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Sarah

Tratamiento de agua lluvia: filtración de contaminantes, remineralización y desinfección

Actualizado: hace 20 horas

Basado en el artículo completo “Revolucionando la seguridad hídrica en Chile rural: El potencial de un sistema de tratamiento de recolección de agua de lluvia” de la MSc Sarah Wind



Introducción


La región de Ñuble en el centro sur de Chile recibe altas precipitaciones invernales, pero desafortunadamente las condiciones degradadas del suelo y de las cuencas, causadas principalmente por el sector forestal de monocultivos, no pueden retener esta agua durante los meses secos del verano. Por lo tanto, la escasez de agua es un desafío estacional y muchos residentes dependen del suministro de agua por camión aljibe (Frêne et al., 2014). Los crecientes costos y las localidades con estrés hídrico han aumentado el interés en la recolección de agua lluvia para ahorrar localmente el agua de las abundantes precipitaciones invernales, proporcionando una fuente de agua autosuficiente y rentable. (Infante e Infante, 2013).


Al parecer el agua lluvia es pura, pero su calidad puede variar significativamente. A medida que cae a través de la atmósfera, la lluvia acumula diversos contaminantes (De Buyck et al., 2021). La composición del agua lluvia está influenciada por actividades humanas cercanas y eventos naturales, como industrias, tráfico y prácticas agrícolas, y rocío de mar, incendios forestales y actividad volcánica (Sánchez et al., 2015). El agua lluvia recogida en los techos también puede estar contaminada por el propio material del tejado, las canaletas y los componentes de plomería (Barriga et al., 2024). Finalmente, el agua lluvia es deficiente en minerales como el calcio y el magnesio, que son esenciales para la nutrición humana (Naser et al., 2020). Para que el agua lluvia sea apta para beber es necesario un proceso de tratamiento integral.


Un sistema de recolección y almacenamiento del agua lluvia (RHSS; rainwater harvesting and storage system) generalmente consta de un área de captación, almacenamiento y distribución, y un sistema de tratamiento. El sistema de tratamiento puede constar de varios componentes como desviadores, filtros, membranas o equipos de esterilización (Jordan et al., 2008). Un sistema de tratamiento de agua lluvia es necesario para garantizar que la calidad del agua en el punto de uso se mantenga dentro de los Estándares de Calidad del Agua Potable (DWQS; drinking water quality standards) nacionales e internacionales. Además, un sistema de tratamiento eficiente depende de una comprensión clara de los tipos y concentraciones de contaminantes presentes en el agua lluvia de la localidad.


Basado en una revisión de la literatura sobre la calidad del agua (contaminantes y deficiencias) y las opciones de tratamiento, diseñé e implementé un sistema de tratamiento de agua lluvia para una vivienda en el sur rural de Chile. Los objetivos de los tratamientos son eliminar todas las concentraciones de contaminantes dañinos, mineralizar el agua lluvia con minerales esenciales como calcio y magnesio, asequibilidad y disponibilidad, y al mismo tiempo minimizar la pérdida de agua.





Contaminantes y deficiencia de minerales


Mi investigación bibliográfica me llevó a la siguiente lista de contaminantes que presumiblemente están presentes en el agua lluvia que recolecto (Barriga et al., 2024; Cereceda-Balic et al., 2012; Cousins ​​et al., 2022; De Buyck et al., 2021 ; Gómez et al., 2021; Gwenzi et al., 2015;


· Trazametales: Arsénico, Cadmio, Plomo, Molibdeno y Zinc

· Carbonos aromáticos: Benceno y Benzo[a]pireno

· Pesticidas: MCPP, Malatión, Glifosato, Fenitrotión, Metoxicloro, Atra-, Sima- y Propazina

· Contaminantes emergentes: PFAS

· Contaminación microbiana: Bacterias y patógenos

 

Además, el agua lluvia es deficiente en ciertos minerales que son esenciales para la nutrición humana (Nihlgård, 2001). El agua pierde sus minerales principalmente durante la etapa de evaporación del ciclo del agua, cuando el agua de los océanos, lagos y ríos se evapora. Finalmente, a diferencia del agua subterránea y superficial, el agua lluvia no entra en contacto con suelos ni rocas ricos en minerales (Hossen et al., 2023). El calcio y el magnesio son los minerales más importantes teniendo en cuenta su importante impacto en la calidad del agua y la salud humana. Aunque el contenido de calcio y magnesio se puede obtener a través de una variedad de alimentos, beber agua mineralizada complementa una dieta saludable (Naser et al., 2020). Sumado a esto, los seres humanos tienden a absorber minerales del agua con mayor facilidad que los minerales de los alimentos (Cotruvo y Bartram, 2009). Sin embargo, no existe ninguna DWQS sobre el nivel mínimo de minerales (Naser et al., 2020).


Tratamientos en el sistema de captación de agua lluvia.


El sistema de tratamiento incluye varios componentes, cada uno de los cuales apunta a problemas específicos de calidad del agua.


Ilustración 1. RHSS con sistema de tratamiento de Sarah Viento. Las tuberías grises son sanitarias y las azules son de pvc.


 

Tabla 1. Componentes del tratamiento del agua lluvia. Números según su secuencia de instalación; desde la deposición del agua lluvia hasta el punto de uso. Después del tratamiento 1-8 el agua se utiliza para lavar y cocinar. Después del tratamiento 8, el agua de la ducha se desinfecta mediante un tratamiento térmico (60 grados centígrados). Después del tratamiento 9-10 el agua se utiliza para beber.

Numero

Componente

Material

Comentario

Tratamiento

Mecanismo

1

Techo (empinado)

Cinc


Reducción de trazas de metales, HAP, pesticidas y contaminantes emergentes

La zona de captación lisa y empinada reduce la sedimentación

2

Canaletas

Cinc




3

Filtro rectangular (comedor de hojas)

Malla

Pantalla sobre bajada de agua

Filtración de materia orgánica de gran tamaño.


4

"First flush"

Plastico

10 litros (0.1-2.5 mm de lluvia)

Desviación del primer agua de lluvia


5

Estanques

Plastico

2 x 5400L

-


6

Filtro de 50 micras

Malla

Lavable, protege ja bomba de agua

Filtración de materia orgánica.


7

Filtro de 5 micras

Papel

Lavable, reemplazo después de 6 meses

Filtración de materia orgánica fina.


8

 

Filtro de carbon activado en forma de bloque

Incluye malla de 5 micras

Reemplazo después de 6 meses

Reducción de trazas de metales, HAP, pesticidas y contaminantes emergentes

Absorción de contaminantes

9

Filtro mineral

Piedra Maifan

Cartucho rellenable

Remineralizacion

Liberación de minerales

10

 

Filtro UV

Lampara de UV


Bacterias y patógenos.

Esterilización

 

Por favor tenga en cuenta que la eficiencia de cualquier filtro depende de la presión del agua, el flujo de agua, el tiempo de contacto y quizás más características del sistema de agua. Además, asegúrese de cambiar los filtros y/o realizar el mantenimiento a tiempo. Las especificaciones de RHSS individuales se pueden comparar con la información técnica de los filtros o se pueden realizar consultas en la ferretería.


Filtracion de sedimentos (3, 4, 6, 7, 8)


Se instaló un primer desviador de descarga y filtros de sedimentos para eliminar escombros y partículas grandes que se acumulan en el techo (Gwenzi et al., 2015; Jordan et al., 2008; Sánchez et al., 2015; Zhu et al., 2004).


Carbon activado (8)


Para abordar los contaminantes orgánicos, pesticidas, trazas de metales y contaminantes emergentes se utilizó un filtro de bloque de carbón activado granular. El carbón activado es conocido por su alta capacidad de absorción, capturando contaminantes de manera efectiva (las fuentes estarán disponibles en el artículo o previa solicitud).


Piedra Maifan (9)


Para remineralizar el agua se utilizó un filtro recargable que contiene piedras Maifan. La piedra Maifan, conocida como piedra medicinal, es rica en minerales como calcio, magnesio, potasio y hierro (Li et al., 2022). Además, la piedra Maifan tiene propiedades absorbentes naturales, lo que significa que también puede ayudar a eliminar metales pesados ​​residuales y compuestos orgánicos (Guo et al., 2022; Yang et al., 2020).


Esterilización UV (10)


Siguiendo la legislación chilena para agua potable, la adición de cloro es el único tratamiento permitido para su desinfección. Sin embargo, el cloro deja subproductos y cloro residual en el agua tratada, los cuales pueden causar problemas de salud (Luo et al., 2020; Mazhar et al., 2020). Para eliminar bacterias y patógenos sin químicos, este sistema utiliza un esterilizador de luz ultravioleta (UV) (Bui et al., 2021; Jordan et al., 2008; Lee et al., 2017; Sánchez et al., 2015). Es recomendable instalarlo cerca del punto de uso de agua potable para evitar la reintroducción de contaminantes microbiológicos después de la esterilización.


Nota: Utilizo una caldera de agua caliente encima de mi estufa de pellets para calentar el agua para ducharme y con frecuencia caliento el agua a más de 60 grados centígrados para asegurar que se eliminen las bacterias dañinas. Sin embargo, si no tiene este sistema en su hogar, puede colocar el filtro UV después del bloque de carbón para desinfectar todo el sistema del hogar.


Resultados y discusión


Se analizaron muestras de agua después de pasar por el sistema. En estas no se detectó arsénico, cadmio, molibdeno ni plomo. Se detectó una concentración de zinc, pero su valor se mantuvo por debajo de los umbrales de las normas de calidad del agua potable tanto nacionales como internacionales. Sin embargo, como era de esperar, el agua permaneció deficiente en minerales esenciales hasta que pasó por el filtro de piedra Maifan.


La piedra Maifan demostró ser eficaz no sólo para añadir minerales beneficiosos, sino también para alcalinizar ligeramente el agua, haciéndola más adecuada para el consumo humano. Esta fue una ventaja sobre otros métodos de mineralización, como los filtros de calcita o magnesio, que carecen de diversidad mineral o de la capacidad de equilibrar el pH del agua de manera efectiva.


También se compararon los análisis de agua del RHSS instalado con los del agua potable actual suministrada por los servicios sanitarios (APR) de la región de Ñuble. El agua de lluvia tratada resultó ser de mayor calidad (menor concentración de trazas de metales nocivos) según todos los parámetros analizados.


Conclusión


El estudio concluyó que la recolección de agua lluvia, cuando se combina con un sistema de tratamiento cuidadosamente diseñado, puede proporcionar agua potable y segura para los hogares rurales del sur de Chile. También muestra que la recolección de agua lluvia puede proporcionar agua de mayor calidad que la que entregan los servicios sanitarios locales.


En el futuro me gustaría hacer más análisis del agua para tener datos del rendimiento exacto de los distintos tratamientos y para cada estación del año. Actualmente estoy buscando financiamiento para este propósito y cualquier ayuda adicional es bienvenida.


Esta publicación de blog se basa en mi artículo científico que espero publicar el próximo año. He publicado este blog antes de la publicación para compartir mis resultados con cualquiera que pueda encontrarlo útil. Gracias por leer y no dude en contactarme si tiene alguna pregunta.


Sarah Viento


Obras citadas


Barriga, F., Gómez, G., Diez, M. C., Fernandez, L., & Vidal, G. (2024). Influence of Catchment Surface Material on Quality of Harvested Rainwater. Sustainability (Switzerland), 16(15). https://doi.org/10.3390/su16156586

Bui, T. T., Nguyen, D. C., Han, M., Kim, M., & Park, H. (2021). Rainwater as a source of drinking water: A resource recovery case study from Vietnam. Journal of Water Process Engineering, 39, 101740. https://doi.org/10.1016/J.JWPE.2020.101740

Cereceda-Balic, F., Palomo-Marín, M. R., Bernalte, E., Vidal, V., Christie, J., Fadic, X., Guevara, J. L., Miro, C., & Pinilla Gil, E. (2012). Impact of Santiago de Chile urban atmospheric pollution on anthropogenic trace elements enrichment in snow precipitation at Cerro Colorado, Central Andes. Atmospheric Environment, 47, 51–57. https://doi.org/10.1016/J.ATMOSENV.2011.11.045

Cotruvo, & Bartram. (2009). Calcium and Magnesium in Drinking-water.

Cousins, I. T., Johansson, J. H., Salter, M. E., Sha, B., & Scheringer, M. (2022). Outside the Safe Operating Space of a New Planetary Boundary for Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS). In Environmental Science and Technology (Vol. 56, Issue 16, pp. 11172–11179). American Chemical Society. https://doi.org/10.1021/acs.est.2c02765

De Buyck, P. J., Van Hulle, S. W. H., Dumoulin, A., & Rousseau, D. P. L. (2021). Roof runoff contamination: a review on pollutant nature, material leaching and deposition. In Reviews in Environmental Science and Biotechnology (Vol. 20, Issue 2, pp. 549–606). Springer Science and Business Media B.V. https://doi.org/10.1007/s11157-021-09567-z

Frêne, C., Ojeda, G., & Santibáñez, J. (2014). Agua en Chile: diagnósticos territoriales y propuestas para enfrentar la crisis hídrica. (Cristián Frêne CongetPedro M. Andrade Araneda, Ed.). América Ltda. www.aguaquehasdebeber.cl

Gómez, V., Torres, M., Karásková, P., Přibylová, P., Klánová, J., & Pozo, K. (2021). Occurrence of perfluoroalkyl substances (PFASs) in marine plastic litter from coastal areas of Central Chile. Marine Pollution Bulletin, 172, 112818. https://doi.org/10.1016/J.MARPOLBUL.2021.112818

Gwenzi, W., Dunjana, N., Pisa, C., Tauro, T., & Nyamadzawo, G. (2015). Water quality and public health risks associated with roof rainwater harvesting systems for potable supply: Review and perspectives. In Sustainability of Water Quality and Ecology (Vol. 6, pp. 107–118). Elsevier B.V. https://doi.org/10.1016/j.swaqe.2015.01.006

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Hossen, M. A., Salauddin, M., & Badsha, M. A. H. (2023). A Systematic Literature Review on Rainwater Quality Influenced by Atmospheric Conditions with a Focus on Bangladesh. Environmental Science and Engineering, 53–75. https://doi.org/10.1007/978-981-99-4101-8_5

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Naser, A. M., Rahman, M., Unicomb, L., Parvez, S. M., Islam, S., Doza, S., Khan, G. K., Ahmed, K. M., Anand, S., Luby, S. P., Shamsudduha, M., Gribble, M. O., Narayan, K. M. V., & Clasen, T. F. (2020). Associations of drinking rainwater with macro-mineral intake and cardiometabolic health: a pooled cohort analysis in Bangladesh, 2016–2019. Npj Clean Water, 3(1). https://doi.org/10.1038/s41545-020-0067-5

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