FILTRO CASERO DE CARBON ACTIVADO PARA REDUCIR EL CONTENIDO DE CLORO DEL AGUA

Por Claudio (il-boticario) Centrone

Debido a la importancia e impacto que tiene el cloro presente en el agua utilizada para la preparación de la cerveza y teniendo en cuenta que una de las formas de reducir su contenido es utilizar filtros de carbón activado, se propone la fabricación casera de un filtro conteniendo este material.

En este artículo explica una forma rápida y económica de fabricar un filtro de carbón activado y como calcular la velocidad de pasaje de agua para tener una eficiencia razonable de reducción del contenido de cloro.

PALABRAS CLAVES: Carbón activado. Cloro. Filtro.

INTRODUCCIÓN

El Cloro en el agua

El cloro es agregado al agua de consumo con el objeto de preservarlo de contaminaciones microbianas desde la planta de distribución hasta el consumidor.

Según el Código Alimentario Argentino (CAA), el agua potable de uso domiciliario debe contener como mínimo 0,2 mg/l de Cloro activo residual (Cl), pero aclara que “La autoridad sanitaria competente podrá admitir valores distintos si la composición normal del agua de la zona y la imposibilidad de aplicar tecnologías de corrección lo hicieran necesario”. Es decir, hasta podría contener incluso más que eso.
Esto no aplica a las aguas minerales (no confundir con aguas de mesa) ya que el CAA indica que las aguas minerales no deben contener cloro.

A nivel casero, lo que se suele hacer para eliminar el cloro es hervir el agua un tiempo determinado y/o dejarla reposar en un recipiente abierto. De esta manera, el cloro disuelto en el agua se reduce.

Otra forma de reducir el nivel de cloro del agua es utilizando los filtros de carbón activado para uso domiciliario que se comercializan en distintos diseños, precios, rendimientos. Dentro de éstos, los hay con y sin partículas de plata (por su efecto bactericida).

Este trabajo sólo pretende ofrecer una alternativa económica de contar con uno filtro de carbón activado para reducir el nivel de cloro de una forma más rápida y económica que el método de hervor y reposo.

El cloro y la cerveza

Es conocido por nosotros que el cloro presente en el agua que se utilice para elaborar cerveza puede otorgarle a la misma sabor medicinal (clorofenoles) y otros “off-flavors”.

Un poco menos conocido es que el CAA admite para en el agua potable algunos contaminantes (en concentración limitada), y que algunos de éstos son derivados clorados que no es posible remover por hervido del agua o reposo en recipiente abierto. Algunos de los contaminantes admitidos por el CAA en el agua en concentraciones limitadas que podrían reducirse con un filtro de carbón activado, pero no tan fácilmente por hervido del agua son: Heptacloro, Heptacloroepóxido, Metoxicloro, Lindano, Hexacloro benceno, Monocloro benceno, 1,2 Dicloro benceno; 1,4 Dicloro benceno, Pentaclorofenol, Triclorofenol, Tetracloruro de carbono, 1,1 Dicloroeteno, Tricloro etileno, 1,2 Dicloro etano, etc.

Algo importante de resaltar es mientras el método de hervir el agua es efectivo para eliminar el cloro libre, al hervir el agua, las cloraminas se concentran (5).

Otras fuentes de flavors que pueden transmitirse del agua potable a la cerveza provienen de algas y hongos presentes en los depósitos. Muchos de estas fuentes de off-flavors pueden reducirse con el uso de un filtro de carbón activado.

Carbón Activado

No nos vamos a detener a explicar las diferentes formas de obtener carbón activado, pero si es importante mencionar que el carbón activado no es exactamente lo mismo que el carbón de leña común.

El carbón activado se presenta en dos variedades principales, Carbón Activado en Polvo (PAC) y Carbón Activado Granular (GAC), siendo ésta última variedad la utilizada en tratamientos de aguas.

El GAC tiene la propiedad de absorber, aunque su propiedad más sobresaliente es la de adsorber debido a su gran superficie de contacto. La superficie interna de un carbón activado puede llegar a ser de entre 500 y 1500 m2 /g).

El carbón activado se puede producir de una variedad de plantas, aunque para propósitos de potabilización de aguas, el carbón obtenido a partir de las cáscaras de coco ha demostrado ser más eficiente y puro que el obtenido del carbón de leña. El carbón activado hecho de cáscaras del coco tiende para tener principalmente poros pequeños (debajo de 2 nm) mientras que el hecho de muestra que sus poros son más grandes (sobre 5 nm). Esto significa que el carbón del coco es más eficaz para el retiro de moléculas pequeñas tales como trialometanos, mientras que el otro es más eficaz contra moléculas más grandes tales como pesticidas (1)

Debido a que el cloro disuelto se encuentra mayormente en forma gaseosa, la disminución del pH es provocada por un fenómeno denominado “quimisorción” (2) y se explica con la siguiente ecuación:
Cl2 + C activo + 2H2O à CO2 + 4H + + 4Cl –
Esta propiedad de eliminación de cloro del GAC no es ilimitada y aunque es posible regenerarlo parcialmente por tratamientos térmicos, la ineficiencia de este proceso lo hace desaconsejable. El tratamiento del carbón activado con vapor, remueve compuestos volátiles, pero no todos los compuestos clorados (3) .

La eliminación de contaminantes clorados del agua es un proceso de absorción que requiere de un adecuado tiempo de contacto entre el agua y el carbón activado. Además, la eficiencia de remoción depende de la temperatura de trabajo, de la concentración de cloro y contaminantes en el agua.
Dependiendo de la aplicación y de los compuestos orgánicos presentes en el agua, el mínimo tiempo de contacto del agua con el carbón activado que se requiere para su remoción puede ser de unos 5 a 30 minutos (3) , en tanto que otras citas mencionan un tiempo de contacto de 2 minutos si solamente hay que eliminar cloro.

Cómo armar el filtro?

Armar un filtro de carbón activado elemental, es realmente fácil. Sólo es necesario tener en cuenta algunos detalles para tener un sistema apropiado:

-Recipiente: debe ser de uso alimentario y preferentemente rígido ya que si no lo es, con la manipulación la cama de carbón que contenga se romperá creando canales por los que circula el agua sin entrar en contacto con el carbón.
-Soporte para contener la cama de carbón: el sistema que debemos armar es similar al de la cama de filtrado del mash.
Ya que el carbón que vamos a usar es de dimensiones pequeñas, si no usásemos algo similar a un “falso fondo” el carbón se iría arrastrado por el agua, para esto, se pude usar un falso fondo metálico o utilizar una capa de piedritas de acuario (previamente, lavadas y hervidas)
-Carbón activado: No debe ser carbón común. Cuanto menor sea el tamaño de las partículas de carbón, más eficiencia tendrá, aunque el pasaje de agua puede ser muy difícil. Un carbón de unos 2×3 mm es adecuado. Debe hervirse y lavarse con abundante agua corriente.
Para manipularlo, usar mascarilla (o pañuelo) para protección respiratoria. El carbón activado puede comprarse en Droguerías o Droguerías industriales (siempre debe ser de uso alimenticio).
-Dispersor de agua: Es cualquier medio que haga que el agua que ingresa al recipiente, no desarme la parte superior de la cama de carbón. Para esto se puede usar una capa de piedras de acuario, idéntica a la usada para hacer las veces de falso fondo.

Un filtro elemental y eficiente se puede hacer con una botella de agua mineral de 2 litros a la que se le corta la base y se le hacen perforaciones en la tapa con una mecha de unos 2 – 3 mm.
La cama inferior de piedras se puede hacer con ½ kg de grava para peceras, sobre la que se coloca aproximadamente unos 700 ml de carbón activado y sobre éste, otro ½ kg de grava para pecera.
Básicamente, eso es todo lo que se necesita. Para ir sofisticando el filtro, se pueden usar más elementos armando un sistema con llaves de ingreso y de egreso de agua y otras variantes.

Un filtro con conexiones de entrada y salida, permitirá hacerle lavados en contracorriente, que harán que las capas inferiores del filtro se encuentren periódicamente en contacto con agua de red que contiene cloro, evitando de esta forma, contaminación del filtro en las zonas que estarán en contacto con agua de muy bajo contenido de cloro.

Cómo estimar a que velocidad debe pasar el agua para que el filtro sea eficiente?

Como se mencionó, para la remoción del cloro y de los compuestos orgánicos presentes en el agua puede ser necesario que el agua esté en contacto con el carbón activado de 2 a 30 minutos.

Para asegurar que el tiempo de contacto sea adecuado, lo que se debe hacer es que el agua atraviese el filtro homogéneamente a través del carbón y a una velocidad que permita esos tiempos de contacto. Para esto, se debe regular la velocidad de ingreso del agua al filtro.

Calcular la velocidad de pasaje de agua es fácil, sólo se debe medir cuanto tiempo demora en llenarse un recipiente de volumen conocido (una probeta, una botella, un medidor de líquidos de cocina, etc).

El tiempo de contacto entre el agua y el carbón activado se conoce como EBCT (Empty Bed Contact Time) (4) y se calcula con la siguiente ecuación:

EBCT = 0,9997 * V / Q

Donde:

V es el volumen aparente del lecho de carbón (en litros)
Q el flujo del agua expresado en litros/min

0,9997 es un factor de multiplicación

Ejemplo:

Si como recipiente usásemos una botella conteniendo 0,7 litros de carbón activado y quisiéramos tener un tiempo de contacto de al menos 2 minutos (el mínimo recomendado), debiéramos dejar pasar agua a un flujo de:

2 = 0,9997 * 0,7 / Q

de donde:

Q = 2 / (0,9997 * 0,7)

o sea:
Q = 1,3996

Es decir que debiéramos dejar salir agua de nuestro filtro a un flujo de 1,3996 litros por minuto. O sea, que colectar unos 30 litros con ese filtro, nos demandaría unos 20 minutos de filtración.

Esa misma fórmula puede usarse para desarrollar un filtro para nuestras necesidades y por ejemplo, es la que se utiliza para desarrollar filtros de carbón para equipos de diálisis.

Cloro libre. Kit para cuantificarlo

Una de las formas más sencillas de medición del contenido de cloro en agua potable es utilizando un kit de Merck llamado Microquant que poseen escalas de medición de 0,1 – 0,2 – 0,3 – 0,4 – 0,6 – 0,8 – 1,0 – 1,5 – 2,0 mg/l de Cl2 libre.

Aunque en la literatura disponible no encontré el contenido máximo de cloro que sería admisible en agua para elaborar cerveza la idea es eliminar la mayor cantidad que se pueda, es decir, no detectar Cl2 en el límite inferior de la escala (concentración de 0,1mg/l).

Con un kit de estos, es posible comprobar que un filtro armado como se mencionó y a los flujos calculados con la fórmula anteriormente citada, no se detecta cloro en el límite inferior de la escala (concentración de 0,1mg/l).

Sugerencias

A partir de lo observado y de la información recopilada se sugiere:

-La geometría de filtro es importante para obtener un adecuado contacto entre el agua y la cama de carbón activado, siendo siempre conveniente que la altura de la cama de carbón sea al menos de 2 veces el diámetro de la misma.

– Aunque es posible reactivar parcialmente la capacidad del carbón para absorber Cl2 libre, los compuestos no volátiles presentes en agua no son fácilmente removibles. Esto, sumado a que en las capas inferiores de la cama están en contacto con muy poco cloro, se recomienda reemplazar la cama de carbón con una frecuencia de aprox. 6 meses.

-Lavar diariamente el filtro dejando pasar un volumen de agua equivalente a 2 o 3 veces el de la cama de carbón. Dejar escurrir bien y mantenerlo tapado.

– Utilizar tiempos de contacto (ver fórmula) no mayores a 10 minutos ya que aunque un mayor tiempo de contacto favorece la eliminación de compuestos clorados orgánicos, la capacidad de eliminar Cl2 libre disminuye a partir de ese valor (3).

Nota:

Aunque es posible encontrar en el mercado filtros de carbón conteniendo micro-partículas de plata que poseen una acción anti-microbiana para actuar sobre los microorganismos presentes en el agua y para preservar el carbón, no está dentro del alcance de este artículo el análisis de la cantidad de plata y flujos necesarios para alcanzar esos objetivos.

BIBLIOGRAFÍA:

(1) Factors affecting the choice of granular activated carbon for brewery filters. Gough, A.J.E.. Tech. Q. Master Brew. Assoc. Am., 1995, 32(4), 195-200

(2) www.fisicanet.com.ar Cap.AGUA – APQ322F (24/07/06)

(3) Granular Activated Carbon Purification of Brewing Water Supplies: Selection, Usage, Monitoring, and Replacement. By Gil W. Sanchez. Volume 38, Number 2 • 2001 • Pages 99-104

(4) Guías de Gestión de Calidad del Líquido de Diálisis (LD). Sociedad Española de Nefrología. R P. García y otros. Pag. 7; 49-50. Octubre 2003.

(5) Water of The World. Kristen England. 2006. Downloaded from www.bjcp.org el 03/01/07.

Claudio (il-boticario) Centrone. e-mail: il_boticario@yahoo.com

 

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