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Nuevos retos en materia de depuración de agua potable

Los intercambiadores de iones y las resinas de adsorción abren nuevas perspectivas

Redacción QU29/10/2007
Todo aquel que tiene acceso a agua potable limpia y sin problemas, en cantidad suficiente y a un precio económico no sabe lo afortunado que es. Los habitantes de países industrializados desarrollados no se paran casi nunca a pensar en su suerte. Para ellos, el disponer de agua limpia en todo momento es algo que se da por supuesto. Sin embargo, para la mayoría de los habitantes de nuestro planeta, el problema de la falta de este elemento se pone de manifiesto con frecuencia, a veces incluso a diario. Como muy tarde, cuando abren el grifo y constatan que, una vez más, no cae agua. O cuando a diario tienen que recorrer largas distancias para sacar agua del pozo más cercano. O cuando se encuentran afectados por diversas enfermedades tras haber consumido agua no potable. O, en el peor de los escenarios, cuando el consumo de agua contaminada les ha costado la vida a algunos de los miembros de su familia.

La definición de “agua limpia” no se acaba con que huela bien, sepa bien y tenga buen aspecto. Además, el agua limpia no ha de contener (y esto es algo que no se ve a simple vista) microbios patógenos que puedan causar enfermedades. Ni tampoco sustancias químicas en concentraciones que las conviertan en tóxicas, ya sea de forma aguda o a largo plazo. Otras exigencias adicionales de calidad, aunque tal vez menos esenciales, son también un contenido equilibrado en minerales y un grado relativamente bajo de dureza, que repercute positivamente tanto en el sabor como en ciertos aspectos técnicos para el hogar.

La disponibilidad de agua se ve determinada en primera línea por factores geográficos y geológicos. Además, hay factores económicos y técnicos que determinan las cantidades de agua extraída y la calidad de la misma. Como la calidad de las aguas superficiales no es por regla general muy aceptable, uno de los fundamentos del suministro racional de agua es la construcción técnicamente fundada de un pozo y el mantenimiento responsable del mismo. Otros pasos adicionales en el tratamiento de aguas son la eliminación de hierro y manganeso, así como la de sustancias en suspensión. Esto se lleva a cabo ventilando el agua y filtrándola a través de un filtro de arena. A continuación, por regla general, se procede a esterilizarla añadiendo cloro, o mediante otro procedimiento de desinfección.

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Las más mínimas trazas de impurezas químicas llaman cada vez más la atención

Con este nivel de la técnica los correspondientes tratamientos permite, por regla general en la mayoría de los casos, potabilizar el agua de pozo. Este método, no obstante, no puede garantizar que se eliminen del agua de forma suficiente impurezas químicas nocivas para la salud. Nos referimos a sustancias que pueden encontrarse en el agua en concentraciones altas (ppm = mg/L), o también sólo en trazas (en el ámbito de ppb = µg/L o ppt = ng/L). Precisamente esas sustancias están cada vez con más frecuencia en el foco de atención de las autoridades sanitarias nacionales e internacionales. Con los actuales métodos analíticos continuamente mejorados para detectar tales sustancias, y a la vista de la sistematización e incremento de los exámenes, así como de los mayores conocimientos que se adquieren sobre los efectos de esas sustancias sobre la salud, crece en todas partes la necesidad de actuación al respecto. La OMS reacciona ante los nuevos datos reduciendo los valores límite recomendados para trazas de impurezas. Los legisladores de cada país adoptan estos valores en su legislación sobre agua potable y en sus normativas sobre valores límite tolerados. En última instancia son las compañías públicas y privadas de suministro de aguas las que tienen que aplicar esas normativas y las que se ven obligadas a hacerlo. Resulta sorprendente constatar que no siempre son las personas o las actividades industriales las causantes de la contaminación del agua potable con sustancias químicas. En muchos casos, las sustancias nocivas proceden de la misma naturaleza. Esto es así especialmente cuando el agua, en su recorrido por el subsuelo, entra en contacto con minerales de los que se pueden disolver diversas sustancias químicas. Así, por ejemplo, llegan de forma completamente natural a los pozos elementos como el arsénico, el flúor y el antimonio, y metales pesados como el níquel, el radio, el uranio, el plomo, el talio o el mercurio. Otra sustancia química, el boro, se encuentra en considerables concentraciones en el agua marina. En los procesos de desalinización de agua de mar sólo se puede eliminar, aunque de forma insuficiente, mediante membranas de ósmosis de inversión Además de estas impurezas inorgánicas, también hay sustancias orgánicas de origen natural. Se trata de las conocidas sustancias húmicas que tiñen el agua de color marrón; además, hay ácidos carboxílicos y polisacáridos.

Los contaminantes inequívocamente causados por el ser humano proceden, por ejemplo, de la actividad agrícola. Ilustrativa es la aplicación de fertilizantes y productos fitosanitarios, lodo de depuradora y estiércol. En este sentido hay que citar los niveles elevados de nitrato en las aguas freáticas, así como la acumulación de metales pesados, de pesticidas y de sustancias residuales metabólicas que las plantas evacuan al suelo. Otros posibles contaminantes de origen humano proceden de la producción industrial, de los talleres de artesanales y del almacenamiento de combustible. Este es el origen de diversos detergentes difícilmente biodegradables, de disolventes, impregnantes o aditivos para combustible (p. ej., el antidetonante MTBE). Además, todos los metales pesados de procedencia natural que se han citado anteriormente también pueden ser producto de la actividad humana.

La elección de un material filtrante adecuado es de capital importancia

Afortunadamente, no toda el agua de los pozos está contaminada con sustancias químicas.

La existencia y tipo de contaminación, y el hecho de si se superan o no valores relevantes para la salud, depende enteramente de la situación geográfica de las aguas, del historial agrícola e industrial previo de la región y de las aguas subterráneas colindantes. Por ese motivo, es preciso que cada pozo sea examinado de forma individual por un organismo cualificado.

Si se detectan trazas de impurezas, el problema consistirá en que cada una de las sustancias citadas con anterioridad tiene propiedades químicas diferentes y no existe, por lo tanto, una estrategia unitaria para eliminarlas. Otro factor de dificultad es el hecho de que cada acuífero tiene una base de distintas concentraciones de componentes del agua, lo que influye en el comportamiento de las trazas de impurezas.

En muchos casos se aplica un sistema que consiste en añadir al tratamiento usual del agua que se describía arriba un filtro de carbón activado. Pero estos filtros sólo sirven para eliminar determinadas sustancias; además, en muchos casos con ellos no se consigue tratar los caudales necesarios en los tiempos precisos. También presentan limitaciones en su empleo los materiales para filtros basados en sustancias minerales, como las zeolitas, el óxido de aluminio y el óxido de hierro.

Más allá de esos materiales para filtros existen nuevas perspectivas con un mayor potencial, cuya importancia va en aumento. Se trata de los medios filtrantes del grupo de los intercambiadores de iones y resinas de adsorción. Son perlas con un diámetro de entre 0,3 y 1,2 mm. Uno de los mayores productores de estos materiales es el Grupo Lanxess, el cual produce y comercializa internacionalmente estos materiales bajo la marca Lewatit e Ionac.

Estos materiales son dotados, mediante reactivos químicos, de grupos de anclaje (intercambiadores de iones), o sin ellos (resinas de adsorción). Hay varias docenas de materiales diferentes de este tipo. Se diferencian entre sí en la clase y porosidad de la bolita, así como en la química del grupo de funcional. Variando los diversos parámetros se obtienen como resultado varios cientos de productos distintos.

Dependiendo de la calidad del agua, la diversidad de materiales permite encontrar una solución hecha a medida para casi todos los tipos de impurezas. En ciertos casos, además, sería posible combinar varios materiales.

En el diseño de un filtro hecho a medida se escoge por regla general el material que presenta la mayor selectividad para la sustancia que se quiere eliminar. Así se logra eliminar sólo la sustancia que estorba, manteniendo el agua prácticamente con su composición natural. Este principio también permite aprovechar al máximo la capacidad de carga del filtro. La razón es que el núcleo adsorbente sólo ha de ocuparse de una única sustancia. Adicionalmente también se liberan en el agua importantes sustancias minerales que el organismo necesita.

El principio no es nuevo, pero esta aplicación aún es muy joven

Algunos de los intercambiadores selectivos aptos para la obtención de agua potable fueron en origen desarrollados para aplicaciones dentro del ámbito de la producción química, la extracción de metales o la depuración de aguas residuales. Ha sido posteriormente, a la vista de las tendencias que se describían más arriba, cuando se han abierto nuevas oportunidades para este novedoso ámbito de aplicación. En realidad esto significa que los materiales de base ya existen desde hace mucho, se fabrican y están disponibles a escala comercial. Pese a ello, en algunos aspectos se hace necesaria una modificación del producto para adaptarlo a las nuevas exigencias que presenta su aplicación para el agua potable. En esas modificaciones se trabaja actualmente.

El empleo de intercambiadores de iones para la eliminación de trazas de las aguas residuales es un ámbito tecnológico joven que todavía se encuentra en su fase de desarrollo, aunque ya existen instalaciones técnicas que se han puesto recientemente en marcha. En el Sur de Alemania y en el Norte de Italia, por ejemplo, existen sendas instalaciones para eliminación de níquel. Recientemente se puso en funcionamiento en Chipre una planta para la eliminación de boro durante la desalinización de agua de mar. En los EE.UU. ya existen plantas de eliminación de uranio, radio, perclorato y nitrato en las aguas freáticas. En distintos lugares del mundo se encuentran en fase experimental otras instalaciones para eliminar arsénico, flúor y sustancias húmicas.

En virtud de su posibilidad de regeneración, los intercambiadores de iones presentan una ventaja por lo que a costes se refiere: las sustancias extraídas se pueden “lavar” empleando productos químicos de regeneración adecuados; tras su depuración es posible almacenarlas en vertederos controlados. De esta manera se pueden reducir costes, en comparación con los materiales de filtración de un solo uso.

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Una solución individual para cada caso

De los hechos aquí expuestos se puede extraer la conclusión de que la depuración de agua potable es una compleja tarea técnica cuya ejecución es posible si se emplean los medios adecuados. En especial por lo que se refiere a la eliminación de impurezas químicas, las resinas de adsorción y los intercambiadores de iones a base de perlas de plástico ofrecen un principio modular ajustable que permite encontrar la solución individual adecuada para cada pozo.

La base para la elección de un filtro apropiado la constituye un análisis químico, lo más exhaustivo posible, del agua de manantial. Los técnicos de aplicación de Lanxess AG colaboran gustosamente en la elaboración de una solución técnica y en el seguimiento de la instalación, desde los primeros ensayos de laboratorio, pasando por un posible ensayo piloto, hasta la puesta en marcha de un filtro.

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