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Agua Potable - Metodos de Filtrado

Se denomina agua potable o agua para consumo humano, al agua que puede ser consumida sin restricción debido a que, gracias a un proceso de purificación, no representa un riesgo para la salud. El término se aplica al agua que cumple con las normas de calidad promulgadas por las autoridades locales e internacionales.

Filtración por Carbón Activado

Carbón Activado (Adsorción)

La adsorción es un proceso por el cual moléculas de impurezas se adhieren a la superficie del carbón activado. La adherencia es gobernada por una atracción electro-química. El carbón activado es preparado a partir de diversos materiales, tales como, carbón, madera, cáscaras de nueces, turba y petróleo. El carbón se transforma en "activado" cuando es calentado a altas temperaturas (800 a 100oC) en la ausencia de oxigeno. El resultado es la creación de millones de poros microscópicos en la superficie del carbón. Esta enorme cantidad de área superficial proporciona grandes oportunidades para que tenga lugar el proceso de adsorción. El carbón activado tiene una fuerte atracción adsorsiva para otras moléculas (orgánicas) basadas en el carbono, y es excelente en retener firmemente moléculas más pesadas tales como compuestos orgánicos aromáticos (aquellos que pueden ser olidos). 

El proceso de adsorción trabaja como un imán para mantener las impurezas en la superficie del carbón activado. Esto es una acción diferente de aquella que actúa como una esponja en el proceso de absorción, en el cual un gas o líquido es succionado hasta el centro del cuerpo poroso y allí mantenido.

El carbón activado también es conocido por su extraordinaria habilidad en eliminar el cloro y su gusto y olor relacionados por la reducción química para una forma no detectable por los sentidos (por ej.: cloruros).

Los filtros de carbón activado remueven los compuestos orgánicos volátiles (VOC), los pesticidas y herbicidas, los compuestos con tribalometano, radon, los solventes y otros productos hechos por hombre y que encontramos en las aguas.

El VOC tiene todo tipo de reactivos químicos con importantes propiedades en común. Ellos son volátiles, se evaporan fácilmente, y ellos contienen carbón, (llamado carbón orgánico). Cuando están presentes en el agua a baja concentración, algunos VOC producen un suave y agradable olor.

La Agencia americana de la Protección del Medio ambiente y naturaleza estimen que los VOC están presentes en 1/5 de la distribución de agua del país. Ellos pueden contaminar las aguas desde una gran variedad de fuentes. El benceno, por ejemplo, puede entrar y contaminar el agua a través la gasolina, el aceite, sobre una gran superficie o propagarse en los conductos subterráneos de los tanques de petróleo. Otros ejemplos de contaminación detectados por los VOC son el diclorometano (clorometileno) un solvente industrial, el triclorocatileno, usado como antiséptico en los sistemas de limpieza, y el tetracloroetileno (percloroetileno), usado en la industria de limpieza al seco.

Los compuestos orgánicos volátiles pueden tener serios efectos sobre la salud. A altas concentraciones de esos compuestos, muchos VOC pueden causar problemas psycologicos al atacar el sistema nervioso central como la depresión, el decaimiento y el estupor. También, ellos pueden irritar o atacar al estar en contacto con la piel, las membranas mucosas por inhalación.

Beber el agua que contiene más o meno de VOC, a niveles superiores de los standards, no debe ser consumida. VOC puede atacar el cuerpo a través de la piel que absorba esa substancia o por la inhalación del vapor de agua. Ademas, porque es poco conocido la presencia y los efectos de estos productos químicos, una atención especial debe prestarse para detectar y eliminar los VOC desde la fuente.

Soluciones de Filtración

La adsorción por el carbón activado es en general referida como un proceso de filtración mismo que los mecanismos de actuación sean procesos electro-químicos y no mecánicos.

Los filtros de tratamiento pueden estar instalados en el punto del uso (POU) o en el punto de entrada (POE), donde el tratamiento del agua entra en su domicilio. El sistema de tratamiento POE es recomendado para remover los VOC para el uso de todo tipo, sea para beber, cocinar, limpiar, o bañarse libre de toda contaminación.

Los filtros de carbón activado son unos filtros tipicos usados para reducir el nivel de VOC en el agua para beber agua potable en su propria casa. La eficacidad de los filtros a carbón esta explicada en (1) Tipo a traves el contaminante, (2) Los tipos de aguas usadas, (3) El tipo de carbon que debe usar. Grandes concentraciones de contaminantes y el gran consumo de agua reducen la vida del carbón. Los industriales tienen guías que pueden ser usados para remplazar los filtrós de carbon. El agua que entra y pasa por el filtro puede ser testado periódicamente para indicar si el sistema de tratamiento funciona perfectamente.

Bacterias pueden producirse sobre la superficie del filtro de carbón. Se le recomienda que el agua sea desinfectada después que ella pase a través del filtro para mayor seguridad. Muchos tipos de desinfección son utilizables. La luz ultravioleta (UV) es uno de ellos. El sistema trabaja efectivo y eficientemente eliminando los problemas bacteriales del agua.

Desinfección por Ultravioleta

 

Esta probado que 85% de las enfermedades de los niños y 65% de los adultos, son producidos por virus y bacterias transportados en el agua. Un tratamiento inapropiado del agua puede crear serios problemas de salud, hepatitis B, tuberculosis, meningitis, fiebre tifoidea, triconomas, colera, glaucomas, dolores gastrointestinales terminales, salmonellas, poli virus, diarrea. Desinfectar su agua por rayos ultravioleta, es la mejor manera de protegerse. Es la mas segura y la mas moderna, la respuesta del futuro para tener agua saludable alrededor del mundo. La desinfección por ultravioleta usa la luz como fuente encerada en un estuche protector, montado de manera que, cuando pasa el flujo de agua a través el estuche, los rayos ultravioletas son emitidos y absorbidos dentro el compartimento. Cuando la energía ultravioleta es absorbida por el mecanismo reproductor de las bacterias y virus, el material genético (ADN/ARN) es modificado de manera que no puede reproducirse. Los microorganismos se consideran muertos y los riesgos de enfermedades, es eliminado.

Los rayos ultravioleta emiten una energía fuerte, electromagnética, estos rayos se encuentran en el aspecto natural de la luz del sol. Ellos están en la escala de ondas cortas, invisibles, con una longitud de vida de 100 a 400 (nm) (1 nanometro=10-9m).

La luz ultravioleta, desinfecta el agua sin necesitad de compuestos químicos y posee mejores beneficios que la destilación. No crea menos complejos químicos y no saca los minerales que necesitamos en el agua.

El método por el ultravioleta es más efectivo cuando las aguas han sido parcialmente tratadas, y solo el agua limpia pasa a través la pieza del flujo ultravioleta. Purificadores UV + usa los dos métodos, los sedimentos pasan a través los filtró de carbón, u luego, el agua limpia pasa a través los rayos U.V., para dar una agua de calidad.

El proceso de desinfección por la luz ultravioleta es un mecanismo natural, que no destruye el medio ambiente que se usa en la casa y da una agua saludable. La dosis de rayos ultravioleta que requiere para destruir 99.9 % de microorganismos. Medida en micro watts/segundo por centímetro cuadrado.

BACTERIA

Agrobacterium tumefaciens	8500
Bacillus anthracis	8700
Bacillus megaterium (vegatative)	2500
Bacillus subtills (vegatative)	11000
Clostridium Tetani	22000
Corynebacterium diphtheria's	6500
Escherichia coli	7000
Legionella bozemanii	3500
Legionella dumoffil	5500
Legionella micdadel	3100
Legionella longbeachae	2900
Legionella pneumophilla (legionnaires disease)	3800
Leptospira intrrogans (Infectious Jaundice)	6000
Mycobaterium tuberculosis	10000
Neisseria catarrhalls	8500
Proteus vulgaris	6600
Pseudomonas seruginosa (laboratory strain)	3900
Pseudomonas aeruginosa (environmental strain)	10500
Rhodospirllum rubrum	6200
Salmonella enteritidis	7800
Salmonella paratyphi (enteric fever)	6100
Salmonella typhimunum	15200
Salmonella typhosa (typhoid fever)	6000
Sarcina Lutea	26400
Seratia marcescens	6200
Shigella dysenterai (dysentery)	4200
Shigella Flexneri (dysentery)	3400
Shigella sonnell	7000
Staphylococcus epidermidis	5800
Staphylococcus aureus	7000
Streptococcus faecalls	10000
Streptococcus hemolyicus	5500
Streptococcus lactis	8800
Viridans streptococci	3800
Vibrio cholerae	6500

LEVADURA

Bakers yeast	8800
Brewers yeast	6600
Common yeast cake	13200

ESPORAS

Penicillum digitatum (olive)	8800
Penicillum expensum (olive)	22000
PeniciHum roqueforti (green)	26400

ALGAS

Chlorella vulgaris (algae)

22000

VIRUS

Bacteriophage (E. coli)	6600
Hepatitis virus	8000
Influenza virus	6600
Pollovirus (pllomyelitis)	2100
Rotavirus	2400

¿Qué es la Osmosis Inversa?

La osmosis inversa es un procedimiento que garantiza el tratamiento desalinizador físico, químico y bacteriológico del agua. Funciona mediante membranas de poliamida semipermeables, enrolladas en espiral, que actúan de filtro, reteniendo y eliminando la mayor parte de las sales disueltas al tiempo que impiden el paso de las bacterias y los virus, obteniéndose un agua pura y esterilizada.

Aguas con un elevado contenido de sales como, sodio, calcio, boro, hierro..., cloruros, sulfatos, nitratos y bicarbonatos..., pueden ser tratados con la osmosis inversa hasta alcanzar los límites considerados como agua aceptable para su utilización.

Las membranas filtrantes son la clave y responsables de separar las sales del agua. Dichas membranas pueden considerarse como filtros moleculares. El tamaño de los poros de estos filtros membranas es extremadamente reducido, por lo que se requiere una presión considerable para hacer pasar cantidades de agua a través de ellas. La elección del modelo de membrana más apropiado es según el agua a tratar y su empleo posterior, determinando el tipo de instalación más idónea.

Las suciedades que quedan en las membranas son posteriormente arrastradas y lavadas por la misma corriente de agua. De esta forma el sistema realiza una auto limpieza constante. Esta corriente de agua de desperdicio necesaria, está en relación directa con el tipo de membrana que se utiliza y sus exigencias.

Purificación del Agua por Osmosis Inversa

Osmosis

Para entender el proceso de la ósmosis inversa, empecemos por recordar la ósmosis natural, mecanismo de transferencia de nutrientes en las células de los seres vivos a través de las membranas que la recubren.

En tal sentido, cuando se ponen en contacto dos soluciones de diferentes concentraciones de un determinado soluto (por ejemplo sales), se genera un flujo de solvente (por ejemplo agua) desde la solución más diluida a la más concentrada, hasta igualar las concentraciones de ambas. (Ver Figura 2).

Es decir, en otras palabras: si ponemos en contacto, a través de una membrana, agua salada y agua destilada obtendremos un equilibrio entre ambas y quedarán moderadamente saladas. El agua que atraviesa la membrana es "empujada" por la presión osmótica de la solución más salada y el equilibrio del proceso se alcanza cuando la columna hidrostática iguala dicha presión osmótica.

 Osmosis Inversa

De aquí se deduce que si nuestro interés en el tratamiento es obtener una corriente de agua lo más diluida posible deberemos invertir el fenómeno. Para ello hay que vencer la presión osmótica natural mediante la aplicación en sentido contrario de una presión mayor. (Ver Figura 3).

Cuando se logra invertir el fenómeno estamos en presencia de ósmosis inversa o invertida como se ha dado en llamarla.

En resumen: si a una corriente de agua salada se le aplica una fuerte presión, lograremos obtener un equilibrio distinto del anteriormente descripto en el cual se generan simultáneamente dos corrientes:

Una que es la que atraviesa la membrana, queda libre de sólidos disueltos (minerales, materia orgánica, etc.) y de microorganismos (virus, bacterias, etc.): producto o permeado.

La otra se va concentrando en esos mismos productos sin que lleguen a depositarse en la membrana, porque la taparían y se eliminarían en forma continua, constituyendo el concentrado.

La relación entre producto y concentrado constituye la recuperación, expresada en porcentaje los rechazos para: Sulfatos (98 %), Arsénico (99 %), Fluoruros (97 %), Nitratos (91 %), Bacterias, Virus y hongos más del 98 %.

Membrana de la Osmosis Inversa

Es una membrana que tiene una área "microporosa" que rechaza las impurezas y que no impide el agua de pasar. La membrana rechaza las bacterias, pirógenos, y 85%-95% de sólidos inorgánicos. Iones "polivalentos" son rechazados más fácilmente que los iones "monovalentes". Los sólidos orgánicos con un peso molecular superior a 300 son rechazados por la membrana, pero los gases pasan a través. La ósmosis inversa es una tecnología de rechazo en porcentaje. La pureza del agua producida depende de la pureza del agua en el ansa. La pureza del agua producida por la ósmosis inversa es más grande que en el agua de alimentación (Ver Figura 4).

Agua Rechazada

Un gran porcentaje (50-90%) del agua de alimentación no pasa por la membrana pero corre del otro lado, limpiando el agua continuamente y trayendo los sólidos inorgánicos y orgánicos para drenarlos. Esa agua se llama agua "rechazada".

Factores del agua de Alimentación

Los factores del agua de alimentación que afectan la membrana:

• Presión: La presión del agua de alimentación afecta la cantidad y la pureza del agua producida por la ósmosis inversa. Baja presión del agua de alimentación causa baja corriente y baja pureza.

• pH: Determinar la variedad del pH en agua de alimentación es muy importante. Es recomendado de usar una variedad más amplia de membranas cuando el agua de alimentación es básica, ácida o instable.

• Índice de Saturación de Langlier (ISL) El ISL indica el principio de la formación de una escala sobre el área de la membrana. El ISL necesita examen de la temperatura, del total de sólidos inorgánicos, de de la dureza alcalina, y pH del agua de alimentación. Si él índice ISL es positivo, le recomendamos que usted instale un suavizador de agua ante del sistema de ósmosis inversa.

• Cloro Libre (TFC) y Bacterias: Las membranas de acetato de celulosa necesitan una limpieza constante de TFC para impedir la propagación de bacterias y que se dañe la membrana. En contrastó, la poliamida y las membranas finas, como cintas, son dañadas por el TCF. El carbón activado es usado para remover el TCF cuando la poliamida y las membranas finas lo necesitan.

• Temperatura: La duración de la membrana se basa sobre la temperatura del agua de alimentación que debe ser de 25°C. Por cada 1°C bajo 25°C, la cantidad de la producción del agua es reducida por 3%. Cuando el agua de alimentación se tiende a quedarse regularmente bajo 25ºC, es recomendado que el agua caliente y fría se mezclen para que la temperatura suba a 25°C. El agua de alimentación que tiene una temperatura superior a 35°C dañara la mayoridad de las membranas.

• Índice de Densidad Silt: El IDS es una medida que sirve a medir las partículas de submicrones que tienen tendencia a bloquear las membranas. La corriente del agua a una presión específica es filtrada a través una membrana en forma de disco y que es recuperada durante un periodo de tiempo fijo. La rapidez de la corriente del agua y el volumen total recogido determina el índice.

• Turbidez: La turbidez es la medida que sirve para detectar las partículas suspendidas de submicron que ocurren los rayos de luz.

¿Cómo es la Membrana? 

Las membranas son las películas finas del material poroso que se pueden utilizar para varias separaciones químicas. Aunque muchas membranas se hacen de las películas del polímero, también pueden estar hechas de cerámica, de fibra de carbón, y de sustratos metálicos con poros. Los poros pueden medirse en dimensiones atómicas (< 10 angstrom) hasta 100+ micrones.

 ¿Cómo se utilizan las membranas?

Pequeños poros en las membranas pueden servir de barreras físicas, impidiendo el pasaje de moléculas como sales, bacterias y virus que van en el agua y en el aire. La desalinización de las aguas de mar por el método de la osmosis inversa es un uso bien conocido de membranas como filtro. 

Recientemente, se han recuperado de las aguas del lavado y de la presión en la fabricación de quesos, proteínas disueltas en el agua y el agua misma usando la ultrafiltración y la micro filtración recurriendo a las diferencias de presión osmótica, se puede usar también para filtrar la corriente eléctrica, la presión osmótica y la temperatura que puede usarse de preferencia en las mezclas alejados en uno de los componentes que pasa libremente a través la membrana y retiene el resto.

La composición química y la estructura de la membrana pueden servir para hacer otras separaciones. Hay membranas que ponen una amplia superficie donde el material, las reacciones químicas o la difusión pueden realizarse. Un ejemplo, las membranas a fibra (membranas delgadas en forma de tubos) son usadas en diálisis para purificar la sangre removiendo ciertas toxinas. Las membranas pueden usarse también para extraer los solventes o en catálisis para separar los reactivos.

 
Membranas hidrófobas pueden usarse para prevenir el pasaje del agua líquida y dejar pasar su vapor, (como Gorotex). Estas propiedades pueden explotarse en las membranas de destilación donde el agua calentada por la energía solar pasa como vapor de agua a través la membrana y luego se condensa, lo que produce un agua de buena calidad. Este método de utilizar esta energía para hervir el agua y luego bajar el calor es excelente y no cara para usarla en lugares alejados

Referencias:

Textos 

http://www.excelwater.com/esp/b2c/about.php

http://issuu.com/fundacionmetropolitana/docs/lagranciudad05

http://www.ingenieroambiental.com/2info/ultravio.pdf 

Productos / Sistemas

Reverse Osmosis (RO) Water Filter - Kinetico K5 System: http://www.youtube.com/watch?v=y8uilc4R3cw

http://www.totalsoftwater.com/drinking-water-filters.php

http://www.philips.com.ar/c/purificador-de-agua/micro-pure-wp3811_01/prd/

http://www.psa.com.ar/

http://gobytch.blogspot.com.ar/2011/04/getting-back-to-nature-using-camping.html

http://www.waterbobble.com.au/product-bottle.html

http://thegadgetflow.com/page/5/#/lifestraw-emergency-water-filter

http://www.lifestraw.com.au/

http://www.lifestraw.com.au/Editor/assets/lifestraw%20details%20-clean.pdf

http://bodyglove.waterinc.com/filtration-systems/

http://www.purwater.com/

http://www.purwater.com/water/pur-products/faucet-water-filter/

http://www.katadyn.com/en/katadyn-products/products/katadynshopconnect/katadyn-wasserfilter/

Otros sistemas

http://www.yankodesign.com/2011/11/09/everyday-solar-distiller/

http://solarbottle.org/

http://www.albertomeda.com/en/index.php?sez=0&prod=16