Purificación de agua portátil

El calor elimina los microorganismos patógenos, aunque para algunos se requieren temperaturas más altas o mayor duración. La esterilización del agua (eliminación de todos los contaminantes vivos) no es necesaria para que sea potable; basta con neutralizar los patógenos entéricos (intestinales). Hervir el agua no elimina la mayoría de los contaminantes ni proporciona protección residual.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) afirma que llevar el agua a ebullición y luego enfriarla naturalmente es suficiente para inactivar bacterias patógenas, virus y protozoos. ^{[ 8 ]}

Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) recomiendan hervir el agua a fuego fuerte durante 1 minuto. Sin embargo, a gran altitud, el punto de ebullición del agua disminuye. A altitudes superiores a 2000 metros (6562 pies), la ebullición debe continuar durante 3 minutos. ^{[ 9 ]}

Todos los patógenos bacterianos mueren rápidamente por encima de 60 °C (140 °F) ; por lo tanto, aunque no es necesario hervir el agua para que sea potable, el tiempo necesario para calentarla hasta el punto de ebullición suele ser suficiente para reducir las concentraciones bacterianas a niveles seguros. ^{[ 10 ]} Los protozoos patógenos enquistados pueden requerir temperaturas más altas para eliminar cualquier riesgo. ^{[ 11 ]}  

La ebullición no siempre es necesaria ni a veces suficiente. La pasteurización, donde se eliminan suficientes  patógenos, generalmente se realiza a 63 °C durante 30 minutos o a 72  °C durante 15 segundos. Ciertos patógenos deben calentarse por encima del punto de ebullición (por ejemplo, el botulismo : Clostridium botulinum requiere 118 °C (244 °F) , la mayoría de las endosporas requieren 120 °C (248 °F) ^{[ 12 ]} y los priones incluso más). Se pueden alcanzar temperaturas más altas con una olla a presión . El calor combinado con luz ultravioleta (UV), como el método de sodis , reduce la temperatura y la duración necesarias.     

Los filtros de bomba portátiles están disponibles comercialmente con filtros cerámicos que filtran de 5000 a 50 000 litros por cartucho, eliminando patógenos de hasta 0,2–0,3 micrómetros (μm). Algunos también utilizan filtración con carbón activado. La mayoría de estos filtros eliminan la mayoría de las bacterias y protozoos, como Cryptosporidium y Giardia lamblia, pero no los virus, excepto los de mayor tamaño (0,3  μm o más), por lo que sigue siendo necesaria la desinfección con productos químicos o luz ultravioleta después de la filtración. Cabe destacar que no todas las bacterias se eliminan con  los filtros de bomba de 0,2 μm; por ejemplo, las hebras de Leptospira spp. (que pueden causar leptospirosis) son lo suficientemente delgadas como para pasar a través de un  filtro de 0,2 μm. Entre los aditivos químicos eficaces para solucionar las deficiencias de los filtros de bomba se incluyen el cloro, el dióxido de cloro, el yodo y el hipoclorito de sodio (lejía). En el mercado han existido filtros de polímero y cerámica que incorporaban un postratamiento con yodo en sus elementos filtrantes para eliminar virus y bacterias pequeñas que no pueden ser filtradas, pero la mayoría han desaparecido debido al sabor desagradable que le conferían al agua, así como a los posibles efectos adversos para la salud cuando se ingiere yodo durante períodos prolongados.

Si bien los elementos filtrantes pueden eliminar eficazmente la mayoría de las bacterias y hongos contaminantes del agua potable cuando son nuevos, estos elementos pueden convertirse en focos de colonización. En los últimos años, algunos filtros se han mejorado mediante la unión de nanopartículas de plata al elemento cerámico o al carbón activado para suprimir el crecimiento de patógenos.

Los pequeños filtros de ósmosis inversa con bomba manual se desarrollaron originalmente para uso militar a finales de la década de 1980 como equipo de supervivencia, por ejemplo, para ser incluidos en balsas inflables en aeronaves. Existen versiones civiles. En lugar de utilizar la presión estática de una tubería de suministro de agua para forzar el paso del agua a través del filtro, la presión se genera mediante una bomba manual. Estos dispositivos pueden generar agua potable a partir de agua de mar.

La Unidad Portátil de Agua para Salvamento (PAUL) es un filtro de agua portátil de membrana con tecnología de ultrafiltración , diseñado para ayuda humanitaria. Permite el suministro descentralizado de agua potable en situaciones de emergencia y desastre para aproximadamente 400 personas por unidad al día. El filtro está diseñado para funcionar sin productos químicos, energía ni personal capacitado.

La filtración con carbón activado granular utiliza una forma de carbón activado con una gran superficie, que adsorbe numerosos compuestos, incluidos muchos tóxicos . El agua que pasa a través del carbón activado se utiliza comúnmente junto con filtros manuales para tratar la contaminación orgánica , el sabor o los olores desagradables. Los filtros de carbón activado no suelen utilizarse como técnicas de purificación principales en dispositivos portátiles de purificación de agua, sino como complemento de otras técnicas. Se implementan con mayor frecuencia para el prefiltrado o postfiltrado, en un paso distinto al del filtrado cerámico, y en ambos casos antes de la adición de desinfectantes químicos para controlar bacterias o virus que los filtros no pueden eliminar. El carbón activado puede eliminar el cloro del agua tratada, eliminando cualquier protección residual contra patógenos, por lo que, en general, no debe utilizarse sin una cuidadosa consideración después de los tratamientos de desinfección química en el proceso de purificación de agua portátil. Los filtros de núcleo cerámico/de carbón con un  tamaño de poro de 0,5 μm o menor son excelentes para eliminar bacterias y quistes, además de eliminar sustancias químicas.

La desinfección química con halógenos , principalmente cloro y yodo , resulta de la oxidación de estructuras celulares y enzimas esenciales . Los factores principales que determinan la tasa y proporción de microorganismos eliminados son la concentración residual o disponible de halógeno y el tiempo de exposición. ^{[ 13 ]} Los factores secundarios son la especie de patógeno, la temperatura del agua, el pH y los contaminantes orgánicos. En la desinfección de agua de campo, el uso de concentraciones de 1 a 16  mg/L durante 10 a 60 minutos suele ser eficaz. Cabe destacar que los ooquistes de Cryptosporidium, probablemente especies de Cyclospora, y los huevos de Ascaris son extremadamente resistentes a los halógenos, por lo que la inactivación en campo puede no ser práctica con lejía y yodo.

La luz ultravioleta (UV) induce la formación de enlaces covalentes en el ADN , impidiendo así la reproducción de los microbios. Sin reproducción, los microbios se vuelven mucho menos peligrosos. La luz germicida UV-C, en el rango de longitud de onda corta de 100 a 280  nm, actúa sobre la timina , uno de los cuatro nucleótidos básicos del ADN. Cuando un fotón germicida UV es absorbido por una molécula de timina adyacente a otra dentro de la cadena de ADN, se crea un enlace covalente o dímero entre las moléculas. Este dímero de timina impide que las enzimas lean el ADN y lo copien, neutralizando así al microbio. La exposición prolongada a la radiación ionizante puede causar roturas de cadena simple y doble en el ADN, oxidación de los lípidos de la membrana y desnaturalización de las proteínas, procesos que resultan tóxicos para las células. Sin embargo, esta tecnología presenta limitaciones. Para que la purificación por rayos UV funcione correctamente, la turbidez del agua (es decir, la cantidad de sólidos suspendidos y coloidales que contiene el agua a tratar) debe ser baja, de modo que el agua esté clara; por lo tanto, podría ser necesario un paso de prefiltración.

Una preocupación con la purificación de agua portátil mediante UV es que algunos patógenos son cientos de veces menos sensibles a la luz UV que otros. Antes se creía que los quistes de protozoos estaban entre los menos sensibles; sin embargo, estudios recientes han demostrado lo contrario, demostrando que tanto Cryptosporidium como Giardia se desactivan con una dosis de UV de solo 6 mJ/cm² ^{[ 28 ] .} Sin embargo, las regulaciones de la EPA y otros estudios muestran que son los virus los que constituyen el factor limitante del tratamiento UV, requiriendo una dosis de luz UV de 10 a 30 veces mayor que Giardia o Cryptosporidium ^{[ 29 ] [ 30 ]} . Los estudios han demostrado que las dosis de UV en los niveles proporcionados por las unidades UV portátiles comunes son eficaces para matar Giardia ^{[ 31 ]} y que no hubo evidencia de reparación y reactivación de los quistes ^{[ 32 ] .}

El agua tratada con luz ultravioleta (UV) aún contiene los microbios presentes, pero con sus mecanismos de reproducción desactivados. Si esta agua tratada con UV, que contiene microbios neutralizados, se expone a la luz visible (específicamente, longitudes de onda superiores a 330-500  nm) durante un período prolongado, puede producirse un proceso conocido como fotoreactivación . Este proceso permite la reparación del ADN reproductivo de las bacterias, lo que podría hacerlas capaces de reproducirse nuevamente y causar enfermedades. ^{[ 33 ]} Por lo tanto, el agua tratada con UV no debe exponerse a la luz visible durante un período prolongado después del tratamiento, antes de su consumo, para evitar la ingestión de microbios reactivados y peligrosos.

Los recientes avances en la tecnología de semiconductores permiten el desarrollo de diodos emisores de luz (LED) UV-C. Los sistemas LED UV-C solucionan las desventajas de la tecnología basada en mercurio, a saber: penalizaciones por ciclos de encendido/apagado, altas necesidades de energía, fragilidad, tiempo de calentamiento y contenido de mercurio.

En la desinfección solar del agua (a menudo abreviada como "sodis"), los microbios se destruyen mediante la temperatura y la radiación UVA del sol . El agua se coloca en una botella de plástico PET transparente o en una bolsa de plástico, se oxigena agitando las botellas parcialmente llenas y tapadas antes de llenarlas por completo, y se deja al sol durante 6 a 24 horas sobre una superficie reflectante.

La destilación solar aprovecha la luz del sol para calentar y evaporar el agua que se va a purificar, la cual luego se condensa y gotea en un recipiente. En teoría, un destilador solar (de condensación) elimina todos los patógenos, sales, metales y la mayoría de los productos químicos, pero en la práctica, la falta de componentes limpios, el fácil contacto con la suciedad, la construcción improvisada y las perturbaciones dan como resultado agua más limpia, pero contaminada.

Los filtros de agua se pueden fabricar in situ con materiales locales como arena y carbón vegetal (por ejemplo, leña quemada de forma especial). Estos filtros a veces los utilizan soldados y aficionados a las actividades al aire libre. Debido a su bajo coste, cualquiera puede fabricarlos y usarlos. Sin embargo, la fiabilidad de estos sistemas es muy variable. Dichos filtros son poco eficaces, o prácticamente ineficaces, para eliminar gérmenes y otros componentes nocivos, y pueden generar una falsa sensación de seguridad al hacer creer que el agua producida es potable. El agua filtrada con un filtro improvisado debe someterse a un tratamiento secundario, como hervirla, para que sea apta para el consumo.