Los dispositivos portátiles de purificación de agua son unidades autónomas y fáciles de transportar que se utilizan para purificar agua de fuentes no tratadas (como ríos, lagos y pozos ) para beber . Su función principal es la de eliminar patógenos , y muchas veces también de sólidos en suspensión y algunos compuestos desagradables o tóxicos .
Estas unidades proporcionan un suministro autónomo de agua potable a personas sin acceso a servicios de suministro de agua potable , incluidos habitantes de países en desarrollo y zonas de desastre, personal militar, campistas , excursionistas y trabajadores en áreas silvestres , y supervivientes . También se les llama sistemas de tratamiento de agua en el punto de uso y técnicas de desinfección de agua en el campo .
Las técnicas incluyen calor (incluida la ebullición), filtración, adsorción de carbón activado, desinfección química (por ejemplo, cloración , yodo, ozonización , etc.), purificación ultravioleta (incluida la sodis ), destilación (incluida la destilación solar) y floculación . A menudo se utilizan en combinación.
El agua no tratada puede contener agentes potencialmente patógenos, incluidos protozoos , bacterias, virus y algunas larvas de parásitos de orden superior, como duelas hepáticas y lombrices intestinales. Pueden estar presentes contaminantes químicos como pesticidas , metales pesados y compuestos orgánicos sintéticos. Otros componentes pueden afectar el sabor, el olor y las cualidades estéticas generales, incluida la turbidez del suelo o la arcilla, el color del ácido húmico o las algas microscópicas, los olores de ciertos tipos de bacterias, en particular los actinomicetos que producen geosmina , [1] y la salinidad del agua salobre o de mar. .
Los contaminantes metálicos comunes, como el cobre y el plomo, se pueden tratar aumentando el pH con carbonato de sodio o cal, que precipita dichos metales. La decantación cuidadosa del agua clara después de la sedimentación o el uso de filtración proporciona niveles de metales aceptablemente bajos. El agua contaminada con aluminio o zinc no se puede tratar de esta manera usando un álcali fuerte ya que los pH más altos vuelven a disolver las sales metálicas. La sal es difícil de eliminar excepto por ósmosis inversa o destilación .
La mayoría de los procesos de tratamiento portátiles se centran en mitigar los patógenos humanos por razones de seguridad y eliminar partículas, sabores y olores. Los patógenos importantes comúnmente presentes en el mundo desarrollado incluyen Giardia , Cryptosporidium , Shigella , virus de la hepatitis A , Escherichia coli y enterovirus . [2] En los países menos desarrollados puede haber riesgos de cólera y organismos de disentería y una variedad de enteroparásitos tropicales.
Giardia lamblia y Cryptosporidium spp. , los cuales causan diarrea (ver giardiasis y criptosporidiosis ) son patógenos comunes. En zonas rurales de Estados Unidos y Canadá a veces están presentes en cantidades suficientes como para que el tratamiento del agua esté justificado para los mochileros, [3] aunque esto ha creado cierta controversia. [4] (Ver diarrea adquirida en la naturaleza ). En Hawaii y otras áreas tropicales, Leptospira spp. son otro posible problema. [5]
Se ven con menos frecuencia en los países desarrollados organismos como Vibrio cholerae , que causa el cólera , y varias cepas de Salmonella , que causan enfermedades tifoideas y paratifoideas. También se pueden encontrar virus patógenos en el agua. Las larvas de trematodos son especialmente peligrosas en zonas frecuentadas por ovejas , ciervos o ganado vacuno . Si se ingieren estas larvas microscópicas , pueden formar quistes en el cerebro o el hígado potencialmente mortales . Este riesgo se extiende a las plantas que crecen en el agua o cerca de ella, incluidos los berros que se comen comúnmente .
En general, cuanto mayor sea la actividad humana río arriba (es decir, cuanto más grande sea el arroyo/río), mayor será el potencial de contaminación por efluentes de aguas residuales , escorrentía superficial o contaminantes industriales . La contaminación de las aguas subterráneas puede deberse a la actividad humana (por ejemplo, sistemas de saneamiento in situ o minería) o puede ocurrir de forma natural (por ejemplo, por arsénico en algunas regiones de India y Bangladesh). El agua recolectada lo más arriba posible río arriba, por encima de todos los riesgos de contaminación conocidos o previstos, presenta el menor riesgo de contaminación y es más adecuada para métodos de tratamiento portátiles.
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No todas las técnicas por sí solas mitigarán todos los peligros. Aunque se ha sugerido la floculación seguida de filtración como mejor práctica [6], esto rara vez es posible sin la capacidad de controlar cuidadosamente el pH y las condiciones de sedimentación. El uso imprudente de alumbre como floculante puede dar lugar a niveles inaceptables de aluminio en el agua así tratada. [7] Si se va a almacenar agua, los halógenos ofrecen una protección ampliada.
El calor mata los microorganismos que causan enfermedades, y algunos patógenos requieren temperaturas y/o duración más altas. La esterilización del agua (matando todos los contaminantes vivos) no es necesaria para que el agua sea segura para beber; sólo es necesario hacer que los patógenos entéricos (intestinales) sean inofensivos. La ebullición no elimina la mayoría de los contaminantes y no deja ninguna protección residual.
La OMS afirma que hervir el agua y luego enfriarla naturalmente es suficiente para inactivar bacterias, virus y protozoos patógenos. [8]
Los CDC recomiendan hervir durante 1 minuto. Sin embargo, en altitudes elevadas, el punto de ebullición del agua desciende. En altitudes superiores a 6562 pies (2000 metros), la ebullición debe continuar durante 3 minutos. [9]
Todos los patógenos bacterianos mueren rápidamente por encima de los 60 °C (140 °F), por lo tanto, aunque no es necesario hervir el agua para que sea segura para beber, el tiempo necesario para calentar el agua hasta que hierva suele ser suficiente para reducir las concentraciones de bacterias a niveles seguros. . [10] Los protozoos patógenos enquistados pueden requerir temperaturas más altas para eliminar cualquier riesgo. [11]
Hervir no siempre es necesario ni a veces suficiente. La pasteurización , en la que se matan suficientes patógenos, normalmente se produce a 63 °C durante 30 minutos o 72 °C durante 15 segundos. Ciertos patógenos deben calentarse por encima del punto de ebullición (por ejemplo, el botulismo: Clostridium botulinum requiere 118 °C (244 °F), la mayoría de las endosporas requieren 120 °C (248 °F), [12] y los priones incluso más). Se pueden alcanzar temperaturas más altas con una olla a presión . El calor combinado con luz ultravioleta (UV), como el método sodis , reduce la temperatura y la duración necesarias.
Los filtros de bomba portátiles están disponibles comercialmente con filtros cerámicos que filtran de 5000 a 50 000 litros por cartucho, eliminando patógenos hasta en el rango de 0,2 a 0,3 micrómetros (μm). Algunos también utilizan filtrado de carbón activado. La mayoría de los filtros de este tipo eliminan la mayoría de las bacterias y protozoos, como Cryptosporidium y Giardia lamblia, pero no los virus, excepto los más grandes, de 0,3 µm y de diámetro mayor, por lo que aún se requiere la desinfección con productos químicos o luz ultravioleta después de la filtración. Vale la pena señalar que no todas las bacterias se eliminan con los filtros de bomba de 0,2 µm; por ejemplo, hebras de Leptospira spp. (que puede causar leptospirosis) son lo suficientemente delgadas como para pasar a través de un filtro de 0,2 µm. Los aditivos químicos eficaces para abordar las deficiencias de los filtros de las bombas incluyen cloro, dióxido de cloro, yodo e hipoclorito de sodio (lejía). Ha habido filtros de polímero y cerámica en el mercado que incorporaron postratamiento con yodo en sus elementos filtrantes para matar virus y bacterias más pequeñas que no se pueden filtrar, pero la mayoría han desaparecido debido al sabor desagradable que le da al agua, así como a Posibles efectos adversos para la salud cuando se ingiere yodo durante períodos prolongados.
Si bien los elementos de filtración pueden hacer un excelente trabajo al eliminar la mayoría de las bacterias y hongos contaminantes del agua potable cuando son nuevos, los elementos mismos pueden convertirse en sitios de colonización. En los últimos años, algunos filtros se han mejorado uniendo nanopartículas de metal plateado al elemento cerámico y/o al carbón activado para suprimir el crecimiento de patógenos.
Los pequeños filtros de ósmosis inversa bombeados manualmente se desarrollaron originalmente para el ejército a fines de la década de 1980 para su uso como equipo de supervivencia, por ejemplo, para incluirlos en balsas inflables en aviones. Hay versiones civiles disponibles. En lugar de utilizar la presión estática de una línea de suministro de agua para forzar el agua a través del filtro, la presión la proporciona una bomba manual. Estos dispositivos pueden generar agua potable a partir de agua de mar.
La Unidad Aqua Portátil para Salvavidas (PAUL abreviado) es un filtro de agua de membrana portátil basado en ultrafiltración para ayuda humanitaria. Permite el suministro descentralizado de agua potable en situaciones de emergencia y desastre para aproximadamente 400 personas por unidad por día. El filtro está diseñado para funcionar sin productos químicos ni energía ni personal capacitado.
El filtrado de carbón activado granular utiliza una forma de carbón activado con una gran superficie y adsorbe muchos compuestos, incluidos muchos compuestos tóxicos . El agua que pasa a través de carbón activado se usa comúnmente junto con filtros bombeados manualmente para abordar la contaminación orgánica , el sabor y los olores desagradables. Los filtros de carbón activado no se suelen utilizar como técnica de purificación principal de los dispositivos portátiles de purificación de agua, sino como medio secundario para complementar otra técnica de purificación. Se implementa más comúnmente para filtración previa o posterior, en un paso separado del filtrado cerámico, y en cualquier caso se implementa antes de agregar desinfectantes químicos utilizados para controlar bacterias o virus que los filtros no pueden eliminar. El carbón activado puede eliminar el cloro del agua tratada, eliminando cualquier protección residual que quede en el agua protegiéndola contra patógenos y, en general, no debe usarse sin una cuidadosa consideración después de tratamientos químicos de desinfección en el procesamiento portátil de purificación de agua. Los filtros con núcleo de cerámica/carbón con un tamaño de poro de 0,5 µm o menor son excelentes para eliminar bacterias y quistes y, al mismo tiempo, eliminar productos químicos.
La desinfección química con halógenos , principalmente cloro y yodo , resulta de la oxidación de estructuras celulares y enzimas esenciales . Los principales factores que determinan la tasa y proporción de microorganismos eliminados son la concentración de halógeno residual o disponible y el tiempo de exposición. [13] Los factores secundarios son las especies patógenas, la temperatura del agua, el pH y los contaminantes orgánicos. En la desinfección del agua de campo, generalmente es eficaz el uso de concentraciones de 1 a 16 mg/L durante 10 a 60 minutos. Es de destacar que los ooquistes de Cryptosporidium, probablemente especies de Cyclospora, y los huevos de Ascaris son extremadamente resistentes a los halógenos y la inactivación en el campo puede no ser práctica con lejía y yodo.
El yodo utilizado para la purificación del agua se agrega comúnmente al agua como una solución, en forma cristalizada o en tabletas que contienen hidroperioduro de tetraglicina que liberan 8 mg de yodo por tableta. El yodo mata muchos, pero no todos, los patógenos más comunes presentes en las fuentes naturales de agua dulce. Llevar yodo para la purificación del agua es una solución imperfecta pero liviana para quienes necesitan purificar el agua potable en el campo. En las tiendas de camping hay kits que incluyen una pastilla de yodo y una segunda pastilla (vitamina C o ácido ascórbico ) que eliminará el sabor a yodo del agua una vez desinfectada . La adición de vitamina C, en forma de pastilla o en bebidas en polvo saborizadas, precipita gran parte del yodo de la solución, por lo que no se debe agregar hasta que el yodo haya tenido tiempo suficiente para actuar. Este tiempo es de 30 minutos en agua tibia y relativamente clara, pero es considerablemente más largo si el agua está turbia o fría. Si el yodo ha precipitado de la solución, entonces el agua potable tiene menos yodo disponible en la solución. El hidroperioduro de tetraglicina mantiene su eficacia indefinidamente antes de abrir el envase; Aunque algunos fabricantes sugieren no utilizar los comprimidos más de tres meses después de abrir el envase, la vida útil es muy larga siempre que el envase se vuelva a cerrar inmediatamente después de cada apertura. [14]
De manera similar al yoduro de potasio (KI), el consumo suficiente de tabletas de hidroperiodido de tetraglicina puede proteger la tiroides contra la absorción de yodo radiactivo. Un estudio de 1995 encontró que el consumo diario de agua tratada con 4 tabletas que contenían hidroperioduro de tetraglicina reducía la absorción de yodo radiactivo en seres humanos a una media del 1,1 por ciento, desde una media inicial del 16 por ciento, después de una semana de tratamiento. A los 90 días de tratamiento diario, la absorción se redujo aún más a una media del 0,5 por ciento. [15] Sin embargo, a diferencia del KI, la OMS no recomienda el hidroperiodido de tetraglicina para este propósito. [dieciséis]
Se debe dejar que el yodo actúe durante al menos 30 minutos para matar a Giardia. [17]
Una alternativa potencialmente de menor costo al uso de tabletas purificadoras de agua a base de yodo es el uso de cristales de yodo, aunque existen riesgos graves de toxicidad aguda por yodo si la preparación y la dilución no se miden con cierta precisión. [18] [19] Este método puede no ser adecuado para matar los quistes de Giardia en agua fría. [20] Una ventaja de usar cristales de yodo es que solo se disuelve una pequeña cantidad de yodo de los cristales de yodo en cada uso, lo que le da a este método de tratamiento de agua la capacidad de tratar volúmenes muy grandes de agua. A diferencia de las tabletas de hidroperioduro de tetraglicina, los cristales de yodo tienen una vida útil ilimitada siempre que no se expongan al aire durante largos períodos de tiempo ni se mantengan bajo el agua. Los cristales de yodo se sublimarán si se exponen al aire durante largos períodos de tiempo. La gran cantidad de agua que se puede purificar con cristales de yodo a bajo costo hace que esta técnica sea especialmente rentable para métodos de purificación de agua de emergencia o en el punto de uso destinados a un uso más prolongado que la vida útil del hidroperioduro de tetraglicina.
Antiguamente, las tabletas de halazona a base de cloro se utilizaban popularmente para la purificación de agua portátil. El cloro en el agua es tres veces más eficaz como desinfectante contra Escherichia coli que el yodo. [21] Por lo tanto, los soldados estadounidenses utilizaron comúnmente tabletas de halazona durante la Segunda Guerra Mundial para la purificación portátil de agua, e incluso se incluyeron en paquetes de accesorios para raciones C hasta 1945.
El dicloroisocianurato de sodio (NaDCC) ha desplazado en gran medida a las tabletas de halazona por las pocas tabletas de purificación de agua a base de cloro que quedan disponibles en la actualidad.
Los blanqueadores comunes , incluidos el hipoclorito de calcio (Ca[OCl] 2 ) y el hipoclorito de sodio (NaOCl), son oxidantes comunes, bien investigados y de bajo costo.
Las tabletas de blanqueador con cloro brindan una plataforma más estable para desinfectar el agua que el blanqueador líquido, ya que la versión líquida tiende a degradarse con el tiempo y da resultados no regulados a menos que se realicen ensayos, lo que puede resultar poco práctico en el campo. Aún así, la lejía líquida se puede utilizar de forma segura para la desinfección del agua de emergencia a corto plazo.
La EPA recomienda dos gotas de una solución de hipoclorito de sodio al 8,25 % (blanqueador de cloro normal sin perfume) mezcladas con un litro de agua y dejar reposar tapado durante 30 a 60 minutos. También son suficientes dos gotas de solución al 5%. Duplique la cantidad de lejía si el agua está turbia, coloreada o muy fría. Después, el agua debe tener un ligero olor a cloro. En caso contrario, repita la dosis y déjela reposar otros 15 minutos antes de usar. Después de este tratamiento, se puede dejar el agua abierta para reducir el olor y el sabor del cloro. [22] [6]
Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) y Servicios Poblacionales Internacionales (PSI) promueven un producto similar (una solución de hipoclorito de sodio al 0,5% - 1,5%) como parte de su estrategia de Sistema de Agua Segura (SWS). El producto se vende en países en desarrollo bajo marcas locales específicamente para desinfectar el agua potable. [9]
Ni el cloro (p. ej., lejía) ni el yodo por sí solos se consideran completamente eficaces contra Cryptosporidium , aunque son parcialmente eficaces contra Giardia . El cloro se considera ligeramente mejor frente a este último. Una solución de campo más completa que incluye desinfectantes químicos es filtrar primero el agua, utilizando un filtro bombeado de cartucho cerámico de 0,2 µm, seguido de un tratamiento con yodo o cloro, filtrando así Cryptosporidium, Giardia y la mayoría de las bacterias, junto con los virus más grandes. al mismo tiempo que utiliza desinfectante químico para combatir virus y bacterias más pequeños que el filtro no puede eliminar. Esta combinación también es potencialmente más eficaz en algunos casos que incluso el uso de una desinfección electrónica portátil basada en un tratamiento UV .
El dióxido de cloro puede provenir de tabletas o crearse mezclando dos químicos. Es más eficaz que el yodo o el cloro contra la giardia y, aunque tiene una eficacia de baja a moderada contra el criptosporidio, el yodo y el cloro son ineficaces contra este protozoo. [9] El costo del tratamiento con dióxido de cloro es mayor que el costo del tratamiento con yodo. [ cita necesaria ]
Una simple solución de salmuera {sal + agua} en una reacción electrolítica produce un poderoso desinfectante oxidante mixto (principalmente cloro en forma de ácido hipocloroso (HOCl) y algo de peróxido, ozono y dióxido de cloro). [23]
El dicloroisocianurato de sodio o trocloseno sódico, más comúnmente abreviado como NaDCC, es una forma de cloro que se utiliza para la desinfección. Es utilizado por importantes organizaciones no gubernamentales como UNICEF [24] para tratar el agua en emergencias.
Las tabletas de dicloroisocianurato de sodio están disponibles en una variedad de concentraciones para tratar diferentes volúmenes de agua [25] y obtener el cloro disponible de 5 ppm [26] recomendado por la Organización Mundial de la Salud . Son comprimidos efervescentes que permiten que el comprimido se disuelva en cuestión de minutos.
Una alternativa a las preparaciones a base de yodo en algunos escenarios de uso son las tabletas o gotitas a base de iones de plata / dióxido de cloro . Estas soluciones pueden desinfectar el agua de manera más efectiva que las técnicas a base de yodo y apenas dejan un sabor perceptible en el agua en algunos escenarios de uso. [ cita necesaria ] Los agentes desinfectantes a base de iones de plata / dióxido de cloro matarán Cryptosporidium y Giardia , si se utilizan correctamente. La principal desventaja de las técnicas basadas en iones de plata/dióxido de cloro son los largos tiempos de purificación (generalmente de 30 minutos a 4 horas, dependiendo de la formulación utilizada). Otra preocupación es la posible deposición y acumulación de compuestos de plata en diversos tejidos del cuerpo, lo que conduce a una rara afección llamada argiria , que provoca una pigmentación permanente, desfigurante y de color gris azulado de la piel, los ojos y las membranas mucosas.
Un estudio reciente ha descubierto que la Salmonella silvestre, que se reproduciría rápidamente durante el posterior almacenamiento en la oscuridad de agua desinfectada con energía solar, podría controlarse añadiendo sólo 10 partes por millón de peróxido de hidrógeno. [27]
La luz ultravioleta (UV) induce la formación de enlaces covalentes en el ADN y, por tanto, impide que los microbios se reproduzcan. Sin reproducción, los microbios se vuelven mucho menos peligrosos. La luz germicida UV-C en el rango de longitud de onda corta de 100 a 280 nm actúa sobre la timina , uno de los cuatro nucleótidos básicos del ADN. Cuando un fotón ultravioleta germicida es absorbido por una molécula de timina adyacente a otra timina dentro de la cadena de ADN, se crea un enlace covalente o dímero entre las moléculas. Este dímero de timina impide que las enzimas "lean" el ADN y lo copien, neutralizando así al microbio. La exposición prolongada a la radiación ionizante puede provocar roturas de cadena simple y doble en el ADN, oxidación de los lípidos de la membrana y desnaturalización de las proteínas, todo lo cual es tóxico para las células. Aún así, existen límites para esta tecnología. La turbidez del agua (es decir, la cantidad de sólidos suspendidos y coloidales contenidos en el agua a tratar) debe ser baja, de modo que el agua sea clara, para que la purificación UV funcione bien; por lo tanto, podría ser necesario un paso de prefiltración.
Una preocupación con la purificación de agua portátil por rayos UV es que algunos patógenos son cientos de veces menos sensibles a la luz ultravioleta que otros. Alguna vez se creyó que los quistes de protozoos estaban entre los menos sensibles; sin embargo, estudios recientes han demostrado lo contrario, demostrando que tanto Cryptosporidium como Giardia se desactivan con una dosis de luz ultravioleta de solo 6 mJ/cm 2 [28]. Sin embargo, las regulaciones de la EPA y otros estudios muestran que son los virus los que constituyen el factor limitante del tratamiento con luz ultravioleta, ya que requieren una dosis de luz ultravioleta entre 10 y 30 veces mayor que Giardia o Cryptosporidium . [29] [30] Los estudios han demostrado que las dosis de UV en los niveles proporcionados por las unidades UV portátiles comunes son efectivas para matar Giardia [31] y que no hubo evidencia de reparación y reactivación de los quistes. [32]
El agua tratada con rayos UV todavía tiene microbios presentes en el agua, sólo que con sus medios de reproducción "apagados". En el caso de que dicha agua tratada con rayos UV que contiene microbios castrados se exponga a la luz visible (específicamente, longitudes de onda de luz superiores a 330-500 nm) durante un período de tiempo significativo, puede tener lugar un proceso conocido como fotoreactivación , en el que se elimina la posibilidad de Surge la reparación del daño en el ADN de reproducción de las bacterias, lo que potencialmente las vuelve una vez más capaces de reproducirse y causar enfermedades. [33] Por lo tanto, el agua tratada con rayos UV no debe exponerse a la luz visible durante un período de tiempo significativo después del tratamiento con rayos UV, antes del consumo, para evitar la ingestión de microbios reactivados y peligrosos.
Los avances recientes en la tecnología de semiconductores permiten el desarrollo de diodos emisores de luz (LED) UV-C. Los sistemas LED UV-C abordan las desventajas de la tecnología basada en mercurio, a saber: penalizaciones por ciclos de energía, altas necesidades de energía, fragilidad, tiempo de calentamiento y contenido de mercurio.
En la desinfección solar del agua (a menudo abreviada como "sodis"), los microbios son destruidos por la temperatura y la radiación UVA proporcionada por el sol . El agua se coloca en una botella de plástico PET transparente o en una bolsa de plástico, se oxigena agitando botellas tapadas parcialmente llenas antes de llenarlas por completo y se deja al sol durante 6 a 24 horas sobre una superficie reflectante.
La destilación solar depende de la luz solar para calentar y evaporar el agua a purificar, que luego se condensa y gotea en un recipiente. En teoría, la energía solar (condensación) todavía elimina todos los patógenos, sales, metales y la mayoría de los productos químicos, pero en la práctica de campo la falta de componentes limpios, el fácil contacto con la suciedad, la construcción improvisada y las alteraciones dan como resultado agua más limpia pero contaminada.
Los filtros de agua se pueden fabricar in situ utilizando materiales locales como arena y carbón (por ejemplo, a partir de leña quemada de forma especial). Estos filtros son utilizados a veces por soldados y entusiastas del aire libre. Debido a su bajo costo, cualquier persona puede fabricarlos y utilizarlos. La fiabilidad de tales sistemas es muy variable. Estos filtros pueden hacer poco o nada para mitigar los gérmenes y otros componentes nocivos y pueden dar una falsa sensación de seguridad de que el agua así producida es potable. El agua procesada a través de un filtro improvisado debe someterse a un procesamiento secundario, como hervirla, para que sea segura para el consumo.
Las enfermedades humanas transmitidas por el agua generalmente provienen de otros humanos, por lo que los materiales de origen humano ( heces , desechos médicos, agua de lavado, productos químicos para el césped, motores de gasolina, basura, etc.) deben mantenerse alejados de las fuentes de agua. Por ejemplo, los excrementos humanos deben enterrarse a una distancia considerable (>60 metros/200 pies) de las fuentes de agua para reducir la contaminación. [9] En algunas áreas silvestres se recomienda empacar y transportar todos los desechos a un punto de eliminación debidamente designado.
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