El agua de origen decide el tren, no la región
Un proceso de tratamiento del agua se elige a partir del agua que va a recibir, y esa agua es un conjunto de mediciones, no un lugar. Los compradores suelen abrir la conversación con el país o la ciudad a la que irá la planta y esperan que de ahí salga un paquete. El país le dice el suministro, el permiso y la ruta de entrega; no le dice el proceso. Dos pozos separados por un kilómetro pueden tener agua a la misma temperatura con concentraciones distintas de fluoruro, y un mismo río puede estar blando y claro al final de la estación seca y salado un mes después.
La dispersión dentro de un país suele ser mayor que la dispersión entre dos. Una planta en la costa y otra en una meseta de altura del mismo país pueden necesitar trenes distintos, mientras que dos plantas sobre un mismo acuífero a los dos lados de una frontera pueden necesitar el mismo. La selección parte de un análisis de agua bruta, y lo que debería llevar una consulta es ese análisis, no el nombre de un país.
Los cinco parámetros que cambian el diseño
La mayor parte de la diferencia entre dos trenes la cargan cinco parámetros, y leer un análisis buscando esos cinco es una vía más rápida hacia un proceso que leer un catálogo. Agua superficial frente a agua subterránea es un primer corte útil —el agua superficial arrastra sólidos y una carga disuelta ligera, y el agua subterránea suele llegar clara y lleva su problema en disolución—, pero los cinco parámetros de abajo lo cruzan de lado a lado.
- Sólidos disueltos totales y salinidad. Por debajo de unos 1000 mg/L el agua es dulce y el tren es filtración y desinfección. De unos 1000 a 10000 mg/L es salobre, y esa es la banda en la que suele considerarse la ósmosis inversa para agua salobre, con una presión de trabajo que se describe habitualmente como de unos 7 a 25 bar. Estos límites son convención de ingeniería y no una norma, y deben leerse como un método de partida, no como una especificación.
- Dureza. El calcio y el magnesio incrustan el interior de las tuberías, los intercambiadores de calor y las membranas. El paso que añade es el ablandamiento —cal y ceniza de soda, o intercambio iónico—, y donde viene detrás una membrana, la dureza decide si queda protegida o dañada.
- Hierro y manganeso. Por encima de los valores secundarios de 0.3 mg/L para el hierro y 0.05 mg/L para el manganeso (normas secundarias de agua potable de la US EPA) el agua mancha y sabe a metal, y la eliminación de hierro del agua a ese nivel es un paso de oxidación —aireación o cloración— seguido de filtración, no un paso de membrana.
- Fluoruro y arsénico. Ambos están disueltos y ambos son regionales, así que ninguno puede darse por presente ni por ausente. La eliminación de fluoruro del agua suele ser adsorción sobre un medio específico, o un paso de membrana cuando la concentración es alta; el arsénico se elimina por oxidación con coagulación, por adsorción, por intercambio iónico o por membrana.
- Turbidez y su estación. Es el parámetro que más se mueve, y se mueve con el calendario. La revisión de la OMS sobre turbidez fija el objetivo para el agua filtrada convencionalmente en no más de 0.3 NTU al menos el 95% del tiempo y nunca por encima de 1 NTU, con el agua que entra a desinfección por debajo de 1 NTU.
Agua superficial: turbidez alta, carga mineral baja — lo que cubre una planta compacta
Un proceso de tratamiento de agua potable construido para un río o un lago es un proceso de eliminación de sólidos, y el tren convencional está bien establecido: coagulación para desestabilizar las partículas, floculación para hacerlas crecer en flóculos que sedimentan, sedimentación para dejarlos sedimentar, filtración para retener lo que no lo hizo y desinfección para cerrar. Como la carga disuelta suele ser ligera, un tren de agua superficial puede mantenerse simple.
Ese tren es el que empaqueta un purificador de agua integrado. Dosificación, floculación, sedimentación y filtración van juntas sobre un mismo bastidor, lo que conviene a un agua superficial de TDS bajo y turbidez alta: el trabajo es mecánico e hidráulico y no de membranas, así que es sencillo de instalar y de operar.
La complicación del agua superficial es la estación, no el promedio. La turbidez llega en episodios —una primera lluvia tras un periodo seco, una temporada de obras aguas arriba, una floración de algas— y una planta dimensionada sobre una media anual se queda corta justo los días que importan. Una turbidez de diseño superior a la media absorbe parte del problema, y el almacenamiento o la igualación delante de la planta absorben el resto.
Agua subterránea: oxidación, ablandamiento, adsorción y cuándo se gana su sitio la ósmosis inversa
El agua subterránea suele llegar clara, fría y sin los sólidos que dominan el diseño de agua superficial, y su carga está en disolución. Hay poco que sedimentar, así que los pasos son químicos y de adsorción más que físicos, y el análisis de los parámetros disueltos es lo que sostiene el diseño.
Hierro, manganeso y dureza son los casos ordinarios. La oxidación seguida de filtración saca el hierro y el manganeso donde superan los valores secundarios, y el ablandamiento saca la dureza con cal y ceniza de soda o por intercambio iónico. Ninguno necesita una membrana, y poner una delante de hierro sin oxidar es una forma habitual de ensuciar una membrana que nunca fue necesaria.
El fluoruro y el arsénico son los casos que hacen interesante el agua subterránea, y ambos son regionales de una manera que una región sola no describe. En el Rift de África Oriental el problema dominante es el fluoruro y no la sal: en el rift principal etíope, el 31% de los pozos profundos y el 38% de los pozos someros superan la guía de la OMS de 1.5 mg/L, y se han reportado manantiales del monte Meru, en Tanzania, con 15 a 63 mg/L. En Bangladesh el problema es el arsénico: 50 distritos superan la norma nacional de 50 µg/L y 59 superan el valor de la OMS de 10 µg/L. Las rutas difieren en consecuencia: adsorción para el fluoruro; para el arsénico, oxidación con coagulación, adsorción, intercambio iónico o membrana.
La ósmosis inversa se gana su sitio cuando la carga disuelta es lo bastante alta como para volver antieconómicos los demás pasos, lo que en la práctica significa entrar en la banda salobre. El orden importa: el hierro, el manganeso, la dureza y la turbidez salen antes de la membrana, porque esta elimina sal disuelta y no sólidos, y todo lo que pueda precipitar lo hará sobre su superficie.
Cuándo «África = ósmosis inversa» es falso, y cuándo «Asia = planta compacta» es falso
En las conversaciones de exportación circulan dos valores por defecto regionales y ambos fallan de la misma manera: tratan un continente como si fuera un tipo de agua. El primero es que el agua subterránea africana necesita ósmosis inversa. La mayor parte no la necesita: la cartografía hidrogeológica del continente muestra un agua subterránea en gran medida dulce y de TDS bajo, y un tren de membranas aplicado en bloque sobre una fuente dulce es un sobrediseño que consume energía y productos químicos de limpieza y descarta una corriente de rechazo que algunos sitios no pueden evacuar. Los acuíferos costeros de África Occidental son la excepción que confirma la regla, y su problema es la salinización por intrusión y evaporación, no el fluoruro ni el arsénico.
El segundo valor por defecto es que un proyecto asiático siempre puede cubrirse con una planta compacta. En el delta del Mekong no puede. En la estación seca de 2020 la línea isohalina de 4 g/L empujó 90 a 95 km aguas arriba desde la costa y 13 provincias quedaron afectadas por la intrusión salina. En ese punto el agua es salobre, y un tren compacto que coagula, sedimenta y filtra elimina los sólidos pero deja la sal donde estaba. Ese caso necesita ósmosis inversa para agua salobre, o una fuente distinta.
Los dos valores por defecto fallan en direcciones opuestas, que es justamente el punto. El valle del Rift es un problema de fluoruro en una región que muchos compradores supondrían un problema de sal, y el delta del Mekong es un problema de sal en una región que muchos supondrían un problema de turbidez. El parámetro decide, y el parámetro está en el análisis.
La capa de exportación: red eléctrica, normas y lo que el sitio puede mantener
Hay tres cosas que están fuera del agua misma y que aun así cambian el tren, y las tres se resuelven mejor antes de una oferta que después de la entrega. La primera es el suministro: la frecuencia y la tensión son propiedades de la red de destino, y un transformador cambia la tensión y solo la tensión, nunca la frecuencia que lo atraviesa. Una consulta debería llevar la tensión, la frecuencia y el número de fases como tres números separados, y los variadores se seleccionan contra ellos.
La segunda es el límite. Lo que una planta puede verter o devolver lo fija el regulador del país de destino y el permiso emitido para ese sitio, no el proveedor, y el lugar donde leerlo es la regulación publicada por la propia autoridad. Dos ejemplos fáciles de comprobar: en Filipinas las normas generales de vertido las publica el Department of Environment and Natural Resources como Administrative Order 2016-08, y en Indonesia la calidad de las aguas residuales domésticas la fija el reglamento ministerial P.68/MENLHK/SETJEN/KUM.1/8/2016, con la posibilidad de que una provincia fije un valor más estricto para el mismo vertido. En otros lugares el método es el mismo: encuentre la autoridad que emite el permiso y lea su documento, no una tabla resumen de un folleto.
La tercera es el mantenimiento. Un tren de membranas necesita productos químicos de limpieza de forma cíclica y módulos de recambio tarde o temprano, así que un sitio sin proveedor a mano y sin operador en turno es una especificación distinta de uno que tiene ambos. Un tren basado en filtración tiene menos que reponer, y la planta que se construye debería ser la que el sitio puede mantener en marcha.
Errores comunes
- Elegir el tren a partir del país. Un país fija la red y el permiso; el análisis fija el proceso.
- Suponer que agua subterránea significa siempre tratamiento. Donde la carga disuelta es dulce, el tren correcto puede ser desinfección y muy poco más.
- Mandar el hierro y el manganeso a una membrana. Son un problema de oxidación y filtración, y el hierro sin oxidar ensucia la membrana que tienen detrás.
- Dimensionar con una sola muestra de una sola estación. La turbidez, la salinidad y el fluoruro se mueven a lo largo del año, y el diseño corresponde al extremo difícil.
- Esperar que una planta compacta se ocupe de la salinidad. La coagulación, la sedimentación y la filtración eliminan sólidos y dejan la sal disuelta en el agua.
- Dejar la red eléctrica fuera de la consulta. Tensión, frecuencia y fases son tres valores, y un sitio descrito solo por la tensión deja dos abiertos.
- Diseñar un tren que el sitio no puede mantener. Los productos químicos de limpieza, los módulos de recambio y un operador formado son parte de la especificación.
Autocomprobación
Un análisis de agua bruta responde a la pregunta de diseño cuando lleva lo siguiente, y una consulta que los tenga puede cotizarse sin una ronda de aclaraciones.
- Sólidos disueltos totales, para que la frontera entre dulce y salobre se conozca y no se suponga.
- Dureza, hierro y manganeso, medidos en la misma muestra.
- Fluoruro y arsénico, donde la región sea conocida por alguno de los dos.
- Turbidez como un rango a lo largo del año, con la peor estación nombrada, y no como una cifra única.
- La fuente misma —un sondeo, un río, un lago o una combinación— y si se espera que cambie.
- El caudal que la planta tiene que entregar, en el pico y también en el promedio.
- La tensión, la frecuencia y las fases del suministro, y el punto de vertido con la autoridad cuyo límite le aplica.
- Quién operará la planta y qué apoyo puede llegar hasta el sitio.
Los pasos que implica una fuente dada se siguen de esa lista y no de un valor por defecto regional, y su disposición —la dosis, el medio, la superficie de membrana y el intervalo de limpieza— se confirma con el fabricante para su agua bruta en lugar de tomarse de una cifra general.