Tratamiento del agua: distintos tipos de filtración

La filtración es el proceso por el que se purifican sustancias líquidas o gaseosas mediante diversos procedimientos de filtrado. Es un proceso de separación mecánica y tiene una base física. En este contexto, términos como filtración y filtrado se utilizan como sinónimos. La filtración es esencial para el procesamiento del agua, ya que es la única forma de garantizar una protección fiable contra gérmenes y bacterias perjudiciales para la salud.

Filtración de agua: priorizar la higiene del agua

La filtración puede eliminar del agua hormonas, pesticidas, nitratos, nitritos, residuos farmacéuticos y cualquier metal pesado. La selección del tipo de filtración específico depende de la calidad del agua cruda y de los requisitos del producto final (agua del grifo, agua de proceso, agua para fines médicos).

Los proveedores de agua locales utilizan filtros en el procesamiento del agua. El agua debe tratarse de acuerdo con las disposiciones de las normas y reglamentos sobre agua potable. Cada vez son más los hogares que utilizan filtros de agua adicionales por motivos de higiene.

Diferentes principios básicos de la filtración del agua

La filtración del agua es un componente central del tratamiento del agua y se utiliza para eliminar las impurezas y hacerla segura para el consumo humano. Existen varios principios de filtración que se utilizan en función del tipo de impurezas y del grado de pureza deseado del agua.

Los tres tipos de filtración básicos son:

• Filtración superficial
• Filtración en profundidad
• Filtración por torta

Filtración superficial

La filtración superficial se lleva a cabo en grandes cubas o tanques filtrantes que se llenan con un medio filtrante como arena, grava o carbón activado. Aquí, las partículas quedan retenidas directamente en la superficie del medio debido a su tamaño, ya que su diámetro es mayor que el tamaño de los poros del medio filtrante

Este tipo de filtración de agua suele requerir sólo una fina capa de medio filtrante y también puede llevarse a cabo con membranas muy finas. Los filtros de membrana, que tienen un tamaño de poro de tan solo 0,2 μm, se utilizan principalmente para la filtración estéril por membrana en el sector médico con el fin de proporcionar una protección fiable contra gérmenes que viven en el agua como legionella o pseudomonas. Los filtros de tela se utilizan, por ejemplo, en las depuradoras de aguas residuales.

Ejemplos: Filtros de membrana, cartuchos filtrantes, microtamices, filtros de tela

Filtración en profundidad

Durante el proceso de filtración, el agua fluye a través del medio filtrante. Las partículas más grandes quedan retenidas en las capas superiores y las más pequeñas en las más profundas. El diámetro de las partículas es inferior al diámetro de los poros de modo que las partículas penetran en los poros y quedan retenidas dentro del medio filtrante.

En la filtración en profundidad, se requiere una capa filtrante de materiales granulares con una profundidad considerable, normalmente de 1 a 2 metros, para separar eficazmente las partículas del líquido. Este método de filtración de agua es especialmente adecuado para aplicaciones con una elevada carga de suciedad en las que los métodos de filtración superficial, como la filtración por membrana, no son suficientes debido a su limitada vida útil.

Este tipo de procesamiento del agua consigue un grado de limpieza muy elevado, ya que se pueden eliminar partículas muy finas.

Filtración por torta

En la filtración en profundidad, se requiere una capa filtrante de materiales granulares con una profundidad considerable, normalmente de 1 a 2 metros, para separar eficazmente las partículas del líquido. Este método de filtración de agua es especialmente adecuado para aplicaciones con una elevada carga de suciedad en las que los métodos de filtración superficial, como la filtración por membrana, no son suficientes debido a su limitada vida útil.

Este tipo de procesamiento del agua consigue un grado de limpieza muy elevado, ya que se pueden eliminar partículas muy finas.

La filtración por torta requiere un medio filtrante que permita el paso del líquido y retenga los sólidos, así como una diferencia de presión. El medio filtrante puede ser plano (como una malla textil y metálica, papel o cartón) o en capas (como capas de arena o sinterizado).

El método se utiliza en diversos ámbitos, por ejemplo, en las plantas de tratamiento del agua residual, donde contribuye a separar eficazmente los sólidos del agua.

Procesos especiales de filtración

Además de los métodos convencionales de filtración de agua, existen tipos de filtración especiales que resultan especialmente adecuados para determinadas aplicaciones debido a sus propiedades y mecanismos únicos. Dos de estos métodos especiales de filtración son la filtración por membrana y la filtración con carbón activado. Ambos procesos han demostrado su eficacia en diversos campos y ofrecen soluciones eficientes para la eliminación de contaminantes a nivel microscópico. En las secciones siguientes, presentamos estos dos métodos de procesamiento del agua en más detalle y explicamos sus ámbitos de aplicación, ventajas y modos de funcionamiento.

Filtración por membrana

En el caso del método de filtración por membrana, el agua se filtra a través de una pared fina de poros finos (la membrana) que, dependiendo de su naturaleza, puede retener incluso las partículas más pequeñas, como virus o bacterias. Estos filtros especiales se denominan filtración estéril. La mayoría de los filtros de membrana están fabricados con materiales poliméricos, es decir, plásticos, aunque en algunos ámbitos también se utilizan membranas cerámicas o metálicas.

También distinguimos entre distintos procesos de filtración de membrana, como la microfiltración (MF), la ultrafiltración (UF), la nanofiltración (NF) y la ósmosis inversa (OI). Los dos primeros procesos pueden describirse como tamices finos mecánicos. Consisten en membranas fabricadas artificialmente con un diámetro de poro definido. Es importante para el funcionamiento de la membrana que los poros se hagan más grandes en la dirección del agua pura. La nanofiltración y la ósmosis inversa utilizan membranas densas y difusas (transpirables).

El principio de la ósmosis inversa se descubrió en la década de 1950 durante la desalinización del agua de mar. Es un proceso que puede generar agua potable casi 100% pura a partir de fuentes como el agua de mar. En este proceso de tratamiento del agua, el agua se presiona a través de una membrana sintética semipermeable que sólo es permeable en una dirección y únicamente a las moléculas de agua.

Existen varias geometrías de membrana, como las membranas de lámina plana, las membranas de fibra hueca, los monocanales, los elementos multicanal, los discos y en forma de bolsa plana. Las membranas de fibra hueca, que se emplean como filtros terminales, se utilizan principalmente para garantizar la higiene del agua en el sector médico.

Filtración de agua con carbón activado

La filtración con carbón activado se basa esencialmente en el principio de adsorción. En este proceso, contaminantes como el polvo o los metales pesados se eliminan de líquidos o gases con la ayuda de filtros que contienen carbón activado. En el tratamiento del agua, los filtros de carbón activado se utilizan para la retención por adsorción de sustancias orgánicas y olores y sabores, o para filtrar residuos de medicamentos en el agua.

Debido a la tecnología de adsorción, el carbón activado sólo tiene una capacidad de absorción finita, lo que significa que es necesario sustituirlo o regenerarlo una vez agotado. Si el carbón activo no se sustituye o regenera a tiempo, se sobrecargará y el filtrado puede contener un mayor número de sustancias indeseables que el agua cruda. Además, el carbón también actúa como agente reductor y es adecuado para eliminar agentes oxidantes como el ozono y el cloro del aire de escape o del agua de proceso y de las aguas residuales. Los filtros de carbón activado también están disponibles con un núcleo de membrana, por ejemplo, para poder combinar las ventajas de ambos tipos de filtración del agua.

Otros procesos químicos y biológicos

Además de los métodos que hemos explicado aquí, existen varios procesos químicos y biológicos para el tratamiento del agua, como la desinfección o la oxidación bioquímica. Todos los procesos tienen ventajas e inconvenientes. La elección depende de las sustancias específicas presentes en el agua a tratar y de la calidad final deseada.

Ilustraciones modificadas de Förster B, Caesar T: Luftfiltration in Reinraumtechnik (filtración de aire en los cuartos limpios). Springer 2012