Agua potable: los polímeros nos hacen la boca agua

¿Cómo lograr el acceso universal al agua potable? ¿Cómo purificar el agua para cubrir la actual necesidad de inmensas cantidades de agua de alta calidad en algunas industrias? Las membranas poliméricas tienen un papel crucial en la potabilización del agua.

Los egipcios utilizaban carbón

No hay misterio alguno sobre qué hacer para eliminar las impurezas del agua: ¡hay que filtrarla! Los egipcios, 4000 años antes de que se descubrieran los microorganismos y otras bacterias, ya lo sabían. Tenían pruebas empíricas que demostraban que beber agua directamente del Nilo podía enfermar la población. Los arqueólogos descubrieron que esta civilización, enormemente avanzada, había desarrollado un proceso de filtración utilizando carbón activado. Un proceso muy simple que consistía en filtrar el agua a través de carbón vegetal. Cómo llegaron los egipcios a esta conclusión sigue siendo un misterio. Probablemente descubrieran que el agua purificada mediante este proceso perdía el olor pútrido, generalmente sinónimo de gérmenes y bacterias. Aunque se sigue utilizando carbón activado en las jarras que filtran agua, se ha optimizado considerablemente la técnica original. El carbón activado es capaz de eliminar gran parte de las impurezas del agua al atrapar las bacterias grandes, los residuos de metales pesados y algunos virus, pero su función principal es la de eliminar el desagradable olor a cloro del agua del grifo. Hay una buena razón para ello: si el agua del grifo en los países desarrollados es completamente potable es gracias a los procesos de purificación que recibe en las plantas de tratamiento.

Los polímeros navegan por aguas turbulentas

Antes de llegar al grifo, el agua ha tenido que superar una larga carrera de obstáculos. Tanto el agua destinada al consumo humano como la residual, siempre pasan previamente por una planta de tratamiento. Se filtra a través de unas rejillas con un paso de malla cada vez más estrecho para eliminar los residuos de mayor tamaño. A continuación, se separan los sedimentos mediante decantación y los aceites mediante inyección de burbujas de aire que arrastran la grasa hacia la superficie. Se deja reposar el agua durante algunos días para que las impurezas caigan al fondo y luego decantarlas. A pesar de todas estas operaciones, algunas partículas son tan finas que nunca llegan a caer hasta el fondo o tardan demasiado en hacerlo. Esto se soluciona agregando un agente floculante, que puede ser un polímero, como la poliacrilamida, o un copolímero formado por acrilamida y ácido acrílico. El floculante aglomera las partículas suspendidas, de modo que estas suben a la superficie y pueden eliminarse utilizando un tamiz normal.

La purificación del agua es una práctica generalizada en muchos países y produce un agua del grifo perfectamente potable.

Gracias al efecto floculante de la poliacrilamida, las partículas finas se aglomeran rápidamente en la superficie. A continuación, pueden eliminarse utilizando un tamiz normal.

Filtración por membranas: salvados por los poros

El agua se somete a una fase final antes de incorporarse a la red de suministro: la filtración por membranas. Como su nombre indica, este paso consiste en filtrar el agua a través de unas membranas porosas a fin de capturar los elementos microscópicos. Actualmente, los polímeros son un elemento esencial en este proceso y, de hecho, pronto les pertenecerá de forma exclusiva. La filtración por membranas está estrictamente regulada y cada tipo de membrana se clasifica según el tamaño de los poros. Las membranas de microfiltración, cuyos poros miden entre 0,1 y 10 µm, son capaces de capturar todo tipo de bacterias, macromoléculas, partículas coloidales, etc. Se utilizan para reducir la cantidad de microorganismos y para llevar a cabo un pretratamiento del agua. Las membranas de ultrafiltración capturan las partículas de entre 0,001 y 0,1 µm, es decir, virus, macroproteínas, antibióticos, etc. Se utilizan principalmente en la industria alimentaria y para determinadas bebidas. Pero realmente son las membranas más finas, las de nanofiltración (entre 0,1 y 0,001 µm), las que permiten separar la mayoría de elementos no deseados del agua.
 

Plásticos tubulares En contra de lo que suele pensarse, las membranas de filtración no siempre son filtros planos a través de los cuales circula el agua como en el caso de un tamiz. En muchos casos, el sistema está formado por densos haces de fibras de polímeros, según la función para la que estén diseñados. Vistos de lejos se asemejan a las barbas de ballena... Normalmente, están hechos de polisulfona (PES), un polímero muy estable que conserva su eficacia independientemente de la acidez del agua. ¡Y eso no es todo! Son muy populares entre los laboratorios farmacéuticos y la industria alimentaria gracias a su capacidad de filtrar agua a temperaturas de hasta 90 °C sin deteriorarse.

La polisulfona es el polímero preferido por los fabricantes de filtros de membrana, que lo eligen por su estabilidad y excepcional resistencia a la acidez.

Las membranas poliméricas son fáciles de mantener, económicas y se fabrican con rapidez, lo que las hace muy populares en casi todos los sectores, especialmente debido a que han sido aprobadas por industrias que requieren un agua de gran pureza, tales como las vinculadas a la producción de insulina, un producto farmacéutico utilizado por millones de pacientes diabéticos en todo el mundo. La tecnología de membranas no es nueva, ya existía antes de la aparición de los polímeros. Las membranas de fibras cerámicas o vegetales eran muy caras. Actualmente, solo las membranas de fibras cerámicas, capaces de soportar agua a muy altas temperaturas (por encima de los 100 °C), se mantienen en pie ante la apabullante expansión de los polímeros en este ámbito. Pero ¿por cuánto tiempo? Numerosas empresas del mundo entero están investigando cada vez más las propiedades del PEEK (poliéter éter cetona), un polímero todavía relativamente caro que también es capaz de soportar temperaturas muy elevadas. Además, la mayoría de membranas poliméricas han superado con éxito las estrictas pruebas de certificación para su uso en la industria farmacéutica y alimentaria.
 

A pesar de ser líderes en el sector, los fabricantes de plásticos siguen investigando nuevas formas de mejorar sus polímeros. El fabricante francés Arkema, en colaboración con Polymen, un fabricante de membranas, ha desarrollado recientemente una nueva clase de membrana que utiliza las fibras de PVDF Kynar©. Estas fibras huecas y ultrafiltrantes son especialmente duraderas e hidrófilas, de modo que presentan un plus de longevidad y sus poros no se obstruyen tan rápidamente, garantizando un flujo constante de agua.

La investigación no se detiene nunca: se utilizan nuevos materiales para la fabricación de filtros de membrana, tales como Kynar©, un polímero altamente duradero e hidrófilo, y PEEK, un polímero que destaca por su capacidad de soportar temperaturas muy elevadas.

LifeStraw, Waterwheel, Watercone: los polímeros se mojan con las ONG

Con grandes prestaciones, económicas y relativamente fáciles de fabricar, las membranas poliméricas han captado el interés de las industrias y empresas especializadas en el tratamiento y abastecimiento de agua para el consumo humano. Desde hace algunos años, se han fijado en ellas algunas organizaciones no gubernamentales dedicadas a proporcionar agua potable a las poblaciones más alejadas de las fuentes de agua limpia, especialmente en África.
 

El éxito de LifeStraw se debe, en parte, a la facilidad de uso y de mantenimiento de las membranas poliméricas. Es un sistema de purificación de agua especialmente eficaz que ha proporcionado acceso al agua potable a aproximadamente 200 000 niños en Kenia.

Una de las soluciones más destacables es la del filtro danés LifeStraw. Se trata de un filtro en forma de caña capaz de purificar 1000 litros de agua capturando el 99 % de los parásitos y bacterias presentes en el agua. El concepto es notablemente sencillo y está basado en el uso de membranas de PESU. LifeStraw está disponible en varias versiones, de la versión más pequeña y fácil de transportar, ideal para viajeros, a formatos más grandes equipados con un depósito y creados para instalar en las aldeas. En Kenia, por ejemplo, se han instalado filtros LifeStraw en más de 330 escuelas, proporcionando acceso al agua potable a aproximadamente 200 000 niños

A raíz del éxito de la iniciativa, se ha planeado el desarrollo de proyectos similares en India y México. Por fin, gracias a estas membranas poliméricas, las poblaciones locales ya no tienen que hervir el agua en una cocina de carbón. Esto contribuye, además, a proteger los bosques y reducir las emisiones de CO2. En Kenia, donde un organismo especializado evaluó las emisiones de CO2, fue posible vender los créditos de carbono a grandes empresas como Land Rover. Los millones de dólares recaudados se utilizaron para suministrar cañas filtrantes a un millón de hogares. Un verdadero círculo virtuoso.

WaterWheel de la ONG americana Wello acabará, sin lugar a dudas, con el estereotipo de la mujer africana o asiática transportando un recipiente lleno de agua sobre su cabeza durante kilómetros. La idea es tan sencilla que uno se pregunta cómo no se le había ocurrido a nadie hasta ahora. El WaterWheel no es ni más ni menos que un depósito con forma de rueda hecho de polietileno de alta densidad de uso alimentario. Se puede empujar (o tirar de él) gracias a su asa, de modo que ayuda a transportar el agua desde el pozo hasta casa sin (demasiado) esfuerzo.

Sencillo e ingenioso: el Waterwheel permite transportar hasta 45 litros de agua.

La capacidad del depósito, de 45 litros, permite reducir el número de viajes, ya que los recipientes para agua habituales suelen albergar entre 5 y 10 litros. 

Gracias a la forma de la cúpula de policarbonato, no se necesita nada más que el sol para destilar el agua salobre y transformarla en agua potable.

En último lugar, aunque el invento tiene ya más de una década, sería imperdonable no mencionar el Watercone. Este cono de policarbonato, que mide cerca de sesenta centímetros de diámetro y es tan ligero como resistente, transforma el agua salobre en agua dulce aprovechando el poder de la energía solar. El agua colocada en su interior se evapora, condensa sobre las paredes del cono y fluye hasta el recolector situado alrededor del perímetro del cono. Finalmente, invirtiendo el cono, se recoge el agua acumulada. Aunque el cono solo puede recuperar alrededor de dos litros de agua al día, ha sido un éxito en los países donde la carencia de agua es cruelmente extrema, gracias a su facilidad de uso y de mantenimiento y su coste asequible. Otra ventaja del Watercone es que permite desalinizar agua de mar. Obviamente el principio es el mismo y, en cierto modo, es opuesto al utilizado en las salinas. En este caso, en lugar de la sal, se recupera el agua.