Tamaño de partículas en el agua y selección de filtros

El tamaño de partículas en el agua es el primer dato que define qué tecnología de filtración corresponde. Un filtro de arena y una membrana de ósmosis inversa no compiten entre sí: trabajan en rangos distintos, con costos y consumos distintos. Esta guía ordena las opciones por rango de tamaño para que la especificación de una planta parta del contaminante real y no del catálogo. En minería, donde el sólido suspendido suele ser el limitante, esa distribución de tamaños es lo que separa un clarificador de un lecho submicrónico al tratar agua de proceso con alta turbidez.

Por qué el tamaño de partículas en el agua define la tecnología

Toda tecnología de separación tiene un umbral por debajo del cual deja de retener. Ese umbral, y no la marca ni el precio, es lo que determina si un equipo va a cumplir con la especificación del proceso.

Las partículas presentes en un agua industrial abarcan varios órdenes de magnitud: desde arenas y fibras visibles a simple vista, pasando por bacterias y coloides, hasta iones disueltos que ya no son partículas. A cada tramo le corresponde una familia de tecnologías, y usar la de un tramo para el problema de otro es la causa más común de plantas que no alcanzan el objetivo de calidad.

Un error frecuente es dimensionar mirando solamente la turbidez. Dos aguas con la misma turbidez pueden tener distribuciones de tamaño muy distintas: una con pocos sólidos gruesos, fácil de filtrar, y otra con coloides finos que atraviesan cualquier lecho sin coagulación previa.

Rangos de tamaño y técnicas asociadas

Entre 1 µm y 1 mm

• Filtro de tambor: separación inicial de sólidos grandes en tratamiento de aguas residuales.
• Filtro de arena: remoción de partículas en potabilización y piscinas.
• Filtro de cartucho: versátil para cargas bajas a medias en procesos industriales.
• Filtro de bolsa: eficiente para grandes volúmenes con alta carga de sólidos.

En este rango, el medio granular define el resultado. Zeosorb® filtra hasta 3 micras —frente a las 12 a 20 micras de arena y antracita— con una superficie específica 6 a 7 veces mayor que la arena, y suma adsorción de amonio, metales pesados y materia orgánica. Crystolite® lleva el umbral a 0,5 micras en filtro a presión convencional, con retrolavados de 5 a 10 minutos y hasta 80% menos agua de lavado.

Entre 100 nm y 1.000 nm (0,1 a 1,0 µm)

• Microfiltración: remoción precisa de bacterias y sólidos en suspensión finos.
• Ultrafiltración: retiene además proteínas y coloides, en agua desmineralizada y procesos farmacéuticos.

Entre 1 nm y 100 nm

• Ultrafiltración: además de partículas ultrafinas, retiene virus y moléculas orgánicas grandes. Ver la página de ultrafiltración.

Menos de 1 nm (0,001 µm)

• Ósmosis inversa: remueve sales disueltas y contaminantes moleculares y produce agua de alta pureza. Ver ósmosis inversa.
• Intercambio iónico: específico para remover iones determinados y ajustar la composición química del agua.

Cuándo conviene sumar una etapa previa

Cuando el contaminante limitante está por debajo del umbral del equipo disponible hay dos caminos: cambiar de tecnología o modificar el tamaño aparente de la partícula. La coagulación hace justamente eso: neutraliza la carga superficial que mantiene dispersos a los coloides —el potencial zeta es la medida de esa carga— y los agrega en flóculos que un filtro granular sí retiene. Suele ser mucho más económico que saltar a una tecnología de membrana.

Factores para elegir la técnica

• Carga de contaminantes: determina la capacidad requerida y la frecuencia de mantenimiento.
• Volumen a tratar: los caudales grandes favorecen medios reutilizables sobre elementos desechables.
• Propiedades del contaminante: tamaño, carga superficial, dureza y reactividad condicionan la elección.
• Calidad requerida: potable, industrial o farmacéutica implican niveles de pureza muy distintos.
• Costo total: inversión inicial, energía, limpieza, reposición y disposición de residuos.

Reutilizables frente a desechables

• Los filtros de tambor y los lechos granulares se limpian y vuelven a servicio; su costo operativo es esencialmente agua y energía de retrolavado.
• Los cartuchos se descartan al saturarse; su costo es recurrente y escala directamente con la carga de sólidos.
• La vida útil de un lecho granular se mide en años: 7 a 10 en Katalox Light® y 10 a 15 en Crystolite®.

Aplicaciones por industria

• Alimentos y bebidas: aseguramiento microbiológico y remoción de sólidos que afectan al producto.
• Minería: control del agua de proceso, clarificación de efluentes y recuperación de metales.
• Farmacéutica: producción de agua purificada y ultrapura.
• Petróleo y gas: agua de inyección con sólidos controlados para no taponar la formación.
• Municipal: potabilización y tratamiento terciario para reúso.

Lo que la filtración por tamaño no resuelve

Hierro, manganeso, arsénico, sulfuro de hidrógeno, fluoruros o cianuros están disueltos y no tienen tamaño de partícula: ningún filtro mecánico los retiene. Para esos casos se aplica oxidación catalítica o adsorción con Katalox Light®, Catalytic Carbon® o Titansorb®, según el contaminante y el pH de trabajo. Las capacidades publicadas de estos medios son de laboratorio y dependen de los iones competitivos del agua.

Para comparar las tecnologías en detalle, vea el artículo sobre técnicas de filtración de agua.

Especifiquemos su filtración

GWC dimensiona sistemas de filtración a partir del análisis de agua, el caudal y la calidad objetivo, con medios Watch Water® y tecnologías de membrana según corresponda. Si el agua proviene de un circuito minero, incluya turbidez y sólidos suspendidos totales: son los datos con los que se define la filtración del agua de proceso minera.

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Fuentes consultadas

• Aqua Free — Tipos de filtración
• US EPA — Ground Water and Drinking Water