La historia de los filtros de agua
Historia de los filtros de agua
Gracias al descubrimiento y desarrollo del tratamiento del agua, hoy en día todos podemos disfrutar de agua potable fresca, limpia y libre de contaminantes. ¿Sabías que el proceso de tratamiento del agua se remonta al año 2000 a. C.?
El descubrimiento de la purificación del agua y el desarrollo de métodos de tratamiento del agua desde las primeras civilizaciones muestran la importancia de la salud pública a lo largo de los siglos. En tumbas y escritos, nuestros antepasados recomendaban métodos de tratamiento del agua para proteger al público de microorganismos, productos químicos y subproductos de desinfección en los suministros de agua. A continuación, repasemos la historia de la filtración del agua.
Métodos antiguos de tratamiento del agua
La metodología de tratamiento del agua en la antigüedad se registró en escritos griegos y sánscritos antiguos. Ya en el año 2000 a. C., la gente conocía y comprendía la importancia de la purificación del agua mediante el proceso de calentarla hirviéndola o calentándola bajo el sol. También saben cómo funciona la filtración del agua mediante la filtración y el colado con arena y grava. Estos métodos de tratamiento del agua se recomendaron para mejorar la salud pública, ya que la gente aún no sabía la diferencia entre agua potable contaminada y limpia durante la antigüedad.
De hecho, la gente se centraba más en el sabor del agua que en su calidad. En el año 2000 a. C., la turbidez se utilizaba para medir la calidad del agua. Por lo tanto, contaminantes como microorganismos y compuestos químicos potencialmente dañinos podían infiltrarse y contaminar los sistemas de agua sin ser detectados. Como resultado, muchas personas morían por causas no identificadas que hoy en día pueden atribuirse fácilmente a la contaminación del agua.
El descubrimiento de la coagulación
Después del año 1500 a. C., los egipcios descubrieron el proceso de coagulación-floculación. El uso de esta técnica de tratamiento del agua por parte de los antiguos egipcios está bien documentado en las paredes de las tumbas de los grandes faraones de Egipto. Se pueden encontrar ilustraciones de la técnica de purificación tanto en las tumbas del rey Amenofis II como en las del rey Ramsés. Los antiguos egipcios creían en la importancia de purificar el agua potable antes de consumirla. Sin embargo, la coagulación por sí sola no es suficiente para producir agua potable limpia y segura para el consumo humano.
El tratamiento del agua mediante coagulación permite eliminar los sólidos suspendidos y las partículas coloidales del agua potable. Las impurezas, como los sólidos suspendidos en el agua y otras partículas pequeñas, se eliminan mediante la técnica de tratamiento químico del agua.
La adición del alumbre químico produce cargas positivas y neutraliza las cargas negativas de las partículas presentes en el agua. El alumbre se disuelve rápidamente y se distribuye por toda el agua. A través de esta metodología de tratamiento del agua, las partículas más pequeñas se unen para formar partículas más grandes que permiten una eliminación más fácil.
Al final, a pesar de esta mejora en la eliminación de impurezas visibles, la gente todavía no se da cuenta de la diferencia entre agua clara y agua segura.
La manga hipocrática y el poder de tamizar el agua
La manga hipocrática fue una de las muchas contribuciones del médico griego antiguo y padre de la medicina occidental, Hipócrates. Además de su idea de la limpieza, el descubrimiento del poder de tamizar el agua para producir agua limpia y clara fue una de sus contribuciones significativas después del año 500 a. C.
Gracias a sus experimentos sobre la purificación del agua, logró desarrollar un filtro mecánico capaz de atrapar las impurezas del agua. A este filtro de agua rudimentario lo llamó la manga de Hipócrates. El agua pasa a través de la bolsa de tela después de hervirla para tamizar las partículas antes de usarla en sus pacientes para curarlas. El primer filtro de bolsa de tela se utilizó para atrapar sedimentos y eliminar impurezas y mejorar el sabor del agua potable. La manga era un trozo de tela doblado en las esquinas. Hipócrates utilizó la manga para filtrar el agua potable como una forma de aprovechar los poderes curativos del agua. Aunque parezca rudimentaria en comparación con nuestros sistemas de filtración de agua modernos, sus contribuciones a las civilizaciones primitivas fueron significativas.
Los acueductos romanos
Los ingenieros romanos diseñaron una de las tecnologías de sistemas de agua más avanzadas de la antigüedad entre los años 300 y 200 a. C. El método de transportar agua de un lugar a otro fue utilizado y practicado por primera vez por los asirios durante el siglo VII a. C. Transportaron agua con éxito aprovechando la fuerza de la gravedad a través de estructuras de 10 metros de alto y 300 metros de largo. Los romanos construyeron muchas de estas estructuras en Roma y las llamaron "acueductos", que en latín significa "agua" para aqua y "conducir" para ducere. Estas sofisticadas piezas de ingeniería romana se utilizaron para suministrar agua a todas las ciudades del Imperio Romano.
Sin estas estructuras, es imposible transportar la enorme masa de agua por las ciudades del imperio. Como la salud pública era una de las principales preocupaciones de los líderes de la Antigua Roma, se creía que estas megaestructuras estaban diseñadas para proteger el agua de posibles contaminantes. Los acueductos se construían bajo tierra para evitar que las impurezas y los productos químicos contaminaran el sistema hídrico. Los romanos disfrutaron de los beneficios del sistema hídrico y permitieron que el imperio floreciera durante años.
El tornillo de Arquímedes: la primera bomba de agua
En esta época, el matemático, físico, inventor, ingeniero y astrónomo griego Arquímedes de Siracusa inventó el tornillo de Arquímedes, que permitía bombear agua de un lugar a otro. El dispositivo está formado por un tornillo alojado en el interior de un tubo hueco. El tornillo funciona con distintas fuentes de energía, como el trabajo manual, el ganado o un molino de viento. Antiguamente se utilizaba para extraer agua de las minas y de las sentinas de los barcos.
Más tarde, el dispositivo se utilizó con éxito en el pasado para el tratamiento de aguas residuales. Fue el protocolo para muchas bombas modernas que se utilizan para transportar agua desde cuerpos de agua inferiores a terrenos más altos. Hoy en día, se utiliza un motor para hacer girar el tornillo para transferir agua de un punto a otro.
Técnicas de filtración de agua durante la Edad Oscura
La Edad Oscura también fue la época más oscura en la historia de la filtración de agua, ya que no hubo mejoras ni nuevos descubrimientos para producir agua limpia para uso público. Después de la caída del Imperio Romano, el mayor imperio de la época, el sofisticado sistema de agua conocido como acueductos fue destruido junto con el resto de la impresionante arquitectura de Roma.
En esa época no se produjeron descubrimientos ni avances importantes en la tecnología de tratamiento del agua. La falta de experimentos científicos e innovaciones contribuyó al estancamiento del desarrollo de la filtración del agua. La distribución del agua en la Antigua Roma también se convirtió en un problema debido a la destrucción de los acueductos.
La contaminación del agua se convirtió en un problema frecuente durante la Edad Media. Mucha gente sufría y moría a causa de enfermedades transmitidas por el agua. Como no había forma de observar el agua contaminada, la gente no tenía idea de qué les afectaba ni qué causaba las epidemias locales.
El descubrimiento del proceso de desalinización del agua de mar
En 1627, Sir Francis Bacon inició su experimento de desalinización de agua de mar y allanó el camino para la continuación del re-avance de los métodos de tratamiento del agua. Dado que el 71% de la superficie de nuestro planeta está cubierta de agua de mar, el proceso de desalinización de agua de mar es una posible solución a los problemas de escasez de agua de la humanidad.
El proceso separa las sales disueltas y otros minerales de fuentes de agua como agua de mar, agua salobre, aguas residuales, pozos, agua de alimentación industrial y aguas de proceso. Su intento de eliminar las partículas de sal del agua mediante el uso de la técnica de filtración con arena permitió y alentó a otros científicos e inventores a continuar con el experimento y la innovación en materia de filtración de agua.
Aunque su intento de eliminar partículas de sal del agua no funcionó como estaba previsto, dio a otros la idea de desarrollar un proceso para eliminar partículas de sal y otros minerales de diferentes fuentes de agua.
La contribución de Sir Francis Bacon al tratamiento moderno del agua es igualmente significativa que la de los demás, a pesar de su fracaso durante su época. La desalinización del agua de mar es hoy importante, ya que nos encontramos en una época en la que el agua escasea en algunas partes del mundo.
El descubrimiento del microscopio y la importancia del agua potable
El microscopio es uno de los inventos más importantes de todos los tiempos, ya que permitió estudiar microorganismos tanto buenos como malos. El dispositivo fue descubierto por Antonie van Leeuwenhoek en la década de 1670. Su idea surgió de los experimentos de dos fabricantes de gafas holandeses que pulían lentes para experimentar con la ampliación de objetos.
La invención del microscopio permitió a Antonie van Leeuwenhoek y a otros científicos estudiar y observar los microorganismos presentes en el agua. La relación entre los microbios y las enfermedades fue reconocida por los expertos en medicina, ciencia y tecnología.
Gracias a este avance de la ciencia y la tecnología, la gente ahora es consciente de la existencia de vida microscópica. Se ha llegado a la conclusión de que el agua de aspecto limpio no es suficiente para promover y mantener una buena salud pública. Además, el agua cristalina no significa necesariamente que sea segura para beber, cocinar y bañarse.
Introducción a los primeros filtros de agua
Los primeros filtros de agua que separaban las impurezas y los microbios suspendidos del agua potable se construyeron en el siglo XVIII. Ahora que el hombre comprende la importancia de eliminar contaminantes como microorganismos junto con partículas suspendidas, se diseñaron sistemas de filtración de agua para aplicaciones domésticas con el fin de proteger la salud pública.
Los primeros filtros de agua estaban hechos de lana, esponja y carbón. Más tarde, Robert Thom desarrolló y mejoró estos rudimentarios pero efectivos sistemas de tratamiento de agua para el tratamiento de agua municipal en Escocia.
En 1804 diseñó sistemas de tratamiento de agua basados en la filtración lenta con arena. El agua se distribuía mediante un carro tirado por caballos. Como la salud pública era importante, la idea de dar a todas las personas acceso a agua limpia, clara y segura comenzó a materializarse después de tres años.
La instalación de las primeras tuberías de agua comenzó tres años después de que Robert Thom inventara el tratamiento de agua municipal. Se suministró agua limpia y segura a todos los hogares de Escocia. Lamentablemente, la práctica de mantener el agua filtrada aún no se practicaba en otros países del mundo. Sin embargo, fue el comienzo de una nueva era, ya que animó a los países a buscar agua pura.
El descubrimiento de la enfermedad del cólera y su tratamiento temprano
Desde el descubrimiento del microscopio, los científicos y los expertos médicos han podido observar pequeños organismos vivos acuáticos. Algunos riesgos para la salud se asociaron a la presencia de microbios en el agua potable. A mediados del siglo XVIII, el cólera, una enfermedad infecciosa responsable de una deshidratación grave debido a diarrea acuosa, se propagó a través de aguas contaminadas en Londres.
El científico británico John Snow observó la epidemia y realizó estudios sobre la contaminación del agua. Como no creía en la teoría del miasma, que entonces era la dominante, demostró que el cólera se propagaba a través del suministro de agua. En su ensayo de 1855 Sobre el modo de transmisión del cólera, Snow señaló el papel del suministro de agua contaminada en la distribución y la posterior epidemia de cólera en el Soho.
A pesar de no poder rastrear la causa de la enfermedad, Snow pudo frenar el brote local simplemente conociendo el papel de los sistemas de agua en la propagación de la enfermedad infecciosa. El simple hecho de quitar la manija de la bomba de agua le permitió a Snow poner fin a la epidemia local. Los informes sobre la enfermedad similar al cólera se remontan al año 1000 a. C. en la India.
Debido al aumento del comercio entre las naciones a lo largo de los siglos, la enfermedad mortal comenzó a propagarse. La enfermedad llegó primero a Londres, luego a Newcastle y al resto de Europa. Durante los siglos XIX y XX se aplicaron diferentes métodos de tratamiento a los pacientes con cólera.
En aquella época, se utilizaban sangrías, opio y hierbas fuertes para tratar el cólera. A mediados del siglo XX, se descubrió que el cólera era el culpable y se demostró que se propagaba a través del agua por contaminación. Desde entonces, ya no se creía que la teoría del miasma, que entonces predominaba, fuera la causa de todas las enfermedades.
A finales del siglo XX, Louis Pasteur propuso la teoría de los gérmenes como causa de las enfermedades, según la cual los microorganismos son los responsables de ellas. Desde entonces, los médicos han utilizado esta teoría científica para muchas enfermedades hasta el día de hoy.
Filtración con arena: filtros de arena rápidos, filtros de arena de flujo ascendente y métodos de filtración con arena lenta
Los filtros de arena son pasos esenciales en la producción de agua potable de alta calidad sin la adición de productos químicos. La industria del agua se basa en tres tipos de filtros de arena. Los filtros de arena rápidos (por gravedad), los filtros de arena de flujo ascendente y los filtros de arena lentos son los tres métodos de purificación natural del agua.
El uso de arena fina como medio de filtración ayudará a separar impurezas como partículas pequeñas del agua potable. El uso de un filtro de arena se remonta a los antiguos egipcios, que utilizaban vasijas de barro para filtrar el agua potable. En 1804, se utilizaron los primeros filtros de arena para purificar el suministro de agua en Paisley, Escocia.
A finales del siglo XIX, Estados Unidos empezó a fabricar sus primeros filtros de arena como forma de proteger a su población de posibles enfermedades causadas por la contaminación del agua. Los filtros de arena que construyeron los estadounidenses eran enormes y estaban diseñados utilizando el método de filtración rápida con arena en lugar de la técnica de filtración lenta con arena. El sistema de filtración con arena estadounidense tuvo éxito en Estados Unidos y, más tarde, se convirtió en una necesidad doméstica.
El uso de un potente chorro de agua para limpiar el sistema de filtrado permitió un fácil mantenimiento de una mayor capacidad de filtrado. Posteriormente se añadieron mejoras al sistema de filtrado de agua para proporcionar un tratamiento de agua más eficiente. El Dr. Fuller incorporó el proceso de técnicas de coagulación y sedimentación a los filtros de arena que ya tenían éxito.
Como en aquella época también se utilizaba el proceso de cloración del agua, la adición de este producto químico al agua redujo significativamente la tasa de enfermedades transmitidas por el agua en el país. Enfermedades como el cólera y la fiebre tifoidea dejaron de ser una amenaza en Estados Unidos gracias a la innovación continua de los sistemas de filtrado de agua. La calidad del agua en Estados Unidos mejoró gracias a las innovaciones en el tratamiento del agua en el país.
La cloración y los desafíos que plantea su uso para el agua potable
A pesar de la drástica reducción de las enfermedades transmitidas por el agua, la salud pública seguía siendo peligrosa con el uso de cloro en el agua potable. No pasó mucho tiempo antes de que la cloración revelara sus efectos secundarios negativos. La victoria que trajo consigo la adición de compuestos de cloro al agua fue, de alguna manera, breve. El cloro o los compuestos de cloro, como el hipoclorito de sodio, añadidos al agua acaban vaporizándose y provocan problemas respiratorios cuando son inhalados por una persona. Como se vaporiza más rápido que el agua, provoca problemas de salud devastadores para la víctima.
Los expertos en agua comenzaron a buscar alternativas más seguras sin comprometer la calidad del agua. En 1902, Bélgica añadió hipoclorito de calcio y cloruro férrico al agua potable. Aunque se consideraban mejores alternativas al cloro, los sistemas de filtrado de agua actuales están diseñados para eliminar el cloro del agua potable. Los desafíos que plantea su uso siguen siendo predominantes en esta era moderna. Afortunadamente, estamos bien equipados e informados sobre cómo eliminar los compuestos químicos de las fuentes de agua.
En 1903, nuevas innovaciones en el campo de la filtración del agua trajeron consigo la técnica de ablandamiento del agua para su desalinización. Once años más tarde, se implementaron normas para el agua de los sistemas públicos de agua basadas en el crecimiento de coliformes. Lamentablemente, las normas nunca se implementaron en todas las plantas de tratamiento de agua municipales hasta la década de 1940.
Aunque la gente es muy consciente de la importancia del agua potable limpia y segura, no fue hasta treinta años después que todos tuvieron derecho a agua limpia y segura en Estados Unidos gracias a la Ley de Agua Potable Segura.
Filtración de plaguicidas y desinfección de subproductos
Desde 1970, las normas sobre el agua ya no se centraban en el cólera y otras enfermedades transmitidas por el agua, sino que se han centrado en la contaminación del agua de origen antropogénico. Además de la cloración, existen otros contaminantes potenciales para los sistemas hídricos, como los pesticidas y los subproductos de la desinfección. Los pesticidas, los productos químicos y los subproductos plantean una amenaza importante para la salud pública. Estos contaminantes de origen humano presionaron al gobierno para que creara nuevas regulaciones para abordar los problemas de contaminación del agua. Los pesticidas en entornos agrícolas se filtran o se vierten en pozos privados y sistemas de agua cercanos. Como resultado, la salud pública sufre nuevamente debido al uso, la eliminación y el almacenamiento inadecuados de insecticidas.
Dado que las normas del agua ahora se centran en los desechos industriales y la contaminación del agua industrial, los sistemas de filtración de agua están diseñados para eliminar los contaminantes por debajo de los estándares aceptables. Las innovaciones en el tratamiento del agua, que incluyen aireación, floculación y carbón activado granular (GAC), se aplicaron a los sistemas de filtrado de agua modernos.
El desarrollo de membranas o el uso de una membrana semipermeable en ósmosis inversa u RO se desarrolló en la década de 1980. Dos años más tarde, se hizo posible la realización periódica de evaluaciones de riesgos del agua.
Los filtros de agua de hoy
En la actualidad, la experimentación y las innovaciones en materia de tratamiento del agua, como los filtros de agua para toda la casa , se centran principalmente en los subproductos de la desinfección, como la formación de trihalometanos (THM). El plomo y otros metales pesados también se controlan estrictamente en los sistemas públicos de agua debido a sus posibles amenazas para la salud.
En la actualidad, el gobierno está haciendo todo lo posible para proteger al público de los contaminantes químicos, microorganismos y todo aquello que pueda suponer un riesgo para la salud en el agua potable. Las tuberías originales también se han sustituido por materiales más respetuosos con la salud para reducir los riesgos.
Fuentes:
https://scholars.unh.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2361&context=dissertation
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.909.2953&rep=rep1&type=pdf
