La purificación del agua y métodos de purificación

por | noviembre 4, 2020
purificación de agua
Planta purificadora de agua

¿Que es la purificación del agua?

La purificación del agua es el proceso mediante el cual se eliminan los contaminantes de una fuente de agua (agua cruda). El objetivo es producir agua para un propósito específico con un perfil de tratamiento diseñado para limitar la inclusión de materiales específicos; la mayor parte del agua se purifica para consumo humano (agua potable). 

La purificación de agua también puede diseñarse para una variedad de otros propósitos, incluso para cumplir con los requisitos de aplicaciones médicas, farmacológicas, químicas e industriales. Puede llevarse a cabo mediante una variedad de métodos, incluido el tratamiento con luz ultravioleta , filtración , ablandamiento del agua, ósmosis inversa, ultrafiltración, extracción molecular, desionización y tratamiento con carbón.

La purificación del agua puede eliminar contaminantes como arena, partículas suspendidas de material orgánico, parásitos (como Giardia y Cryptosporidium), bacterias, algas, virus , hongos y metales tóxicos (como plomo, cobre y cromo ). También se pueden eliminar minerales como calcio, sílice y magnesio-

 Alguna purificación puede ser electiva en el proceso de purificación, incluida la eliminación del olor ( remediación del sulfuro de hidrógeno), el sabor (extracción de minerales) y el color (de la encapsulación de hierro).

Purificación de agua para consumo humano

La purificación de agua para consumo humano consiste en la eliminación de diferentes contaminantes como productos químicos (es decir, contaminantes, metales tóxicos), contaminantes biológicos (algas, bacterias, hongos, parásitos, virus), sólidos en suspensión y gases.

El abastecimiento de agua para uso y consumo humano con calidad adecuada es fundamental para prevenir la transmisión de enfermedades y contaminantes tóxicos en el organismo. Para lograr esta comisión, se requiere establecer límites permisibles en cuanto a las características bacteriológicas, físicas, organolépticas y químicas.

El proceso de purificación de agua para consumo humano consiste en un tratamiento físico y químico  que tiene como objeto eliminar contaminantes que representan un riesgo para la salud. Entre los contaminantes mas comunes podemos encontrar, microorganismos, compuestos inorgánicos (sales, minerales, metales) y compuestos orgánicos (grasas, aceites, derivados del petróleo, plaguicidas, detergentes, fármacos). 

Con el objetivo de asegurar y preservar la calidad del agua en su manejo hasta la entrega al consumidor, el agua debe someterse a varios métodos de tratamientos de purificación de agua.

Hay varios métodos utilizados en el proceso de purificación de agua, que incluyen: (1) procesos físicos, como filtración, sedimentación o destilación; (2) procesos biológicos, como filtros de arena, carbón activo; (3) procesos químicos, como floculación, cloración, uso de luz ultravioleta.

¿Cómo se purifica el agua?

Los métodos utilizados para purificar el agua incluyen procesos físicos como filtración, sedimentación y destilación; procesos biológicos como filtros lentos de arena o carbón biológicamente activado; procesos químicos como la floculación y cloración y el uso de radiación electromagnética como luz ultravioleta .

La purificación del agua puede reducir la concentración de material granulado, incluidas las partículas en suspensión, parásitos, bacterias, algas, virus y hongos, así como reducir la concentración de una variedad de material disuelto y granulado.

Métodos de purificación de agua

Las fuentes de agua potable están sujetas a contaminación y requieren un tratamiento adecuado para eliminar los agentes causantes de enfermedades. Los sistemas públicos de agua potable utilizan varios métodos de tratamiento del agua para proporcionar agua potable a sus comunidades. 

El proceso de purificación de agua se basa en estos métodos que se enumeran a continuación.

  • Tratamiento preliminar
  • Tratamiento primario: Implica la eliminación de la contaminación física. Se realiza principalmente mediante cribado, filtración multimedia, etc. 
  • Tratamiento secundario: consiste en la eliminación de los sólidos en suspensión mediante un proceso biológico.  
  • Tratamiento Terciario o Avanzado: El proceso químico lo hace para los tratamientos finales. 

1. Tratamiento físico de aguas residuales 

Un tratamiento de aguas residuales que utiliza métodos físicos para eliminar la contaminación presente en el agua se denomina tratamiento físico de aguas residuales. El tratamiento físico de aguas residuales consiste en 

  • Cribado: se utiliza como métodos de pretratamiento para eliminar más material en suspensión considerable 
  • Filtración multimedia (MMF): se utiliza para filtrar sólidos en suspensión
  • Filtración por membrana: use una membrana de barrera (microfiltración, ultrafiltración) o membrana semipermeable (nano o ósmosis inversa) para eliminar los sólidos en suspensión y los sólidos totales 

¿Qué es el cribado?

El cribado es uno de los pasos esenciales utilizados para el proceso de tratamiento de aguas residuales. En este proceso, se eliminan objetos como trapos, papel, plásticos y metal para evitar daños y obstrucciones en los equipos, tuberías y accesorios aguas abajo. El proceso de selección se puede realizar de dos formas 

¿Qué es la filtración multimedia? 

Es un método moderno de tratamiento físico de aguas residuales que utiliza al menos tres capas de medios de filtración como antracita, arena y granate, para eliminar la contaminación del agua. En este proceso de tratamiento de aguas residuales se eliminan partículas que tienen un tamaño molecular de 10-15 micrones. Pero la filtración multimedios (MMF) no elimina la contaminación microbiana como bacterias, virus, hongos y otros. 

¿Qué es la filtración por membrana?

El proceso físico de tratamiento de aguas residuales, que elimina la contaminación del agua con la ayuda de una membrana, se denomina filtración por membrana. Hay cuatro tipos de filtración por membrana 

Microfiltración

Es un tipo de tratamiento físico de aguas residuales donde se permite que el agua pase a través de una membrana especial vertida para eliminar la contaminación microbiana presente en el agua. La tecnología de microfiltración se utiliza junto con varios otros procesos de separación para traer agua pura y saludable. El tamaño de los poros de la membrana utilizada en la microfiltración es de aproximadamente 0,01 a 10 micrones. 

Ultrafiltración

En este proceso físico de tratamiento de aguas residuales, la contaminación presente en el agua se utiliza para eliminar mediante el uso de una membrana semipermeable. La membrana utilizada en la ultrafiltración tiene un tamaño de vertido de aproximadamente 0,005 a 0,001 micrones y se utiliza para eliminar partículas en suspensión, bacterias y virus específicos. Pero esta tecnología se utiliza principalmente en combinación con otras técnicas para un tratamiento eficaz. 

Nanofiltración

La nanofiltración es similar a la ultrafiltración, pero el tamaño de poro de la membrana utilizada en la tecnología de nanofiltración es muy fino. El tamaño de poro de la membrana de nanofiltración es de 0,005 a 0,001 micrones. Esta tecnología de filtración elimina los iones divalentes como el calcio; por lo tanto, a veces se denomina membrana suavizante.

Osmosis inversa

Es uno de los tratamientos físicos de aguas residuales más utilizados. Al igual que otras tecnologías de membranas, la tecnología de ósmosis inversa también utiliza una membrana semipermeable para eliminar las impurezas presentes en el agua. El tamaño de los poros de la membrana utilizada en esta tecnología es de aproximadamente 0,005 a 0,0001 micrones. El purificador de agua osmosis inversa (RO) puede eliminar iones disueltos, bacterias, virus y otra contaminación. 

2. Tratamiento químico de aguas residuales

Un sistema de tratamiento de aguas residuales que utiliza productos químicos para tratar la contaminación presente en el agua se denomina tratamiento químico de aguas residuales. El tratamiento químico de aguas residuales también se conoce como tratamiento terciario o final de aguas residuales. Existen varios procesos diferentes para el tratamiento químico de aguas residuales, algunos de ellos son

Neutralización

Un sistema de purificación de agua utiliza un proceso de neutralización para tratar el agua ácida. El proceso de neutralización se puede realizar para varios propósitos:

  • Se utiliza para la neutralización de múltiples tipos de efluentes antes de que se descarguen a la atmósfera. 
  • La corrección del pH del agua ocurre antes de la etapa de tratamiento biológico o físico-químico.
  • Acidificación aguas arriba de una membrana desaladora, vacunación en circuito industrial

En un sistema de purificación de agua, se usa un filtro de neutralización para tratar agua muy ácida. Es un dispositivo de tratamiento simple que aumenta el pH del agua agregando material neutralizador.

Reducción de oxidación

La reducción redox es fundamental para el tratamiento del agua. La oxidación con ozono y peróxido de hidrógeno se utilizan para eliminar los hidrocarburos clorados y los pesticidas del agua. Este proceso se utiliza principalmente para reducir los antibióticos, fármacos citostáticos, hormonas y otras sustancias traza antropogénicas.  

Desinfección

Se puede lograr agregando un químico desinfectante o eliminando el microorganismo dañino. La desinfección se puede completar mediante varios procesos

Gas de cloro

Cloración mediante solución de hipoclorito de sodio, es decir, NaOCl, hipoclorito de calcio sólido, es decir, Ca (OCl) 2

Cloraminas 

Las cloraminas son una de las sustancias químicas que se forman por la reacción del cloro y el amoníaco. Se utiliza principalmente como método de desinfección primario o secundario. En estos días, la mayor parte del sistema público de purificación de agua utiliza métodos de desinfección para obtener agua pura y saludable para beber. Varias investigaciones dicen que de cada 5 personas en Estados Unidos, una bebe agua tratada con cloraminas, ya que produce menos cantidad de subproductos. Como resultado, se considera que las cloraminas son más efectivas que el cloro.

Ozonización 

Es un proceso químico de purificación de agua, que ahora es uno de los métodos avanzados; por lo tanto, está presente principalmente en sistemas de purificación de agua modernos y avanzados. Este proceso se basa en la infusión del ozono en el agua. El ozono es un gas que consta de 3 moléculas de oxígeno, que es uno de los oxidantes potentes. Ozonización en el sistema de purificación de agua en uso para eliminar la contaminación del agua relacionada con compuestos orgánicos y microbios. El sistema de purificación de agua con ozono en uso tiene una gran aplicación, pero se usa principalmente para eliminar la contaminación orgánica y microbiana.

Rayos ultravioleta

El uso de rayos UV juega un papel vital en el sistema de purificación de agua. Los rayos ultravioleta tienen una alta capacidad de penetración, que mata o suspende el crecimiento de los microbios presentes en el agua potable. Un sistema de purificación de agua que contiene rayos ultravioleta es adecuado para eliminar diferentes tipos de contaminación biológica. Hay varios tipos de sistemas de purificación de agua que incluyen rayos ultravioleta para tratar la contaminación del agua.

Intercambiador de iones

En este proceso, un ion cargado en una solución se intercambia con el ion cargado de manera similar, que está unido electrostáticamente a una partícula sólida inmóvil. El mejor ejemplo de intercambio iónico es un sistema de ablandador de agua. 

3. Tratamiento biológico de aguas residuales 

El tratamiento biológico utilizado en el tratamiento de aguas residuales tiene un único motivo para eliminar los desechos humanos e industriales sin dañar el medio ambiente. Varios tipos de procesos pueden lograrlo. Algunos de ellos son 

Tratamiento aeróbico 

En este proceso, los desechos orgánicos se convierten en biogás que contiene una alta concentración de metano y dióxido de carbono. Se utiliza principalmente en el proceso industrial, ya que es un proceso energéticamente eficiente y oculta una gran cantidad de materia orgánica a una temperatura moderada. Este proceso ocurre en presencia de oxígeno. 

Tratamiento anaeróbico 

Es un proceso lento que puede tardar 3 meses en completarse. Durante este proceso, puede aparecer el olor desagradable. Las bacterias anaeróbicas convierten los desechos orgánicos en biogás, que contiene una alta concentración de metano y dióxido de carbono en ausencia de oxígeno. 

4. métodos de proceso de purificación de agua 

El proceso de purificación del agua o el acceso a agua pura y saludable para beber puede proteger millones de vidas cada año. Esto se puede lograr mediante los siguientes métodos que se dan a continuación:

1. Hervir

Hervir el agua es una de las mejores y más baratas formas de purificar el agua. El agua es uno de los disolventes naturales que puede disolver casi todo. Esta propiedad del agua crea su hábitat natural para varios tipos de patógenos que no se pueden ver a simple vista. La ebullición del agua elimina este tipo de bacterias y gérmenes patógenos.

2. Coagulación y floculación

Este es el primer paso de la purificación del agua en el que se agregan algunos productos químicos al agua para eliminar las partículas suspendidas del agua. Estas partículas añadidas pueden ser orgánicas como bacterias, virus, hongos, algas y cualquier otro compuesto orgánico natural y de naturaleza inorgánica como arcilla y limo.

La adición de coagulantes inorgánicos como el sulfato de aluminio o la sal de hierro como el cloruro de hierro induce varias interacciones químicas y físicas entre las partículas. La carga negativa de las partículas es neutralizada por los coagulantes inorgánicos y comienza a formar un hidróxido metálico de iones de aluminio y hierro.

Estos hidróxido de metal, es decir, el precipitado de hidróxido de aluminio y de hierro, se combinan y forman un gran compuesto bajo un proceso natural llamado movimiento browniano o bajo mezcla inducida llamada floculación. Estos hidróxidos metálicos comienzan a absorber las partículas suspendidas en el agua e inducen la eliminación de esas partículas suspendidas mediante un proceso posterior de sedimentación y filtración.

Los coagulantes orgánicos son un polímero orgánico artificial. Este polímero contiene el tamaño molecular alto y cuando se agrega al agua comienza a absorber la partícula suspendida presente en el agua y forma flocado.  

3. Sedimentación

La sedimentación es un proceso físico que elimina las partículas suspendidas del agua mediante la gravedad. La partícula que se asienta del agua se llama sedimento o lodo. La capa gruesa de sedimento se conoce como consolidación.

El agua que contiene el depósito de floculación ingresa al depósito de sedimentación. El depósito de sedimentación es un tanque grande que tiene velocidades de agua bajas que permiten que las partículas suspendidas se asienten en el fondo. La cubeta de floculación y la cubeta de sedimentación están cerradas entre sí, por lo que este proceso no permite que el flóculo se rompa.

Antes del proceso de coagulación en el proceso de tratamiento de agua, la sedimentación podría usarse para disminuir las partículas suspendidas presentes en el agua. Pero después del proceso de coagulación, la sedimentación se usa para reducir las partículas sólidas del agua para que el proceso de filtración pueda funcionar de manera efectiva.

4. Filtración

Cualquier operación mecánica, física o biológica que se utilice para separar sólidos de los fluidos (es decir, líquido o gas) mediante la adición de un medio que solo permite que los fluidos pasen a través de él, pero no permite que los sólidos pasen. Los fluidos que lo atraviesan se denominan filtrado. Existen varios métodos de filtración, como filtro caliente, filtro frío y filtro de vacío, y todos estos filtros tienen como objetivo separar la sustancia.

La filtración es uno de los procesos activos de purificación de agua entre todos los métodos utilizados para la purificación. Se basa principalmente en procesos físicos y químicos. La filtración garantiza que el agua potable sea segura para el consumo porque elimina todo tipo de contaminación del agua.

Cuando se compara el proceso de filtración de agua con la ósmosis inversa (RO), la filtración es más efectiva ya que elimina moléculas mucho más pequeñas como el cloro y los pesticidas. La destilación no solo es efectiva sino también económica, ya que no requiere más energía en comparación con la ósmosis inversa. Durante el proceso de filtración, se produce poca pérdida de agua.

5. Desinfección

El proceso de limpiar algo para destruir microbios se considera desinfección. Puede hacerse eliminando microorganismos nocivos o añadiendo productos químicos desinfectantes. La desinfección se puede lograr con cloro, dióxido de cloro, cloramina, ozono y rayos ultravioleta (UV).

El cloro y sus compuestos, como el dióxido de cloro y la cloramina, es un oxidante fuerte que mata eficazmente al microorganismo, mientras que el ozono son moléculas inestables que producen oxígeno natural que actúa como un poderoso agente oxidante. Los rayos ultravioleta son muy efectivos para reducir la contaminación.

6. Destilación

El proceso de separación de cualquier sustancia de una mezcla líquida mediante ebullición selectiva y condensación. Se podría hacer para lograr una separación completa o parcial que dé como resultado una concentración más alta del compuesto selectivo.

La destilación es uno de los métodos de purificación de agua que utilizan calor para recolectar agua pura en forma de vapor. Según el hecho científico, la destilación es uno de los mejores métodos de purificación de agua porque el punto de ebullición del agua es menor en comparación con el otro agente contaminante del agua y causante de enfermedades.

En el proceso de destilación para lograr la purificación del agua, el agua se somete a calor hasta que alcanza su punto de ebullición. Después de eso, se deja que el agua se vaporice y se dirige al condensador para que se enfríe. Después de enfriar, los vapores se invierten en agua limpia y pura. Otra sustancia que tiene un punto de ebullición más alto permanece en el recipiente.

Este método de purificación de agua tiene sus ventajas y desventajas. La ventaja de la destilación es que afecta los métodos de purificación del agua en términos de eliminación de bacterias, gérmenes, sales y otros metales pesados ​​como plomo, arsénico. La notable desventaja de la destilación es que es un proceso lento y requiere una fuente de calor para el proceso de purificación del agua. Este proceso tiene una desventaja significativa de que solo es efectivo para la cantidad menor, no para la gran escala.

7. Cloración

El cloro es uno de los poderosos métodos de purificación de agua que mata los gérmenes, parásitos y otros agentes causantes de enfermedades presentes en el agua que usa regularmente. El cloro es uno de los métodos de purificación de agua rentables entre todos los métodos de purificación de agua conocidos. Se utiliza principalmente en el agua municipal para suministrar agua pura y segura para el consumo doméstico.