Los filtros de membrana domésticos por lo general usan membranas de ultrafiltración (UF) o microfiltración (MF) como lámina plana o módulos de fibra hueca. El agua se filtra mediante la gravedad o el bombeo manual. Las partículas, coloides, protozoos, bacterias y virus quedan retenidos en la superficie de la membrana. La efectividad de la eliminación depende del tamaño de los poros de la membrana y su calidad de producción.

La filtración por membrana por lo general se refiere a sistemas basados en membranas de UF, MF, NF y OI T.3 , T.10 , T.15 . Las membranas de MF usualmente tienen poros de 0,1–0,5 μm y eliminan partículas, bacterias y protozoos del agua.
Son menos eficaces para eliminar virus. Las membranas de UF tienen poros más pequeños (las usadas comúnmente para tratar agua potable varían entre 0,01–0,08 μm) y eliminan partículas, bacterias, protozoos y virus. La NF y la OI usualmente se usan a nivel domiciliario como módulos presurizados instalados bajo el lavabo que filtra agua entubada de la red de distribución. El uso de estos filtros en hogares no es común en emergencias, a menos que se usen desde antes, sin embargo, a veces se instalan en centros de atención médica para obtener agua de buena calidad. Por lo tanto, la atención se centra en los filtros de membrana de MF y UF que funcionan con la gravedad o el bombeo manual como sistemas autónomos para uno o varios hogares.

Las membranas se pueden ensuciar cuando se forma una capa de material retenido en la superficie con el tiempo, lo que reduce el caudal. Dependiendo del diseño del filtro, esta capa de suciedad se puede remover con retrolavado (pequeño caudal de agua limpia en dirección inversa) o limpieza (añadiendo químicos, sacudiendo o lavando la superficie). El ensuciamiento se intensifica cuando hay alto contenido de materia orgánica y alta turbiedad en el agua cruda. Dependiendo del tipo y concentración de la materia orgánica, la suciedad de la membrana puede ser irreversible y reducir el caudal, además de aumentar la obstrucción. La suciedad irreversible a veces puede solucionarse con una limpieza química.

Consideraciones de diseño

Los filtros de membrana domésticos usualmente son simples y fáciles de usar. El caudal que fluya a través del filtro depende de las características de la membrana (permeabilidad) y su área superficial, así como la presión aplicada y el nivel de suciedad causada por el agua cruda. En los sistemas que funcionan con la gravedad, un nuevo módulo de membrana puede proveer más de 40 l/h de agua tratada por m² de membrana donde hay una diferencia de presión hidrostática de 100 cm aproximadamente.

Materiales

Los filtros de membrana se suministran como sistemas listos para usar que incluyen contenedores de almacenamiento o como módulos que deben ser insertados o colocados dentro de baldes o bidones ya disponibles. El material filtrante es liviano y resistente. Dependiendo del fabricante, las bombas manuales se suministran como una parte integrada del sistema para generar presión y aumentar el caudal. Las bombas manuales requieren mantenimiento o reemplazo si se dañan. En muchos países, los filtros a menudo no están disponibles en el mercado nacional.

Aplicabilidad

Los filtros de membrana domésticos pueden distribuirse en todas las fases de respuesta cuando por lo general hay agua disponible, pero la calidad es mala o desconocida y hay riesgo de contaminación durante el almacenamiento o en el hogar. Los filtros de membrana son especialmente útiles cuando la población está dispersa y la instalación de sistemas de tratamiento a gran escala no es viable. Algunos sistemas de UF también son útiles en zonas con agua turbia o con alto contenido de hierro, ya que otros sistemas se obstruyen o fallan. El número de sistemas y productos en el mercado crece rápidamente, pero su distribución todavía está a cargo principalmente de proyectos y ONG.

Operación y mantenimiento

La mayoría de los sistemas de filtración por membrana requiere retrolavado y limpieza, y se obstruirá si no se hace regularmente. La probabilidad de que los filtros se obstruyan durante el funcionamiento con aguas turbias depende del tipo y configuración de la membrana, así como del mecanismo y frecuencia del retrolavado. Algunos productos tienen sistemas automáticos de retrolavado. A veces, se puede reducir la obstrucción antes de la filtración utilizando rejillas simples, las que deberían limpiarse regularmente. Se requiere capacitación para operar algunos de los productos disponibles en el mercado.
La obstrucción irreversible de los filtros de membrana es un claro indicador de falla, lo que demuestra que debe reemplazarse.
Usualmente, el fabricante garantiza una operación sin fallas de 1–2 años con aguas superficiales (con alta turbiedad y alto contenido de materia orgánica), mientras que los filtros pueden funcionar por más tiempo con agua limpia y poca materia orgánica. Los fabricantes a menudo especifican el volumen esperado de agua filtrada antes de que se produzca obstrucción con turbiedad y materia orgánica definidas. Cuando se reciben las membranas, puede que contengan glicerina en los poros y superficie, lo que se quita en el primer uso. Esto puede generar un poco de espuma, pero por lo general no es dañina para la salud. Luego de que se elimina la glicerina, la membrana se puede obstruir irreversiblemente si se seca (p. ej., durante el almacenamiento), por lo que debería mantenerse mojada o en entornos húmedos cuando no está en uso.

Salud y seguridad

Aunque los filtros de membrana muestran un rendimiento confiable, la calidad de los productos puede variar considerablemente. Cuando la calidad de producción está asegurada y comprobada, los filtros de UF son una de las tecnologías más confiables para eliminar protozoos y bacterias, con tasas de reducción de 6 logaritmos. Para eliminar virus, las membranas con poros pequeños (<20 nm) y una distribución de tamaño de poro reducida son eficaces. Las membranas con poros más grandes (>40–60 nm, p. ej., todas las membranas de MF y algunas de UF) pueden tener un rendimiento limitado. La mayoría de los sistemas generan efluente concentrado durante el retrolavado, con una concentración más alta de microorganismos que el agua cruda, el que debe ser desechado adecuadamente. El agua de retrolavado que se usa para otros fines dentro de los hogares puede ser un riesgo para la salud.

Costos

Los filtros de membrana cuestan entre USD 15 y USD 100 por sistema. El diseño, el área superficial y la calidad de producción definen el costo. Usualmente, los sistemas funcionan sin consumibles y son robustos. Por lo tanto, no hay costos operativos. La vida útil varía entre 6 meses y 5 años, dependiendo de la calidad del producto, la frecuencia del retrolavado/limpieza y la calidad del agua filtrada. Por lo general, los filtros no están disponibles localmente, y los costos de transporte y las regulaciones de importación aumentan los costos y tiempos de entrega.

Consideraciones medioambientales y sociales

Usualmente, los filtros de membrana son bien aceptados. Como las partículas en suspensión se eliminan por completo sin cambiar el sabor ni el olor del agua, el agua tratada generalmente se considera segura y limpia. La mayoría de los sistemas de membrana tienen caudales iniciales relativamente altos en comparación con otros productos de TANDAS. Algunos sistemas no tienen instrucciones claras para instalarlos y operarlos. Para poder usar la tecnología correctamente, se requiere capacitación adecuada y conocimiento del principio de filtración y su O&M. La industria de fabricación de membranas está creciendo rápidamente, y aparecen nuevos productos y tecnologías basadas en UF en el mercado internacional cada año.