Por Greg Reyneke, MWS
El 12 de septiembre de 2012, el gobernador Edmund G. Brown Jr. firmó la Ley de Asamblea 685, convirtiendo a California en el primer estado en reconocer legislativamente el derecho humano fundamental al agua. Ahora, en la Sección 106.3 del Código de Agua de California, el estado reconoce además que “todo ser humano tiene derecho a agua segura, limpia, al alcance del bolsillo y accesible, adecuada para el consumo humano, la cocina y propósitos sanitarios”. El derecho humano al agua limpia es un sentimiento que se repite en todo el mundo, pero es un objetivo cada vez más difícil y caro de lograr, especialmente con el tremendo crecimiento poblacional y el descubrimiento continuo de contaminantes emergentes.
La infraestructura de tratamiento y distribución de agua en Estados Unidos está envejeciendo y es obsoleta, y los operadores de plantas centrales están haciendo lo mejor que pueden, dentro de los límites de presupuestos limitados, equipos obsoletos y reglamentos arcanos. Teniendo en cuenta los catastróficos eventos de falla de la calidad del agua que son tan frecuentemente destacados durante el ciclo de noticias de 24 horas, cada vez más estadounidenses se están dando cuenta de que necesitan asumir la responsabilidad de mejorar el sabor, el olor, la apariencia, y a veces incluso la seguridad del agua centralmente suministrada. Esto tiene sentido, ya que una cantidad tan pequeña de agua municipal es consumida por los seres humanos. Es prohibitivamente costoso tratar cada uno de los contaminantes potenciales o amenazas transmitidas por el agua de manera exhaustiva, a nivel citadino.
Los microorganismos de origen acuático varían en tamaño desde virus extremadamente pequeños en el rango submicrónico, hasta quistes relativamente grandes que pueden aproximarse a 50 micras de diámetro. Los microorganismos patógenos pueden ocurrir naturalmente en lagos, arroyos, embalses y la mayoría de las fuentes de agua superficial. Incluso los suministros de agua subterránea no son inmunes, ya que la existencia de bacterias subterráneas se ha demostrado definitivamente, junto con la capacidad de los virus entéricos y otros organismos para lixiviarse en aguas subterráneas de la aplicación de terrenos o el enterramiento de lodos de depuración y otros residuos residenciales e industriales.
Hace ciento cincuenta años, gran parte del suministro de agua de los Estados Unidos estaba repleto de diversas formas de organismos acuáticos, incluyendo coliformes, bacterias, virus y protozoos. Las enfermedades transmitidas por el agua, como el cólera, la fiebre tifoidea y la disentería, constituían un serio problema de salud pública y siguen siendo de importante preocupación en países sub-desarrollados, donde más de mil millones de personas carecen de agua potable y casi dos mil millones carecen de sistemas adecuados de distribución y procesamiento de aguas residuales.
La Agencia de Protección al Medio Ambiente de los Estados Unidos (US EPA, en inglés), clasifica la contaminación del agua potable como una de las principales amenazas ambientales para la salud. Las estimaciones creíbles sugieren que sólo la mitad de los brotes de enfermedades transmitidas por el agua en los sistemas de agua comunitarios (y alrededor de un tercio de los que ocurren en sistemas no comunitarios) son detectados, investigados o incluso reportados de manera formal. Los microbios en el agua del grifo pueden ser realmente responsables de hasta el 30 por ciento de las enfermedades gastrointestinales en los Estados Unidos. Estudios recientes indican que existe una vía de transmisión de agua mucho mayor para la actividad viral de lo que se creía anteriormente.
La desinfección basada en el cloro salva vidas
Hay cerca de 250,000 sistemas públicos de abastecimiento de agua en los EEUU, que sirven a todo tipo de comunidades, desde las ciudades más pequeñas hasta las principales áreas metropolitanas. Aproximadamente el 90 por ciento de la población de los EEUU recibe actualmente su agua a través de los sistemas de agua comunitarios, mientras que el resto de la población utiliza pozos privados u otros suministros controlados individualmente. El cloro y la cloramina son utilizados actualmente por más del 98 por ciento de las empresas de servicio de agua de EEUU, como parte de su proceso de tratamiento y desinfección. Casi el 80 por ciento de las compañías de servicios públicos utilizan actualmente cloro en lugar de cloramina.
El proceso típico de tratamiento de aguas municipales implica una serie de pasos. Algunos de los pasos principales incluyen la floculación y coagulación, sedimentación, filtración y desinfección. La cloración se realiza típicamente en varias etapas del proceso de tratamiento. En los suministros de agua superficial, el cloro por lo general es introducido en las etapas iniciales para combatir algas y otras vidas acuáticas que podrían interferir con el equipo de tratamiento y las etapas posteriores en el proceso.
La etapa de cloración que más nos interesa ocurre como el paso final del tratamiento después de los otros procesos importantes de limpieza, donde la concentración y el contenido residual del cloro pueden ser monitoreados y controlados de cerca. El cloro permanece en el agua cuando se distribuye a los hogares y negocios, conservando parte de su capacidad para seguir eliminando y reaccionando con contaminantes indeseables en el agua y el sistema de distribución.
La cloración puede desactivar microorganismos a través de una variedad de mecanismos, tales como daño oxidativo a las membranas celulares, inhibición de enzimas, destrucción de ácidos nucleicos y otros mecanismos que no son totalmente entendidos. La eficacia de cualquier proceso de cloración depende de una variedad de factores, incluyendo la concentración de cloro, el tiempo de contacto, la temperatura del agua, el valor del pH, el nivel de turbidez y otros factores que interfieren.
La cloración no es 100 por ciento eficaz para combatir todos los contaminantes transmitidos por el agua y se formarán subproductos indeseables en el agua tratada. Sin embargo, ésta es sin duda la manera más económica y eficaz de desinfectar el agua que se almacena, procesa y distribuye en los hogares y las empresas, protegiéndonos a todos de muchos contaminantes acuáticos mortales e indeseables.
Cloramina
Las cloraminas se derivan de la combinación de cloro y amoníaco, donde el cloro es sustituido por una o más moléculas de hidrógeno en el compuesto. Hay tres especies conocidas de cloramina:
• Monocloramina (Cloroamina, NH2Cl)—el biocida más eficaz
• Dicloramina (NHCl2)
• Tricloruro de nitrógeno (NCl3)
Las cloraminas pueden formarse espontáneamente en el agua o ser deliberadamente formadas a nivel municipal, ya que una minoría cada vez mayor de proveedores centrales elige activamente la cloramina como su tecnología desinfectante. Las diversas especies de cloramina pueden cambiar rápidamente de una forma a otra a través del sistema de distribución. La especie predominante depende del pH, la temperatura, el oxígeno disuelto, el dióxido de carbono, los compuestos orgánicos en el agua y la proporción instantánea de cloro a amoníaco. La monocloramina es menos reactiva con otras sustancias orgánicas en el agua que la cloramina libre, por lo que permanecerá activa durante más tiempo en el agua y formará significativamente menos trihalometanos y otros subproductos indeseables relacionados con el cloro, lo que la convierte en una opción atractiva para muchos proveedores.
Pueden formarse otros subproductos de la desinfección no deseados, tales como halonitrilos tóxicos (cloruro de cianógeno), halonitrometanos (cloropicrina) y otros compuestos ricos en nitrógeno. Algunos de estos compuestos pueden poner en peligro la salud humana. Todas las cloraminas son irritantes respiratorias, siendo la tricloramina la más problemática. La cloramina es un contribuyente importante a la corrosión del cobre y del latón, así como la degradación de ciertos compuestos de hule. La nitrificación es también una preocupación con la cloramina; este es un proceso microbiano en el que un tipo de bacterias nitrificantes oxida el amoníaco para producir nitrito (NO2-) y otro oxida nitrito para producir nitrato (NO3-). El problema es mayor cuando las temperaturas son cálidas y se permite que el agua se estanque en el sistema de distribución (bajo consumo de agua).
La limitada adopción de la cloraminación a nivel municipal en los EEUU habla de las complejidades asociadas con ella y las preocupaciones que muchos tienen sobre los subproductos, la corrosividad aumentada hacia los metales y la nitrificación. Las cloraminas son difíciles de eliminar con carbón activado regular, ya que se necesita algo más que la simple acción reductora del carbón activado. (He tenido los mejores resultados con varias mezclas de carbón catalítico, dependiendo de qué contaminantes están presentes en el agua). Tenga en cuenta que la nitrificación puede ocurrir después del sistema de decloraminación; esto puede ser problemático, especialmente si los bebés o aquellas personas con sistemas inmunes comprometidos usan esa agua.
Subproductos de la desinfección
Los estudios epidemiológicos han relacionado la exposición a subproductos de cloración con defectos congénitos, complicaciones del embarazo, ciertos cánceres como el de la vejiga, el recto y el riñón (estudios recientes sugieren que también podría haber una relación causal entre los subproductos de cloro y el cáncer de mama en hombres y mujeres) Irritación, daño de la piel, dolores de cabeza y fatiga.
Tradicionalmente, el riesgo de los subproductos de la desinfección con cloro ha sido minimizado por los legisladores y la industria, ya que el riesgo de no cloración es mucho mayor. De hecho, la Organización Mundial de la Salud (OMS) declaró recientemente que “el riesgo de muerte por patógenos es por lo menos 100 a 1,000 veces mayor que el riesgo de contraer cáncer por subproductos de la desinfección y el riesgo de enfermedad por patógenos es al menos 10,000 a 1 millón de veces mayor que el riesgo de contraer cáncer a través de los subproductos de la desinfección”. Se le está diciendo al consumidor que debe elegir entre la enfermedad y/o la muerte por enfermedades transmitidas por el agua y microorganismos, o una disminución continua en su calidad de vida debido al daño permanente causado por su exposición a los compuestos de cloro y los inevitables subproductos de la desinfección.
Las tecnologías económicas de mejoramiento de la calidad del agua de hoy en día, les ofrecen a los consumidores una opción mucho mejor. Desinfectar y proteger el agua con productos químicos industriales como el cloro a nivel municipal para mantenerlo lo más seguro posible hasta que llegue al hogar. Luego, reducir o eliminar completamente el cloro, los subproductos de la desinfección y otros contaminantes, disfrutando de lo mejor de ambos mundos.
Anatomía de un filtro de carbón para todo el hogar
Existen numerosas opciones basadas en el carbón, disponibles para proteger a los clientes y sus familias de los sabores y olores de cloro, pesticidas, herbicidas, contaminantes emergentes y varios subproductos de la desinfección. Como profesional del tratamiento del agua, su principal responsabilidad es proporcionarles a sus clientes la mejor agua a un precio asequible, de una manera ambientalmente responsable. El enfoque de este artículo es específico para los olores y sabores de cloro/cloramina, por lo que si está planeando abordar plomo, pesticidas, herbicidas o subproductos farmacéuticos, consulte con su fabricante de equipos antes de hacer afirmaciones sobre lo que realmente puede hacer su filtro de carbono. No todos los tipos de carbón funcionan de igual manera, especialmente con compuestos orgánicos complejos y químicas variables de aguas influyentes.
La opción más simple y económica es un cartucho de carbón activado reemplazable, ubicado en el punto de ingreso, pero ésta tiene un inconveniente importante: reducción de caudal y presión. Los profesionales experimentados recomendarán un sistema para el punto de ingreso basado en tanques, que se ajuste a los presupuestos de los consumidores y los requisitos de rendimiento y que pueda proporcionar el flujo y la longevidad necesarios. Los filtros de carbón activado para todo el hogar pueden ser de auto-retrolavado, de flujo ascendente sin retrolavado o flujo descendente sin retrolavado. Cada cual tiene sus propias ventajas y desventajas.
Flujo descendente sin retrolavado. Un simple tanque con cabeza de entrada/salida y sistema de distribución, normalmente cargado con grava y elementos de carbón. El agua entra en la parte superior del tanque, se mueve hacia abajo a través de la columna de elementos y, a continuación, sube por el tubo ascendente. Esto compacta el lecho, atrapa cierto sedimento y maximiza el tiempo de contacto con los elementos. La desventaja de este tipo de sistema es que, a menos que esté prefiltrado adecuadamente, la columna de elementos eventualmente se ensuciará con sedimentos y partículas finas, dando como resultado una disminución de presión y canalización inaceptable. El mantenimiento periódico programado es crítico en estos sistemas.
Flujo ascendente sin retrolavado (Figura 1). Un simple tanque con cabeza de entrada/salida y sistema de distribución, normalmente cargado con grava, elementos bacteriostáticos y elementos de carbón. El agua entra hacia abajo a través del tubo ascendente, se mueve hacia arriba a través de la columna de elementos y luego sale por la parte superior del tanque. Mientras que el servicio de flujo ascendente protege a los elementos contra el ensuciamiento de sedimentos, minimiza el tiempo de contacto efectivo con los elementos y con frecuencia permite la purga de contaminantes.
Retrolavado (Figura 2). Un simple tanque con un cabezal de control de retrolavado automático (preferiblemente computarizado con un caudalímetro y sistema de distribución), que típicamente están cargados con grava, bacteriostato, elementos de filtración de sedimentos y elementos de carbón activado. El agua entra por la parte superior del tanque, se mueve hacia abajo a través de la columna de elementos y luego hacia arriba por el tubo ascendente, compacta el lecho, atrapa cierto sedimento y maximiza el tiempo de contacto con el elemento. Después de haber procesado cierto número de galones o después de un intervalo de calendario designado, el sistema se retrolava para reclasificar los elementos, purgar el sedimento atrapado, los gases y las partículas finas, minimizando al mismo tiempo el potencial de crecimiento de biopelícula.
Completando el tren de tratamiento
Los sistemas de carbón para todo el hogar se instalan con frecuencia junto con otras tecnologías de tratamiento, tales como suavizantes de agua, ultrafiltros y sistemas de desinfección UV. Debido a que yo especifico los suavizantes de agua con resina altamente resistente al cloro, por lo general recomiendo que se instale un filtro de carbón para todo el hogar después del suavizante de agua y antes de la ultrafiltración o UV para garantizar la más alta calidad de agua, aguas abajo. Naturalmente, hay excepciones a cada regla, por lo que tiene que consultar con su especialista local experto en agua y el fabricante de su equipo al seleccionar cualquier solución de mejora de la calidad del agua.
Instalación, puesta en marcha y mantenimiento
Independientemente de los sistemas que instale para su cliente, es importante aplicar el nivel adecuado de cuidado y manejo seguro cuando se trabaja con sistemas que incorporan carbón activado. Estas son algunas indicaciones útiles:
• Los sistemas basados en carbón deberán permanecer sellados hasta el último momento para evitar la absorción de olores en el aire u otros contaminantes.
• El aire deberá purgarse cuidadosamente del lecho de carbón. El método ideal es empapar el carbón en agua sanitaria caliente y darle al carbón suficiente tiempo para purgar aire arrastrado. Esto a veces puede tomar 72 horas o más; consulte con su proveedor de equipo para asegurarse de que está utilizando las mejores prácticas.
• Los sistemas basados en carbón, así como la tubería aguas abajo deberán ser desinfectados inicialmente para minimizar la formación de biopelícula y otras actividades bacterianas, aguas abajo.
• No se deberá permitir que los elementos permanezcan estancados por mucho tiempo; recomiendo por lo menos un retrolavado semanal para reducir al mínimo la formación de biopelícula.
• Los sistemas deberán ser inspeccionados y desinfectados periódicamente.
• Reemplace o aumente el carbón y otros elementos de tratamiento en un programa de mantenimiento regular, según lo recomendado por el fabricante del equipo y por las mejores prácticas de la industria.
Sostenibilidad y certificación
Como profesionales, debemos asegurarnos de que todos los aspectos de nuestro proceso de gestión y mejora de la calidad del agua sean tan respetuosos con el medio ambiente, sostenibles y renovables como sea posible. WQA, ASPE y ANSI han desarrollado normas de sostenibilidad para:
• Fomentar una mayor participación estratégica entre los fabricantes de productos para el desarrollo de productos y prácticas empresariales sostenibles, a través de mejoras en las áreas de diseño de productos, fabricación y gestión de sitios de producción, distribución, eliminación, etc.
• Permitir la evaluación de la certificación basada en categorías de productos, así como el desempeño ambiental de instalaciones de producción completas, en lugar de simplemente evaluar todos los detalles, producto por producto.
• Reducir la carga y el costo para la organización en la búsqueda de la certificación de productos y reducir el riesgo comercial de la competencia interna entre productos similares del mismo fabricante.
• Reducir los gastos y riesgos de la reglamentación, reducir los costos de producción y potencialmente evitar las iniciativas reglamentarias obligatorias mediante la adopción de un enfoque voluntario y basado en la gestión de los temas de sostenibilidad en toda la industria.
WQA/ASPE/ANSI S-802: Elementos Sostenibles de Carbón Activado para el Tratamiento del Agua Potable cubre los productos de elementos de carbón activado crudo. La certificación para esta norma cubre la sostenibilidad del abastecimiento de materiales, transporte, procesamiento, distribución y planificación de fin de vida para asegurar un impacto ambiental mínimo y preservar la salud y seguridad de los trabajadores a lo largo de la cadena de suministro. Hable con el (los) proveedor(es) y exija que utilicen carbón sostenible en sus sistemas; es la forma responsable y ética de hacer las cosas. Además de la sostenibilidad de los productos, el rendimiento real de los sistemas puede medirse en comparación con las normas de NSF (tales como la NSF 42 para efectos estéticos). Tenga en cuenta que los sistemas de decloración se suelen personalizar para un proyecto específico y no necesariamente se certificará como un sistema real.
Conclusión
El carbón activado es una herramienta poderosa en su arsenal de tratamiento de agua. Sería sensato que usted aprendiera lo mayor posible sobre este valioso recurso para asegurarse de seguir proporcionándoles a sus clientes la mejor agua al mejor precio.
Crédito de la imagen: The Innovative Water Project
Un agradecimiento especial a Stuart Mann, Gerente de Certificación de Sostenibilidad de la Asociación de Calidad del Agua (WQA, en inglés).
Acerca del Autor
El Sr. Greg Reyneke, Director General de Red Fox Advisors, tiene dos décadas de experiencia en la gestión y el desarrollo de concesionarios de tratamiento de agua. Su experiencia abarca toda la gama de aplicaciones residenciales, comerciales e industriales, incluyendo el tratamiento de aguas residuales. Además, el Sr. Reyneke ofrece servicios de consulta sobre métodos de conservación y reutilización del agua, incluyendo la recolección de aguas pluviales, ecosistemas acuáticos, reutilización de aguas grises y diseño eficiente de agua. Es miembro del Comité de Revisión Técnica de nuestra revista hermana en lengua inglesa, WC&P, y actualmente se desempeña en la Junta Directiva de PWQA, presidiendo el Comité Técnico y de Educación. Usted puede seguirlo en su blog en www.gregknowswater.com