El tratamiento de agua se ha convertido en uno de los temas clave cuando se habla de salud, medioambiente y futuro del planeta. Cada vez dependemos más de sistemas capaces de eliminar contaminantes, microorganismos y sustancias químicas para que el agua sea segura para beber, usar en la industria o devolver a ríos y mares sin cargarnos los ecosistemas.
Aunque pueda sonar muy técnico, detrás de una planta potabilizadora o de una depuradora hay una combinación bastante lógica de procesos físicos, químicos y biológicos que trabajan juntos como un engranaje. Entender cómo se tratan las distintas aguas (potables, residuales urbanas, industriales, etc.) ayuda a valorar mejor su importancia, a detectar problemas habituales en las instalaciones y a ver las oportunidades que ofrecen las aguas residuales como recurso.
Qué es el tratamiento de agua y por qué es tan importante
Cuando hablamos de tratamiento de agua nos referimos al conjunto de operaciones físicas, químicas, físico-químicas y biológicas que se aplican para eliminar o reducir la contaminación o las características no deseadas del agua. El objetivo final es que el agua resultante tenga las condiciones adecuadas para el uso que se le va a dar, ya sea consumo humano, riego, procesos industriales o vertido a un cauce.
En el caso del agua de consumo, el tratamiento se realiza en instalaciones conocidas como estaciones de tratamiento de agua potable (ETAP). Estas plantas agrupan distintas unidades de proceso diseñadas para transformar el agua bruta (proveniente de ríos, embalses o acuíferos) en agua apta para beber, cumpliendo unos requisitos de calidad muy estrictos.
Un principio básico de cualquier sistema de potabilización es la combinación de barreras múltiples. Es decir, no se confía en un solo proceso, sino en una sucesión de etapas (coagulación, decantación, filtración, desinfección, etc.) que, al trabajar de forma integrada, reducen al mínimo los riesgos sanitarios.
Además, cada fase tiene un cometido muy concreto: hablamos de tratamiento por objetivo. Algunas etapas van orientadas a eliminar sólidos en suspensión, otras a reducir materia orgánica, otras a desinfectar o a retener compuestos específicos. Esta filosofía permite diseñar líneas de tratamiento adaptadas a la calidad del agua de origen y al uso final.
En el contexto actual de escasez de agua dulce, el tratamiento de agua es imprescindible. Del total de agua del planeta, sólo alrededor del 2,5 % es dulce, y de esa fracción apenas una porción muy pequeña está disponible como agua superficial o subterránea aprovechable. Si a esto añadimos el crecimiento de la población y de la actividad económica, está claro que no basta con captar agua limpia: hay que tratarla, reutilizarla y devolverla al medio en condiciones seguras.
Tratamiento de agua potable: etapas básicas
Las plantas de agua potable siguen una secuencia de pasos bastante estandarizada, con variaciones según la calidad del agua de entrada. Según organismos como los CDC, el proceso general de potabilización puede resumirse en cinco grandes etapas encadenadas que permiten pasar de un agua bruta con turbidez y microorganismos a un agua clara, desinfectada y estable.
En este tipo de instalaciones es clave la capacidad de diseño y de operación. Si no existe un volumen de almacenamiento suficiente de agua tratada, la planta debe dimensionarse para cubrir la demanda máxima diaria, y además ha de poder funcionar de manera continua, incluso cuando alguna unidad está parada por mantenimiento. Por eso es habitual instalar, como mínimo, dos líneas o equipos para cada proceso crítico.
A nivel técnico, las etapas se organizan de modo que primero se remueven los elementos más gruesos o fáciles de separar, y poco a poco se va afinando el tratamiento hasta conseguir parámetros de calidad que garanticen la seguridad microbiológica y química.
En muchos casos, a la línea convencional de tratamiento del agua se le añaden procesos avanzados, como filtración por membranas u ósmosis inversa, especialmente cuando se parte de agua de mar o de aguas subterráneas con alta mineralización o presencia de contaminantes específicos.
Las 5 etapas clave de la potabilización
De forma simplificada, el esquema típico del tratamiento de agua potable incluye estas cinco etapas principales, cada una con su función concreta y sus productos químicos asociados:
- Coagulación: en esta primera fase se añaden al agua sustancias de carga positiva (sales de hierro, aluminio u otros coagulantes) que neutralizan las cargas negativas de partículas finas, coloides y ciertas sustancias disueltas. Al perder estabilidad, estas partículas empiezan a unirse entre sí.
- Floculación: a continuación, se mantiene el agua en agitación lenta y controlada para favorecer que las partículas desestabilizadas se vayan agrandando y formen flóculos, es decir, agregados de mayor tamaño y peso. Suele reforzarse el proceso con floculantes orgánicos o inorgánicos.
- Sedimentación: una vez creados los flóculos, se conduce el agua a decantadores donde se reduce la velocidad de circulación para que los sólidos puedan depositarse por gravedad en el fondo. Esta etapa separa gran parte de la materia en suspensión antes de pasar a los filtros.
- Filtración: el agua clarificada se hace pasar a través de filtros formados por medios granulares (arena, grava, carbón activo, etc.) o por membranas. El objetivo es retener las partículas finas que no se hayan sedimentado y reducir aún más la turbidez y la carga de microorganismos.
- Desinfección: para terminar, se aplica un desinfectante (habitualmente cloro, hipoclorito o dióxido de cloro) con la dosis y el tiempo de contacto necesarios para inactivar bacterias, virus y protozoos restantes. Además, se mantiene un residual de desinfectante en la red para proteger el agua hasta el punto de consumo.
La combinación adecuada de estas etapas, junto con un control analítico continuo (tanto análisis físico-químicos como microbiológicos), permite garantizar que el agua enviada a los hogares y empresas cumple las normas de potabilidad vigentes.
Filtración del agua: pieza central del proceso
Dentro del tratamiento de agua, la filtración es uno de los pasos más críticos porque supone una barrera mecánica muy eficaz frente a sólidos, microorganismos y muchas sustancias. En esencia, consiste en hacer pasar el agua a través de un medio poroso que deja pasar el líquido pero retiene las partículas, ya sea en la superficie o en el interior del filtro.
En el ámbito del agua potable, la filtración sirve tanto para reducir la turbidez como para minimizar la presencia de gérmenes patógenos. De hecho, sin una buena filtración previa resulta muy complicado asegurar una desinfección fiable, ya que la materia en suspensión puede proteger a los microorganismos del efecto del desinfectante.
Los sistemas de filtración se emplean también en múltiples contextos: desde planta municipal de tratamiento hasta instalaciones industriales, procesos médicos que requieren agua ultrapura o equipos domésticos como jarras filtrantes, filtros de grifo y sistemas de ósmosis inversa bajo fregadero.
La elección del tipo de filtro depende de factores como la calidad del agua de origen, el tamaño de las partículas a retener, el caudal necesario y la calidad final deseada. En muchos casos, se combinan varios tipos para aprovechar sus ventajas complementarias.
Tipos básicos de filtración
En términos generales, se pueden distinguir tres grandes principios de filtración del agua, cada uno con un mecanismo de retención diferente y aplicaciones específicas en plantas de tratamiento y otras instalaciones.
- Filtración superficial
- Filtración en profundidad
- Filtración por torta
Filtración superficial
En la filtración superficial, las partículas quedan retenidas mayoritariamente en la cara externa del medio filtrante. El tamaño de poro del medio (arena, mallas metálicas, membranas, telas filtrantes, etc.) es menor que el tamaño de las partículas a separar, por lo que estas no pueden atravesarlo y se acumulan en la superficie.
Este tipo de filtración puede realizarse en grandes tanques o cubas con una capa relativamente fina de medio granular, o mediante filtros de membrana con poros muy pequeños, incluso del orden de 0,2 micras, que se utilizan en aplicaciones donde se requiere una filtración estéril (por ejemplo, en el sector sanitario para evitar la presencia de bacterias como Legionella o Pseudomonas).
También se emplean sistemas de microtamices y filtros de tela para el pulido de aguas residuales o para retener sólidos finos en determinadas etapas de las depuradoras. En estos casos, la limpieza o sustitución periódica del medio es imprescindible para evitar pérdidas de carga excesivas.
Entre los ejemplos más habituales de filtración superficial encontramos cartuchos filtrantes, membranas planas o de fibra hueca y tamices rotativos, cada uno con un rango de aplicación muy concreto según la carga de sólidos y el grado de calidad exigido.
Filtración en profundidad
En la filtración en profundidad, el agua penetra en el interior del material filtrante y las partículas son retenidas a lo largo de la sección del medio, no sólo en la superficie. Para que esto funcione, el diámetro de las partículas suele ser inferior al diámetro de los poros, de modo que pueden entrar en ellos y quedar atrapadas progresivamente.
Se requieren lechos filtrantes de gran espesor, típicamente entre 1 y 2 metros, formados por materiales granulares seleccionados (por ejemplo, combinaciones de arena, antracita, granate, etc.). A medida que el agua circula, las partículas más grandes se detienen en las capas superiores y las más finas avanzan hasta ser retenidas en capas más profundas.
Este esquema es especialmente útil en aplicaciones con alta carga de suciedad, donde la filtración puramente superficial se saturaría demasiado rápido. La filtración en profundidad proporciona una capacidad de retención elevada y permite obtener un agua con un nivel de turbidez muy bajo.
Con el mantenimiento adecuado (lavados a contracorriente programados, control de pérdidas de carga, renovación de medios cuando toca), estos filtros pueden operar de forma fiable durante largos periodos, convirtiéndose en un pilar fundamental de los tratamientos primarios y terciarios.
Filtración por torta
En la filtración por torta, el protagonista es el depósito progresivo de sólidos sobre el medio filtrante, formando una capa (la “torta”) que se convierte en el verdadero elemento separador. El medio (papel, tela, malla metálica, capas de arena u otros) actúa como soporte inicial.
Para que el proceso tenga lugar es necesaria una diferencia de presión entre ambos lados del filtro, que impulse el paso del líquido a través de la torta mientras los sólidos se van acumulando. Este método se usa cuando la concentración de sólidos es relativamente alta y se quiere recuperar tanto el líquido clarificado como los sólidos separados.
En el campo del agua, es habitual encontrar filtración por torta en determinadas etapas de tratamiento de aguas residuales, donde ayuda a separar partículas en suspensión con eficiencia elevada, y en procesos industriales en los que interesa manejar lodos o suspensiones densas.
Procesos especiales: membranas y carbón activado
Además de las filtraciones convencionales, existen tecnologías especiales que permiten eliminar contaminantes a escala microscópica con una gran eficacia. Entre ellas destacan la filtración por membrana (microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa) y la filtración con carbón activado, orientada a eliminar sustancias orgánicas, olores y sabores.
En la filtración por membrana se utiliza una lámina muy fina con poros de tamaño controlado (o incluso membranas densas) que retiene selectivamente partículas, microorganismos y solutos. La ósmosis inversa, por ejemplo, es capaz de producir agua casi pura, idónea para desalinizar agua de mar o para aplicaciones muy exigentes.
Las membranas pueden tener distintas geometrías (lámina plana, fibra hueca, elementos multicanal, discos, bolsas, etc.), y se fabrican mayoritariamente en materiales poliméricos, aunque también existen versiones cerámicas y metálicas para entornos más agresivos.
Por otro lado, el carbón activado funciona mediante adsorción: su estructura extremadamente porosa ofrece una superficie enorme donde se fijan compuestos orgánicos, restos de fármacos, pesticidas, sustancias que generan olor o gusto desagradable e incluso algunos metales pesados. Es habitual en tratamientos terciarios y en puntos de uso domésticos.
Eso sí, el carbón activado tiene una capacidad finita; cuando se satura deja de retener contaminantes, e incluso puede llegar a liberarlos si no se sustituye o regenera a tiempo. En ocasiones se combina con un núcleo de membrana para sumar la acción mecánica de filtración y la adsorción química en un mismo cartucho.
Tratamiento de aguas residuales: devolver el agua al ciclo natural
Las aguas residuales son todas aquellas cuya calidad ha sido alterada por el uso humano, ya sea en entornos domésticos, urbanos, industriales o agrícolas. Su adecuada depuración es indispensable para evitar la contaminación de ríos, lagos y mares, y para poder reutilizarlas como recurso hídrico y fuente de nutrientes.
Las plantas encargadas de esta depuración se conocen como EDAR (Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales). Su misión es recoger el agua residual, eliminar las sustancias contaminantes (sólidos, materia orgánica, nutrientes, microorganismos patógenos, etc.) y liberar un efluente que cumpla los requisitos legales de vertido o reúso.
Las aguas residuales urbanas suelen ser de carácter mayoritariamente orgánico, siempre que los vertidos industriales estén pretratados o canalizados de forma separada. Para este tipo de carga, el corazón de la depuradora es el tratamiento biológico o secundario, donde la materia orgánica es degradada por microorganismos en condiciones controladas.
De manera general, el esquema clásico de una EDAR se articula en cuatro grandes etapas: pretratamiento, tratamiento primario, secundario y terciario. A ello se suman varias líneas de gestión de subproductos, especialmente los fangos generados en las diferentes decantaciones.
Pretratamiento: preparar el agua residual
El pretratamiento es la primera barrera de la depuradora. Su función es proteger las instalaciones aguas abajo frente a objetos voluminosos, arenas, grasas y elementos que puedan erosionar tuberías, bombas o equipos, o provocar obturaciones graves.
En esta etapa se emplean sistemas de desbaste (rejas y tamices de diferentes luces) para retener sólidos de gran y mediano tamaño, como plásticos, trapos, ramas u otros residuos. Según el diseño, pueden eliminar elementos a partir de 10-20 mm o incluso menos, reduciendo riesgos mecánicos y facilitando la operación posterior.
A continuación se instalan desarenadores, que separan arenas y materiales minerales pesados, y desengrasadores, que ayudan a retirar grasas y aceites flotantes. Estos dos procesos son fundamentales para evitar abrasiones en equipos y acumulaciones de grasas que dificulten el funcionamiento del sistema.
Gracias a este acondicionamiento inicial, el agua residual llega a las fases siguientes con una carga de sólidos gruesos mucho menor, lo que mejora la eficiencia y la fiabilidad del resto del tratamiento.
Tratamiento primario: eliminación de sólidos en suspensión
En la etapa primaria se busca reducir la materia en suspensión sedimentable mediante procesos físicos de decantación y, en muchos casos, mediante operaciones físico-químicas que favorecen esa sedimentación.
El agua permanece durante un tiempo determinado (habitualmente entre 1 y 2 horas) en grandes decantadores primarios, donde la velocidad se reduce para que las partículas más pesadas se depositen en el fondo. Al mismo tiempo, se produce una cierta homogeneización del caudal y una reducción inicial de la materia orgánica asociada a estos sólidos.
Cuando es necesario aumentar la eficiencia, se añaden coagulantes y floculantes para agrupar partículas finas y mejorar la formación de fangos sedimentables. En algunos casos también se corrige el pH con sustancias ácidas o básicas para optimizar estas reacciones o para cumplir requisitos concretos del vertido.
El resultado es una primera separación de sólidos (que se extraen como fangos primarios) y un agua parcialmente clarificada que pasará a la etapa biológica, donde se trata la fracción disuelta y coloidal de materia orgánica.
Tratamiento secundario: depuración biológica
El tratamiento secundario es, en la práctica, el núcleo de la depuración de aguas residuales urbanas. Aquí se elimina la mayor parte de la materia orgánica disuelta y se reducen nutrientes como nitrógeno y fósforo mediante procesos biológicos controlados.
El sistema más extendido es el de fangos activados, donde el agua residuales se mezcla con una biomasa de bacterias y otros microorganismos en grandes tanques aireados o con zonas de diferentes condiciones de oxígeno (aerobias, anóxicas y anaerobias). Estos microorganismos se alimentan de la materia orgánica y de los nutrientes presentes, transformándolos en nuevas células, dióxido de carbono, nitrógeno gas, etc.
Tras el reactor biológico, el agua pasa por una decantación secundaria en la que los flóculos biológicos (el fango activo) se sedimentan hasta el fondo. De este modo se separa la biomasa del agua clarificada, que ya ha perdido la mayor parte de su carga contaminante.
Una parte del fango sedimentado se devuelve al reactor para mantener la concentración adecuada de microorganismos, y otra parte se purga para evitar un crecimiento excesivo. Este fango purgado se sumará a los fangos primarios para su tratamiento posterior.
En muchos casos, cuando el agua clarificada cumple los estándares de calidad para vertido, el tratamiento de la línea de agua podría terminar aquí. Sin embargo, si se requiere un nivel de calidad superior o si el agua se va a reutilizar, se añade un tratamiento terciario.
Tratamiento terciario: afinar la calidad y desinfectar
El tratamiento terciario tiene como misión mejorar aún más la calidad del efluente, especialmente de cara a su reutilización en riego agrícola, usos urbanos no potables o su devolución a masas de agua sensibles. El foco principal está en eliminar patógenos y reducir sólidos finos remanentes.
Entre las técnicas más habituales se encuentran la filtración mediante lechos de arena u otros medios, que pulen el agua reduciendo turbidez y sólidos finos, y los procesos de desinfección, ya sea con cloro (por ejemplo, hipoclorito sódico) o mediante radiación ultravioleta (UV).
Con la desinfección se busca reducir al mínimo la presencia de bacterias fecales y otros microorganismos peligrosos, garantizando que el agua depurada no suponga un riesgo sanitario ni para las personas ni para los ecosistemas donde se vierte o reutiliza.
En función de la normativa y del uso final, se pueden añadir otros tratamientos específicos (eliminación de nutrientes residuales, reducción de microcontaminantes, etc.) que completan la línea terciaria y la adaptan a las exigencias actuales de calidad.
Tratamiento y gestión de los fangos
Los procesos de depuración generan una cantidad significativa de fangos procedentes de las distintas decantaciones (primaria y secundaria). Estos fangos contienen agua, materia orgánica, microorganismos y, en menor medida, metales y otros compuestos, por lo que requieren una gestión específica.
En primer lugar se realiza un espesamiento, que busca reducir el volumen al eliminar parte del agua libre y concentrar los sólidos. Esto optimiza las etapas siguientes y disminuye el tamaño necesario de equipos y tanques.
Posteriormente los fangos se someten a una digestión, que puede ser aerobia (con oxígeno) o anaerobia (en digestores cerrados). Este proceso estabiliza la materia orgánica, reduce la carga de microorganismos patógenos y, en el caso de la digestión anaerobia, genera biogás que puede aprovecharse energéticamente.
Finalmente se procede a la deshidratación, a menudo mediante decantadoras centrífugas u otros equipos, con el objetivo de extraer aún más agua y obtener un fango con un contenido de materia seca suficiente para su transporte y disposición final.
Cuando cumplen los límites de metales pesados, nutrientes y patógenos, estos fangos pueden reutilizarse como fertilizante agrícola, práctica bastante habitual en países como España, siempre bajo control para evitar impactos negativos en suelos y cultivos.
Tratamientos no convencionales y soluciones descentralizadas
Además de las grandes ETAP y EDAR, existen tecnologías de tratamiento de agua descentralizado especialmente útiles en entornos rurales, pequeñas comunidades o zonas con recursos limitados, incluyendo soluciones para la reutilización del agua del aire acondicionado. Algunos sistemas se basan en biodigestores anaerobios seguidos de humedales artificiales, imitando procesos que ocurren en la naturaleza.
En estos esquemas, el biodigestor se encarga de la degradación anaerobia de las aguas negras, reduciendo de forma notable la carga orgánica y la concentración de coliformes. La siguiente fase se lleva a cabo en humedales artificiales plantados con especies como carrizos o alcatraces, muy eficaces depurando el agua mediante procesos físicos, químicos y biológicos.
La combinación de estas etapas puede alcanzar eficiencias muy elevadas en la eliminación de bacterias patógenas, llegando a valores cercanos al 100 % cuando el sistema está bien diseñado y operado. Todo ello con costes de construcción y mantenimiento inferiores a los de muchas plantas convencionales.
Otra solución no convencional es el uso de plantas acuáticas para la descontaminación de aguas residuales, aprovechando la oxigenación que producen sus raíces y su capacidad de absorber nutrientes y ciertos contaminantes. De esta forma se reduce la carga orgánica y se mejora la calidad general del efluente.
Estas alternativas, además de su función técnica, pueden integrarse como elementos paisajísticos agradables y aportar valor social y ambiental a las comunidades donde se instalan.
Tratamiento de agua en el hogar e industria
El tratamiento de agua no se limita a grandes instalaciones. En el ámbito doméstico y en la gestión del agua en edificios se utilizan cada vez más sistemas de punto de uso (POU), como jarras filtrantes, filtros en el grifo y equipos de ósmosis inversa, así como sistemas de punto de entrada (POE) que tratan toda el agua que entra en la vivienda, incluyendo descalcificadores y unidades de desinfección UV.
Estos sistemas permiten mejorar el sabor del agua, reducir su dureza, eliminar partículas finas y, en algunos casos, disminuir la presencia de determinados contaminantes o microorganismos, ofreciendo una capa extra de seguridad o confort sobre la calidad del agua de red.
En el sector industrial, cada actividad tiene sus propias exigencias de calidad de agua, tanto antes como después de su uso. Industrias alimentarias y de bebidas requieren agua con características específicas para garantizar la seguridad y la calidad del producto, mientras que plantas de automoción o químicas necesitan tratar las aguas residuales generadas para reutilizarlas o verterlas cumpliendo la normativa.
El tratamiento industrial puede combinar precipitación, neutralización, oxidación química y biológica, filtración, ósmosis inversa y muchas otras tecnologías en función del tipo de contaminante y de los objetivos de calidad. En este contexto, la gestión eficiente del agua se traduce en ahorro económico y en reducción de impactos ambientales.
En los últimos años, la digitalización y el uso de soluciones avanzadas de monitorización y control han permitido optimizar la operación de muchas instalaciones, mejorando su eficiencia, asegurando el cumplimiento de la regulación y reduciendo la huella de carbono asociada a los procesos de tratamiento.
Retos y problemas habituales en las plantas de tratamiento
Aunque el marco tecnológico esté muy desarrollado, la realidad es que muchas instalaciones de tratamiento de agua se enfrentan a problemas recurrentes que pueden comprometer la calidad del servicio y la protección del medioambiente si no se gestionan bien.
Uno de los puntos críticos es el mantenimiento. Equipos, sensores, tuberías y estructuras deben inspeccionarse, limpiarse y repararse de forma programada. Cuando se descuida el mantenimiento preventivo, aparecen averías costosas, pérdidas de rendimiento y riesgos de vertidos fuera de norma o fallos en la potabilización.
Otro aspecto delicado es el control del crecimiento bacteriano en las instalaciones. En algunos procesos, ciertas bacterias son necesarias (por ejemplo, en los reactores biológicos), pero un crecimiento descontrolado en otros puntos (depósitos, redes, filtros) puede comprometer la calidad bacteriológica del agua.
La formación del personal es igualmente crucial. Operarios y técnicos trabajan con procesos complejos y sistemas automatizados que requieren conocimientos actualizados. Una formación deficiente aumenta el riesgo de errores de operación, mala respuesta ante incidencias y, en definitiva, problemas de calidad de agua y de seguridad laboral.
Por último, muchas plantas arrastran carencias en sistemas de control y registro. Sin datos fiables y bien organizados, es difícil demostrar el cumplimiento normativo, identificar patrones de fallo, aplicar acciones preventivas y planificar mejoras. Las herramientas digitales y de análisis de datos son clave para cerrar esta brecha y llevar el tratamiento de agua a un nivel más robusto y eficiente.
Todo este entramado de procesos y retos muestra hasta qué punto el tratamiento de agua es un elemento central para la salud pública, el desarrollo económico y la protección de los ecosistemas, y cómo una combinación adecuada de tecnología, gestión y buen diseño permite convertir aguas contaminadas o residuales en un recurso útil y seguro.
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