Los sistemas de tratamiento por adsorción añaden una sustancia limpiadora directamente al abastecimiento de agua o a través de un depósito de mezclado. Los adsorbentes combinan los procesos químicos y físicos para eliminar contaminantes orgánicos y los compuestos que imparten color, sabor y olor al agua.
El adsorbente de uso más frecuente es el carbón activado — una sustancia que es muy similar al carbón común. Sin embargo, el carbón activado, se trata mediante calor y oxidación para que se vuelva sumamente poroso y capaz de adsorber o capturar fácilmente las impurezas en el agua.
El carbón activado atrae no solamente contaminantes conocidos sino además atrae materia orgánica disuelta (mucha de la cual es inocua). Por lo tanto, es necesario el monitoreo para asegurar que las dosis de carbón sean lo suficientemente elevadas para adsorber todos los contaminantes.
Existen dos formas diferentes de carbón activado en uso común, carbón activado granular (CAG) y carbón en polvo activado (CAP). Físicamente, las dos formas difieren como lo sugiere su nombre — según el tamaño y el diámetro de la partícula.
El carbón en polvo activado es una opción de tratamiento económica (costo de capital) que típicamente se puede agregar a la infraestructura de un sistema de tratamiento existente. Esta flexibilidad convierte al CAP en una opción atractiva de respuesta de tratamiento de corto plazo a condiciones deficientes del agua. Es particularmente útil para el tratamiento de deficiencias de sabor y de color.
El CAP funciona rápida y eficazmente pero está limitado a depuraciones de menor escala que la CAG y se vuelve muy costoso si es necesario usarlo de manera continua. Al terminar el proceso es necesario eliminar el carbón en polvo, usualmente mediante filtración.
En general, el carbón activado es mejor que el intercambio iónico para eliminar sustancias orgánicas.
Los principios generales de los sistemas de adsorción se cubren en la sección sobre carbón en polvo activado (CAP).
El carbón granular activado (CAG) consiste en partículas de aproximadamente un milímetro de diámetro — diez a cien veces el tamaño de las partículas de carbón en polvo. Éste se distribuye típicamente en un lecho o columna a través de los cuales se hace pasar o percolar lentamente el agua fuente. Algunas veces se unen entre sí varias columnas de adsorción en un solo sistema.
Al igual que el carbón en polvo activado, el carbón granular activado atrae también no solamente contaminantes conocidos, sino además atrae materia orgánica disuelta naturalmente y en su mayoría inocua. Por lo tanto, es necesario el monitoreo cuidadoso para asegurar que suficiente carbón continúe activo para adsorber todos los contaminantes. Los particulados pueden además obstruir los sistemas y afectar su eficacia. Los sistemas CAG tienen un mayor costo de capital pero son capaces de lograr niveles más elevados de eliminación, y sus costos de operación (principalmente el costo de reemplazar el CAG agotado) son menores si el proceso de eliminación se realizar de manera continua.
Estos sistemas pueden servir además como filtros biológicos de agua sin afectar la eficacia si se permite el crecimiento de microbios beneficiosos en el sistema.
Los átomos o moléculas cargados eléctricamente se conocen como iones. El proceso de tratamiento por intercambio iónico utiliza resinas especiales para eliminar contaminantes inorgánicos cargados eléctricamente como arsénico, cromo, nitrato, calcio, radio, uranio, y exceso de fluoruro del agua.
Cuando el agua fuente se hace pasar a través de una serie de cordones de resina, donde intercambia sus contaminantes cargados eléctricamente por los iones inocuos cargados y depositados en la superficie de la resina. Las resinas de intercambio iónico almacenan entonces los contaminantes que hayan atraído. Debido a este proceso de acumulación, es necesario limpiar periódicamente las resinas con una solución que recargue su contenido de iones inocuos intercambiables.
La resina de intercambio iónico viene en dos presentaciones: resinas catiónicas, las cuales intercambian cationes como calcio, magnesio y radio, resinas aniónicas, utilizadas para eliminar aniones como nitratos, arsenatos, arsenitas o cromatos. Usualmente, ambos se regeneran con una solución salina (cloruro de sodio). En el caso de las resinas catiónicas, el ión de sodio desplaza el catión del sitio de intercambio; y en el caso de las resinas aniónicas, el ión de cloruro desplaza el anión del sitio de intercambio. Como norma, las resinas catiónicas son más resistentes a la contaminación que las resinas aniónicas. Se pueden diseñar las resinas para tener preferencia por iones específicos, de manera que el proceso se pueda adaptar fácilmente a una amplia gama de contaminantes diferentes.
Este proceso de tratamiento funciona mejor en agua con partículas libres, porque las materias particuladas se pueden acumular en la resina y limitar su eficacia.
El intercambio iónico es un sistema común de tratamiento de agua que se puede adaptar a cualquier tamaño de instalación de tratamiento. Además, se puede adaptar para dar tratamiento al agua en el punto de uso y en el punto de admisión.
El tratamiento con alúmina activada se usa para atraer y eliminar contaminantes, como el arsénico y el fluoruro, los cuales tienen iones con carga negativa .
La alúmina activada (una forma de óxido de aluminio) se aloja típicamente en latas a través de las cuales se hace pasar agua fuente para realizar el tratamiento. Se puede unir entre sí una serie de dichas latas para equiparar los requisitos de volumen de agua de un sistema particular.
En la medida en que la alúmina absorbe contaminantes, va perdiendo su capacidad de tratamiento de agua. Por lo tanto, la calidad del agua tratada deberá monitorearse cuidadosamente para asegurarse de que se reemplacen los cartuchos antes de que éstos pierdan su eficacia de tratamiento. Además, la capacidad de la alúmina tiene una fuerte influencia del pH del agua. Un pH menor, es mejor. Muchos sistemas utilizan tratamiento previo con ácido para resolver esta necesidad.
La calidad del agua fuente es un elemento principal a considerar para el diseño de los sistemas de alúmina. El agente de tratamiento atraerá contaminantes, y otros iones con carga negativa que se encuentren en el agua fuente. Esto puede limitar la capacidad de la alúmina para atraer y eliminar los contaminantes en cuestión.
La tecnología de alúmina activada puede tener costo elevados, y muchos de sus costos están asociados con la eliminación del agua contaminada que se genera cuando se purga la alúmina de los contaminantes y se la “restablece” para el uso futuro. Los sistemas de gran escala de alúmina activada requieren además un alto nivel de experiencia operacional y de mantenimiento, y consecuentemente son relativamente escasos.
Los sistemas de pequeña escala son de uso frecuente y se los puede modificar para ajustarse a cualesquiera requisitos específicos de volúmenes de agua.