Filtros de cerámica

El uso de material cerámico para la filtración de agua es uno de los tratamientos de agua potable más antiguos. Hoy en día, los filtros de cerámica tipo vela y tipo olla con plata coloidal son los más utilizados. Son uno de los procesos de filtración utilizados como tratamiento y manejo seguro en el hogar y se pueden producir localmente asistiendo a una capacitación técnica sencilla. Al contar el equipo de filtración con dos recipientes se permite el tratamiento y el almacenamiento de agua segura de forma simultánea: por un lado, en la unidad superior se realiza el tratamiento a través de una olla (vasija) de cerámica porosa o de una pieza llamada vela de cerámica y, por otro, en la unidad inferior se ahorra espacio almacenando agua potable.

Los dispositivos de cerámica porosa pueden ser velas, un disco o una olla. Las denominadas velas de cerámica se utilizan en varios países y son producidos por una gama de fabricantes de todo el mundo (CAWST 2011a).

Para mejorar los filtros de cerámica se puede pintar con partículas de plata (plata coloidal) la olla o las velas o, también, pueden agregarse a la mezcla de arcilla antes de la cocción, que dará origen a estos últimos. La plata coloidal actúa como desinfectante y ayuda a eliminar los patógenos, evita el crecimiento de microorganismos, así como mejora la inactivación de estos dentro del mismo filtro, ya que destruye sus paredes celulares por lo que mueren (CAWST 2011a,  2018; LANTAGNE et al. 2006). La idea de elaborar una olla con plata coloidal se desarrolló en el Instituto Centroamericano de Investigación y Tecnología Industrial (ICAITI) en Guatemala en 1981 y, hoy en día, se promociona ampliamente.

El funcionamiento de estos filtros es bastante sencillo. El agua se vierte en el recipiente superior y fluye a través de la pieza de cerámica, para luego recogerla en el recipiente inferior que sirve como tanque de almacenamiento. Un grifo permite a los usuarios extraer el agua para el consumo, al tiempo que evita que vuelva a contaminarse por contacto con las manos u otros objetos que podrían contener bacterias. La turbidez, los materiales en suspensión y los patógenos se eliminan del agua mediante procesos físicos como el atrapamiento mecánico y la adsorción en los microporos de las velas de cerámica (CAWST 2011a).

Actualmente, en México hay cuencas en donde la sobreexplotación y contaminación es tan alta que dichos filtros de cerámica, por su facilidad y bajo costos de construcción, instalación y mantenimiento, son utilizados para proveer agua limpia, libre de contaminación bacteriológica y segura para el consumo. Un ejemplo claro de ellos es el de la organización sin fines de lucro CATIS-México, ubicada en San Miguel de Allende (Guanajuato), quien, con el objetivo de ayudar a las comunidades que no tienen medios económicos suficientes, se comprometió con un proyecto de desarrollo de filtros de cerámica usando material y mano de obra local, creando así micro-negocios sustentables. Además, busca fomentar el trabajo en equipo a través del entrenamientos y asistencia a comunidades de Guanajuato y centro de México, para lograr el acceso al agua potable segura y limpia. Dichos filtros son hechos con arcilla y material desgastado (aserrín de desperdicio) y cocidos en hornos ecológicamente sensibles, también diseñados por ellos y a disposición de las comunidades. Igualmente, la organización está trabajando en alianza con el International Centers for Appropriate Technology and Indigenous Sustainability (iCATIS) de Denver (EEUU) y la Universidad de Northern Illinois (NIU) en miras de crear aditivos de bajo costo que sirvan para disminuir las cantidades de arsénico y flúor presente en las aguas subterráneas de Guanajuato. En la siguiente figura se observa una serie de equipos de filtración hechos usando los filtros de cerámica tipo vela creado por iCATIS. Estos fueron fabricados con socios de Chiapas, México (CATISMEXICO 2012).

Los filtros de cerámica consisten en un contenedor superior y otro inferior, un grifo y una tapa. La diferencia está en que el tipo vela tienen una o más velas atornilladas en la base del contenedor superior, mientras que en el tipo olla el recipiente de arriba es la olla misma. Actualmente, se fabrican dos variaciones de ollas (vasijas): de fondo plano y de fondo redondo. La olla de cerámica normalmente se posa o cuelga en la parte superior de un recipiente de plástico o cerámica más grande (20-30 litros). Por lo general, los contenedores tienen un diámetro de aproximadamente 30 por 25 cm de profundidad para una capacidad de tratamiento que es variable. La tapa se coloca en la parte superior para evitar la contaminación del equipo y del agua.

Las velas y la olla están hechas de una mezcla de arcilla con un material combustible (aserrín, cáscaras de arroz o café) con el fin de que al hornearlas dicho material se queme, dejando una red de finos poros por los que fluirá el agua. El contenedor puede estar hecho de plástico, aluminio, cobre, acero o material de arcilla. Aunque los contenedores de arcilla mantienen el agua fría y con buen gusto, debido a su naturaleza frágil están siendo reemplazados por otros materiales (CAWST 2011a).

Las piezas de cerámica se pueden fabricar a nivel local y contribuir al desarrollo del comercio de la zona. Sin embargo, la producción de filtros cerámicos es un proceso largo y se requiere de un control de calidad para garantizar la efectividad de los filtros. La calidad puede verse afectada por las variaciones en la composición de la arcilla de la región geográfica donde se hagan. La variabilidad en las condiciones climáticas también dificulta la planificación de la producción a largo plazo, y la falta de espacio puede complicar el almacenamiento de los filtros. Su fragilidad dificulta su transporte, y además se requiere de una cadena de suministro y disponibilidad en el mercado para el reemplazo de las piezas.

Los filtros de vela y de disco normalmente tienen una superficie de contacto más baja para el agua y, por lo tanto, producen menos agua tratada por día que los filtros de olla. Sin embargo, la tasa de tratamiento efectivo depende del diseño. El filtro tipo olla puede producir de 1 hasta 3 l por hora, mientras que el de tipo vela produce solo 0.1 a 1 l/hora/vela, por lo que es común usar dos o más velas en un filtro (CAWST 2011a).

Los filtros de cerámica son fáciles de instalar y operar, son baratos y efectivos para eliminar patógenos y turbidez del agua. Pero debido a la velocidad de flujo limitada y la capacidad de almacenamiento, los filtros sólo son adecuados para familias pequeñas, organizaciones o aulas escolares. Son apropiados para aguas poco turbias (<5 UNT) y con poco hierro (<0.3mg/l). En el caso de una turbidez demasiado alta, el agua debe pasarse a través de un paño o se debe dejar sedimentar antes de la filtración. No elimina arsénico, flúor, pesticidas u otras sustancias químicas disueltas. No debe usarse agua clorada en estos filtros porque el efecto microbicida disminuye sustancialmente (CAWST 2011a), pero para evitar la recontaminación se recomienda la cloración del agua posterior al filtrado.

Este tipo de filtración forma parte de una serie de tecnologías de agua que conforman el tratamiento y manejo seguro en hogar, presente en todos los sistemas de agua, por ende, en todos los escenarios previstos. No obstante, por poseer una disposición de agua, suficiente y óptima, además de recursos y capacidades, los escenarios donde la filtración con cerámica sería más idónea son las casas dispersas con agua suficiente y recursos y los poblados con suficiente agua y recursos.

Los filtros cerámicos de velas son efectivos para eliminar bacterias, protozoos, helmintos, siempre y cuando sean organismos grandes porque no lo son con aquellos más pequeños. También elimina algunos virus y hierro y mejora el sabor, el olor y el color del agua. La efectividad del filtro depende del tamaño del poro del material cerámico, así como también de la calidad de producción de la unidad del filtro, la calidad inicial del agua y las prácticas de manejo de los usuarios (CDC 2008). Las pruebas de laboratorio han demostrado que, aunque la mayoría de las bacterias se eliminan mecánicamente a través de los pequeños poros del filtro, la plata coloidal es necesaria para inactivar casi el 100% de las bacterias (LANTAGNE 2001). La efectividad de la plata coloidal sobre los virus no es bien conocida, pero se estima baja ya que el tamaño de los virus es más pequeño en comparación con las partículas de plata. La efectividad del filtro coloidal CSF ha sido probada en muchos estudios, donde se ha documentado la reducción de la incidencia de enfermedades diarreicas entre los usuarios (CDC 2008; EAWAG/SANDEC 2008).

La turbidez (sólidos) se elimina de manera eficiente y el hierro de forma parcial, pero no ocurre lo mismo con otros contaminantes químicos disueltos. El agua altamente turbia (niveles superiores a 50 UNT) o que contiene hierro puede tapar fácilmente los poros del filtro de cerámica, por lo que es recomendable limpiar el equipo con mayor frecuencia. En este caso, el agua debe ser previamente asentada antes de verterla en el filtro o filtrarla a través de un paño de algodón (CAWST 2011a). Se recomienda usar agua cruda con menos hierro.

La operación del filtro es simple. Primero, el filtro debe limpiarse con agua limpia y dejarse a un lado para que se seque naturalmente. Luego, las unidades de filtro deben ensamblarse y en la unidad superior se vierte lentamente agua, no directamente sobre el material cerámico (por ejemplo, la vela cerámica), ya que la presión normal del agua puede dañarlo, debido a la fragilidad que presentan algunos filtros. Entonces, se debe esperar hasta que el agua haya pasado el filtro por primera vez. Por seguridad, el agua filtrada por primera vez no debe usarse para el consumo. Luego, el filtro se puede volver a llenar y el agua filtrada recogida en la unidad de almacenamiento inferior estará lista para beber. En caso de observar alguna grieta o fisura es recomendable que se reemplace la pieza para evitar la reducción de la efectividad, ya que el agua puede pasar a través de esa grieta sin ser filtrada a través de los poros de cerámica (CAWST 2011a).

Los filtros de cerámica necesitan limpiarse regularmente, en especial, cuando el caudal disminuye. Se debe limpiar frotando su superficie con ligereza con la ayuda de un cepillo suave o un trapo, con el fin de eliminar la suciedad acumulada. Para limpiar solo se debe usar agua limpia (¡sin jabón, cloro ni otros productos químicos!). Es importante no tocar el filtro de cerámica con las manos sucias ni colocarlo sobre una superficie sucia durante la limpieza. Los recipientes de almacenamiento, el grifo y la tapa deben limpiarse regularmente con agua y jabón (CAWST 2018). Se recomienda cambiar la olla de cerámica cada 1-2 años y las velas cada 6-12 meses, aunque su vida útil suele ser de hasta 3 años (CAWST 2018). La limpieza evita la formación de una biopelícula y protege contra grietas invisibles finas, que pueden haberse desarrollado con el tiempo.

Debido a la falta de protección residual es importante que los usuarios estén entrenados en el funcionamiento y mantenimiento adecuados del equipo y filtro de cerámica (CDC 2008); además, hay que recordar que junto con este tratamiento se pueden usar otros de los existentes, como por ejemplo la cloración que ayuda a evitar una posible recontaminación del agua tratada.