿Por qué existe un problema?
La población de la Tierra podría aumentar en unos 3.000 millones de habitantes en los próximos 50 a 75 años. Más personas sedientas se traduce en una demanda aún mayor para los recursos ya escasos y, paradójicamente, un mayor riesgo de que las fuentes de agua existentes se contaminen. Muchos de los principales acuíferos en el mundo están siendo sobreexplotados, y en algunas cuencas fluviales los gobiernos han asignado más agua que la que hay realmente disponible.
Las explosiones de crecimiento de las llamadas “megaciudades”, el punto focal de crecimiento en los países en vías de desarrollo, están concentrando a las personas sin contar con los sistemas de saneamiento apropiados así que a menudo ellos contaminan las fuentes de agua con sus propios desechos. El crecimiento industrial y agrícola del cual dependerán estos nuevos millones de personas agregan sus propios contaminantes a las diversas fuentes de suministro de agua.
Los recursos de agua dulce están sintiendo además la presión de la Madre Naturaleza. Existe una alta variabilidad estacional y anual de precipitación pluvial y del aguanieve, y el consiguiente flujo de corrientes de agua, en muchas regiones. Los cambios climáticos podrían representar el final de algunas fuentes de suministro de agua esenciales —pero no renovables— como el aguanieve. Los residentes de las zonas costeras quizá vean sus fuentes de suministro de agua subterránea contaminadas por flujos salobres en la medida en que se eleven los niveles del mar.
Otras barreras para conservar las fuentes de suministro de agua potable de manera segura y aptas para el consumo humano incluyen la ausencia de experiencia local en la construcción y mantenimiento de sistemas de agua potable, la falta de recursos financieros necesarios para su construcción, guerras y otros conflictos, y los desastres naturales.

 

Contaminación
Buena parte del agua dulce en el mundo está contaminada por causas naturales o provocadas por el hombre. Los desechos no tratados, los desechos industriales, los pesticidas y otros contaminantes inundan y ensucian las aguas y pueden volverlas mortales. Las enfermedades vinculadas con el agua causan millones de fatalidades cada año.
Algunas enfermedades tienen un impacto inmediato, como las diarreas causadas por microbios patógenos. Otras, como los cánceres causados por metales pesados, pueden demorar muchos años en aparecer. A pesar de su diversidad la mayoría de estas enfermedades comparten una característica común — éstas se pueden prevenir fácilmente mediante el acceso fiable a una fuente de suministro de agua potable apta para el consumo.

Sistemas inadecuados de distribución
Más de mil millones de personas carecen de acceso a fuentes de suministro de agua limpia, y cuatro de cada cinco residen en áreas rurales de los países en vías de desarrollo. Los residentes rurales están geográficamente dispersos, y residen típicamente lejos del alcance de los modernos sistemas de distribución de agua. A menudo dependen de las fuentes naturales de suministro de agua y quizá tengan que desplazarse grandes distancias cada día para obtener agua que sea segura para el consumo.
La ardua tarea de acarrear agua priva a muchas mujeres y niños de las oportunidades educacionales y económicas que podrían ayudarles a escapar del ciclo de pobreza en el que viven.
Los sistemas de distribución tampoco logran llegar hasta aquellas personas que residen en los barrios pobres de las ciudades con rápido crecimiento en los países en vías de desarrollo. Extensos barrios de "chabolas" o casuchas existen fuera del alcance de los sistemas de distribución de agua de la ciudad, dejando que los pobres urbanos tengan que adquirir su propia agua a través de fuentes de suministro privadas — a menudo a precios exorbitantemente elevados.
Donde hay infraestructura para distribuir el agua, a menudo, ésta se encuentra en condiciones deplorables por su antigüedad o mantenimiento deficiente, y susceptible a la ruptura y fugas en las tuberías principales. Si se dañan los sistemas de distribución, el agua se puede volver a contaminar con organismos infecciosos transmitidos por el agua.

Falta de suministros fiables y sostenibles
Más de mil millones de personas carecen de una fuente fiable de agua limpia. Infortunadamente, el problema va en aumento. En pocas palabras, la creciente población en la Tierra está agotando los limitados recursos hídricos con mayor rapidez que con la que éstos se pueden reabastecer por sí mismos. El problema es particularmente agudo en sitios áridos donde los recursos naturales ya están sobreexplotados.
La creciente población también necesita más alimentos. En muchas partes del mundo, el agua se está utilizando cada vez más para fines agrícolas, lo cual compite con el uso doméstico del agua.
Las fuentes de suministro de agua están sometidas a presiones ambientales y a presiones causadas por los humanos. La precipitación pluvial es variable de estación a estación y puede ser poco fiable. Las tendencias climatológicas como El Niño y La Niña pueden provocar abundantes lluvias en algunos años y sequías en otros.
Los cambios climáticos pueden también exacerbar la variabilidad estacional en el suministro de agua — lo cual ya es un problema importante en aquellas regiones donde los totales de precipitación anual y de escorrentía están sujetos a los caprichos de las temporadas de monzones y de otros eventos periódicos.

Falta de conocimientos y experiencia en el ámbito local
En lo que se refiere a preservar y proteger los recursos hídricos, un poco de conocimientos sirve de gran ayuda. En muchas comunidades, la carencia de conocimientos básicos sobre prácticas de saneamiento y de higiene resulta en la innecesaria contaminación de recursos hídricos esenciales. Esto se puede convertir en un problema cíclico; ya que roba a los niños enfermos las oportunidades de salud y educación que podrían haberlos facultado para mejorar sus propias vidas.
De la misma manera, la falta de experiencia local a menudo es una barrera para la creación de sistemas más modernos de distribución y tratamiento de agua — los cuales necesitan de personal capacitado para la operación y mantenimiento.

Pobreza
Un mapa de la riqueza en el mundo es una imagen especular de un mapa que muestre el acceso a agua limpia y a instalaciones sanitarias. Los pobres son los más afectados por ambas circunstancias.
Muchas de las personas pobres en el mundo deben sobrevivir con aguas contaminadas — y sufrir los riesgos de salud y de estancamiento socio-económico que resultan de la carencia de este recurso esencial. Aquellos que en este contexto tienen acceso a agua limpia a menudo pagan los precios más altos del mundo por ella. Los residentes en barrios pobres en muchas ciudades, que residen fuera del alcance de los sistemas de distribución, deben comprar el agua a través de proveedores privados y a menudo pagan cinco a diez veces más por el agua que consumen que lo que pagan sus vecinos más acaudalados con conexiones a los sistemas municipales.

Conflictos, guerras y desastres naturales
Cuando los eventos en el mundo empeoran, a menudo, los suministros de agua sufren lo peor del impacto. Las guerras y desastres pueden contaminar las fuentes de agua que una vez fueron fiables o impedir completamente el acceso de las personas a dichas fuentes.
Los desastres naturales como las inundaciones, los huracanes y las marejadas o 'tsunamis' a menudo interrumpen y contaminan los suministros de agua, y propagan enfermedades que amplifican muchas veces el impacto del evento original. Estos pueden destrozar infraestructuras establecidas, dejando sin agua a un sinnúmero de personas que dependen de ella.
Al igual que los desastres naturales, las guerras y otros conflictos a menudo devastan las infraestructuras de suministro de agua — las cuales pueden necesitar de muchos años para recuperarse.
La violencia y los desastres desplazan a muchas personas de sus hogares. Los refugiados tienen necesidades humanas básicas de agua, pero a menudo se los obliga a congregarse en áreas donde los recursos son simplemente insuficientes para abastecer a un influjo de población.
Sin una ayuda significativa, como lo es el establecimiento de la distribución provisional del agua por medio de camiones cisterna, las víctimas de guerras y desastres naturales pueden encontrarse tratando de sobrevivir con sólo un poco de agua, un amargo legado de lo que ya ha sido un evento catastrófico.
Las historia de conflictos surgidos por los recursos de agua es larga y violenta. Las disputas sobre recursos de agua escasos en regiones áridas o durante los períodos de sequía han resultado en muertes y destrucción de la infraestructura de sistemas de agua. No obstante que los sistemas de distribución de agua se consideran como blancos militares y se usan como herramientas militares durante las guerras, las incidencias de los conflictos por recursos hídricos están cada vez más relacionados con actos de terrorismo y disputas sobre estrategias de desarrollo.

Aspectos culturales y de estilo de vida
Nuestro mundo se está convirtiendo cada vez más en un sitio urbano. Según información de las Naciones Unidas, por primera vez en la historia hoy día más personas residen en la ciudades que en las áreas rurales. Mucho de este crecimiento está ocurriendo en las naciones en vías de desarrollo de África y Asia. Se espera que en 2015, veintidós ciudades tendrán más de diez millones de habitantes y 17 de estas ciudades estarán ubicadas en países en vías de desarrollo.
La mayoría de este crecimiento urbano ocurre realmente fuera del alcance de los sistemas de distribución de agua municipales, y dejará a nuevos residentes urbanos de escasos recursos económicos con muy pocas fuentes de agua abastecimiento de agua limpia. Las comunidades marginales en crecimiento, y densamente pobladas, carecen además de sistemas de saneamiento adecuados, lo cual provoca la contaminación del agua que está disponible.
Estos patrones de crecimiento urbano, impulsados por cambios económicos y culturales, son un desafío crítico para la administración de los recursos hídricos en el siglo veintiuno y en el futuro venidero.

Uso competitivo
El agua se usa para más que satisfacer la sed humana. La agricultura es una industria dependiente del agua que consume la mayoría del agua dulce que se encuentra en las naciones en vías de desarrollo. El agua tiene además usos industriales, comerciales y ecológicos, que se agregan a la muy a menudo fiera lucha por obtener este recurso.
En regiones afectadas por la carencia del líquido, los planes de administración de agua deberán sacar el máximo provecho de cada gota. Los planes de administración de agua pueden a menudo lograr el equilibrio entre las muchas demandas humanas y ambientales en las fuentes de agua de manera tal que la cuenca hidrográfica sea ambiental y económicamente saludable y beneficie a todas las partes interesadas en el asunto.
Por ejemplo, en algunas regiones áridas, los beneficios económicos de la agricultura sencillamente no justifican el gasto de agua necesario. Pero existe una diversidad de objetivos sociales que impactan el uso del agua, incluida la seguridad de los alimentos y el desarrollo económico, y también deberán considerarse estas necesidades.

Cambio climatológico
Nuestra Tierra se está volviendo un sitio más cálido. Es además muy probable que los eventos de precipitación pluvial copiosa sean cada vez más frecuentes, pero esto no ocurrirá en todas partes, y es muy probable que en las regiones de tierras subtropicales ocurran reducciones en la precipitación. Muchas fuentes de abastecimiento de agua dulce quizá se pierdan como consecuencia de la elevación en las temperaturas, tal como ocurre con los glaciares alpinos permanentes de los cuales dependen tantas comunidades.
Se espera que los cambios climáticos varíen ampliamente entre las diferentes regiones geográficas. Las áreas actualmente áridas quizá sean las más afectadas, para volver aún más escasa el agua en las regiones donde las fuentes de abastecimiento ya son inadecuadas.
Incluso aquéllas en climas húmedos cercanas a las líneas costeras en todo el mundo pueden sentir variaciones climatológicas que pueden a su vez afectar sus reservas de agua. Los elevados niveles del mar que amenazan con inundar las aguas subterráneas costeras, acuíferos con aguas salobres — lo cual los convierte en no aptos para el consumo humano.


Una mujer sudanesa llena débiles latas con agua en una bomba instalada con ayuda de la colaboración internacional.

Metas de desarrollo para el milenio
Las Metas de desarrollo para el milenio promovidas por las Naciones Unidas fueron creadas con el objeto de mejorar sustancialmente las vidas de los pobres más pobres en el mundo. Varias de estas metas están relacionadas con el agua.
Para el año 2015 (la fecha límite para todas las Metas de desarrollo del milenio), la Organización de las Naciones Unidas se ha propuesto reducir a la mitad la cantidad de personas que no tienen acceso, o que no disponen de los recursos económicos necesarios para pagar por el agua apta para el consumo humano y que además carecen del saneamiento básico.
Si se logra alcanzar esta meta, ello permitirá la realización de otras metas, como lo son la reducción en un 66% de los índices de mortalidad infantil en menores de cinco años, y asegurar que los niños puedan terminar un ciclo completo de escuela primaria.
La Organización se comprometió además en tratar de “detener la explotación insostenible de los recursos hídricos mediante el desarrollo de estrategias de administración del agua en ámbitos regionales, nacionales y locales, que promuevan el acceso equitativo y los suministros adecuados”.
A menos de una década para alcanzar la fecha límite, los resultados al presente no son completamente claros.
En 1990, el 35 por ciento del mundo en vías de desarrollo tenía acceso a sistemas de saneamiento apropiados. En 2004 ese número había alcanzado un valor del 50 por ciento — 1,200 millones de personas más. Sin embargo, con este índice de mejoría, tal parece que el mundo estará considerablemente lejos de alcanzar sus metas para 2015.
El avance ha rendido mejores frutos en lo que respecta a la disponibilidad de mejores fuentes de agua potable. La cobertura mundial ha aumentado desde un 71 por ciento en 1990 hasta el 80 por ciento en 2004 — y se encuentra en ruta para lograr su meta en 2015. Sin embargo, la cobertura global continúa siendo desigual y existe carestía en muchas áreas rurales y especialmente en el África sub-sahariana.

 

ABASTECIMIENTO

 

El agua potable es un recurso precioso. La mayor parte de la superficie terrestre está cubierta por agua de mar. Aproximadamente un 2,5 por ciento es agua dulce— y dos tercios de ésta se encuentra congelada en las capas heladas y glaciares.
Los reservorios subterráneos son un recurso importante de suministro de agua para muchas personas. La humanidad hace uso de pozos para explotar los acuíferos renovables y no renovables para saciar su sed y regar sus cultivos.
Los ríos y lagos contienen solamente un pequeño porcentaje del agua en la Tierra — pero estas aguas superficiales son cruciales. Al igual que algunos acuíferos, éstos se reabastecen constantemente cuando el agua se desplaza desde la atmósfera hasta la Tierra y de vuelta mediante el ciclo del agua.
Pero los recursos de agua superficial están sujetos a los patrones variables de precipitación que los vuelve notoriamente poco fiables.
La protección y administración de las fuentes de abastecimiento de agua dulce, superficiales y subterráneas, es una tarea esencial.
La humanidad no puede crear más agua. Pero, mediante la administración de las fuentes de abastecimiento y los sistemas de distribución, se puede maximizar la cantidad de agua disponible y aprovechar al máximo cada gota del preciado

 

 

¿Dónde se encuentra el agua en la Tierra?
No hay escasez de agua en la Tierra. La mayor parte de nuestro planeta está cubierto por agua, pero muy poca de esa agua es apta para el consumo humano.
Nuestro “planeta azul” está cubierto por océanos que se extienden sobre dos terceras partes de su superficie. Estos masivos cuerpos de agua salada contienen casi toda el agua en la Tierra.
Menos del tres por ciento del agua del planeta existe como agua dulce— y no toda es apta para el consumo humano. De hecho, más de dos tercios del agua dulce del planeta no se encuentra siquiera en estado líquido — se encuentra congelada en glaciares en sitios como las capas de hielo en Antártica y Groenlandia. Estos recursos son esencialmente inaccesibles para el consumo humano, no obstante que el agua derretida de glaciares es un importante recurso en algunas regiones.
Casi todo el resto de los recursos de agua dulce en la Tierra se encuentra como agua subterránea. Esta agua subterránea emerge a la superficie para alimentar corrientes de agua y saturar tierras pantanosas. El agua subterránea suministra un reservorio esencial que se puede explotar para usos agrícolas, industriales, y ambientales, y también como fuente de suministro de agua potable. Hoy día, el agua subterránea suministra aproximadamente del 25 al 40 por ciento de toda el agua potable de la Tierra. Algunos de los recursos de agua subterránea del planeta fueron creados en antiguas condiciones climatológicas y se los considera como recursos hídricos no renovables.
Un minúsculo porcentaje del agua de la Tierra se encuentra en forma de agua dulce superficial — sin embargo, la mayoría de la gente obtiene de ríos y lagos el agua para su consumo. No obstante que los ríos y corrientes de agua son esencialmente importantes para el suministro de agua, contienen quizá solamente el uno por ciento del total de agua dulce — una fracción de la cantidad de agua que se encuentra en lagos y reservorios.
En un momento dado solamente aproximadamente 0,001 por ciento del agua de la Tierra se encuentra en estado de vapor atmosférico— un número sorprendentemente pequeño si se considera el importante papel que éste desempeña en las condiciones climatológicas. Sin embargo, esta cantidad de agua se recicla muchas veces por año entre la superficie de la tierra y la atmósfera, un proceso que todos presenciamos en forma de precipitación pluvial o nieve.
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  • Toda el agua de la Tierra
    • Toda el agua de la Tierra
    • 1. Océanos: 97%
    • 2. Dulce: 3%
  • Agua dulce
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    • 1. Capas heladas / Glaciares: 68,7%
    • 2. Tierra: 30,1%
    • 3. Otras: 0,9%
    • 4. Superficial: 0,3%
  • Agua superficial
    • Agua superficial
    • 1. Ríos: 2%
    • 2. Pantanos: 11%
    • 3. Lagos: 87%
TRATAMIENTO

 

Los contaminantes son sustancias que vuelven al agua no apta para el consumo. Algunos contaminantes se pueden identificar fácilmente mediante la evaluación del sabor, del olor y de la turbidez del agua. Sin embargo, la mayoría no se puede detectar fácilmente y es necesario realizar pruebas para determinar si el agua está contaminada o no. Si no se verifica, los contaminantes pueden causar una amplia gama de enfermedades vinculadas con el agua que ocasionan terribles daños en la salud de los seres humanos.
Los contaminantes ocurren de manera artificial (producidos por la mano del hombre) o natural. Algunos contaminantes son organismos que incluyen patógenos como bacterias, virus y parásitos tales como protozoos microscópicos y gusanos. Estos organismos vivientes se pueden propagar por medio desechos sólidos humanos y animales. Las buenas medidas sanitarias y la higiene puede ayudar a detener la propagación de estos organismos.
Otros contaminantes son los productos fabricados por la mano del hombre para uso industrial y agrícola, incluidos los metales pesados como plomo y mercurio, además de sustancias y compuestos químicos peligrosos como insecticidas y fertilizantes.
Los elementos que se encuentran de forma natural pueden también contaminar el agua. Las toxinas como el altamente venenoso metal arsénico pueden ocurrir naturalmente a niveles inaceptables.
El agua contaminada deberá ser tratada antes de que se pueda usar para el consumo humano. El tratamiento de agua puede ocurrir en dos sitios diferentes: en una instalación centralizada de tratamiento de agua y en el punto de uso.
Dondequiera que se realice el tratamiento, se utilizará una diversa gama de tecnologías para purificar el agua potable. Se seleccionan las tecnologías de tratamiento y se aplican utilizando diversos factores determinantes incluidos la fuente de agua, el tipo de contaminante, y el costo.
Para el tratamiento más eficaz, se utiliza una combinación de tecnologías para asegurar que el agua esté completamente descontaminada.

 

 

 

 

 

 

Procesos de tratamiento
Las plantas convencionales de tratamiento de agua superficial utilizan una secuencia de procesos más o menos estándar. Después de filtrar objetos grandes como peces y palos, se añaden coagulantes químicos al agua para lograr que las diminutas partículas en suspensión que enturbian el agua se atraigan entre sí para formar “flóculos”. La floculación—la formación de flóculos de mayor tamaño a partir de flóculos más pequeños— típicamente se logra por medio del agitado leve y constante del agua para estimular a las partículas y pequeños flóculos para que “choquen” entre sí, se adhieran, y formen un flóculo de mayor tamaño. Cuando los flóculos son lo suficientemente grandes y pesados para sedimentarse, el agua se traslada a estanques calmos de sedimentación o decantación. Cuando la mayoría de los sólidos se ha sedimentado, típicamente ocurre alguna forma de filtración ya sea por medio de arena o de membranas. La desinfección es usualmente el siguiente paso. Después de la desinfección, se pueden agregar diversos productos químicos para ajustar el pH, para prevenir la corrosión del sistema de distribución, o para prevenir la caries dental. El intercambio iónico o carbón activado se puede usar durante algunas partes de este proceso a fin de eliminar los contaminantes orgánicos o inorgánicos. Las fuentes de agua subterránea usualmente tienen una mayor calidad inicialmente y tienden a necesitar menos tratamiento que las fuentes de agua superficiales.
Los dispositivos de punto de uso y de punto de ingreso son típicamente más sencillos y utilizan un número limitado de tecnologías. En la mayoría de países desarrollados el agua potable sin patógenos y que cumple normativas internacionales está disponible en la llave de grifo de cada cliente. Además de eso, un número significativo de consumidores en el mundo desarrollado opta por instalar dispositivos de punto de uso y de punto de entrada como medida de protección adicional o para mejorar las características estéticas del agua en el sistema público de abastecimiento de agua. Sin embargo, en muchas regiones del mundo en vías de desarrollo, los sistemas públicos de abastecimiento de agua, que suministran agua sin patógenos no están disponibles y el éxito se mide principalmente mediante la reducción del riesgo de enfermedades diarreicas o de otro tipo. Por tanto, una tecnología de punto de uso que sea apropiada para una ubicación quizá no lo sea y no se recomiende para otra.

Coagulación - Floculación
Las prácticas de coagulación y floculación son tratamientos previos esenciales para muchos sistemas de purificación de agua.
En el proceso convencional de coagulación-floculación-sedimentación, se añade un coagulante al agua fuente para crear una atracción entre las partículas en suspensión. La mezcla se agita lentamente para inducir la agrupación de partículas entre sí para formar “flóculos”. El agua se traslada entonces a un depósito tranquilo de sedimentación para sedimentar los sólidos.
Los sistemas de flotación de aire disuelto agregan también un coagulante para flocular las partículas en suspensión; pero en vez de usar la sedimentación, burbujas de aire presurizado las empujan hacia la superficie del agua desde donde se pueden extraer.
Se ha desarrollado un sistema de floculación-cloración como tecnología de punto de uso, especialmente para países en vías de desarrollo. Éste usa paquetes pequeños de productos químicos y equipos sencillos como cubetas y un filtro de paño para purificar el agua.
Finalmente, el ablandamiento de cal es una tecnología utilizada por lo general para “ablandar” el agua —es decir, eliminar las sales minerales de calcio y magnesio. En este caso, el material que se decanta no es el sedimento en suspensión sino las sales disueltas.
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Coagulación-Floculación-Sedimentación convencionales
Las prácticas convencionales de coagulación–floculación-sedimentación son pretratamientos esenciales para muchos sistemas de purificación de agua — especialmente los tratamientos de filtración. Estos procesos aglomeran entre sí a los sólidos en suspensión para formar cuerpos de mayor tamaño a fin de que los procesos de filtración física puedan eliminarlos con mayor facilidad. La eliminación de particulados por medio de estos métodos vuelve mucho más eficaces los procesos de filtración. El proceso a menudo se continúa con la separación por gravedad (sedimentación o flotación) y siempre es seguido por la filtración.
Un coagulante químico, como sales de hierro, sales de aluminio o polímeros, se agregan al agua fuente para volver fácil la adherencia entre las partículas. Los coagulantes funcionan creando una reacción química y eliminando las cargas negativas que causan que las partículas se repelan entre sí.
Después, la mezcla coagulante-agua fuente se agita lentamente en un proceso que se conoce como floculación. Este agitado del agua induce que las partículas choquen entre sí y se aglutinen para formar grumos o “flóculos” que se pueden eliminar con mayor facilidad.
El proceso requiere el conocimiento químico de las características del agua fuente para asegurarse del uso de una mezcla eficaz de coagulante. Los coagulantes erróneos vuelven ineficientes estos métodos de tratamiento.
La máxima eficacia de la coagulación / floculación se determina además mediante la eficiencia del proceso de filtrado con el cual estén combinados.
Flotación con aire disuelto
La flotación con aire disuelto es una forma de tecnología coagulación-floculación que se utiliza como pretratamiento. El empleo de esta técnica antes de la filtración de agua reduce las obstrucciones que causan problemas de mantenimiento de la filtración corriente abajo.
La flotación con aire disuelto está particularmente bien indicada para la eliminación de algas, colores no deseados, y partículas más livianas que se resisten la sedimentación del agua de fuente tratada.
El proceso no funciona bien con aguas con turbidez elevada porque las partículas más pesadas, como el limo y la arcilla, no se pueden hacer flotar fácilmente hasta la superficie del agua.
Para iniciar el proceso, se agrega al agua fuente un coagulante químico, como sales de hierro, sales de aluminio o polímeros, para volver más fácil la adherencia entre los particulados. Los coagulantes funcionan creando una reacción química y eliminando las cargas negativas que causan que las partículas se repelan entre sí.
Después, la mezcla coagulante-agua fuente es agitada lentamente en un proceso que se conoce como floculación. La agitación del agua hace que las partículas choquen y se agrupen entre sí para formar grumos o “flóculos” más grandes que se pueden eliminar fácilmente.
El agua floculada se recolecta en un depósito y está sujeta a una gran infusión de diminutas burbujas de aire presurizadas. La acción de estas burbujas fuerza a los grumos o flóculos de partículas hacia la superficie del agua donde se las puede extraer.
La flotación con aire disuelto es una alternativa para la sedimentación. Ésta realiza una tarea similar por medio de un método diametralmente opuesto: forzando a los grumos de contaminante hacia la superficie en vez de permitir que se asienten en el fondo.
Floculación-Cloración
Un sistema que incorpora la coagulación-floculación seguida por la cloración ha sido desarrollado como tecnología de punto de uso, especialmente para países en vías de desarrollo.
Este proceso usa un paquete pequeño de sulfato ferroso en polvo (un floculante de uso frecuente) e hipoclorito de calcio (un desinfectante de uso frecuente). Un usuario abre el paquete, añade el contenido a una cubeta abierta que contiene aproximadamente diez litros de agua, agita la mezcla durante cinco minutos, deja que los sólidos se asienten en el fondo, cuela el agua con un paño de algodón y la trasiega a otro recipiente, y espera 20 minutos para que el cloro desinfecte el agua.
La combinación de eliminación de partículas y desinfección parece producir índices elevados de eliminación de bacterias, virus y protozoos, incluso en aguas con alta turbidez. Hay evidencias considerables de que el sistema ha reducido significativamente las enfermedades diarreicas en varias regiones. Hay además evidencia de que el proceso de floculación ayuda a eliminar el arsénico; sin embargo, estos sistemas no son un sustituto adecuado para los tratamientos centralizados de alta calidad si éstos estuviesen disponibles.
Ablandamiento con cal
El ablandamiento con cal se usa principalmente para “ablandar” el agua — es decir, para eliminar las sales minerales de calcio y magnesio. Además, elimina toxinas perjudiciales como el radón y el arsénico. No obstante que no existe un consenso, algunos estudios han sugerido que el ablandamiento del agua con cal es eficaz en la eliminación de Giardia.
La dureza del agua es una condición frecuentemente responsable de numerosos problemas. Los usuarios a menudo reconocen el agua dura porque impide que el jabón haga espuma debidamente. Además, esta condición puede causar incrustaciones (“scale”) en calentadores de agua, calderas y tuberías para agua caliente.
Debido a estas inconveniencias, muchas instalaciones de tratamiento usan el ablandamiento con cal para ablandar aguas duras para el uso del consumidor.
Antes de poder usar el ablandamiento con cal, los administradores deberán determinar la química necesaria para el ablandamiento. Ésta es una tarea relativamente fácil para las fuentes de agua subterránea, las cuales permanecen más constantes en su composición. Sin embargo, las aguas superficiales, fluctúan ampliamente en calidad y quizá requieran cambios frecuentes en la mezcla química de ablandamiento.
En el ablandamiento con cal, se agrega al agua cal y algunas veces carbonato de sodio cuando ésta ingresa en un clarificador por contacto de sólidos combinados. Esto eleva el pH (es decir, aumenta la alcalinidad) y provoca la precipitación del carbonato cálcico. Posteriormente, el pH del efluente del clarificador se vuelve a reducir, y el agua se filtra entonces a través de un filtro con medios granulares.
Los requisitos químicos del agua en estos sistemas deben ser supervisados por operadores técnicos capacitados, lo cual causa que el ablandamiento con cal no sea económicamente viable para algunos sistemas muy pequeños.

Sistemas de filtración
Los sistemas de filtración tratan el agua pasándola a través de lechos de materiales granulares (p.ej., arena) que retiran y retienen los contaminantes. Los sistemas de filtrado convencionales, directos, lentos de arena y de tierra diatomácea hacen todos un buen trabajo al eliminar la mayoría de protozoos, bacterias y virus (si se usa la coagulación). Usualmente, los filtros de bolsa y cartucho no eliminan los virus y muy pocas bacterias.
La filtración convencional es una operación de varias etapas. Primero, se agrega un coagulante químico como sales de hierro o de aluminio al agua fuente. Después, se agita la mezcla para inducir la unión de las partículas pequeñas en suspensión para formar grumos más grandes o “flóculos” más fáciles de retirar. Estas masas coaguladas, o “flóculos”, se dejan asentar fuera del agua, para que se lleven consigo muchos contaminantes. Al terminar estos procesos, el agua se pasa a través de filtros de manera que las partículas restantes se adhieran por sí mismas al material de filtro.
La filtración directa es similar a la filtración convencional, excepto que después de agregar el coagulante, y después de agitar la mezcla, no hay una fase separada para la sedimentación. En vez de ello, las partículas en suspensión son desestabilizadas por el coagulante y así se adhieren con mayor facilidad al material de filtro cuando el agua se filtra posteriormente.
Los sistemas de filtración lenta en arena no tienen fase de coagulación y, usualmente, tampoco tienen un paso de sedimentación. Se induce el paso lento y descendente del agua a través de un lecho de arena de dos a cuatro pies (0,6 a 1,2 metros) de profundidad. Una capa biológicamente activa se forma a lo largo de la superficie superior del lecho de arena, atrapando así partículas pequeñas y degradando algunos contaminantes orgánicos.
La filtración biológica en arena (Biosand) es un sistema de filtración en el punto de uso análogo a la filtración lenta en arena, pero su eficacia está mucho menos establecida que ésta última.
La filtración con tierra diatomácea usa como material de filtro las conchas fosilizadas de diminutos organismos marinos a través de los cuales se hace pasar el agua sin tratamiento. La tierra filtra físicamente los contaminantes particulados del agua.
Los filtros de bolsa y cartucho son sistemas sencillos y fáciles de usar que utilizan una bolsa tejida o un cartucho de filamento enrollado o un filtro fruncido para filtrar físicamente los microbios y sedimento del agua fuente.
Los filtros de cerámica se utilizan principalmente en aplicaciones de punto de uso. En los países en vías de desarrollo, éstos se fabrican localmente, algunas veces en microempresas autofinanciadas.
La mayoría de los sistemas de filtración usan el “retrolavado” para limpiar el sistema. Esto produce aguas de desecho que se deben manejar adecuadamente.
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  • Filtración lenta con arena
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Filtración convencional
Los sistemas de filtración tratan el agua pasándola a través de medios granulares (p.ej., arena) que retiran los contaminantes. Su eficacia varía grandemente, pero estos sistemas se pueden utilizar para corregir problemas de turbidez y color, así también como tratamiento para eliminar Giardia y Criptosporidium, bacterias y virus.
La filtración convencional utiliza primero un pretratamiento químico coagulante, tal como sales de hierro o aluminio, las cuales se agregan al agua fuente. Después, se agita la mezcla lentamente para inducir la unión de las partículas pequeñas en suspensión para formar grumos más grandes o “flóculos” más fáciles de retirar.
Estos sistemas utilizan después un paso de sedimentación. En este proceso, las partículas en el agua, incluidos los flóculos creados mediante floculación, se asientan fuera del agua de manera natural por la fuerza de la gravedad. Estos contaminantes se aglutinan en el fondo del sistema como un “fango” que debe ser eliminado periódicamente.
Después de terminar estos procesos, se pasa el agua a través de filtros para que cualesquier partículas restantes se adhieran físicamente y por sí mismas al material de filtro. Las partículas en suspensión son desestabilizadas por el coagulante y por lo tanto se adhieren más fácilmente al material de filtro.
La filtración convencional, al igual que otros sistemas de filtración, produce una mejoría significativa en una amplia diversidad de aguas fuente. Éste se utiliza con mejores resultados en fuentes con flujo constante y niveles bajos de algas — las cuales pueden obstruir los sistemas de filtración.
Los químicos de coagulación deben ser manejados por técnicos expertos para lograr los resultados esperados, por ese motivo es necesario contar con personal capacitado para el manejo de las instalaciones de tratamiento por filtración.
Filtración directa
Los sistemas de filtración tratan el agua pasándola a través de medios granulares (p.ej., arena) que retiran los contaminantes. La eficacia de la filtración varía grandemente, pero estos sistemas se pueden utilizar para corregir problemas de turbidez y color, así también como tratamiento para eliminar Giardia y Criptosporidium, bacterias y virus.
La filtración directa utiliza primero un coagulante químico, como sales de hierro o aluminio, las cuales se agregan al agua fuente. Después, se agita la mezcla lentamente para inducir la unión de las partículas pequeñas en suspensión para formar grumos más grandes o “flóculos” más fáciles de retirar
Después de terminar estos procesos, se pasa el agua fuente a través de filtros para que cualesquier partículas restantes se adhieran por sí mismas al material de filtro. Las partículas en suspensión son desestabilizadas por el coagulante y por lo tanto se adhieren más fácilmente al material de filtro.
Los procesos de filtración convencional utilizan la sedimentación para permitir que los particulados se sedimenten fuera del agua para su eliminación. La filtración directa elimina este paso y permite que el material de filtro mismo realice el trabajo de filtrar los contaminantes.
La filtración directa es un proceso relativamente simple de filtración, y es económicamente atractivo. El sistema produce mejorías significativas en la calidad del agua fuente — pero los mejores resultados se producen en aguas fuente de calidad relativamente alta, con flujos constantes y baja turbidez. Los niveles elevados de algas, en particular, pueden obstruir los sistemas de filtración.
Debido a que todas las partículas se eliminan mediante filtración, la filtración directa no es apta para el tratamiento de aguas con turbidez elevada. Una norma general es que la filtración directa es apropiada para aguas fuente con una turbidez menor que diez ntu.
Los coagulantes químicos deben ser manejados por técnicos expertos para lograr los resultados deseados, por ese motivo es necesario contar con personal capacitado para manejar los sistemas de filtración.
Filtración con tierra diatomácea
La filtración con tierra diatomácea se utiliza para eliminar físicamente los particulados, los cuales son simplemente estraídos del agua fuente. El proceso es eficaz para la eliminación de Giardia, Criptosporidium, algas y, dependiendo del grado, algunas bacterias y virus.
El filtro de este sistema consiste en una torta de tierra diatomácea, una sustancia con la consistencia de harina, es una sustancia como yeso fabricada con restos fosilizados y triturados de formas de vida marina unicelular llamadas diatomeas.
Se hace pasar el agua a través de un sistema de filtros de tierra diatomácea mediante bombas que fuerzan agua presurizada a través de la torta de material desde la admisión de la fuente, o utilizan succión por vacío para extraerla desde el lado de la descarga.
A diferencia de muchas otras formas de filtración, los coagulantes químicos no se utilizan usualmente para mejorar la aglomeración de partículas contaminantes. Debido a esta limitación, la filtración con tierra diatomácea produce mejores resultados en el tratamiento de agua fuente de mayor calidad y que no tenga contaminantes inorgánicos.
La capacidad del proceso se ajusta con facilidad para adecuarla a la de instalaciones de pequeña escala. De hecho, este sistema de filtración fue desarrollado inicialmente durante la Segunda Guerra Mundial cuando el ejército de EE.UU. satisfizo la necesidad de contar con instalaciones portátiles para el tratamiento de agua. Los sistemas de filtración de tierra diatomácea son fáciles de operar y son económicamente atractivos. Estos atributos los convierten en los favoritos para el alivio temporal en tiempos de crisis, y en comunidades con muy pocos recursos económicos para financiar infraestructuras de mayor costo.
Además de filtrar agua, este sistema de filtración es estándar en muchos procesos de fabricación, incluida la fabricación de almíbares, aceites, antibióticos, productos químicos y bebidas alcohólicas.
Filtración lenta con arena
La filtración lenta con arena fue el primer método utilizado por muchas ciudades durante el siglo XIX. Estos filtros puede eliminar eficazmente los microorganismos que causan enfermedades transportadas por agua — incluso protozoos como Giardia y Criptosporidium, al igual que bacterias y virus— una capacidad que se demostró inicialmente con un descenso en los índices de enfermedades en las ciudades europeas que iniciaron a aplicar el tratamiento.
El agua tratada mediante estos sistemas se deja pasar lentamente a través de un lecho de arena de unos dos a cuatro pies (0,6 a 1,2 metros) de profundidad. En ruta, una combinación de procesos físicos y biológicos filtra el agua y elimina los contaminantes.
Después del uso repetido, la arena se vuelve portadora de una multitud de bacterias, algas, protozoos, rotíferos, copépodos, y gusanos acuáticos. Estos microorganismos ayudan al proceso de filtración mediante la eliminación de contaminantes, no obstante que pueden ser afectados por las temperaturas de agua menores que diez grados Celsius. Se dice que la arena que alberga estos organismos está “madura”, y ésta es preferible a la arena limpia o nueva. Puede ser necesario que transcurran varias semanas o meses para madurar la arena, dependiendo del contenido y la temperatura del agua. El proceso eventualmente obstruye el lecho de arena y reduce las velocidades de los flujos hasta el punto en que sea necesario eliminar las obstrucciones, típicamente mediante la inversión del flujo, o “retrolavado”.
Los sistemas de filtración lenta con arena quizá no puedan ser compatibles con el agua clorada porque el cloro puede tener un impacto perjudicial en la colonia microbiológica del filtro. Por lo tanto, el agua a ser desinfectada con cloro puede tratarse en las instalaciones de almacenamiento después de pasar a través del proceso de filtración.
El almacenamiento ayuda también a agregar flexibilidad a los resultados en el agua del sistema. Los sistemas de filtración lenta de arena no tienen capacidad para manejar mayores volúmenes de agua en horas de máxima demanda, ni se los debe hacer funcionar con flujos menores que los óptimos durante los períodos de mínima demanda.
Los sistemas lentos de arena funcionan bien solamente con agua fuente que tiene bajos niveles de turbidez y algas, y sin contaminación de color. Estos sistemas tienen problemas particularmente con altos contenidos de algas o de arcilla — los cuales pueden obstruir los lechos de arena. Por otro lado, el agua rica en nutrientes, puede ayudar en la acción limpiadora de los filtros lentos de arena mediante el refuerzo del componente biológico.
Usualmente, los sistemas lentos de arena son sencillos, requieren muy poco mantenimiento, y tienen costos bajos de operación.
Filtración con bolsa y cartucho
Los sistemas de filtración dan tratamiento al agua al pasarla a través de materiales porosos que eliminan y retienen contaminantes.
Los filtros de bolsa y cartucho son sistemas sencillos y fáciles de operar que usan una bolsa tejida o un cartucho con un filtro de filamento enrollado para restringir físicamente los microbios y sedimentos del agua fuente cuando ésta pasa a través del medio filtrante.
Estos sistemas son eficaces contra quistes de Giardia, pero no son suficientes para eliminar bacterias, virus o productos químicos. Así, éstos son más apropiados para aguas fuente de más alta calidad y aquéllas con limitada turbidez.
La tecnología de bolsa y cartucho se está desarrollando rápidamente y está diseñada para el uso en instalaciones de tratamiento de pequeña escala. Sistemas como éstos ofrecen además facilidad de operación y mantenimiento, y requieren muy poca capacitación técnica para el operador. Los costos son variables dependiendo de qué tan a menudo se deban cambiar los filtros.
Al igual que muchos otros filtros, los cartuchos se contaminan rápidamente con el agua con alto contenido de particulados— así que se recomienda mejor para agua con baja turbidez. De manera alternativa, los “filtros preliminares” que utilizan arena, filtros de malla, cartuchos y otras sustancias para eliminar físicamente los particulados grandes pueden dar tratamiento previo al agua.
Es necesario cambiar más frecuentemente los materiales filtrantes cuando el agua tiene alto contenido de particulados.
Con el uso repetido de los sistemas de bolsa y cartucho, los microbios pueden crecer en los filtros, no obstante que esto se puede corregir con el uso de un desinfectante. Puede ser necesario el uso de desinfectantes si los ensayos de agua revelasen que es necesario eliminar virus en el agua fuente.
Filtración de cerámica
Los filtros de cerámica se han utilizado para el tratamiento de agua durante varios siglos. No obstante que en la actualidad se comercializan para sistemas de tratamiento de agua centralizados, la mayoría de los filtros de cerámica ahora se fabrica para aplicaciones de punto de uso. En los países en vías de desarrollo, éstos se fabrican localmente algunas veces como una microempresa autofinanciada. Típicamente a estos dispositivos se les da la forma de maceta o tazón y se los impregna con diminutas partículas de plata coloidal como desinfectante y para prevenir el crecimiento de bacterias en el filtro. El filtro se asienta en un receptáculo plástico o cerámico de 20 a 30 litros de capacidad con un grifo.
Los ensayos de laboratorio han demostrado que, si se diseñan y producen correctamente, estos dispositivos pueden eliminar o inactivar casi todas las bacterias y parásitos protozoarios. Su eficacia contra los virus es desconocida.
La limpieza y el mantenimiento del filtro es crítica; así que al que igual otros sistemas de bajo costo de aplicación en el punto de uso, éste produce mejores resultados cuando se lo combina con un programa educacional acerca de almacenamiento seguro, limpieza de filtros, y otras prácticas recomendadas.
Las ventajas de los filtros de cerámica son su facilidad de uso, larga vida útil (si no se los quiebra) y bajo costo relativo. Entre las desventajas se incluyen la posible recontaminación del agua almacenada debido a la ausencia de cloro residual y un caudal relativamente bajo de uno a dos litros por hora.
Filtración biológica con arena
Los sistemas lentos de arena han sido adaptados recientemente como sistemas de punto de uso, especialmente en países en vías de desarrollo. En este contexto éstos se conocen generalmente como filtros “biológicos de arena”.
Comúnmente, un filtro biológico de arena tiene la forma de un recipiente de menos de un metro de altura y quizá 30 cm de anchura y de profundidad, rellenado con arena. La capa biológicamente activa, la cual demora de una a dos semanas en desarrollarse completamente, puede conservarse al mantener el nivel del agua por encima de la parte superior de la arena. Al igual que con los filtros lentos de arena, esta capa bioactiva ayuda a filtrar, adsorber, destruir o inactivar patógenos. Usualmente, se coloca una placa porosa encima de la arena para no perturbar la capa bioactiva al agregar el agua. Los usuarios sencillamente vierten agua en la parte superior del aparato, y recolectan el agua tratada al salir por la descarga.
En ensayos de laboratorio y de campo, los filtros biológicos de arena mostraron haber eliminado casi todos los protozoos, y la mayoría de bacterias. Su desempeño con los virus no está bien establecido.
El aparato se puede construir utilizando hormigón — un material disponible comúnmente y relativamente económico. El mantenimiento es muy sencillo, usualmente consiste en agitar la superficie superior de la arena aproximadamente una vez al mes y recolectar manualmente el material en suspensión. El costo de mantenimiento es muy bajo, dado que hay muy pocas o ninguna parte qué reemplazar.

Procesos de membrana
Los sistemas de membrana para el tratamiento de agua originalmente se usaron únicamente en proyectos de desalinización. Pero las mejoras en la tecnología de membranas los ha convertido en una opción cada vez más popular para la eliminación de microorganismos, particulados y materiales orgánicos naturales que afectan el sabor del agua y enturbian su claridad.
Las membranas para el tratamiento del agua son láminas delgadas de material que permiten separar los contaminantes según sus características como el tamaño o la carga eléctrica. El agua pasa a través de una membrana; pero dependiendo de su tamaño, las partículas de mayor tamaño, los microorganismos y otros contaminantes quedan separados.
Algunos de estos sistemas son accionados a presión, dependiendo de la presión del agua para separar las partículas según su tamaño. La microfiltración utiliza el mayor tamaño de poro, y puede eliminar arena, limos, arcillas, algas, bacterias, Giardia y Criptosporidium. La ultrafiltración puede además eliminar virus. Los sistemas de nanofiltración proporcionan protección casi completa contra virus, eliminan la mayoría de contaminantes orgánicos, y pueden reducir la dureza del agua. Los sistemas de ósmosis inversa son membranas densas que eliminan casi todos los contaminantes inorgánicos y casi todo excepto las moléculas orgánicas de menor tamaño.
La electrodiálisis combina la tecnología de membranas con la aplicación de corriente eléctrica, para separar los contaminantes según su carga eléctrica. A diferencia de otros procesos de membrana, el agua de manantial nunca pasa a través de las membranas durante la electrodiálisis. Esta opción no se usa tanto en instalaciones de tratamiento de agua de gran escala como algunas de las otras tecnologías descritas en este documento. Por el contrario, se usa principalmente en aplicaciones médicas y de laboratorio que necesitan agua ultrapura.
Las membranas, especialmente las de ósmosis inversa y la nanofiltración, pueden ser una buena opción para sistemas de tratamiento de agua en menor escala que enfrentan una amplia gama de contaminantes. Sin embargo, ellos producen a menudo mayores volúmenes de aguas de desecho (o “concentrado”) que la mayoría de otros sistemas de tratamiento (hasta el 15 por ciento del volumen total de agua tratada) y se pueden obstruir con arcilla o con materiales orgánicos si el agua fuente rica en partículas no se filtra primero.
Usualmente, el mantenimiento no es difícil, pero puede ser de alto costo dado que la primera acción necesaria consiste en reemplazar la membrana según sea necesario. Los problemas de mantenimiento tienden a involucrar membranas con fugas y contaminadas.

 

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Microfiltración
Las membranas de microfiltración se fabrican con diseños diferentes. Las membranas enrolladas en espiral están compuestas con varias láminas de membrana plana alrededor de una tubería central que suministra el agua que recibirá el tratamiento. Las configuraciones de fibra fina hueca utilizan un grupo de miles de tubos huecos que están construidos con material de la membrana. Los microfiltros, como los ultrafiltros usualmente se encuentran en una configuración de fibra hueca.
Debido a que las membranas de microfiltración son una tecnología de tratamiento físico, están sujetas a limitaciones físicas. El agua que contiene abundantes particulados o materiales orgánicos puede obstruir las membranas. Algunas aguas, particularmente el agua superficial, quizá necesite tratamiento previo antes de pasar por un sistema de membrana. Estos sistemas producen también pequeños volúmenes de solución altamente concentrada que debe ser eliminada apropiadamente.
Las membranas se clasifican según el tamaño de las moléculas que ellas pueden filtrar —Límite nominal de peso molecular o NMWC. La microfiltración posee el máximo NMWC, y por lo tanto, el mayor tamaño de poro.
La microfiltración utiliza tamaños de poro desde 0,03 hasta diez micras (usualmente 0,1 a dos micras) y es eficaz para tamaños NMWC de 100.000 Daltons o más. A menudo se utiliza para eliminar arena, limo, arcilla, algas, bacterias así como Giardia y Criptosporidium.
Las membranas se construyen de muchos materiales diferentes, los cuales tienen sus propios pros y contras. La selección de la membrana apropiada para las condiciones existentes puede ser un desafío para los administradores de sistemas de tratamiento de agua.
En comparación con otras clases de tecnologías de membranas, la microfiltración es la menos utilizada hoy día.
Ultrafiltración
Las membranas de ultrafiltración se fabrican con diseños diferentes. Las membranas enrolladas en espiral están compuestas con varias láminas de membrana plana alrededor de una tubería central que suministra el agua que recibirá el tratamiento. Las configuraciones de fibra fina hueca utilizan un grupo de miles de tubos huecos que están construidos con material de la membrana. Los ultrafiltros, como los microfiltros usualmente se encuentran en una configuración de fibra hueca.
Debido a que las membranas de ultrafiltración son una tecnología de tratamiento físico, están sujetas a limitaciones físicas. El agua que contiene abundantes particulados o materiales orgánicos puede obstruir las membranas. Algunas aguas, particularmente el agua superficial, quizá necesite tratamiento previo antes de pasar por un sistema de membrana. Estos sistemas producen también pequeños volúmenes de solución altamente concentrada que debe ser eliminada apropiadamente.
Las membranas se clasifican según el tamaño de las moléculas que ellas pueden filtrar —Límite nominal de peso molecular o NMWC. La ultrafiltración utiliza tamaños de poro desde 0,01 hasta 0,03 micras y es eficaz para tamaños NMWC de 10.000 Daltons o más. A menudo se utiliza para eliminar arena, limo, arcilla, algas, bacterias, Giardia, Criptosporidium, y virus.
Las membranas se construyen con diferentes materiales, los cuales tienen sus pros y contras. La selección de la membrana correcta para las condiciones existentes puede ser un desafío para los administradores de sistemas de tratamiento de agua.
Nanofiltración
Las membranas de nanofiltración se fabrican con diseños diferentes. Las membranas enrolladas en espiral están compuestas con varias láminas de membrana plana alrededor de una tubería central que suministra el agua que recibirá el tratamiento. Las configuraciones de fibra fina hueca utilizan un grupo de miles de tubos huecos que están construidos con material de la membrana. Los nanofiltros, al igual que la ósmosis inversa, se encuentran normalmente en una distribución enrollada en espiral.
Debido a que las membranas de ultrafiltración son una tecnología de tratamiento físico, están sujetas a limitaciones físicas. El agua que contiene abundantes particulados o materiales orgánicos puede obstruir las membranas. Algunas aguas, particularmente el agua superficial, quizá necesiten tratamiento previo antes de pasar por un sistema de membrana. Estos sistemas producen también grandes volúmenes de solución concentrada que debe ser eliminada apropiadamente.
Las membranas se clasifican según el tamaño de las moléculas que ellas pueden filtrar —Límite nominal de peso molecular o NMWC. Los nanofiltros tienen un valor NMWC de aproximadamente 1000 Daltons o menos. El proceso requiere el uso de presiones altas de agua para forzar el fluido fuente a través de poros sumamente pequeños (tan pequeños como 0,001 micrómetros o un nanómetro, de aquí el nombre) a fin de eliminar los contaminantes.
La nanofiltración se usa para eliminar la dureza, las materias naturales orgánicas, y los productos orgánicos sintéticos del agua.
El agua fuente deberá tratarse siempre antes de la nanofiltración, para que las partículas no contaminen la membrana y limiten su eficiencia. Las aguas con alto contenido de hierro, cloro y manganeso quizá requieran tratamiento previo. Incluso en condiciones ideales, los sistemas de nanofiltración, al igual que los sistemas de ósmosis inversa, requieren de limpieza regular y el reemplazo periódico.
Las membranas de nanofiltración se construyen con diferentes materiales, los cuales tienen sus pros y sus contras. La selección de la membrana correcta para las condiciones existentes puede ser un desafío para los administradores de sistemas de tratamiento de agua.
Ósmosis inversa
Los sistemas de membrana para el tratamiento de agua originalmente se usaron únicamente en proyectos de desalinización. Pero las mejoras en la tecnología de membranas las han convertido en una opción cada vez más popular para el tratamiento de microorganismos, particulados, y materiales orgánicos naturales que contaminan el sabor del agua y afectan su claridad.
Estos sistemas consisten en láminas delgadas de material que técnicamente no tienen poros. Por el contrario, la membrana permite que las moléculas de agua pasen a través de ella, pero atrapa y retiene otras sustancias en suspensión. El sistema presuriza la solución a tal grado que el agua fluye desde una solución más concentrada, a través de la membrana, hacia una solución más diluida — lo opuesto al flujo natural por ósmosis.
Las membranas de ósmosis inversa se fabrican en varios diseños diferentes. Las membranas enrolladas en espiral están compuestas con varias láminas de membrana plana alrededor de una tubería central que suministra el agua que recibirá el tratamiento. Las configuraciones de fibra fina hueca utilizan un grupo de miles de tubos huecos que están construidos con material de la membrana. La ósmosis inversa, al igual que la nanofiltración, se encuentra normalmente en una distribución enrollada en espiral.
Casi siempre, será necesario tratar el agua fuente antes de aplicar la ósmosis inversa, para que los particulados no contaminen la membrana y limiten su eficiencia. Las aguas con alto contenido de hierro, cloro y manganeso quizá requieran tratamiento previo. Incluso en condiciones ideales, los sistemas de ósmosis inversa, como los sistemas de nanofiltración, requieren que la membrana se limpie regularmente y se cambie periódicamente.
La solución concentrada, menos el agua ya tratada, se vuelve un producto de desecho salobre que retiene los contaminantes. El volumen de este concentrado puede ser hasta la mitad del volumen total del agua fuente — una cantidad mayor que la producida por los métodos convencionales de filtración por membranas. La eliminación de esta agua es una preocupación importante para los administradores, y muchos métodos vigentes —incluida la descarga al sistema de alcantarillas o a pozos profundos— conlleva consecuencias ambientales.
La unidades de ósmosis inversa pueden ser ajustadas con facilidad y pueden ser una buena opción para requisitos de sistemas pequeños —incluso portátiles— en áreas donde haya energía eléctrica disponible y fiable, y se puede entrenar al personal en el uso de aditivos para prevenir la formación de incrustaciones.
Las membranas para ósmosis inversa se construyen con varios materiales diferentes, los cuales tienen sus pros y contras. La selección de la membrana correcta para las condiciones puede ser un desafío para los administradores de los sistemas de tratamiento de agua.
Electrodiálisis / Inversión de electrodiálisis
Los sistemas de tratamiento por electrodiálisis y de electrodiálisis inversa usan energía eléctrica y una serie de membranas para separar las sales del agua fuente y concentrarlas en una solución para su posterior eliminación.
Cuando la corriente se aplica al agua fuente, los iones de cloro gravitan hacia uno de los extremos y los iones de sodio se atraen hacia el otro extremo. Al moverse en cualquier dirección, estos minerales pasan a través de torres de membranas, las cuales los atrapan en canales dedicados para contener la solución altamente concentrada. Este producto de desecho, el cual debe ser eliminado debidamente puede llegar a ser hasta el 30 por ciento del total de agua de fuente tratada; 15 a 20 por ciento es un resultado más típico.
El agua producida por estos tratamientos debe recibir tratamiento para eliminar compuestos orgánicos (si éstos fuesen un problema) y microbios— antes o después del proceso de electrodiálisis. Debido a que el agua fuente no pasa físicamente a través de las membranas en estos sistemas, la mayoría de contaminantes orgánicos no son eliminados.
El agua de fuente para estos sistemas deberá ser también prefiltrada, para reducir la turbidez, no obstante que las membranas están menos propensas a contaminarse que como en otros sistemas porque el agua fuente no pasa a través de ellas. Además, las membranas se mantienen limpias mediante la inversión periódica de la polaridad del sistema, lo cual causa un flujo iónico en la dirección opuesta y reduce las acumulaciones.
Los sistemas de electrodiálisis y de inversión de electrodiálisis requieren grandes cantidades de energía para producir la corriente constante que impulsa la purificación y bombea el agua a través del sistema. Por éste y otros motivos, estas opciones no se usan mucho en instalaciones de tratamiento de agua de gran escala como algunas de las otras tecnologías descritas en este documento. Por el contrario, éstas se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones médicas y de laboratorio que necesitan agua ultrapurificada.
Sin embargo, se las puede ajustar para el uso con sistemas pequeños y por lo general funciona automáticamente con pocos requisitos de mantenimiento y funcionamiento. La electrodiálisis es menos indicada para el uso en los sistemas en el punto de uso o en el punto de admisión que la ósmosis inversa o nanofiltración.

Desinfección química / Oxidantes
Los sistemas de desinfección se usan para combatir enfermedades propagadas en agua y causadas por bacterias o virus. Esos procesos neutralizan los patógenos mediante el tratamiento del agua de fuentes con aditivos químicos, o mediante la exposición a la luz ultravioleta. Estos sistemas de tratamiento a menudo son de bajo costo y pueden fácilmente reducir su capacidad para las instalaciones de tratamiento de bajo volumen.
Cloro libre, cloraminas y dióxido de cloro son algunos de los desinfectantes más comunes. La cloración es la clase más popular (y más antigua) de aditivos químicos. El cloro es también un oxidante, así que ayuda a eliminar el hierro, el ácido sulfhídrico y otros minerales.
El ozono, un gas incoloro, trata a los contaminantes orgánicos e inorgánicos casi de la misma manera que la cloración pero es aún más eficaz contra las bacterias y otros gérmenes. Los sistemas de ozono no son comunes en todo el mundo porque requieren mucha infraestructura, y su implementación puede tener un alto costo.
La luz ultra violeta es, una parte invisible del espectro electromagnético que mata bacterias y virus en el agua expuesta a sus rayos, y se produce típicamente por medio de lámparas de mercurio. El proceso UV es de costo económico y se usa con frecuencia en instalaciones de pequeña escala, pero no es tan eficaz como otros desinfectantes en fuentes de suministro de agua superficial que contienen muchas partículas en suspensión.
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Cloración
El cloro es una opción de tratamiento de bajo costo que se utiliza para mejorar el sabor y la claridad del agua a la vez que se eliminan muchos microorganismos como bacterias y virus. Sin embargo, el proceso tiene sus limitaciones. Giardia y Criptosporidium son usualmente resistentes al cloro a menos que éste se use en dosis más elevadas que aquéllas preferidas usualmente para el tratamiento. La presencia de estos parásitos puede requerir el tratamiento previo del agua fuente.
El cloro elimina además sustancias como el manganeso, hierro y ácido sulfhídrico, el cual puede alterar el sabor del agua.
La cloración puede escalarse para adaptarse a la capacidad del sistema. El uso del cloro es también relativamente sencillo, y los sistemas de tratamiento no requieren experiencia técnica extensa.
La cloración se puede lograr con diferentes productos. El cloro se almacena como líquido en recipientes presurizados y se inyecta como gas directamente en el agua fuente. Este proceso debe ser regulado e implementado cuidadosamente, debido a que el gas de cloro es un tóxico peligroso, incluso letal.
Otra opción de cloración, de mayor costo, es el tratamiento con solución de hipoclorito de sodio. Esta solución es corrosiva pero mucho menos peligrosa y más fácil de manejar el gas de cloro. El líquido se diluye simplemente y después se mezcla con el agua fuente para realizar la desinfección.
La cloración se puede lograr también con un desinfectante sólido, hipoclorito cálcico. Este material es corrosivo y puede reaccionar explosivamente cuando entra en contacto con materiales orgánicos. Sin embargo, todos estos polvos, gránulos y tabletas se pueden almacenar a granel y usarse con eficacia hasta un máximo de un año. En todas sus formas, el hipoclorito de calcio se disuelve fácilmente en agua.
Todos estos métodos de cloración requieren de algún tiempo para funcionar — la desinfección no ocurre instantáneamente. Las dosis necesarias cambian también con las variaciones en la calidad del agua de manera que el monitoreo del agua fuente, particularmente de las aguas superficiales, es una parte importante del proceso de tratamiento.
El tratamiento con cloro tiene algunos efectos residuales. Entre los más notorios se encuentra el sabor desagradable en el agua tratada. Pero otros efectos posteriores pueden ser más significativos. Quedan cantidades residuales de cloro en los suministros de agua tratada. Este contenido químico continúa protegiendo al agua tratada contra la reinfección, y puede ser beneficioso para el agua sujeta a largos períodos de almacenamiento para la lenta distribución en áreas extensas.
Infortunadamente, demasiado cloro residual puede producir también subproductos químicos, algunos de los cuales pueden ser carcinógenos. Sin embargo, estos riesgos para la salud usualmente se consideran menores, comparados con los efectos de los patógenos en el agua sin tratamiento.
Es relativamente sencillo y de bajo costo fabricar cloro, y transportarlo como hipoclorito de sodio o de calcio. Además, se requiere de muy poco entrenamiento para usarlo. Estas características lo han vuelto popular como tratamiento en el punto de uso incluso en zonas empobrecidas a pesar de sus limitaciones para eliminar parásitos. En combinación con prácticas seguras de almacenamiento y de manejo del agua y los alimentos, el uso de la cloración ha producido descensos significativos en enfermedades diarreicas en muchos lugares.
NH2Cl / Cloraminas
Las cloraminas son una opción de tratamiento de bajo costo, pero no son típicamente adecuadas como sistema “primario” de desinfección. Este proceso trata eficazmente muchas bacterias pero es menos eficaz contra otros contaminantes. Debido a sus limitaciones, las cloraminas se emplean a menudo como un paso de desinfección secundaria para usarse con agua fuente que ya haya sido tratada previamente con otro método.
Las cloraminas son valiosas como tratamiento secundario porque proporcionan protección residual duradera. Estos aditivos son más estables y duran más que aquellos producidos por cloración, y por lo tanto proporcionan excelente protección extendida contra la reinfección bacteriana. Ésta es una consideración importante para las aguas que se almacenarán por períodos prolongados o que se distribuirán a grandes distancias.
Las cloraminas se forman cuando el cloro y el amoníaco se mezclan en el agua. El proceso requiere de personal de operación tecnificado y cantidades significativas de infraestructura. Las dos sustancias aditivas deberán combinarse en las proporciones apropiadas o el proceso no será muy eficaz.
Sin embargo, el tratamiento con cloraminas es típicamente una opción eficaz para eliminar bacterias y produce menor regusto residual que la cloración.
ClO2
El dióxido de cloro es eficaz contra Giardia, bacterias, virus y en alguna medida, contra Criptosporidium. A menudo se lo combina con otros métodos de tratamiento, tales como cloración u ozonización, porque a diferencia de estos otros tratamientos no se sospecha que el dióxido de cloro produzca carcinógenos.
Sin embargo, el proceso de crear dióxido de cloro es complicado. Éste requiere de técnicos especializados y monitoreo cuidadoso. Estos requisitos técnicos limitan su utilidad práctica para muchos sistemas pequeños.
Al igual que el cloro y las cloraminas, el dióxido de cloro se utiliza en sistemas de distribución, pero se degrada en un tiempo menor que el cloro.
O3/Ozonización
El ozono (O3) es un poderoso agente oxidante y un eficaz desinfectante primario.
Esta molécula rica en oxígeno se bombea en sistemas de agua para eliminar contaminantes biológicos como bacterias, virus, Giardia, Criptosporidium y químicos orgánicos. Además, es eficaz para la oxidación y eliminación del hierro, azufre, manganeso y otras sustancias inorgánicas.
El gas de ozono es inestable y se revierte rápidamente a una molécula normal de oxígeno (O2) con dos átomos en vez de tres. Debido a esta condición, no se puede almacenar o transportar con facilidad. Por el contrario, las instalaciones de tratamiento crean ozono en el sitio forzando aire seco a través de una serie de electrodos.
Después de crear el ozono, éste se pone en contacto forzoso con el agua fuente y se mezcla durante un tiempo apropiado de contacto. Debido a que el ozono es oxígeno puro no produce sabores ni olores residuales en el agua.
Infortunadamente, no produce protección residual duradera. Si es necesario almacenar el agua por períodos prolongados, o si debe distribuirse a grandes distancias, quizá sea necesario agregar a la ozonización un tratamiento residual duradero como el cloro o las cloraminas.
Se sabe que la ozonización produce subproductos no deseados, como el bromato, los cuales pueden ser perjudiciales para la salud humana.
Los sistemas de ozono se utilizan en varias regiones del mundo; pero requieren de bastante infraestructura, y su implementación puede tener un costo elevado. Además, la operación y mantenimiento de estos sistemas requiere de personal tecnificado que quizá no esté disponible en todas las regiones.
Radiación ultravioleta
Para muchos sistemas de agua, el tratamiento puede ser tan sencillo como alumbrar con una lámpara el problema.
La luz ultravioleta (UV), una parte invisible del espectro electromagnético, se usa para limpiar el agua potable de peligrosos microorganismos. Las lámparas de mercurio pueden reproducir los rayos solares e imitar sus procesos naturales de purificación.
El proceso UV es una opción atractiva en muchos casos porque no utiliza sustancias químicas y porque requiere de poca inversión en infraestructura sencilla y de bajo costo.
En sistemas de menor escala la luz UV se usa típicamente el suministro de energía eléctrica es fiable, y no se usa con frecuencia para el tratamiento de fuentes de agua superficial. El agua turbia, rica en partículas puede crear problemas para los rayos UV, la cual no pueda quizá alcanzar la penetración necesaria para llevar a cabo la desinfección. Este problema a veces se resuelve precediendo la irradiación UV con filtración, sedimentación u otros procesos diseñados para eliminar partículas transportadas en agua antes de aplicar la luz UV.
Se recomienda a quienes estén considerando el uso de la desinfección por radiación UV tengan en cuenta el tiempo limitado de protección. La exposición a la radiación UV es un proceso único que elimina microorganismos—pero no impide que vuelvan. Algunas veces, la radiación UV se complementa con aditivos químicos como el cloro o las cloraminas para proteger el agua recién desinfectada para evitar que se vuelva a contaminar.
De manera alternativa, la radiación UV puede sencillamente utilizarse en situaciones donde el agua tratada puede consumirse rápidamente en vez de guardarla para uso futuro. En este respecto, los sistemas UV han adquirido popularidad como accesorios domésticos en regiones con suministro fiable de alimentación eléctrica.

 

Sistemas de adsorción y de intercambio iónico
Los sistemas de adsorción tratan el agua mediante la adición de una sustancia, como carbón activado o alúmina (óxido de aluminio), a la fuente de suministro de agua. Los adsorbentes atraen a los contaminantes mediante procesos químicos y físicos que causan que éstos se ‘adhieran’ a sus superficies para su eliminación posterior.
Por un gran margen, el adsorbente de uso más frecuente es el carbón activado — una sustancia similar al carbón común pero sumamente porosa. El carbón activado en polvo a menudo se usa cuando surgen problemas temporales de calidad; éste se puede agregar sencillamente al agua y desecharlo con los fangos de desecho. El carbón granular activado a menudo se distribuye en una bandeja a través de la cual se hace pasar o percolar lentamente el agua fuente.
El tratamiento de alúmina activada se usa para atraer y eliminar contaminantes, como el arsénico y el fluoruro, que tengan iones con carga negativa. Sin embargo, esta opción puede ser costosa y quizá requiera el mantenimiento complicado del sistema. Además, el agua puede requerir el ajuste de pH antes de la columna de adsorción, y con frecuencia surge el problema de residuos de aluminio excesivos. Para la regeneración se requieren ácidos y bases.
El intercambio iónico utiliza una resina que elimina los contaminantes inorgánicos cargados como el arsénico, el cromo, el nitrato, el radio, el uranio y el exceso de fluoruro intercambiándolos por inocuos iones cargados en su superficie. Funciona mejor con agua sin partículas y se puede modificar su escala para adaptarlo a cualquier tamaño de instalación de tratamiento. El intercambio iónico se usa con mayor frecuencia para eliminar la dureza (resina catiónica) o nitrato (resina aniónica). En ambas instancias, se puede regenerar con agua salada. El uso del intercambio iónico para eliminar radionúclidos se complica por el hecho de que estos materiales se acumulan en la resina y ocurren a niveles elevados en el regenerante, para complicar grandemente las operaciones.
Usualmente se prefiere el carbón activado para eliminar los contaminantes orgánicos, mientras que el intercambio iónico a menudo es mejor para eliminar las moléculas inorgánicas solubles.
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Carbón en polvo activado
Los sistemas de tratamiento por adsorción añaden una sustancia limpiadora directamente al abastecimiento de agua o a través de un depósito de mezclado. Los adsorbentes combinan los procesos químicos y físicos para eliminar contaminantes orgánicos y los compuestos que imparten color, sabor y olor al agua.
El adsorbente de uso más frecuente es el carbón activado — una sustancia que es muy similar al carbón común. Sin embargo, el carbón activado, se trata mediante calor y oxidación para que se vuelva sumamente poroso y capaz de adsorber o capturar fácilmente las impurezas en el agua.
El carbón activado atrae no solamente contaminantes conocidos sino además atrae materia orgánica disuelta (mucha de la cual es inocua). Por lo tanto, es necesario el monitoreo para asegurar que las dosis de carbón sean lo suficientemente elevadas para adsorber todos los contaminantes.
Existen dos formas diferentes de carbón activado en uso común, carbón activado granular (CAG) y carbón en polvo activado (CAP). Físicamente, las dos formas difieren como lo sugiere su nombre — según el tamaño y el diámetro de la partícula.
El carbón en polvo activado es una opción de tratamiento económica (costo de capital) que típicamente se puede agregar a la infraestructura de un sistema de tratamiento existente. Esta flexibilidad convierte al CAP en una opción atractiva de respuesta de tratamiento de corto plazo a condiciones deficientes del agua. Es particularmente útil para el tratamiento de deficiencias de sabor y de color.
El CAP funciona rápida y eficazmente pero está limitado a depuraciones de menor escala que la CAG y se vuelve muy costoso si es necesario usarlo de manera continua. Al terminar el proceso es necesario eliminar el carbón en polvo, usualmente mediante filtración.
En general, el carbón activado es mejor que el intercambio iónico para eliminar sustancias orgánicas.
Carbón granular activado
Los principios generales de los sistemas de adsorción se cubren en la sección sobre carbón en polvo activado (CAP).
El carbón granular activado (CAG) consiste en partículas de aproximadamente un milímetro de diámetro — diez a cien veces el tamaño de las partículas de carbón en polvo. Éste se distribuye típicamente en un lecho o columna a través de los cuales se hace pasar o percolar lentamente el agua fuente. Algunas veces se unen entre sí varias columnas de adsorción en un solo sistema.
Al igual que el carbón en polvo activado, el carbón granular activado atrae también no solamente contaminantes conocidos, sino además atrae materia orgánica disuelta naturalmente y en su mayoría inocua. Por lo tanto, es necesario el monitoreo cuidadoso para asegurar que suficiente carbón continúe activo para adsorber todos los contaminantes. Los particulados pueden además obstruir los sistemas y afectar su eficacia. Los sistemas CAG tienen un mayor costo de capital pero son capaces de lograr niveles más elevados de eliminación, y sus costos de operación (principalmente el costo de reemplazar el CAG agotado) son menores si el proceso de eliminación se realizar de manera continua.
Estos sistemas pueden servir además como filtros biológicos de agua sin afectar la eficacia si se permite el crecimiento de microbios beneficiosos en el sistema.
Intercambio iónico
Los átomos o moléculas cargados eléctricamente se conocen como iones. El proceso de tratamiento por intercambio iónico utiliza resinas especiales para eliminar contaminantes inorgánicos cargados eléctricamente como arsénico, cromo, nitrato, calcio, radio, uranio, y exceso de fluoruro del agua.
Cuando el agua fuente se hace pasar a través de una serie de cordones de resina, donde intercambia sus contaminantes cargados eléctricamente por los iones inocuos cargados y depositados en la superficie de la resina. Las resinas de intercambio iónico almacenan entonces los contaminantes que hayan atraído. Debido a este proceso de acumulación, es necesario limpiar periódicamente las resinas con una solución que recargue su contenido de iones inocuos intercambiables.
La resina de intercambio iónico viene en dos presentaciones: resinas catiónicas, las cuales intercambian cationes como calcio, magnesio y radio, resinas aniónicas, utilizadas para eliminar aniones como nitratos, arsenatos, arsenitas o cromatos. Usualmente, ambos se regeneran con una solución salina (cloruro de sodio). En el caso de las resinas catiónicas, el ión de sodio desplaza el catión del sitio de intercambio; y en el caso de las resinas aniónicas, el ión de cloruro desplaza el anión del sitio de intercambio. Como norma, las resinas catiónicas son más resistentes a la contaminación que las resinas aniónicas. Se pueden diseñar las resinas para tener preferencia por iones específicos, de manera que el proceso se pueda adaptar fácilmente a una amplia gama de contaminantes diferentes.
Este proceso de tratamiento funciona mejor en agua con partículas libres, porque las materias particuladas se pueden acumular en la resina y limitar su eficacia.
El intercambio iónico es un sistema común de tratamiento de agua que se puede adaptar a cualquier tamaño de instalación de tratamiento. Además, se puede adaptar para dar tratamiento al agua en el punto de uso y en el punto de admisión.
Alúmina activada
El tratamiento con alúmina activada se usa para atraer y eliminar contaminantes, como el arsénico y el fluoruro, los cuales tienen iones con carga negativa .
La alúmina activada (una forma de óxido de aluminio) se aloja típicamente en latas a través de las cuales se hace pasar agua fuente para realizar el tratamiento. Se puede unir entre sí una serie de dichas latas para equiparar los requisitos de volumen de agua de un sistema particular.
En la medida en que la alúmina absorbe contaminantes, va perdiendo su capacidad de tratamiento de agua. Por lo tanto, la calidad del agua tratada deberá monitorearse cuidadosamente para asegurarse de que se reemplacen los cartuchos antes de que éstos pierdan su eficacia de tratamiento. Además, la capacidad de la alúmina tiene una fuerte influencia del pH del agua. Un pH menor, es mejor. Muchos sistemas utilizan tratamiento previo con ácido para resolver esta necesidad.
La calidad del agua fuente es un elemento principal a considerar para el diseño de los sistemas de alúmina. El agente de tratamiento atraerá contaminantes, y otros iones con carga negativa que se encuentren en el agua fuente. Esto puede limitar la capacidad de la alúmina para atraer y eliminar los contaminantes en cuestión.
La tecnología de alúmina activada puede tener costo elevados, y muchos de sus costos están asociados con la eliminación del agua contaminada que se genera cuando se purga la alúmina de los contaminantes y se la “restablece” para el uso futuro. Los sistemas de gran escala de alúmina activada requieren además un alto nivel de experiencia operacional y de mantenimiento, y consecuentemente son relativamente escasos.
Los sistemas de pequeña escala son de uso frecuente y se los puede modificar para ajustarse a cualesquiera requisitos específicos de volúmenes de agua.

 

 

 

Sistemas de extracción con aire
Los sistemas de extracción con aire, conocidos además como sistemas de aireación, mezclan aire con un suministro de agua. El objetivo consiste en generar la máxima área de contacto aire-agua posible para que los químicos orgánicos volátiles y los gases disueltos como el radón y el ácido sulfhídrico pasen del agua al aire.
Los sistemas de torre de rectificación o de lecho escurrido utilizan un distribuidor para introducir agua de manera uniforme a través de la parte superior de una torre equipada con lechos de plástico, cerámica u objetos metálicos diseñados para aumentar al máximo el contacto aire-agua. El aire se empuja o se hala hacia arriba a través de la torre en dirección contracorriente a la del agua.
Los sistemas de aireación en bandeja distribuyen los materiales aglomerantes en bandejas verticales y escurren agua a través de ellos.
Los sistemas de aireación difusa fuerzan aire comprimido a través de difusores en la parte inferior de un depósito. Los sistemas mecánicos de aireación funcionan agitando vigorosamente la superficie del agua con un mezclador.
No obstante que es sencillo en principio, los sistemas de extracción con aire tienden a sufrir obstrucciones debido a las bacterias particuladas que producen corrosión y precipitación de carbonato cálcico. Los costos del tratamiento aumentan significativamente si es necesario tratar previamente el agua o si el aire del sistema debe ser purificado antes de descargarlo hacia la atmósfera.
Ninguno de los sistemas de extracción con aire está diseñado para ser eficaz contra microorganismos. Todos requieren de una fuente de alimentación eléctrica fiable, excepto los aireadores de bandeja, los cuales están diseñados para usar convección de aire natural y la fuerza de la gravedad, y por lo tanto, a menudo se pueden accionar sin energía eléctrica.
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Aireación: Aire difundido
En los sistemas de aireación difusa, el agua se colecta en depósitos con difusores en sus bases. El aire comprimido se fuerza al interior del sistema a través de los difusores. Este aire forma burbujas a través del agua, mezclando el agua y el aire y transfiriendo los contaminantes del agua al aire o, más a menudo, introduciendo oxígeno en el agua.
Los sistemas de aireación difusa tienen un costo de construcción relativamente bajo pero su operación puede tener un costo elevado. Se los puede instalar con facilidad con elementos de reconversión para mejorar las lagunas de tratamiento — un uso común para esta tecnología. Éstos pueden funcionar continua y automáticamente, y requieren sólo mantenimiento periódico y monitoreo regular.
Los sistemas de aire difuso tienden a tener problemas de acumulación de partículas, bacterias que producen corrosión y otros contaminantes, los cuales pueden obstruir un sistema y detenerlo. El aire debe someterse a presión considerable para hacerlo llegar al fondo de la laguna de difusión, por este motivo los sistemas de difusión están limitados a relaciones aire-agua relativamente bajas. Como resultado, los sistemas de aireación difusa sólo pueden eliminar económicamente los contaminantes altamente volátiles, como el radón, y a menudo se utilizan principalmente para introducir oxígeno u ozono en el agua.
Aireación mecánica
Los sistemas de aireación mecánica son sumamente sencillos, pero no se encuentran entre las técnicas de purificación más frecuentes. Estos aireadores funcionan agitando vigorosamente el agua fuente con mezcladoras mecánicas. Cuando el agua se agita, recibe la infusión del aire purificador.
Estos sistemas pueden fácilmente reconvertirse según las instalaciones de almacenamiento existentes, donde pueden agregar capacidad de tratamiento donde no lo existe. Los sistemas de aireación mecánica permiten eliminar los contaminantes más volátiles, pero están limitados a porcentajes de eliminación entre el 50 y el 80 por ciento, dependiendo de las condiciones. Si los aireadores mecánicos están instalados en la parte superior de un reservorio existente y cubierto, será necesario instalar ventilación.
Aireadores de bandeja
Los sistemas de aireación de bandeja distribuyen los materiales aglutinantes simples como el carbón triturado (un material rico en carbono producido con carbón natural) o roca en una secuencia vertical. El agua se suministra desde la parte superior de esta torre, se desparrama para aumentar el área de contacto, se deja escurrir a través de pequeñas aberturas en la parte inferior de cada bandeja.
Cuando el agua cae de una bandeja a otra y salpica sobre el material aglomerante, ésta encuentra el aire. El flujo de aire en estos sistemas se puede impulsar agresivamente por medio de un compresor eléctrico de aire o, más frecuentemente, mediante el aprovechamiento de las corrientes de aire naturales.
Los sistemas de aire forzado mecánicamente son más eficaces para la remoción de componentes orgánicos menos volátiles, como los solventes, pero las corrientes naturales de aire representan una opción viable cuando se tiene como objetivo componentes más volátiles como el ácido sulfhídrico, el radón, o el cloruro de vinilo.
Cuando el agua ya ha pasado la serie de bandejas, el agua así tratada se recolecta sencillamente en la base del sistema.
Los sistemas de aireación de bandejas son muy susceptibles al crecimiento de algas y de limo, lo cual puede hacer que el tratamiento sea menos eficaz. Este crecimiento se verifica algunas veces mediante la adición de sustancias químicas como el cloro o sulfato de cobre no obstante que estos aditivos representan un gasto adicional y pueden estar presentes incluso en el agua tratada final del sistema.
Aireación en torre de rectificación
Debido a que pueden alcanzar elevadas relaciones aire-agua y la eliminación de casi un 99 por ciento, los sistemas de torres de rectificación son una opción popular para eliminar solventes volátiles de los medios de agua subterránea. Éstos utilizan una torre de cinco a doce metros equipada con un distribuidor en la parte superior. El distribuidor introduce agua de manera uniforme desde la parte superior de una torre equipada con componentes plásticos, cerámicos o metálicos diseñados para maximizar el contacto aire-agua. El aire se empuja o se succiona hacia arriba a través de la torre y en contra de la dirección del flujo del agua. Una bomba en la base recolecta y elimina el agua tratada.
Los sistemas de torres son a menudo instalaciones permanentes, pero se pueden construir en un remolque portátil y moverse de sitio a sitio.
No obstante que se basan en un principio sencillo, los sistemas de torres de rectificación, al igual que otros sistemas de extracción con aire, tienden a obstruirse debido a las acumulación de partículas, bacterias productoras de óxido y la precipitación del carbonato cálcico. Los costos de tratamiento aumentan significativamente si es necesario tratar previamente el agua o si es necesario purificar el aire del sistema antes de liberarlo a la atmósfera.
El costo base asociado con los sistemas de extracción con aire se refiere a la energía eléctrica, utilizada para accionar las bombas y los sopladores de aire que realizan esta purificación.

 

Tratamiento solar
Los tratamiento del agua por energía solar aprovechan los procesos naturales de limpieza que se encuentran en la naturaleza y los mejoran para obtener resultados más eficientes. Las unidades compactas e incluso las portátiles son de uso popular en los hogares. Éstas pueden ser una buena opción de tratamiento en las naciones en vías de desarrollo con abundancia de días soleados porque son de bajo costo y la inversión y la infraestructura son casi nulas.
La destilación por energía solar involucra colocar agua no purificada en un recipiente, para evaporarla por medio de los rayos del sol, y después condensarla en un recipiente separado. La mayoría de contaminantes como las sales, metales pesados y microbios se quedan en el recipiente de agua no purificada, el cual puede ser desechado periódicamente.
La desinfección por radiación solar utiliza los rayos ultravioleta del sol para eliminar los patógenos. Un envase de plástico o de vidrio conteniendo agua sin tratar se coloca sobre un techo o sobre una superficie de hierro corrugado. Con el tiempo y luz solar suficientes, la luz ultravioleta en combinación con las altas temperaturas eliminará la mayoría de virus, bacterias y protozoos.
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Desinfección solar
Un proceso muy sencillo y de bajo costo de desinfección solar consiste en sencillamente llenar envases plásticos transparentes con agua fuente. Después se colocan los envases sobre una superficie reflectante de la luz solar como las láminas de aluminio o de hierro corrugado, posiblemente sobre un techo. Estos envases se exponen a la luz solar directa desde una hora hasta dos días, dependiendo de las condiciones. Los rayos solares eliminan a los microorganismos en el agua mediante la irradiación con rayos ultravioleta A (UV-A) y además elevando la temperatura del agua a 50 grados Celsius o mayor.
Sin embargo, la desinfección solar, no es un tratamiento para los problemas de calidad química del agua como la presencia de arsénico, metales pesados, pesticidas, etc. Además, requiere el uso de agua relativamente transparente, porque los materiales en suspensión y el color natural en el agua bloquean los rayos UV. No se recomienda el uso de envases de más de uno o dos litros de capacidad, lo cual limita la cantidad de agua que se puede tratar. Y tampoco se recomienda para el uso durante días de lluvia continua. Sin embargo, este proceso tiene el potencial de reducir grandemente las incidencias de diarrea y disentería, y para minimizar el terrible impacto en la salud que éstas causan en todo el mundo.
Destilación solar
La destilación solar aprovecha la energía del sol para eliminar los contaminantes del agua incluyendo las sales, los metales pesados y los microbios. Estos sistemas han sido utilizados durante cientos de años y han evolucionado para muchos usos diferentes — incluso la desalinización del agua de mar.
El proceso de destilación, en alguna medida, imita al ciclo del agua natural de la Tierra. El agua sin purificar se almacena en un recipiente y se expone al calor de los rayos solares. El calor del sol produce vapor, el cual emana desde la superficie del agua fuente. Esta evaporación produce un vapor purificado y deja atrás a los contaminantes en la fuente de líquido. El vapor limpio se captura entonces en el alambique, para que pueda condensarse como agua purificada.
El agua sin purificar restante, incluidos los contaminantes, puede purgarse periódicamente del alambique y desecharse.
Las unidades solares compactas e incluso portátiles son de uso popular en los hogares. Éstas tienen pocas partes móviles y bajos requisitos operacionales y de mantenimiento.
Los alambiques solares pueden ser una buena opción de tratamiento para las naciones en vías de desarrollo y con climatologías abundantes en días soleados porque son de bajo costo y requieren muy poca o ninguna inversión en infraestructura.
Sin embargo, dichos sistemas están limitados por la magnitud de la energía solar disponible, y son mucho más eficaces en climas cálidos y soleados.
Finalmente, cabe mencionar que el agua así destilada casi no contiene minerales disueltos, y esto puede ser perjudicial si el agua destilada es la única fuente de agua potable y la dieta de las personas carece de una fuente alternativa de minerales esenciales.