Tratamiento avanzado de aguas residuales para su reutilización

El cambio climático y el crecimiento constante de la población mundial están ejerciendo una presión cada vez mayor sobre los suministros de agua, lo que intensifica la necesidad de gestionar este recurso vital. Junto a las medidas de conservación, los procesos de reutilización del agua -en los que las aguas residuales se tratan para cumplir las normas de calidad para un uso óptimo- se perfilan como una estrategia fundamental para aumentar las reservas de agua disponible.

Durante más de una década, la reutilización del agua se ha centrado en procesos de refrigeración industrial, descargas de inodoros y riego de áreas verdes. Sin embargo, en los últimos años, las metodologías avanzadas de tratamiento han dado paso a la viabilidad y seguridad de reutilizar el agua potable -tanto de forma directa como indirecta- y esta tendencia está ganando terreno rápidamente en el ámbito municipal.

Una vez eliminados los sólidos de mayor tamaño y los microorganismos de una corriente de agua reutilizada mediante métodos de tratamiento convencionales, el tratamiento avanzado se centra en las partículas más pequeñas y los contaminantes víricos restantes. Para ello se requieren procedimientos como la filtración, la ósmosis inversa y la desinfección, que permiten cumplir con las estrictas normas de calidad del agua necesarias para su reutilización como agua potable.

La filtración se emplea habitualmente para eliminar sólidos en suspensión, bacterias y algunas moléculas orgánicas de mayor tamaño. Los materiales de filtración pueden incluir arena, productos granulares y membranas finas.

La filtración por membrana ha sido durante mucho tiempo un elemento básico del tratamiento del agua potable, utilizado para eliminar contaminantes mediante la presurización y el impulso del agua a través de finas membranas. El tamaño de los poros de la membrana varía en función de las necesidades y, a menudo, se utilizan varias membranas, con un tamaño de poro que disminuye a medida que el proceso avanza aguas abajo.

La microfiltración se utiliza habitualmente al principio del tratamiento terciario, con tamaños de poro que oscilan entre 0,1 y 10 micras. La ultrafiltración (UF), con poros de 0,01 a 0,1 micras de diámetro, es eficaz para eliminar sólidos en suspensión, bacterias y muchos virus. Ambos tipos de membrana actúan como barreras físicas, atrapando los contaminantes en la superficie de la membrana y dejando pasar el agua limpia. Los contaminantes se acumulan en la superficie de la membrana con el tiempo, por lo que es necesario realizar retrolavados periódicos para mantener la eficiencia y evitar que los poros se obstruyan, de modo que el paso del agua continúe.

La nanofiltración, que mejora la filtración a un nivel aún más preciso, utiliza membranas con poros de aproximadamente 0,001 micras de diámetro. Gracias a sus finas aberturas, la nanofiltración puede eliminar un espectro más amplio de contaminantes, como materia orgánica disuelta, iones de dureza -como calcio y magnesio-, pesticidas y algunos metales pesados. Se utiliza habitualmente como intermediario entre la ultrafiltración y la ósmosis inversa (OI), ya que permite obtener un alto grado de purificación sin el elevado consumo de energía que requiere la ósmosis inversa para eliminar las sales disueltas.

En aquellos casos en los que la pureza del agua es crítica, como en la reutilización potable directa y en muchas aplicaciones industriales, se pueden usar membranas de ósmosis inversa (RO) para eliminar los contaminantes más pequeños. Estas membranas poseen poros de aproximadamente 0,0001 micras de diámetro, que atrapan sales, minerales, trazas de contaminantes, bacterias y virus. Con unos poros tan pequeños y la necesidad de superar la presión osmótica, la ósmosis inversa requiere una energía considerable para presurizar y bombear el agua a través de las membranas.

Dado que los poros son tan pequeños, los sistemas de ósmosis inversa suelen aprovechar la filtración de flujo cruzado, en la que el agua permeada filtrada se dirige en una dirección, mientras que el agua concentrada contaminada sigue una ruta diferente a través del depósito. La filtración de flujo cruzado permite que la corriente de concentrado barra la acumulación de contaminantes en la membrana y mantenga una turbulencia suficiente para evitar que la superficie se obstruya.

El flujo de concentrado está formado por salmuera y otros compuestos incapaces de atravesar la membrana. Para aumentar la recuperación de agua, los sistemas de ósmosis inversa suelen constar de varias etapas, en las que el concentrado de una etapa se empuja a través de una membrana de ósmosis inversa de segunda etapa o se recicla de nuevo a través de la membrana inicial.

Tras la filtración, la desinfección suele ser la última etapa del tratamiento terciario. Entre los métodos de desinfección habituales se encuentran la cloración y los métodos de oxidación avanzada, como los rayos ultravioleta y la ozonización. Estos procedimientos inactivan los patógenos restantes, incluidas bacterias, virus y protozoos, para garantizar el cumplimiento de los estrictos requisitos de calidad del agua.

El éxito de cualquier programa de reutilización de agua va más allá de la sofisticación tecnológica, ya que requiere un meticuloso control de los procesos, una rigurosa monitorización de la calidad del agua de alimentación y un sólido régimen de mantenimiento. Los sistemas de control de procesos deben diseñarse para monitorizar y ajustar continuamente los parámetros de tratamiento con el fin de garantizar una calidad constante del agua producida, mientras que las medidas de gestión medioambiental deben mantenerse para evitar la introducción de contaminantes que puedan poner en peligro el tratamiento.

El panorama jurídico evoluciona rápidamente a medida que los gobiernos reconocen el papel cada vez más importante de la reutilización del agua para garantizar la seguridad hídrica. Los procedimientos de concesión de permisos para la reutilización potable indirecta y directa, en particular, son cada vez más habituales en numerosas regiones, ya que establecen los requisitos para los proyectos de reutilización del agua al tiempo que abordan las preocupaciones públicas sobre la seguridad del sistema. A medida que avanzan las tecnologías de tratamiento, los marcos normativos deben seguir adaptándose para fomentar la innovación y proteger al mismo tiempo la salud pública y la integridad del medio ambiente.

El futuro de la seguridad hídrica depende de la capacidad de adoptar prácticas sostenibles, y la inversión continua en investigación, infraestructuras y educación pública contribuirá a garantizar un rendimiento sostenible del agua para las generaciones venideras.