Cómo el carbón activado mejora los resultados de purificación del agua potable

En los actuales sistemas de purificación del agua potable, el carbón activado destaca como un cartucho altamente eficaz para la eliminación de contaminantes del agua. Su estructura permeable y su superficie porosa altamente desarrollada permiten la adsorción de una amplia gama de impurezas en el agua, superando lo que otros medios de filtración no pueden lograr. Utilizando un cartucho de carbón como parte de un filtro doméstico de agua, en dispositivos portátiles de purificación o en plantas de tratamiento municipal, el carbón activado elimina el mal sabor y olor del agua, y reduce significativamente otras sustancias químicas dañinas, sin agotar el contenido esencial de minerales. Este artículo detalla cómo el carbón activado mejora la calidad y seguridad del agua en general.

Estructura Porosa Única y Mecanismo de Adsorción

El secreto de la capacidad del carbón activado para filtrar o purificar sustancias reside en la estructura formada durante el proceso de activación, la cual está compuesta por muchos pequeños orificios llamados poros. Estos orificios se forman debido al uso de calor o productos químicos, lo que amplía extremadamente su área superficial interna. Un solo gramo de carbón activado puede tener un área superficial de un campo de fútbol. El carbón activado tiene poros que van desde micro hasta macroporos, los cuales son eficientes en la captura de diferentes contaminantes gracias a la enorme área superficial. En el proceso de adsorción que experimenta el carbón activado, una molécula de agua entra en contacto con el carbón y pasa a través de su superficie. Las impurezas, compuestos organizados y muchos productos químicos en el agua son absorbidos o atraídos hacia la superficie del carbón. La adherencia a la superficie del carbón ocurre debido a fuerzas de Van Der Waals que actúan en una distancia entre 0.2 y 0.5 nm. Estas son fuerzas débiles responsables de la unión de contaminantes como pesticidas, cloro y compuestos orgánicos volátiles (COV) al carbón. El proceso de adsorción física no altera químicamente el agua ni añade contaminantes, a diferencia de otros procesos químicos.

Eliminación del cloro y subproductos de la cloración

Eliminación del cloro y sus subproductos. Existen diferentes organizaciones, incluidas plantas municipales de tratamiento de agua, que desinfectan el agua utilizando cloro. Esto sí tiene algunas ventajas, pero también pueden surgir algunas desventajas. El agua desinfectada con cloro tiene algunos olores asociados y también puede presentar un sabor inusual. El cloro, junto con materia orgánica, produce algo llamado subproductos de desinfección que son peligrosos, especialmente cuando se consumen. Esto incluye trihalometanos y ácidos haloacéticos. Estos son riesgos para la salud a largo plazo con los que muchas personas los asocian. La absorción de cloro libre y subproductos de desinfección que son perjudiciales para las personas reduce los riesgos para la salud. A su vez, esto evita la sensación de olores y sabores desagradables en la boca.

Un ejemplo destacado de lo anterior es un grifo de agua que está diseñado especialmente para hogares. Estos dispositivos tienen cartuchos de cloro que lo absorben y generan agua mucho más saludable para beber.

Eliminación de Contaminantes Orgánicos y Pesticidas

Entre muchas sustancias que podrían encontrarse en el agua potable, como pesticidas, herbicidas, disolventes e incluso medicamentos restantes, el carbón activado no tiene problema en eliminar todas ellas. La mayoría de las veces, estas fuentes de agua son el resultado de residuos provenientes de la agricultura, industrias y la disposición descuidada de desechos. Debido a que los compuestos en cuestión son orgánicos, se ven atraídos y se unen durante la filtración al carbón activado y su superficie porosa. Por ejemplo, los filtros de carbón activado resultan notablemente eficaces al eliminar pesticidas en aguas subterráneas, como la atrazina y el glifosato. Otras regiones disponen de más contramedidas contra la contaminación agrícola, lo que hace que el carbón activado sea más extendido en dichas áreas, a diferencia de regiones más densamente pobladas, cuyas fuentes de agua son bastante vulnerables.

Reducción de Metales Pesados

Aunque es principalmente conocido por su capacidad para adsorber materiales orgánicos, el uso del carbón activado en la eliminación de ciertos metales pesados del agua potable, especialmente cuando se modifica o combina con otros materiales, también es notable. El carbón activado simple puede adsorber plomo, cobre e incluso mercurio a través de mecanismos de intercambio iónico o complejación superficial, en donde los iones metálicos forman complejos con grupos funcionales activos en la superficie del carbón. El carbón activado más químicamente modificado (por ejemplo, carbón activado tratado con compuestos químicos como azufre o hierro), que ha demostrado una mayor facilidad para adsorber metales pesados, es más eficiente en su eliminación. En filtros portátiles para agua contaminada con plomo, el carbón activado se utiliza en combinación con otros materiales (por ejemplo, resinas de intercambio iónico) para reducir las concentraciones de plomo hasta los límites aceptables establecidos por la EPA.

Mejora del Sabor y el Olor

Además de eliminar contaminantes nocivos, el carbón activado mejora la calidad sensorial del agua potable al eliminar sabores y olores desagradables. Estos problemas pueden ser causados por compuestos como la geosmina y el 2-metilisoborneol (MIB), que le dan al agua un olor a tierra y moho, incluso en cantidades muy pequeñas. La estructura de macroporos y mesoporos del carbón activado adsorbe y retiene los compuestos responsables del mal olor, resultando en agua mucho más agradable. Esta característica resulta atractiva tanto para proveedores municipales de agua como para fabricantes de filtros de agua domésticos, ya que el sabor y el olor son los principales determinantes de la aceptabilidad del agua potable. Esto reduce las devoluciones del producto y la dependencia del agua embotellada, disminuyendo así el impacto ambiental asociado al consumo de agua embotellada.

Compatibilidad con Otros Métodos de Purificación

El carbón activado mejora el desempeño de otras tecnologías utilizadas para purificar agua. Suele emplearse en plantas de tratamiento municipales después de los procesos de coagulación, floculación y sedimentación para eliminar contaminantes orgánicos y cloro antes de que el agua sea distribuida. En sistemas domésticos de ósmosis inversa (RO), los filtros de carbón activado se utilizan antes y después de las membranas RO. Los prefiltros eliminan el cloro, que es perjudicial para las membranas, así como materia orgánica, mientras que los postfiltros eliminan ciertos contaminantes para mejorar el sabor del agua RO. Los sistemas de desinfección por UV se ven complementados por el carbón activado, ya que este elimina constituyentes orgánicos que protegen a los microorganismos de la luz UV utilizada en la desinfección. Esta versatilidad permite al carbón activado aumentar la eficacia de los sistemas de purificación de múltiples etapas.

Aplicaciones en Diferentes Entornos de Purificación

Las aplicaciones del carbón activado en sistemas de filtración de agua potable son numerosas y cada entorno aprovecha sus ventajas en la filtración para la eliminación de hierro. En sistemas de filtración municipal, el carbón activado granular calentado se coloca en filtros grandes que se centran en eliminar el cloro y otros contaminantes orgánicos en los sistemas GAC, procesando millones de galones diariamente. En sistemas domésticos, el carbón activado en polvo se utiliza en filtros de grifo, filtros de jarra y sistemas debajo del fregadero, contrarrestando las desventajas de los GAC y ofreciendo una filtración cómoda en el punto de uso. Los filtros portátiles de carbón activado, como las botellas de agua, son ventajosos durante viajes y actividades al aire libre. Eliminan contaminantes presentes en el agua que no es apta para beber. Además, las tabletas y sobres de carbón activado son formas sencillas y convenientes de filtración para situaciones de emergencia donde no hay disponible agua potable segura.

Efectividad a largo plazo y mantenimiento

Para que el carbón activado mejore los resultados de purificación, un mantenimiento adecuado es crucial. La capacidad de adsorción disminuye cuando los poros del carbón están llenos de contaminantes. Los filtros de carbón activado dependen de la calidad del agua, la velocidad de flujo y la concentración de contaminantes; los filtros domésticos para grifos generalmente deben reemplazarse cada dos a seis meses, mientras que los filtros de carbón activado granular (GAC) utilizados en sistemas municipales pueden durar varios años antes de requerir regeneración o reemplazo. Los sistemas GAC recargables, más económicos y amigables con el medio ambiente, utilizan carbón pesado que se calienta a temperaturas extremadamente altas para liberar los contaminantes retenidos en los poros del carbón. Un mantenimiento programado incrementa la eficacia de los filtros de carbón activado, produciendo agua potable de alta calidad.