Coagulación, floculación y sedimentación con alumbre

Resumen

Añadir una pequeña dosis de alumbre al agua turbia, removerla deprisa y luego despacio, y dejarla en reposo hace que el barro y la arcilla que no sedimentarían en días formen copos («flóculos») que caen al fondo en 30 min a 2 h. El agua de arriba se decanta clara. Resultado medible de referencia: en una prueba de campo, agua de 109 NTU quedó en ≈ 3 NTU con 30 mg/L de sulfato de aluminio (Dorea 2009, fig. 3), lo que equivale a ≈ 1 g de alumbre potásico por cubo de 20 L (ver «Cálculos»). La dosis de tu agua la da la prueba de jarras. La clarificación no hace potable el agua: retira parte de los microbios (en campo, del orden del 90-95 % de las bacterias; CAWST 2009), pero siempre hay que desinfectar después (cloro, hervido, SODIS o filtro). Su gran utilidad es que el cloro, el sol y los filtros funcionan mal o se atascan con agua turbia.

Requisitos previos

• Conocimientos: ninguno imprescindible. Para el paso final hay que saber desinfectar: Desinfección química del agua con cloro y yodo, Hervido del agua o Desinfección solar (SODIS).
• Dependencia de nivel tecnológico (léase antes de planificar): el procedimiento es N1 (recipientes, un palo para remover, medidas de volumen de cerámica, una balanza de platillos), por eso nivel: 1. El reactivo no siempre lo es: el sulfato de aluminio comercial es química industrial (N3-N4) y en un escenario de reconstrucción será sobre todo recuperado de existencias. El alumbre potásico sí se ha fabricado de forma artesanal desde la Antigüedad (N2; ver «Variantes»). Las semillas de moringa son N0-N1 donde el árbol crece.
• Materiales (para un cubo de 20 L):
  • Coagulante, por orden de preferencia:
    • Alumbre potásico (sulfato doble de aluminio y potasio, KAl(SO4)2·12H2O): cristales incoloros o polvo blanco. Se vende como «piedra de alumbre» (desodorante, después del afeitado), en farmacias, tiendas de tintes naturales y de encurtidos (aditivo E522). Hacen falta 0,2-2,5 g por cubo según la turbidez.
    • Sulfato de aluminio (Al2(SO4)3·14-18H2O, lo que en tratamiento de aguas se llama «alum» a secas): granulado, bloques o polvo de almacenes de químicos, depuradoras y tiendas de piscinas. Rinde un 60 % más por gramo que el alumbre potásico: la dosis en gramos es unos 0,6 veces la del potásico.
    • Alumbre amónico (NH4Al(SO4)2·12H2O): muchas «piedras de alumbre» baratas son de este tipo. Solo si no hay potásico ni sulfato de aluminio. Coagula igual (misma dosis en gramos), pero aporta amonio: ≈ 0,04 mg de NH4⁺ por mg de alumbre, es decir, a 48 mg/L añade ≈ 1,9 mg/L de amonio (la UE admite 0,50 mg/L). El cloro reacciona con el amonio y forma cloraminas, mucho peores desinfectantes; para tener cloro libre habría que pasar el «punto de ruptura», que a esa dosis exige ≈ 11 mg/L de cloro (ver «Cálculos»). Con alumbre amónico, desinfecta hirviendo o con SODIS; si solo puedes clorar, comprueba con un kit DPD de cloro libre (no total) que hay ≥ 0,5 mg/L a los 30 min. Cómo distinguirlos: una pizca de alumbre calentada con un poco de cal apagada o sosa y unas gotas de agua huele a amoniaco si es amónico; el potásico no huele.
    • Semillas secas de Moringa oleifera (alternativa natural): 5-40 almendras por cubo según turbidez.
  • Agua limpia para preparar la solución madre: 1 L.
  • Opcional, para aguas blandas (lluvia, arroyos de granito): cal apagada (hidróxido cálcico), carbonato sódico (sosa Solvay) o bicarbonato sódico; cantidades en «Cálculos».
• Herramientas:
  • 2 cubos o cántaros de 20-25 L, idealmente uno con grifo a 4-5 cm del fondo (N1 con cántaro y tapón de madera; N3-N4 cubo de plástico alimentario con grifo). En un cubo de 20 L (≈ 29 cm de diámetro) cada centímetro de altura son ≈ 0,66 L: un grifo a 8-10 cm dejaría 5-7 L sin aprovechar.
  • Un palo o pala limpia de 50-60 cm para remover.
  • Para la prueba de jarras: 5 frascos o botellas transparentes iguales de 1 L (vidrio N2; botellas PET cortadas, recuperadas).
  • Medidas de volumen: una cucharilla de 5 mL y una taza de 250 mL (calibradas con agua; ver paso 1).
  • Una balanza de platillos casera (N1) o una báscula de cocina (N4 recuperada) para pesar 10 g.
  • Opcional: un tubo de goma o una caña de 1-1,5 m para sifonar; un paño de algodón tupido.
• Tiempo y personas: una persona. Prueba de jarras: 45-60 min, una vez por fuente de agua y cada vez que cambie su aspecto (crecidas, estiaje). Tratar un cubo: 15 min de trabajo más 1-2 h de reposo.

Principio de funcionamiento

Por qué el agua turbia no se aclara sola. La turbidez la causan partículas coloidales de arcilla, limo fino, restos orgánicos y microbios, de 1 nm a 10 µm. Casi todas tienen carga eléctrica negativa en la superficie, se repelen entre sí y no se juntan (CAWST 2009). Además son tan pequeñas que caen lentísimo: por la ley de Stokes, una partícula de arcilla de 0,002 mm y densidad 2650 kg/m³ en agua a 20 °C cae unos 0,3 m al día (cálculo en «Cálculos»). Un cubo de 40 cm tardaría días en aclararse, y la agitación térmica y cualquier corriente lo impiden del todo con las partículas más finas.

Las tres etapas.

1. Coagulación (segundos, mezcla rápida). Al disolverse, el alumbre libera iones de aluminio (Al³⁺) que reaccionan con el agua y forman especies con carga positiva y, después, hidróxido de aluminio (Al(OH)3), un gel blanquecino. Las cargas positivas neutralizan las negativas de las partículas, que dejan de repelerse (CAWST 2009). Esto ocurre en segundos, por eso el coagulante debe repartirse enseguida y con fuerza por todo el volumen: si se queda concentrado en un punto, reacciona allí y el resto del agua no se trata. A dosis bajas domina la neutralización de cargas; a dosis altas y pH 6-8, el «barrido»: las partículas quedan atrapadas en el gel de hidróxido que precipita.
2. Floculación (minutos, mezcla lenta). Las partículas ya desestabilizadas chocan y se pegan formando flóculos de 0,5-2 mm, visibles como copos o «nieve» en el agua. Hace falta agitación suave: favorece los choques; la agitación fuerte rompe los copos ya formados.
3. Sedimentación (30 min a varias horas, reposo absoluto). Los flóculos, mucho mayores que las partículas originales, caen en minutos u horas. Arrastran consigo parte de las bacterias, virus y quistes adheridos a las partículas, que quedan en el lodo del fondo.

Las variables que mandan.

• Dosis. Hay un intervalo óptimo que depende de cada agua. Poca dosis: no se forman copos. Demasiada: las partículas se cargan positivas, vuelven a repelerse y el agua queda peor (Dorea 2009, fig. 3: con 109 NTU de partida, 30 mg/L de sulfato de aluminio dieron unos 3 NTU y 90 mg/L unos 14 NTU). Por eso la dosis se determina con una prueba de jarras, no se adivina. Aguas más turbias suelen pedir más dosis, pero no en proporción. Con agua poco turbia hay menos partículas que choquen y los copos se forman más despacio: puede hacer falta alargar la mezcla lenta; la prueba de jarras lo muestra.
• pH y alcalinidad. La reacción del aluminio con el agua libera ácido (3 H⁺ por cada Al). La alcalinidad del agua (sobre todo bicarbonatos disueltos, en mg/L de CaCO3) neutraliza ese ácido. Cada mg/L de sulfato de aluminio consume 0,5 mg/L de alcalinidad (TDEC 2022) y cada mg/L de alumbre potásico, unos 0,32 mg/L (cálculo estequiométrico, ver «Cálculos»). Si el agua es muy blanda (lluvia, deshielo, arroyos de terreno granítico), el pH cae, el aluminio queda disuelto en vez de precipitar, no se forman flóculos y el agua tratada lleva más aluminio. El intervalo de buena coagulación con aluminio es pH 6,0-7,5, y la mínima solubilidad del aluminio (menos residual) está entre pH 6,0 y 7,0 (Dorea 2009). La cura es añadir alcalinidad (cal, sosa, bicarbonato) antes del alumbre.
• Temperatura. Por debajo de 5 °C la coagulación con aluminio es más lenta, clarifica peor y deja más aluminio residual (Dorea 2009). En invierno: más tiempo de floculación y de reposo, y prueba de jarras con el agua a la temperatura real.
• Tiempo de reposo sin perturbaciones. Sol directo sobre un lado del recipiente, viento o golpes crean corrientes que mantienen los flóculos en suspensión.

Cuánto aluminio lleva cada coagulante. Lo que coagula es el aluminio, no el nombre del producto:

(Masas calculadas con los pesos atómicos IUPAC. El sulfato de aluminio comercial varía en su contenido de agua; la prueba de jarras corrige cualquier diferencia.)

Qué hace y qué no hace. Quita turbidez con eficacia, reduce color, parte de la materia orgánica y parte de los microbios: en laboratorio, más del 90 % a más del 99 % de bacterias, virus, protozoos y huevos de helmintos (1-2 unidades logarítmicas), pero en campo, menos del 90 % de bacterias en un estudio y un 95 % en otro (menos de 1 a 1,3 unidades logarítmicas; CAWST 2009, Key Data). Agua con 10 000 E. coli por 100 mL puede quedar con más de 500-1000. No desinfecta de forma fiable, no quita sales disueltas (agua salobre), nitratos ni la mayoría de productos químicos disueltos.

Procedimiento

A. Preparar la solución madre al 1 %

Trabajar con una solución de concentración conocida es mucho más preciso que echar «una pizca» de polvo, y el alumbre disuelto se reparte en segundos.

1. Calibrar las medidas. Lo que importa es la coherencia, no la precisión absoluta: si la madre, las jarras y el cubo se miden con la misma taza y la misma cucharilla, un error de la taza se compensa. Llena la cucharilla con agua y vuélcala en la taza: cuenta cuántas cucharillas llenan la taza (una cucharilla de 5 mL da 50 en 250 mL). Si tienes una referencia real (botella comercial de 1 L, envase de 250 mL), úsala para saber el volumen de la taza. Marca en un cántaro el nivel de 1 L (4 tazas) y mide también el cubo de tratamiento con la taza, marcando por dentro el nivel de 20 L (80 tazas). Calcula siempre con el volumen marcado, no con el nominal del cubo. Criterio de éxito: cucharillas por taza anotadas, marca de 1 L en el cántaro y marca de 20 L en el cubo.
2. Pesar 10 g de alumbre. Con báscula, directamente. Sin báscula, con una balanza de platillos (N1): en un platillo, un vasito con 10 mL de agua (2 cucharillas de 5 mL, que pesan 10 g) y en el otro un vasito igual vacío; equilibra añadiendo alumbre molido al vasito vacío. Alternativa con monedas de euro recuperadas: dos monedas de 5 céntimos y una de 1 céntimo pesan 10,14 g. Si más adelante vas a medir el alumbre con cuchara, pesa una vez una cucharilla rasa del mismo alumbre molido y anota su masa. Criterio de éxito: platillos equilibrados con 10 g (± 1 g) de alumbre.
3. Disolver. Machaca los cristales hasta polvo fino en un mortero de piedra o cerámica. Echa los 10 g en el cántaro, añade agua limpia hasta la marca de 1 L y remueve 2-3 min. El 1 % se disuelve de sobra: el alumbre potásico admite ≈ 11 g de cristal hidratado (≈ 6 g expresado como KAl(SO4)2) por 100 g de agua a 20 °C, y 5-6 g de cristal a 0 °C (CRC Handbook; «Potassium alum»); en agua fría tarda más en disolverse. Resultado: 10 g/L = 10 mg de alumbre por mL. Criterio de éxito: líquido transparente sin cristales en el fondo tras 5 min de reposo.
4. Guardar. En frasco de vidrio, cerámica esmaltada o plástico con tapa, etiquetado («ALUMBRE 1 % — NO BEBER»), a la sombra y fuera del alcance de niños. La solución es ácida (pH ≈ 3,5). CAWST (2009, Key Data) da una vida útil de hasta 6 meses para coagulantes líquidos y 1 año para sólidos; renueva antes la solución si enturbia, aparece moho o se forman cristales. No uses recipientes de metal: la solución los ataca. Criterio de éxito: frasco cerrado, rotulado y con la fecha de preparación.

B. Prueba de jarras casera (determina la dosis)

Hazla con cada fuente nueva y cada vez que cambie el aspecto del agua (tras lluvias fuertes se dispara la turbidez). Para las jarras de 1 L conviene diluir la madre al 0,2 % para poder medir con cucharilla.

5. Preparar la dilución al 0,2 %. 1 taza (250 mL) de solución madre al 1 % + 4 tazas (1 L) de agua limpia = 1,25 L al 0,2 % (2 mg por mL, 10 mg por cucharilla de 5 mL). Criterio de éxito: frasco rotulado «0,2 %».
6. Llenar las jarras. Toma 5-6 L del agua a tratar bien removida (la turbidez del cubo debe ser la misma que la de la jarra). Llena 5 frascos iguales con 1 L cada uno (4 tazas) y numéralos. Si el agua es muy blanda (lluvia, deshielo, arroyos de granito) prepara una segunda tanda con alcalinidad añadida (ver «Cálculos», apartado de alcalinidad). Criterio de éxito: 5 jarras con el mismo volumen y el mismo aspecto.
7. Dosificar. Añade a las jarras 0, 1, 2, 4 y 6 cucharillas de la dilución al 0,2 % = 0, 10, 20, 40 y 60 mg/L de alumbre. Si la jarra de 60 mg/L resulta la mejor, repite con la serie alta: 0, 4, 8, 12 y 16 cucharillas (0, 40, 80, 120 y 160 mg/L). Con sulfato de aluminio sirve la misma serie, sabiendo que cada cucharilla aporta un 60 % más de aluminio. Criterio de éxito: cada jarra con su dosis anotada.
8. Mezcla rápida: 1 min. Remueve cada jarra con fuerza durante 1 min, a la vez si hay varias manos o seguidas con el mismo ritmo, con un tenedor o palito, haciendo remolino. Todas las jarras deben recibir el mismo trato (Dorea 2009). Criterio de éxito: remolino vigoroso durante 60 s en cada jarra.
9. Mezcla lenta: 3-5 min. Remueve suave, una vuelta cada 3-4 s (15-20 vueltas por minuto), sin salpicar. En la prueba de campo descrita por Dorea (2009) bastan 2-3 min; alarga a 5 min si hace frío. Criterio de éxito: en las jarras con dosis adecuada aparecen copos visibles de 0,5-2 mm.
10. Reposo: 30 min sin tocar las jarras, a la sombra (Dorea 2009 usa 20-30 min). Criterio de éxito: se distingue una capa de lodo en el fondo y agua más clara encima en al menos una jarra.
11. Elegir la dosis. Mira cada jarra contra la luz y contra un papel con letra impresa detrás. Elige la menor dosis que da el agua más clara y con los flóculos más grandes y ya sedimentados. Si dos jarras parecen igual de claras, la de menos alumbre. Si la mejor es la de mayor dosis, repite con dosis más altas; si la mejor es la de 10 mg/L, repite con 0, 5, 10 y 15 mg/L. Si ninguna forma flóculos, sospecha agua muy blanda (pH bajo) y repite añadiendo alcalinidad. Criterio de éxito: una dosis elegida y anotada («Río, julio, turbio: 40 mg/L»).

Ejemplo numérico resuelto (datos reales). Dorea (2009, fig. 3) describe una prueba de campo con agua de 109 NTU, mezcla rápida (1 min en el texto, 30 s en la figura), 2 min de mezcla lenta y reposo. Turbidez tras el reposo, leída aproximadamente de la gráfica:

La dosis elegida es 30 mg/L de sulfato de aluminio: la más clara, y con más dosis el agua empeora. Si en lugar de sulfato de aluminio usas alumbre potásico, multiplica por 1,60 (tabla del «Principio», suponiendo sulfato de 14 aguas; Dorea no indica la hidratación, y con 18 aguas serían ≈ 43 mg/L): 30 × 1,60 = 48 mg/L, que redondeas a la jarra más próxima de tu serie (40 o 60 mg/L; repite con 50 mg/L si quieres afinar). La prueba de jarras con tu propio producto corrige esta incertidumbre. Para un cubo de 20 L: 48 mg/L × 20 L = 960 mg ≈ 1 g de alumbre = 96 mL de solución madre al 1 % (unas 19 cucharillas de 5 mL, o unos 2/5 de taza de 250 mL). Para un depósito de 1 m³: 48 mg/L × 1000 L = 48 g.

C. Tratar un cubo de 20 L

12. Pretratamiento opcional. Si el agua trae hojas, arena o barro grueso, déjala reposar 1-2 h y pásala a otro cubo por un paño doblado. Si la prueba de jarras pidió alcalinidad, añádela ahora y remueve 1 min. Criterio de éxito: sin sólidos flotantes ni arena en el fondo del cubo.
13. Añadir el alumbre. Llena el cubo hasta la marca de 20 L (paso 1). Mide la solución madre al 1 % según la dosis elegida: 1 mL de madre por litro por cada 10 mg/L (para 20 L: 20 mL = 4 cucharillas por cada 10 mg/L; a 40 mg/L, 80 mL = 16 cucharillas; a 48 mg/L, 96 mL ≈ 19 cucharillas). Si tu cubo marcado tiene otro volumen, usa la fórmula de «Cálculos» con ese volumen. Viértela repartida en chorro fino mientras otra persona remueve, o remueve tú inmediatamente. Criterio de éxito: volumen medido y vertido en menos de 15 s.
14. Mezcla rápida: 1 min. Remueve con el palo con fuerza, haciendo remolino que llegue al fondo. Criterio de éxito: remolino que arrastra el agua del fondo durante 60 s.
15. Mezcla lenta: 5-10 min. Remueve suave, una vuelta completa del palo cada 3-4 s. En un cubo, los flóculos tardan más que en la jarra en crecer. Para si ves copos grandes; si los rompes, no se rehacen bien. Criterio de éxito: copos visibles de 0,5-2 mm entre los que el agua empieza a verse más clara.
16. Reposo: al menos 1-2 h, tapado (contra polvo e insectos), a la sombra y sin mover el cubo. Si hace frío o el agua era muy turbia, alarga hasta toda la noche; en tanques se llega a 12 h (Dorea 2009, apdo. 3). Por debajo de 5 °C el alumbre rinde peor (Dorea 2009). Criterio de éxito: capa de lodo bien definida en el fondo y el agua de encima sin turbidez apreciable al trasluz en un vaso transparente. No existe una prueba casera fiable de que el agua esté por debajo de 5 NTU (ver «Verificación»): si dudas, desinfecta con doble dosis de cloro.
17. Decantar sin remover el lodo. Tres opciones, de mejor a peor:
    • Grifo a 4-5 cm del fondo: ábrelo despacio y ciérralo cuando queden ≈ 3 L o salga turbio.
    • Sifón: tubo lleno de agua, extremo de entrada sujeto a un palo para que quede 5-10 cm bajo la superficie y bajando a medida que baja el nivel, pero nunca a menos de 5 cm del lodo; extremo de salida más bajo que el fondo del cubo, dentro de un recipiente limpio. No chupes el tubo con la boca: llénalo sumergiéndolo entero y tapando un extremo con el dedo.
    • Vertido muy lento inclinando el cubo, parando en cuanto veas subir turbio. Deja en el cubo los últimos ≈ 3 L (≈ 15 %, unos 4-5 cm de altura) con el lodo. Criterio de éxito: el agua recogida es tan clara como la de arriba del cubo, sin copos.
18. Filtrar (recomendable) y desinfectar (obligatorio). Si tienes filtro de arena o de cerámica, pasa el agua clarificada: ahora no se atascará. Después desinfecta: cloro (a la dosis de agua clara si la turbidez es claramente baja; doble si dudas), hervido o SODIS (ver artículos enlazados). Si usaste alumbre amónico, hierve o usa SODIS; el cloro solo vale si un kit DPD confirma ≥ 0,5 mg/L de cloro libre a los 30 min (ver «Materiales»). Desinfecta el mismo día: el agua clarificada sin desinfectar no se guarda. Criterio de éxito: agua clarificada y desinfectada según el método elegido.
19. Gestionar el lodo. El lodo concentra barro, aluminio y los microbios retirados. Viértelo en un hoyo a más de 30 m de pozos y fuentes, con el fondo del hoyo al menos 1,5 m por encima del nivel freático (criterios del Manual Esfera 2018 para excretas), y aguas abajo de cualquier toma (Dorea 2009); cúbrelo con tierra. Lava el cubo con agua ya tratada. Lávate las manos. Criterio de éxito: cubo limpio y lodo enterrado lejos del agua.

D. Clarificar con semillas de moringa (sin alumbre)

20. Dosis orientativa según turbidez (ECHO 2005, p. 2; ajustar con prueba de jarras): < 50 NTU, 1 almendra de semilla por 4 L; 50-150 NTU, 1 por 2 L; 150-250 NTU, 1 por litro; > 250 NTU, 2 por litro. Expresado en masa de semilla molida (Schwarz 2000, p. 3): < 50 NTU, 10-50 mg/L; 50-150 NTU, 30-100 mg/L; > 150 NTU, 50-200 mg/L. Para un cubo de 20 L medianamente turbio: 10 almendras. Para la prueba de jarras, prepara la solución del paso 21 con una cantidad conocida de semilla y dosifica por cucharillas, como en el apartado B. Criterio de éxito: número de almendras (o gramos) contado.
21. Preparar. Usa semillas maduras y secas; quita la cáscara y descarta las almendras oscuras o mohosas. Muele hasta polvo fino (mortero) y tamiza. Haz una pasta con unas gotas de agua limpia, mézclala con 250 mL de agua limpia en una botella y agita 1 min. Cuela por tela fina directamente sobre el cubo. Prepara la solución en el momento; como máximo, úsala en las 8 h siguientes (Schwarz 2000; ECHO 2005). Criterio de éxito: líquido lechoso sin grumos.
22. Mezclar y reposar. Mezcla rápida al menos 1 min; lenta (15-20 vueltas por minuto) 5-10 min; reposo de 1-2 h como mínimo; decanta como en el paso 17 y desinfecta como en el 18 (ECHO 2005). La moringa añade materia orgánica al agua y los microbios que queden pueden volver a multiplicarse (ECHO 2005, p. 3; Schwarz 2000, p. 4): desinfecta y consume el agua el mismo día. Criterio de éxito: agua clara sobre un lodo en el fondo.

Verificación

• Formación de flóculos (inmediata). Durante la mezcla lenta deben verse copos. Sin copos no hay tratamiento: revisa dosis, pH y temperatura.
• Turbidez sin instrumentos.
  • Agua clarificada en un vaso transparente contra la luz: sin nube ni copos flotando.
  • Prueba de la botella (como en SODIS, paso 3): botella transparente de 1,5-2 L llena, colocada de pie sobre el titular de un periódico y mirando en vertical desde la boca. Si se leen las letras, la turbidez es inferior a unos 30 NTU (ver Desinfección solar (SODIS)). Es un mínimo, no la meta.
  • Prueba de la moneda (Reed, Smith y Shaw 2017, p. 8): pon una moneda de ≈ 2,5 cm en el fondo de un recipiente alto de paredes oscuras y ve añadiendo el agua mirando desde arriba. Si la moneda desaparece antes de 32 cm de agua, más de 20 NTU; entre 32 y 50 cm, 10-20 NTU; si sigue visible con más de 50 cm, menos de 10 NTU.
  • Tubo de turbidez: tubo transparente de 80 cm o más con una marca negra en el fondo blanco; se vierte agua hasta que la marca deja de verse y se lee la escala. Los tubos comerciales miden de 5 a 2000 NTU con escala no lineal (MSF Unicat 11301; Reed, Smith y Shaw 2017) y no miden por debajo de 5 NTU. Un tubo casero sin calibrar solo sirve para comparar un agua con otra o de un día a otro.
  • Para la cloración se pide < 5 NTU (Manual Esfera). Ninguna prueba casera lo garantiza: si no tienes turbidímetro y el agua no está claramente cristalina, usa doble dosis de cloro.
• Turbidímetro (N4 recuperado): meta < 5 NTU, mejor < 1 NTU antes de desinfectar.
• pH. Tiras o medidor (N4): el agua tratada debe quedar entre 6,0 y 7,5. El indicador de col lombarda (N1: agua de cocer col lombarda) es demasiado grosero para esto: da violeta en un intervalo amplio, de pH ≈ 5 a 7, y rosa o rojo solo a pH ≤ ≈ 4. Un violeta no garantiza pH ≥ 6; solo detecta errores gruesos (rosa = sobredosis grave o agua muy ácida). Para vigilar el aluminio disuelto hacen falta tiras o medidor.
• Sabor. Agua tratada con sabor ácido, astringente o metálico indica sobredosis o pH bajo: repite la prueba de jarras.
• Aluminio residual. Sin kit no se puede medir. Se controla indirectamente: dosis mínima eficaz, pH 6,0-7,0, flóculos bien sedimentados y decantación limpia (buena parte del aluminio residual va en los copos que se escapan; Dorea 2009). Con medios (N4): kit colorimétrico de aluminio; meta ≤ 0,2 mg/L (OMS para instalaciones pequeñas) u 0,1 mg/L en plantas grandes. Recuerda que un kit mide mal con fosfatos, flúor, hierro, manganeso o alcalinidad elevada (Dorea 2009, apdo. 4).
• Microbiológico. La clarificación no se verifica por el aspecto: la prueba de seguridad es la de la desinfección posterior (cloro residual libre 0,2-0,5 mg/L o hervido correcto) y, si hay medios, recuento de E. coli (0 por 100 mL).

Errores frecuentes

Seguridad

• Riesgo principal: creer que el agua clara es potable. Puede matar. La clarificación deja pasar bacterias, virus y quistes (en campo, retirada de bacterias del orden del 90-95 %; CAWST 2009). Cólera, fiebre tifoidea, hepatitis A o Cryptosporidium siguen presentes. Desinfecta siempre después y enséñalo así: «alumbre para aclarar, cloro o fuego para beber».
• Alumbre amónico y cloro. El amonio que aporta consume el cloro y lo convierte en cloraminas, que desinfectan mucho peor: el agua puede parecer clorada (huele a cloro) y no estar bien desinfectada. Con alumbre amónico, hierve o usa SODIS; si cloras, exige ≥ 0,5 mg/L de cloro libre medido con DPD a los 30 min. Prefiere siempre alumbre potásico o sulfato de aluminio.
• Lodo contaminado. Concentra los patógenos del agua. Manéjalo como aguas residuales: sin tocarlo con las manos desnudas si es posible, enterrado a más de 30 m de pozos y fuentes y aguas abajo de las tomas (paso 19); lavado de manos con jabón. No lo viertas al río de donde otros toman agua: además, el aluminio concentrado del lodo es tóxico para el ecosistema acuático (Dorea 2009).
• Aluminio en el agua tratada. La OMS no ha fijado un valor guía sanitario porque no hay pruebas concluyentes de daño a las concentraciones habituales del agua de bebida (tampoco de relación con la enfermedad de Alzheimer), pero pide mantenerlo en ≤ 0,1-0,2 mg/L por buena práctica (OMS 2010; OMS 2022); la UE fija 0,2 mg/L (Directiva 2020/2184). Se consigue con dosis mínima eficaz, pH 6,0-7,0 y buena decantación. Nunca uses agua tratada con alumbre para diálisis ni para preparar líquidos de uso intravenoso: en enfermos renales en diálisis el aluminio del agua ha causado encefalopatía y enfermedad ósea graves (OMS 2010). Para bebés alimentados con fórmula y personas con insuficiencia renal, como precaución de este artículo (la OMS no da una recomendación específica), prefiere agua de una fuente clara que no necesite coagulante o sé especialmente estricto con la dosis mínima: la función renal reducida favorece la acumulación de aluminio (OMS 2010).
• El reactivo sólido y la solución madre. El alumbre potásico es poco tóxico (se usa en alimentación como E522), pero ingerido en cantidad (gramos) irrita estómago e intestino y provoca vómitos; la solución madre es ácida y escuece en los ojos. Etiqueta los frascos, guárdalos lejos de niños y de la comida, y no uses los mismos recipientes para beber. Si cae en los ojos: lavar con abundante agua limpia 15 min. Si alguien bebe solución madre o come alumbre: enjuagar la boca, beber uno o dos vasos de agua, no provocar el vómito y buscar atención médica si hay malestar persistente (pauta habitual de las fichas de datos de seguridad del sulfato de aluminio y potasio).
• Sulfato de aluminio industrial y floculantes de piscina. Pueden llevar impurezas (hierro, metales pesados) o polímeros no aptos para agua de bebida. Usa solo producto etiquetado para tratamiento de agua potable o alimentario; si la etiqueta no lo dice o lleva otros ingredientes, no lo uses para beber. El sulfato de aluminio en polvo irrita ojos y vías respiratorias: manejarlo sin levantar polvo y con un paño en nariz y boca.
• Alumbre de fabricación casera (a partir de minerales): puede arrastrar hierro (tiñe los cristales) y otros metales del mineral. Solo para agua de bebida tras recristalizarlo al menos una vez y usando cristales incoloros y transparentes.
• Aditivos alcalinos. La cal viva (óxido cálcico) reacciona con el agua calentándose y quema piel y ojos; la cal apagada y el carbonato sódico también irritan en polvo. Añádelos disueltos o en lechada, en las pequeñas cantidades de «Cálculos», con protección de ojos. La sosa cáustica (hidróxido sódico, variante N3-N4) es muy corrosiva: destruye piel y ojos y se calienta mucho al disolverse; échala siempre poco a poco sobre agua fría (nunca agua sobre la sosa), con gafas y guantes. Si cualquiera de ellos salpica a los ojos: lavar 15-20 min con agua y buscar atención médica.
• Semillas de moringa. Solo Moringa oleifera o M. stenopetala identificadas con seguridad; no uses semillas de árboles que no conozcas. La moringa tampoco desinfecta de forma completa (ECHO 2005).
• Límites del método. No quita sal, nitratos, flúor, arsénico disuelto ni la mayoría de pesticidas y metales disueltos. Si el agua viene de minas, industria o campos muy tratados, busca otra fuente.

Variantes

• Con menos recursos (sin coagulante, N0):
  • Sedimentación simple o método de las tres vasijas: dejar el agua en reposo 24-48 h en un recipiente tapado, trasvasar el agua de arriba a otro recipiente y usar ese (verificar tiempos con Sobsey 2002, Managing Water in the Home, OMS). Quita arena, limo y parte de la turbidez, pero no la arcilla fina, y requiere tres veces más recipientes.
  • Coagulantes vegetales: además de la moringa (paso D), se han usado tradicionalmente las semillas de Strychnos potatorum (nirmali, en la India) y el mucílago de cactus Opuntia (nopal, en América), frotados o machacados en el agua. No hay dosis fiables recogidas aquí: hacer siempre prueba de jarras. Moringa stenopetala es más eficaz que M. oleifera (ECHO 2005). Recoger las semillas de moringa en la estación seca: algunos estudios encontraron menos principio activo en las recogidas en la estación lluviosa (ECHO 2005).
• Obtener o fabricar alumbre (N1-N3), solo mención:
  • Recuperación (lo realista a corto plazo): farmacias y droguerías («piedra de alumbre», alumbre en polvo), tiendas de tintes naturales y curtidos (el alumbre es mordiente), almacenes de alimentación (encurtidos), depuradoras y distribuidores de reactivos para agua (sulfato de aluminio). CAWST (2009, Key Data) estima una vida útil de 1 año para coagulantes sólidos; guárdalos secos y cerrados.
  • Fabricación histórica (N2): desde la Antigüedad se obtuvo de la alunita (calcinada y lixiviada) y, en la Inglaterra de los siglos XVII-XIX, de pizarras aluminosas con pirita: se tostaban en montones durante meses, se lixiviaban con agua, se añadía potasio (ceniza de algas o de madera) o amonio (orina añeja) y se cristalizaba el alumbre al enfriar (Alum industry in North Yorkshire). El alumbre con amonio de orina tiene el problema del cloro descrito arriba: para agua de bebida conviene la vía del potasio. Es química de extracción y cristalización; su procedimiento detallado debe ir en un artículo propio de química.
  • Sulfato de aluminio (N3): atacando arcilla caolinítica o bauxita con ácido sulfúrico; requiere producir y manejar ácido sulfúrico. Remitir a química industrial básica.
• Con más recursos (N3-N4):
  • Otros coagulantes: policloruro de aluminio (PAC), que consume menos alcalinidad y tolera mejor el agua fría (verificar). Cloruro férrico, con intervalo útil de pH 5,0-9,0 y fácil de disolver, que usa Médicos Sin Fronteras, aunque es más difícil de conseguir y puede dejar el agua amarillenta (Dorea 2009). Los sobres comerciales de «floculante-desinfectante» para uso doméstico combinan coagulante y cloro en una sola dosis; siguen las instrucciones del fabricante.
  • Filtración tras la sedimentación: filtro rápido de arena o filtro lento; baja la turbidez a < 1 NTU y mejora mucho la desinfección.
  • Control: turbidímetro, medidor de pH, kit de aluminio; ajustar el pH de coagulación a 6,0-7,0 con cal o sosa cáustica antes del coagulante (Dorea 2009; precauciones con la sosa en «Seguridad»).
• Escalado:
  • Familia (20-100 L/día): cubos del apartado C; 1 prueba de jarras por fuente y estación.
  • Aldea o campamento (1-50 m³/día), tratamiento por lotes: es el método más común y sencillo en emergencias (Dorea 2009). Depósitos de 1-10 m³ (o tanques de chapa con liner de 11-90 m³). Se añade la solución madre al agua que entra mientras se llena (el chorro hace la mezcla rápida), o se cuelga en la boca de entrada una «jaula de alumbre» (caja de tela metálica y listones de madera) con la cantidad pesada de alumbre en piedra, que se disuelve con el agua entrante (Dorea 2009, fig. 5). Lleno el depósito, se deja reposar hasta 12 h, se decanta por una salida flotante que toma el agua de la superficie (Dorea 2007, Waterlines 26:17-19, citado en Dorea 2009) y se desinfecta con cloro antes de distribuir. El lodo se purga por una válvula de fondo cuando se acerque a la salida. Ejemplo: depósito de 10 m³, dosis 48 mg/L de alumbre potásico → 480 g por lote = 48 L de madre al 1 % o 9,6 L al 5 %.
  • Aldea con caudal continuo: dosificación a caudal constante de solución madre (goteo desde un recipiente de nivel constante o en la aspiración de una bomba, que hace la mezcla rápida; Dorea 2009, fig. 4), canal o depósito con tabiques para floculación lenta, y balsa de sedimentación. Ejemplo: 1 m³/h a 48 mg/L = 48 g/h de alumbre = 0,96 L/h (16 mL/min) de solución al 5 %. La solución al 5 % está cerca del límite de solubilidad en agua fría (5-6 g por 100 g a 0 °C): en invierno usa solución al 1-2 % (4,8-2,4 L/h) o prepárala con agua templada. El goteo por gravedad cambia con el nivel del recipiente: comprobar el caudal con taza y reloj de arena o de sol cada 2-4 h.
  • Ciudad: planta convencional (mezclador rápido, floculadores de tabiques o paletas, decantadores, filtros rápidos de arena y cloración), pruebas de jarras diarias y control de pH y aluminio residual en laboratorio. El dimensionado de decantadores y floculadores es tema de un artículo de ingeniería propio.

Cálculos y tablas de referencia

Solución madre y dosis.

• Solución al 1 % = 10 g/L = 10 mg/mL. Volumen de madre (mL) = dosis (mg/L) × volumen de agua (L) ÷ 10. Ejemplo: 40 mg/L en 20 L → 40 × 20 ÷ 10 = 80 mL. Regla rápida: 1 mL de madre por litro por cada 10 mg/L.
• Solución al 5 % = 50 g/L = 50 mg/mL. Volumen (mL) = dosis × volumen ÷ 50. Útil para depósitos (en agua templada; en frío, al 1-2 %).
• Dilución al 0,2 % para jarras de 1 L: 1 cucharilla (5 mL) = 10 mg → 10 mg/L por cucharilla.

Conversión entre coagulantes (por contenido de aluminio). Dosis de alumbre potásico = dosis de sulfato de aluminio ·14H2O × 1,60 (· 18H2O × 1,42). Inversa: × 0,625. Ejemplo: 30 mg/L de sulfato de 14 aguas → 48 mg/L de alumbre potásico; de 18 aguas → ≈ 43 mg/L.

Amonio del alumbre amónico. NH4⁺ = 18,04 ÷ 453,3 ≈ 0,040 mg por mg de alumbre. A 48 mg/L: 48 × 0,040 ≈ 1,9 mg/L de NH4⁺ (≈ 1,5 mg/L como nitrógeno, 1,9 × 14,0 ÷ 18,04). El punto de ruptura de la cloración exige del orden de 7,6 mg de Cl2 por mg de nitrógeno amoniacal: 1,5 × 7,6 ≈ 11 mg/L de cloro antes de que aparezca cloro libre, varias veces la dosis habitual de agua clara.

Alcalinidad consumida (estequiometría: cada Al libera 3 H⁺, neutralizados por 1,5 CaCO3).

• Sulfato de aluminio ·14H2O: 3 × 100,1 ÷ 594,4 = 0,50 mg/L de alcalinidad (como CaCO3) por mg/L de dosis (coincide con TDEC 2022).
• Alumbre potásico: 1,5 × 100,1 ÷ 474,4 = 0,32 mg/L por mg/L de dosis.
• Ejemplo: 48 mg/L de alumbre potásico consumen 48 × 0,32 ≈ 15 mg/L de alcalinidad. Conviene que el agua conserve después al menos unos 10-20 mg/L (verificar), así que el agua de partida debería tener unos 25-35 mg/L o más. El agua de lluvia tiene alcalinidad prácticamente nula (pH ≈ 5,6 en equilibrio con el CO2 del aire): con agua de lluvia hay que añadir alcalinidad casi siempre. La de terrenos graníticos suele ser baja; confírmalo con análisis local o con la prueba de jarras con y sin alcalinidad añadida.

Alcalinidad a añadir en agua blanda (por cada mg/L de alcalinidad como CaCO3 que falte; cálculo por masas equivalentes):

Estas cantidades son tan pequeñas que conviene disolverlas primero en 1 taza de agua (lechada en el caso de la cal) y añadir esa taza al cubo antes del alumbre. Comprueba en la prueba de jarras: con alcalinidad añadida deben aparecer copos donde antes no los había. No añadas «a ojo» cucharadas de cal: un pH demasiado alto también empeora la coagulación con aluminio y aumenta el aluminio disuelto, que es mínimo hacia pH 6-7 (OMS 2010).

Velocidad de caída por la ley de Stokes (por qué hace falta coagular). v = g · (ρp − ρw) · d² ÷ (18 · μ). Arcilla de d = 2 µm = 2 × 10⁻⁶ m, ρp − ρw = 1650 kg/m³, μ = 1,0 × 10⁻³ Pa·s a 20 °C: v = 9,81 × 1650 × (2 × 10⁻⁶)² ÷ (18 × 10⁻³) ≈ 3,6 × 10⁻⁶ m/s ≈ 0,31 m/día. Un flóculo de 1 mm es esponjoso y poco más denso que el agua, así que Stokes no sirve para él; sus velocidades de caída son del orden de 0,5-3 m/h (verificar), de modo que una columna de 40 cm se aclara en minutos a una hora.

Fuentes

• Dorea, C.C. (2009). «Coagulant-based emergency water treatment». Desalination, 248, 83-90, doi:10.1016/j.desal.2008.05.041. Apartados 2 (pH 6,0-7,5; mínima solubilidad del aluminio a pH 6,0-7,0; frío < 5 °C; cloruro férrico pH 5,0-9,0), 3 (tanques por lotes, reposo hasta 12 h; prueba de jarras de campo: 1 min rápido, 2-3 min lento, 20-30 min de reposo, fig. 3; dosificación y «jaula de alumbre», figs. 4 y 5), 4 (residuales e interferencias de medida) y 5 (lodos). Cita a Dorea, C.C. (2007), «Simple improvements for emergency batch water treatment», Waterlines, 26, 17-19 (salida flotante).
• CAWST (2009). Household Water Treatment and Safe Storage Fact Sheet: Chemical Coagulants y hoja Key Data (eficacia en laboratorio y en campo; vida útil de 6 meses en líquido y 1 año en sólido). Centre for Affordable Water and Sanitation Technology, Calgary.
• OMS (2022). Guidelines for Drinking-water Quality, 4.ª ed. con la primera y la segunda addenda, hoja química del aluminio.
• OMS (2010). Aluminium in drinking-water. Documento de base WHO/HSE/WSH/10.01/13.
• Directiva (UE) 2020/2184 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 16 de diciembre de 2020, relativa a la calidad de las aguas destinadas al consumo humano, anexo I, parte C (aluminio y amonio).
• Tennessee Department of Environment and Conservation, Fleming Training Center (2022). Coagulation/Flocculation Workshop, Course #307.
• Doerr, B. y ECHO Staff (2005). Moringa Water Treatment. ECHO Technical Note, North Fort Myers (Florida), pp. 2-3.
• Schwarz, D. (2000). Water Clarification using Moringa oleifera. GATE Technical Information W1e, GTZ, Eschborn, pp. 3-4.
• Folkard, G.K., Sutherland, J.P. y Shaw, R. (1999). Water clarification using Moringa oleifera seed coagulant. WELL Technical Brief, WEDC, Loughborough University (citado en ECHO 2005; no consultado directamente).
• Reed, B., Smith, M. y Shaw, R. (2017). Measuring turbidity. WEDC Guide 31, Water, Engineering and Development Centre, Loughborough University, p. 8.
• Médicos Sin Fronteras. Catálogo Unicat, artículo 11301 (tubo de turbidez, 5-2000 NTU).
• The Sphere Project (2018). Manual Esfera, normas de abastecimiento de agua (turbidez < 5 NTU para la cloración) y de gestión de excretas (distancias a fuentes de agua y al nivel freático).
• IUPAC. Standard atomic weights (masas molares de la tabla de coagulantes y de los cálculos de alcalinidad y amonio).
• Banco Central Europeo. Características técnicas de las monedas en euros (masas de las monedas de 1 y 5 céntimos, usadas como pesas de referencia).
• Haynes, W.M. (ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics, tabla de solubilidad de compuestos inorgánicos (sulfato de aluminio y potasio); y «Potassium alum», Wikipedia en inglés.
• «Alum industry in North Yorkshire». Wikipedia en inglés, consultado en septiembre de 2026 (fabricación histórica del alumbre; fuente de orientación, a sustituir por una monografía de historia de la química).