1 DESINFECCION DE AGUAS PARA CONSUMO HUMANOFacultad de Ingeniería Instituto de Ingeniería Sanitaria U.B.A. DESINFECCION DE AGUAS PARA CONSUMO HUMANO Ing. Enrique Lázaro

2 Organismos que regulan la calidad del agua potableO.M.S – Guías para la calidad del agua potable – 3ª Edición Codex Alimentarius E.P.A. C.E.E. Diario Oficial de las Comunidades Europeas – 98/83/CE Código Alimentario Argentino – Cap XII

3 Regulaciones Características Físicas Características QuímicasInorgánicas Sustancias con umbral Sustancias citotóxicas cancerígenas Orgánicas Características Microbiológicas

4 OMS Valores Guía para la verificación de la calidad microbiológicaAgua destinada al consumo humano: E. coli o bacterias coliformes termotolerantes: ausencia en 100 mL de muestra. Agua tratada en el ingreso al sistema de distribución: Agua tratada en el sistema de distribución:

5 Parámetros microbiológicosC.E.E. 98/83/CE Parámetros microbiológicos Escherichia coli (E. coli) 0 en 100 mL Enterococos 0 en 100 mL A las aguas comercializadas en botellas u otros recipientes se aplicarán los valores siguientes: Escherichia coli (E. coli) 0/250 ml Enterococos 0/250 ml Pseudomonas aeruginosa 0/250 ml Recuento de colonias a 22 °C 100 ufc /ml Recuento de colonias a 37 °C 20 ufc /ml

6 Código Alimentario ArgentinoCaracterísticas Microbiológicas: Bacterias coliformes: NMP a 37 °C- 48 hs. (Caldo Mc Conkey o Lauril Sulfato), en 100 ml: igual o menor de 3. Escherichia coli: ausencia en 100 ml. Pseudomonas aeruginosa: ausencia en 100 ml. Bacterias mesófilas en agar (APC - 24 hs. a 37 °C): en el caso de que el recuento supere las 500 UFC/ml y se cumplan el resto de los parámetros indicados, sólo se deberá exigir la higienización del reservorio y un nuevo recuento.

7 E.P.A. Turbiedad 0.3 NTU Giardia Lamblia 3.0 Log Virus: 4.0 LogColiformes Totales: < 5% de las muestras positivos Criptosporidium: 2.0 Log * HPC Legionella Turbiedad NTU

8 Regla primordial de la OMSLas posibles consecuencias para la salud de la contaminación microbiana son tales que su control debe ser siempre un objetivo de importancia primordial y nunca debe comprometerse. No debe ponerse en peligro la desinfección para intentar controlar los subproductos de la desinfección (SPD).

9 Calidad MicrobiológicaCausa enfermedades infecciosas y parasitarias Por Ingestión: ruta fecal-oral: Cólera, Tifus, Disentería, Hepatitis infecciosa, Giardiasis, Amebiasis, etc. Por contacto: Aguas contaminadas usadas para la higiene: Equistosomiasis, Gusano de Guinea

10 El 40% de los episodios diarreicos son de chicos menores a 5 años

11 Principales enfermedades transmitidas por contaminación fecalBacterias Cocos o esféricas (esteptococos, estafilococo, sarcina): 1 a 3 µm Bacilos (alargados): 0.3 a 1 µm de diámetro y a 10 µm de largo Vibrios (curvados): 0.6 a 1 µm de diámetro y a 6 µm de largo Espirilos (en espiral): 50 a 100 µm de largo Fiebre tifoidea, disentería bacilar, cólera, brucelosis, leptospirosis, gastroenteritis, etc.

12 Principales enfermedades transmitidas por contaminación fecalVirus Agrupamiento de DNA o RNA con cubierta proteica. Parásitos obligados. Tamaños de 0.01 a 0.1 µm Polivirus, meningitis, parálisis muscular, enfermedades respiratorias, enterovirus, hepatitis, etc.

13 Principales enfermedades transmitidas por contaminación fecalProtozoos y Helmintos Organismos unicelulares, con núcleo, de vida libre, principalmente parásitos. Tamaños de 1 a 20 µm Áscaris lumbricoides, cryptosporidium, giardia lamblia, amebas, equistosoma, tenia saginata.

14 Probabilidad de contaminaciónNivel de contaminación Cuidado de la fuente Dosis infectiva Susceptibilidad del hospedador Grupos de riesgo

15 La conclusión general es que si no hay patógenos derivados de contaminación fecal, no se producen endemias o epidemias transmitidas por el agua.

16 Otros microorganismosPresentes en la flora normal del agua Oportunistas: Pseudomonas, Legionella Aeromonas, Klebsiella, Serratia, etc. Peligro para ciertos grupos de riesgo.

17 Otros microorganismos Otros microorganismosAlgas verde – azuladas Productoras de toxinas: hepatotoxinas, neurotoxinas, lipolpilosacáridos. Cuidado de la fuente – nutrientes.

18 Otros microorganismosOrganismos molestos Actinomicetes, cianobacterias, crustáceos Causan turbiedad, olor, gusto, son visibles

19 TRATAMIENTO DE DESINFECCIÓNPREMISAS BASICAS Seleccionar y cuidar la fuente de agua Seleccionar el mejor método de tratamiento Controlar que funcione adecuadamente Mantener las redes de distribución Controlar en forma adecuada: control microbiológico.

20 Microorganismos indicadoresREQUISITOS QUE DEBEN CUMPLIR Estar presente donde hay patógenos Estar en igual o mayor número que los patógenos Ser específicos de contaminación fecal No multiplicarse en el agua No ser patógeno Igual de resistente a los tratamientos de desinfección Removible por tratamientos aplicables a los patógenos Fácilmente detectables: rápido y barato

21 Microorganismos indicadoresESCHERICHIA COLI: altamente específico de heces humanas y de animales de sangre caliente. COLIFORMES TERMOTOLERANTES: relacionados con contaminación fecal o de alcantarilla. E.Coli presuntivo COLIFORMES TOTALES: determina la calidad sanitaria del tratamiento. ESTREPTOCOCOS FECALES – Enterococos: mayor relación con contaminación fecal. Más resistentes a los tratamientos. CLOSTRIDIOS SULFITO REDUCTORES: Esporulados. Indica contaminación fecal. HPC – Recuento en placa: Indica calidad general del agua y del tratamiento. OMS – Guías para la calidad del agua potable – 3º Ed.

22 Otros indicadores Virus Citopatogénicos Pseudomona AeruginosaLegionella Estafilococos Aureus Cándida Albicans Protozoos: Giardia y Criptosporidium Virus humanos.

23 Estrategias del tratamientoYa que no hay indicadores ideales, se pueden combinar microorganismos. Constancia en los controles: roturas o errores humanos. Conviene muchos baratos y no pocos caros En todas las etapas

24 SELECCIÓN DE LA ESTRATEGIA DE DESINFECCIÓNFunción de las condiciones locales y de tres objetivos principales: Entregar agua libre de patógenos Control en la producción de SPD Presencia de desinfectante en la red de distribución.

25 PROPIEDADES GENERALES DE ALGUNOS DESINFECTANTES

26 Necesidad de la desinfección1850: se conocen enfermedades transmitidas por el agua 1880: Teoría del germen de Pasteur permite comprender el problema 1880: John Snow dilucida epidemia de cólera en Londres. Los mayores brotes se dan por contaminación de la fuente y fallas en el traramiento.

27 Mecanismos de InactivaciónDestruye o daña la pared celular Interfiere el metabolismo productor de energía Interfiere síntesis de proteínas y crecimiento Destruye ADN

28 FORMAS DE DESINFECCIÓNAGENTES FÍSICOS Sedimentación natural: decantación de partículas en suspensión por acción de la gravedad. Esporulados y huevos de helmintos. Coagulación – Floculación – Sedimentación: comportamiento igual que los coloides. Incorporación a flóculos

29 Eliminación de bacterias en función de la disminución de la turbiedad

30 FORMAS DE DESINFECCIÓNAGENTES FÍSICOS Filtración: Filtros rápidos: 98% de remoción. Retención en intersticios. Filtros Lentos: 96% de remoción. Formación de una capa orgánica. Biodegradación.

31 FORMAS DE DESINFECCIÓNAGENTES FÍSICOS Radiación UV Longitud de onda: 254 nm

32 FORMAS DE DESINFECCIÓNAGENTES QUÍMICOS Características generales Destruir en corto tiempo los patógenos desde cualquier concentración inicial. No ser tóxicos en las dosis usuales No dar olor ni sabor Bajo costo. Manejo fácil y dosificación segura Fácilmente determinables Mantener residual

33 Actúan por su poder oxidanteCloro y derivados Cloraminas Bromo Yodo Dióxido de cloro Ozono Permanganato de potasio Peróxido de hidrógeno Iones metálicos (no oxidante)

34 OTROS USOS DE LOS OXIDANTESMinimizar la formación de SPD Control de organismos molestos Oxidación de hierro y manganeso Prevención del recrecimiento en redes Remoción de gustos y olores Mejorar la eficiencia de la coagulación y filtración

35 OTROS USOS DE LOS OXIDANTESPrevención del crecimiento de algas en sedimentadores y filtros Remoción de colores

36 El factor CT Es el producto de la concentración del bactericida “ C ” en mg/L, medida como residual, por el tiempo de contacto “ T ” en minutos. Predice la eficiencia bactericida Se desprende de la ley de Chick-Watson. Es función de la temperatura, el pH y de la química del agua

37 Desarrollo matemáticoSigue una cinética de 1º orden en t ln (N/No) = - kCT k : constante de reducción del microorganismo % inactivación : (1 – N/No) x 100

38 Representación gráfica de la ley de Chick

39 Los valores CT se encuentran en tablas, para los distintos microorganismos

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42 CT Comparativo entre desinfectantes

43 Sub Productos de la Desinfección - SPDResiduales de desinfectantes Sub-productos inorgánicos Sub-productos orgánicos Sub-productos orgánicos halogenados

44 Regulaciones EPA estado 1

45 Regulaciones EPA estado 2

46 CLORACIÓN

47 Cloración 1846: Dr. Semmelweis - Hospital de Viena1854: John Snows – pozo en Londres Bélgica: 1900’s – primer uso en proceso continuo EE UU: 1908 Aumento 50% expectativa de vida

48 Muertes por fiebre tifoidea en EE UUCloración 24 16 8 1900 Muertes por fiebre tifoidea en EE UU

49 QUIMICA DE LOS COMPUESTOSCloro - Cl2 Gas verdoso en CNPT. Se produce por electrólisis de salmuera alcalina. Es estable y se vende en cilindros o tanques, licuado. Su densidad es 2.5 veces la del aire. La pureza es del 99.5%

50 QUIMICA DE LOS COMPUESTOSHipoclorito de Sodio - NaClO Lavandina – Lejía – blanqueador Líquido amarillento con leve olor a cloro Se produce haciendo reaccionar Cl2 + NaOH Es muy soluble y poco estable La concentración es de 10 a 14% como cloro activo Lo afecta la temperatura, la luz, el tiempo y las impurezas

51 QUIMICA DE LOS COMPUESTOSHipoclorito de Calcio – Ca(ClO)2 HTH – Perclorón Polvo estable, muy soluble. Deja poco sedimento. Leve olor a cloro. También se presenta granular y en tabletas. Se produce mezclando Cl2 + NaOH + CaO La concentración es de 30 a 70% como cloro activo Es importante su almacenamiento.

52 QUIMICA DE LOS COMPUESTOSCal clorada – CaOCl2 Cloruro de cal – hipoclorito de cal – polvo blanqueador Polvo blanco seco. El componente básico es el oxicloruro de calcio. Se produce mezclando cal apagada y gas cloro. La concentración es de 15 a 35% como cloro activo. Se deteriora rápidamente en temperatura, humedad y luz.

53 QUIMICA DE LOS COMPUESTOSTricloroisocianurato de Sodio Se expende en pastillas. Se usa para las piletas de natación. Fórmula: C3N3O3Cl3 No se usa para aguas de bebida.

54 Comportamiento en el aguaCloro: Cl2 + H2O HClO + H+ + Cl- HClO H+ + ClO- Reacción inmediata. Reduce el pH

55 NaClO + H2O HClO + Na+ + OH-Hipoclorito de Sodio NaClO + H2O HClO + Na+ + OH- HClO H+ + ClO- La primera reacción aumenta el pH

56 Ca(ClO)2 + 2 H2O 2 HClO + Ca++ + 2 OH-Hipoclorito de Calcio Ca(ClO)2 + 2 H2O HClO + Ca OH- HClO H+ + ClO-

57 2 CaCl2O + H2O Ca(ClO)2 + CaCl2 + H2O Cal clorada 2 CaCl2O + H2O Ca(ClO)2 + CaCl2 + H2O Ca(ClO)2+ 2 H2O HClO + Ca OH- HClO H+ + ClO-

58 El equilibrio de la segunda reacción depende fuertemente del pHCloro libre El equilibrio de la segunda reacción depende fuertemente del pH pH < 4 : Cloro molecular pH 5 a 6: Acido hipocloroso pH > 8.5: Ión hipoclorito

59 Cloro libre El ácido hipocloroso es unas 80 veces más efectivo que el ión hipoclorito Conviene que la desinfección se realice a pH < 7.5

60 Cloro combinado Reacciones del cloro con amoníaco – NH3Forma mono y dicloraminas – ClNH2, Cl2NH Forma tricloruro de nitrógeno – Cl3N Tienen efecto desinfectante

61 Otras reacciones del cloroReacciones de “demanda de cloro” NO2 Fe Mn H2S Colores Compuestos orgánicos

62 Formas importantes del cloro

63 PUNTO DE QUIEBRE Se agrega cloro en cantidad suficiente para satisfacer la demanda de cloro y producir cloro libre residual. Se hace mediante una prueba de laboratorio. Permite utilizar todas las propiedades del cloro libre Una vez alcanzado el punto, el tiempo de contacto debe ser > 20 min.

64 mg/L mg/L

65 mg/L mg/L

66 mg/L mg/L

67 Eficacia del cloro Afecta membranas celulares y ADNRespiración, transporte y actividad del ADN Daña la pared celular No produce mutaciones. Bacterias Virus Protozoos

68 Factores que afectan la desinfecciónpH – se necesita 50% de tiempo de contacto para inactivar virus a pH 7 que a pH 6 Temperatura – de 2 a 3 veces más tiempo de contacto por cada 10ºC de descenso. Turbiedad Grado de mezcla Sustancias interfirientes Concentración de cloro

69 Determinación de CT La menor temperatura de operación El mayor pHLa concentración de Cl al final del contacto El grado de desinfección que exige la ley

70 SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPDResiduales de desinfectantes y sustancias producidas por los desinfectantes, de interés sanitario. Su producción depende de los precursores Sustancias húmicas, compuestos nitrogenados, solubles secretados por algas (NOM), Br -, etc. Una vez formados no se pueden eliminar Eliminar los precursores Modificar las prácticas de desinfección

71 SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPDLos reactivos más potentes: HClO y HBrO La formación de SPD depende: Carbono orgánico total Temperatura pH Dosis de cloro Tiempo de contacto

72 SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPDCategorización de los productos según su potencial carcinogénico según USEPA: A – Suficiente evidencia epidemiológica entre exposición y riesgo de cáncer B1 – Limitada evidencia epidemiológica B2 – Suficiente evidencia en estudios en animales C – Limitada evidencia en estudios en animales, no hay datos en humanos D – inadecuada evidencia en humanos o animales E – No hay evidencia

73 SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPDTrihalometanos – THM Cloroformo – B2 Bromodiclorometano – B2 Dibromoclorometano – C Bromoformo – B2 Ácidos haloacéticos – HAA5 Monocloroacético Dicloroacético – B2 Tricloroacético – C Monobromoacético Dibromoacético

74 SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPDHaloacetonitrilos HAN Dicloroacetonitrilo – C Bromocloroacetonitrilo Dibromoacetonitrilo – C Tricloroacetonitrilo – B2 Halocetonas 1,1 – Dicloropropanona 1,1,1 – Tricloropropanona Se metabolizan a HAA e hidrato de cloral

75 SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPDClorofenoles 2 – Clorofenol – D 2,4 – Diclorofenol – D 2,4,6 – Triclorofenol – B2 Además confieren sabor en 1 µg/L Cloropicrinas Hidrato de cloral – C MX – Hidroxifuranonas Clorato – ClO3-

76 Estaciones de cloraciónUbicación: lugar alejado del resto de las instalaciones para evitar contaminaciones por fugas. Almacén Sala de cloración Cámara de contacto

77 Almacén – Cloro gaseosoBajo techo, amplios, iluminados, paredes pintadas con epoxi, aberturas inferiores. Cilindros vacíos y llenos en lugares separados. En posición vertical y asegurados con cadenas o barras metálicas. Control de temperatura: 10 a 28 ºC Carga del cilindro: 75 Kg. Cantidad de cilindros: N = 1.25 Q.t/C + 6 Tanques de 1000 Kg. en posición horizontal.

78 Cilindros y tanques

79 Almacén :Compuestos de cloroEn polvo: Tambores metálicos o plásticos Fresco y seco: con humedad libera cloro gaseoso No debe haber rociadores No debe haber materiales combustibles Tapados: evitar luz directa y humedad Líquidos Permanecer en oscuridad Baja temperatura

80 Salas de cloración: cloro gaseosoCaracterísticas constructivas Ambiente amplio, bien iluminado. Ventilación al exterior desde cañerías Ventanas inferiores. Renovación de aire cada 15 min en forma normal y cada 3 min en emergencias. Ventanas selladas. Visión desde el exterior. Carteles indicando “Peligro Cloro” Distancia desde cualquier punto a la puerta no mayor de 4.5 m Alarmas

81 Salas de cloración: cloro gaseosoCañerías siempre a la vista Sujetas contra la pared y accesibles. Leve pendiente hacia los tubos por condensados Mínimo número de juntas

82 Conexionado de cilindrosMantener T cte en líneas y cilindros. No extraer más de 17 Kg por día Si se extrae de golpe se forma escarcha

83 Conexionado de cilindrosConsumos mayores a 1000 kg/día: evaporadores Mayor velocidad de extracción. Evita relicuefacción en líneas.

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85 Dosificación – cloro gaseosoSe transporta y mide como cloro seco Se usa con caudales a tratar mayores a 500 m3/dia Sistema de presión Utiliza la presión interna de los cilindros: de 5.3 a 6.3 kg/cm2 Son más costosos Donde no hay electricidad Poco seguros Presión en el punto de inyección < 0.7 kg/cm2

86 Dosificación – cloro gaseoso

87 Dosificación – cloro gaseoso

88 Dosificación – cloro gaseosoSistema de vacío Utiliza el vacío producido por un inyector venturi Son más baratos Necesita electricidad para accionar bomba de agua Más seguros Toda la cañería trabaja a p < 1 atm.

89 Dosificación – cloro gaseosoAgua

90 Dosificación – cloro gaseosoDispositivo de inyección

91 Dosificación – cloro gaseoso

92 Sistemas de protecciónAlarmas De pared Papel con o-tolidina con célula Cámara de agua con recirculación de aire con conductivímetro Discos rompibles Cámara de expansión en líneas largas En cilindros de 1 Tn Por variación de presión Mucho o poco vacío

93 Sistemas de protecciónMáscaras con aire u oxígeno Estaciones de lavado de ojos y duchas Kits de reparaciones de emergencias Botellas con solución de amoníaco Extinguidores

94 Dosificación – compuestos cloradosSólidos o líquidos Sólidos: conviene disolverlos para decantar y evitar obstrucciones Dos tanques como mínimo Volumen de tanque: necesario para dosificar durante 24 hs Preparado con 24 hs de anticipación para separar los precipitados Tanques de polietileno o PRFV, con válvula de retención

95 Dosificación – compuestos cloradosEsquema de la sala de cloración y almacén

96 Dosificación – compuestos cloradosEQUIPOS Bombas dosificadoras: 1 a 190 L/h Permiten tratar de 3 a 550 L/s a partir de solución 1% del compuesto y lograr 1 ppm Cl en el agua

97 Dosificación – compuestos cloradosEQUIPOS Hidroeyectores: 1 a 25 L/h Permiten tratar de 3 a 70 L/s a partir de solución 1% del compuesto y lograr 1 ppm Cl en el agua Diseño adecuado del venturi Incrustaciones

98 Dosificación – compuestos cloradosEQUIPOS Esquema de instalación

99 Dosificación – compuestos cloradosEQUIPOS DE MONTAJE LOCAL

100 Cámaras de contacto Provee el tiempo de contacto para la acción del bactericida Debe permanecer entre 20 y 30 min a caudal máximo El tiempo de residencia debe ser similar al nominal : Q/V Canales relación largo/ancho > 40:1 Difusor bien diseñado y colocado

101 Cámaras de contacto

102 Hipocloradores in situPequeñas localidades Áreas rurales A partir de sol NaCl al 3% por electrólisis Producen 400 L/d de sol 0.6% de hipoclorito Ánodos dimensionalmente estables de titanio Necesitan electricidad Cuidar las incrustaciones Costos bajos. Transporte y almacenamiento

103 Hipocloradores in situ2 NaCl + 2 H2O = 2 NaOH + Cl2 + H2 Cl2 + 2 NaOH = NaCl + NaClO + H2O

104 MONITOREO Método de la o-tolidina DPD colorimétricoDPD – ferroso. Titulación Amperométrico Iodimétricos

105 VENTAJAS Y DESVENTAJASOxida Fe, Mn y sulfuros Ayuda a remover color, gusto y olor Ayuda en la coagulación y filtración Es un efectivo biocida Es el método más fácil y barato Es el método más usado y mejor conocido Está disponible como hipocloritos Ca y Na Provee residual

106 VENTAJAS Y DESVENTAJASPuede causar deterioro en coagulación filtración de sustancias orgánicas disueltas Forma SPD halogenados Puede dar olor y sabor al agua tratada El cloro es un gas peligroso y corrosivo Los hipocloritos son más caros que el gas NaClO se degrada con el tiempo y la luz NaClO es corrosivo

107 VENTAJAS Y DESVENTAJASCa(ClO)2 reacciona con calor y humedad Ca(ClO)2 forma precipitados e incrustaciones Soluciones de hipoclorito concentradas pueden generar cloratos como SPD Es menos efectivo a alto pH Libera productos en el sistema de distribución por cambio en el estado redox, Ej. arsénico.

108 CLORAMINAS

109 CLORAMINAS Identificado en los inicios de 1900Mantiene poder desinfectante Usado entre 1930 y 1940 II Guerra Mundial limita abastecimiento de NH3 Se incrementa el uso por controles de SPD

110 Química de los compuestosCl2 + H2O HClO + H+ + Cl- HClO + NH3 NH2Cl + H2O Formación de monocloraminas Relación en peso Cl2:N < 5:1

111 Química de los compuestosHClO + NH2Cl NHCl2 + H2O (1) HClO + NHCl2 NCl3 + H2O (2) Formación de di y tricloraminas Relación en peso Cl2:N (reacción 1) 5:1 a 8:1 Relación en peso Cl2:N (reacción 2) > 8:1

112 Factores que afectan la formaciónAgregado de cloro

113 Factores que afectan la formaciónInfluencia del pH

114 Factores que afectan la formaciónTiempo de contacto Relación Cl2:N = 3:1 a 25 ºC

115 CLORAMINAS Monocloramina es la preferidaTiene menos problemas por sabor y olor La mejor relación es de 3:1 a 5:1 La dicloramina es inestable Relación < 3:1 – Nitrificación y biofilm

116 USOS PRIMARIOS DESINFECCION CONTROLA ORGANISMOS MOLESTOSBUENA ESTABILIDAD DESINFECTANTE SECUNDARIO NO FORMA THM CONTROL DE BIOFILMS DOSIFICACIÓN DE 1 a 4 mg/L EN RED DE 0.5 a 1 mg/L CONTROLA ORGANISMOS MOLESTOS

117 PUNTOS DE APLICACIÓN Cloración seguido de NH3Forma principal Satisfacer CT Evita formación de SPD del cloro Inyección de NH3 seguido de cloración Problemas de sabor y olor Incorporación al mismo tiempo Baja formación de SPD y mejora eficiencia lograda en 2.

118 IMPACTOS DEL TRATAMIENTOTener en cuenta la presencia de NH3 Exceso de cloro puede alcanzar break point en línea Aplicación antes de filtros de arena: reduce crecimiento bacteriano Aplicación antes de filtros de carbón activado: produce crecimiento bacteriano

119 IMPACTOS DEL TRATAMIENTOExceso de NH3 actúa como nutriente para bacterias nitrificantes Aumenta niveles de NO2- y NO3- y recuento en placa Cambio anual de desinfectante: 30 días al año

120 EFICIENCIA DESINFECTANTELos mecanismos de desinfección no son muy precisos Reacciona con aminoácidos Inhibe proceso respiratorio Ataca cubierta proteica y fragmenta RNA Es bueno para bacterias, débil para virus, poco eficaz en protozoos

121 EFICIENCIA DESINFECTANTEComparaciones Bacterias, para inhibir 3 Log de E. Coli 0.3 mg/L cloraminas: 240 min 0.14 mg/L cloro: 5 min Virus, para inhibir 2 Log de poliovirus 1 mg/L cloraminas: 2 a 8 h. 0.35 mg/L cloro: 4 a 16 min Protozoos, para inhibir 2 Log Entamoeba 8 mg/L cloraminas: 10 min 3 mg/L cloro: 10 min

122 EFICIENCIA DESINFECTANTEEfecto del pH Bacterias: mejor dicloramina Virus: mejor monocloramina Mejor efectividad: igual concentración de ambas especies. Efecto combinado de pH y temperatura Para E. Coli: 60 veces más rápido a pH 7 y 25ºC que a pH 9.5 y 6ºC

123 Se requieren los mayores valores que para cualquier desinfectante

124 SPD Cloruro de cianógeno (CNCl)Irritación de piel, ojos y tracto respiratorio Pequeña cantidad de ácido dicloroacético NDMA (N- nitrosodimetilamina) Mutagénico, probable carcinogénico Se controlan con relación de Cl2:N, punto de adición, mezcla y pH

125 ALMACENAMIENTO Cilindros de Cl2 y NH3 nunca juntos.Ventanas al ras del piso y cerca del techo Ventilación forzada desde abajo 6 renovaciones / minuto Accionada desde afuera Equipo detección de vapores Tanques de solución con trampas Rociadores de agua a presión Sulfato de amonio lejos de fuentes de calor y productos químicos. Recipientes resistentes al ácido sulfúrico.

126 Dosificación de amoníacoINSTALACIONES Dosificación de amoníaco Anhidro: es un gas a CNPT Cilindros de 50 y 75 kg, 30 kg/cm2 Tanques de 3800 L, 14 kg/cm2 Almacenados bajo techo, al cuidado de temperaturas extremas Amoniador: equipo modular

127 INSTALACIONES Alimentación directa Consumos inferiores a 400 kg/díaInyectado en la corriente a 1 atm.

128 INSTALACIONES Alimentación de solución Consumos mayores a 400 kg/díaAlta presión en el punto de inyección

129 INSTALACIONES Alimentación en forma líquidaSe preparan soluciones de hidróxido de amonio o sulfato de amonio sólido o líquido. Para igualar la relación Cl2:NH3 de 4:1 necesito Cl2:NH4OH = 2:1 Cl2:(NH4)2SO4 = 1:1 Cl2:(NH4)2SO4 líquido 38% = 1:2.5

130 INSTALACIONES Alimentación en forma líquidaDisuelvo NH3 en agua ablandada En tanques metálicos o PRFV

131 ELEMENTOS CONSTRUCTIVOSCañerías Amoníaco anhidro: acero inoxidable, hierro, PVC Amoníaco acuoso: PVC El punto de aplicación del amoníaco gas debe estar a más de 1.8 m de las líneas de cloro Bomba dosificadora de desplazamiento positivo, rotores cromados, sellos mecánicos. Colocada cerca del tanque de solución.

132 CONSIDERACIONES OPERACIONALESSi hay nitrógeno orgánico se forman organocloraminas. No desinfectan, liberan NH3 Inestabilidad biológica. Genera gustos, olores y colores. Entre pH 7 y 8.5, la reacción Cl2+HN3 es inmediata. Si la mezcla es lenta, forman SPD No conviene producir monocloraminas y luego inyectarlas.

133 CONSIDERACIONES OPERACIONALESGrupos de riesgo Pacientes de diálisis renal Cloraminas pasan a la sangre y producen anemia hemolítica Peces Reaccionan con el Fe de los glóbulos rojos e inhiben la oxigenación En caso de cloraminar las aguas, se debe avisar esta situación a hospitales y negocios de mascotas

134 SISTEMAS DE MONITOREO Titulación amperométrica Titulación con DPD – sulfato ferroso DPD colorimétrico

135 VENTAJAS Y DESVENTAJASNo reacciona con sustancias orgánicas. No produce THM ni HAA Más estable que el cloro y el dióxido de cloro Protege líneas y tanques contra el recrecimiento bacteriano No produce gustos y olores Baratos Fáciles de generar

136 VENTAJAS Y DESVENTAJASDesinfectante débil No oxidan Fe, Mn ni sulfuros Cambio periódico para evitar biofilm Exceso de NH3 produce nitrificación Monocloramina menos eficiente a alto pH Se deben producir en el lugar Dicloramina es inestable

137 DIOXIDO DE CLORO

138 DIOXIDO DE CLORO Usado desde principios del siglo XX en Bélgica, en un spa Durante 1950 se introdujo para el tratamiento de agua de consumo Se incrementa por los controles en los SPD

139 QUÍMICA DE LOS COMPUESTOSGas verde amarillento Componente neutral. Oxidación + IV Molécula pequeña, volátil, muy energética. Muy soluble en agua: 20 g/L. 10 veces más que el cloro Estable en soluciones diluidas en ausencia de luz Hidrólisis más lenta que el cloro Permanece en solución como gas disuelto

140 QUÍMICA DE LOS COMPUESTOSNo puede comprimirse: es explosivo Se enciende a t > 130 ºC Soluciones concentradas liberan ClO2 gas 10 % v/v en aire es explosivo Oxidante selectivo cuando se reduce a clorito según: ClO2 + e- ClO2-

141 USOS PRIMARIOS Desinfección Primario y secundario Rango de pH: 3 a 10Dosajes típicos: 0.07 a 2.0 mg/L

142 USOS PRIMARIOS Estudiar la demanda del aguaAguas con baja demanda dura varios días Elegir el más desfavorable Inhibe crecimiento de algas

143 Mecanismos de inactivaciónAtraviesa membranas. Gas disuelto Reacciona con biomoléculas: aminoácidos y ácidos grasos libres Altera proteínas cápside Daña síntesis de ARN Altera síntesis proteica

144 Mecanismos de inactivaciónInfluencia del pH Bacterias: 6 a 10 Virus y quistes: a > pH Criptosporidium: CT a pH 8 es la mitad que a pH 6

145 Mecanismos de inactivaciónInfluencia de la temperatura A menor temp, menor eficiencia Baja de 10 ºC, reduce 40 % eficiencia

146 Mecanismos de inactivaciónInfluencia de la materia suspendida > turbiedad, < eficiencia < 5 NTU, 11% menos eficiencia 5 a 17 NTU, 25 % menos eficiencia

147 Eficacia de la desinfecciónBacterias: mejor que el cloro a igual dosis. Mejor con esporulados Más rápido al inicio Muy efectivo para virus Excelente para protozoos

148 CT - VIRUS

149 CT - Criptosporidium

150 USOS PRIMARIOS Control gusto y olor Producidos por algasVegetación descompuesta Compuestos fenólicos Colores Precursores de THM

151 USOS PRIMARIOS Remoción de Fe y MnPrecipitación de compuestos insolubles Se remueven por sedimentación y filtración 1.2 mg/l ClO2 para 1 mg/L Fe 2.5 mg/l ClO2 para 1 mg/L Mn

152 SPD No genera THM’s No genera HAA’sNo reacciona con amoníaco ni sales de amonio. No forma cloraminas Los SPD son de la descomposición del ClO2 ClO2- ClO3-

153 SPD Clorito: Anemia hemolítica – 0.7 mg/LClorato: Anemia hemolítica, pero menos evidencia – 0.7 mg/L Dióxido de cloro: se hidroliza rápido. Límite de detección 0.4 mg/L

154 SPD Clorito: 50 a 70% de la dosis de ClO2 Se elimina con hiero ferrosoSe reduce a Cl- en menos de 5 seg. Con azufre: no recomendado Raramente supera 0.2 mg/L Producción favorecida por sustancias orgánicas

155 SPD Clorato: una vez formado no se puede sacar. Conc < 0.1 mg/LAtacar causas de formación Exceso Cl (g)/ ClO2- Exceso HClO/ClO2- Sol diluidas ClO2- a bajo pH Mezclas de reacción pH < 3 Luz solar Presencia en reactivos

156 GENERACION DE ClO2 Se parte del clorito de sodio2NaClO2 + Cl2(g) = 2ClO2 + 2NaCl 2NaClO2 + HClO = 2ClO2 +NaCl + NaOH 5NaClO2 + HCl = 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O Los reactores son simples cámaras de mezcla

157 GENERACION DE ClO2 Acido - clorito Producción 7 a 15 Kg/ díaReacción lenta Rendimiento: % Regulación precisa: ClO2- y ClO3- Continuos o batch intermitentes

158 GENERACION DE ClO2 Acido - clorito

159 GENERACION DE ClO2 Acido - clorito

160 GENERACION DE ClO2 Acido - clorito

161 GENERACION DE ClO2 cloro - clorito 1º paso: cloro +agua2º paso: hipocloroso + clorito Reacción lenta Producción: 500 kg/día Rendimiento: % pH 2 a 5 Exceso de cloro genera clorato

162 GENERACION DE ClO2 cloro - clorito

163 GENERACION DE ClO2 Loop Francés - CIFEC

164 GENERACION DE ClO2 cloro gas - cloritoCloro y sol 25% clorito al reactor por vacío Reacción rápida Producción hasta kg/día Rendimiento: % Exceso de cloro < 2% pH neutro Exceso de cloro genera clorato

165 Acido - hipoclorito - cloritoGENERACION DE ClO2 Acido - hipoclorito - clorito Acido + hipoclorito para dar hipocloroso Hipocloroso + clorito Producción: 1500 kg/día Bajos pH

166 Acido - hipoclorito - cloritoGENERACION DE ClO2 Acido - hipoclorito - clorito

167 GENERACION DE ClO2 Ajustes de alimentación precisosControl regular de soluciones Recalibrar caudalímetros Recalibrar bombas cuando varían concentraciones Varía pureza Sobredilución baja rendimiento Sobredilución genera clorato

168 GENERACION DE ClO2 Caudalímetros en líneas de flujoRegulación por caudal y concentración Reactores en flujo pistón Agua de dilución con poca dureza y pH neutro

169 Tecnologías emergentesGENERACION DE ClO2 Tecnologías emergentes Cloro gaseoso sobre clorito sólido Tecnología CDG Gas cloro humidificado sobre cartuchos de clorito Salida: aire con 8% ClO2 Producción: 600 kg/día Rendimiento: 99%

170 Tecnologías emergentesGENERACION DE ClO2 Tecnologías emergentes Ácido + peróxido + clorato Ácido sulfúrico concentrado Peróxido de hidrógeno concentrado Clorato de sodio Bajo pH, genera espuma Poco usado en agua

171 [ClO2] +[ClO2-] + f [ClO3-]GENERACION DE ClO2 Rendimiento Se calcula en base al clorito usado [ClO2] [ClO2] +[ClO2-] + f [ClO3-] f =67/83

172 [ClO2] +[ClO2-] + [ClO3-] +[Cl libre]GENERACION DE ClO2 Pureza Se basa en determinaciones comunes [ClO2] [ClO2] +[ClO2-] + [ClO3-] +[Cl libre] No hay que medir masas ni usar métodos del fabricante

173 Almacenamiento de reactivosEdificaciones separadas Construido de material no inflamable Lugares ventilados Abundante agua para limpieza Tanques de PRFV o HDLPE Recipientes limpios, cerrados, no translúcidos Lugar específico No combustibles ni orgánicos cerca

174 Almacenamiento de reactivosSeparada de ácidos - libera ClO2 Temperatura mayor de 4ºC Prevenir UV, luz solar y calor excesivo Almacenar solo hasta 30 días Dentro de otro tanque para derrames Nunca dejar que se seque Bajo vacío o presión Máscaras de gas y kits de primeros auxilios

175 EQUIPOS Las bombas de solución son de diafragma Bombas centrífugasTefón, Hypalon, Fibra de vidrio, Inoxi 316 Lubricantes ignífugos Motores sellados

176 EQUIPOS Cañerías Acero al carbono - Inoxi: no recomendadoPara hipoclorito y dióxido de cloro Pocas juntas Flexibles Caída hacia desagües PVC polietileno

177 Monitoreo ClO2 ClO2- Amperométrico Colorimétrico con DPDPotencial redox en línea ClO2- Amperométrico – rutina Cromatografía iónica También mide clorato

178 Ventajas Más efectivo que el cloro y la cloraminas para virus y protozoos Oxida Fe, Mn y sulfuros Mejora los procesos de clarificación Controla gustos y olores No se forman SPD halogenaods Fácil de generar Independiente del pH Mantiene residual

179 Desentajas Forma clorito y clorato como SPDUna baja eficiencia libera cloro y forma SPD halogenados Costosa capacitación - laboratorio Clorito de sodio costoso Generado en el lugar Se descompone con la luz solar Genera olores en algunos sistemas

180 OZONO

181 OZONO Usado por primera vez en Holanda en 1893Francia y Rusia tratan aguas de red 1965 en Argentina para aguas envasadas 1980 se populariza en EEUU Se incrementa el uso a partir de los SPD

182 PROPIEDADES QUÍMICAS Derivado alotrópico del oxígenoGas a temperatura ambiente Poco soluble Incoloro o azulado – corrosivo – tóxico Olor picante. Detectado a 0.02 ppm Oxidante más poderoso Se descompone espontáneamente en agua

183 PROPIEDADES QUÍMICAS El proceso no es bien conocidoGenera radicales OH• libres Más reactivos que el ozono Vida media muy corta

184 PROPIEDADES QUÍMICAS

185 USOS PRIMARIOS DESINFECCION Poderoso oxidante Menor tiempo de contactoMenor concentración Solo como primario

186 Mecanismos de inactivaciónBACTERIAS Actúa por oxidación Ataca la pared celular Distorsiona la actividad enzimática Rompe ADN

187 Mecanismos de inactivaciónVIRUS Destruye proteínas de la cápside Disgrega en varias piezas Libera e inactiva ARN PROTOZOOS Rompe membranas celulares Daña membranas plasmáticas y ribosomas

188 Parámetros de desinfecciónpH Independiente Altos pH destruyen ozono Temperatura Altas temperaturas bajan solubilidad Materia suspendida No protege microorganismos Consume ozono

189 CT BACTERIAS E. Coli, Pseudomonas, Estafilococos4 log en 1 min, mg/L Legionella: 2 log en 5 min, 0.21 mg/L Estreptococos: 2xt E. Coli

190 CT VIRUS

191 CT PROTOZOOS - Giardia

192 USOS PRIMARIOS Oxidación de Fe y Mn Reduce gusto y olorControla precursores de THM’s pH < 7.5 Alcalinidad Mejora biodegradación orgánica Mejora coagulación y filtración

193 En el ingreso a la planta o después del sedimentadorUSOS PRIMARIOS Puntos de aplicación En el ingreso a la planta o después del sedimentador

194 Reduce compuestos orgánicos a otros de menor peso molecularSPD Reduce compuestos orgánicos a otros de menor peso molecular Formaldehído – B1 Acetaldehído Glyoxal Metil glyoxal Ácido oxálico Ácido succínico Ácido fórmico Ácido acético Ácido pirúvico Carbono orgánico asimilable ozono

195 En presencia de bromuroSPD En presencia de bromuro Bromato – B2 Bromoformo – B2 Ácidos acéticos brominados Bromopicrinas Acetonitrilos brominados – C Bromuro de cianógeno (*) Bromaninas (*) (*) en presencia de HN3

196 Principales reaccionesSPD Principales reacciones

197 SPD Formación de bromatos

198 Control de SPD Factores primarios Concentración de Br -< 80 µg/L no produce bromatos pH A > pH favorece control de orgánicos A < pH favorece control de bromatos Concentración de COT

199 Control de SPD Factores primariosLa producción de bromatos disminuye con Baja concentración de ozono Baja temperatura Menor tiempo de contacto Alcalinidad Inyectando NH3 El COA se controla con filtración biológica

200 GENERACION Se produce en el sitio O2 + e- = 2 [O] + calor2 [O] + 2 O2 = 2 O3 3 O2 = 2 O3 , con liberación de calor Temp. 40 ºC, límite Descarga corona – silenciosa Aplicación de UV

201 GENERACION

202 Componentes básicos del sistemaGENERACION Componentes básicos del sistema Alimentador de gas Generador Contactor Destructor

203 GENERACION - Esquema

204 ALIMENTADOR DE GAS Produce una corriente con 8 a 14% O3SISTEMA CON OXÍGENO Produce una corriente con 8 a 14% O3 Provistos en tubos o cilindros Generado in situ Proceso criogénico Tamiz molecular Se necesita equipo: evaporador, filtros, válvulas reguladoras

205 ALIMENTADOR DE GAS Produce una corriente con 3 a 5% O3SISTEMA CON AIRE Produce una corriente con 3 a 5% O3 Se requiere más equipo Limpio y seco Punto de rocío < - 60ºC Libre de contaminantes: aceite, hidrocarburos Filtrado hasta 1 µm

206 ALIMENTADOR DE GAS Filtros desecadores: sílica gel o alúminaSISTEMA CON AIRE Filtros desecadores: sílica gel o alúmina Si el aire está a baja presión, regenerados por calor Si está a alta presión, regenerados por aire seco Compresores: recíprocos, tornillo, lóbulos, centrífugos, anillo líquido.

207 SISTEMA CON AIRE - esquemaALIMENTADOR DE GAS SISTEMA CON AIRE - esquema

208 GENERADOR Geometría Cilindros concéntricos – tubos generadoresVerticales - horizontales Placas paralelas Frecuencia Baja: 50 – 60 Hz Alta: 60 – 1000 Hz

209 GENERADOR Voltaje Aplicado 8.000 a 25.000 V Consumo de energía14 a 18 Wh / g O3 Producción 50 a 100 g /m2 h 0.25 a 10 kg / h Aumenta con frecuencia

210 GENERADOR

211 GENERADOR

212 Frecuencia > período de ionización, > O3> tiempo en la zona de descarga, destruye O3 > frecuencia, < deterioro del dieléctrico < rendimiento de potencia en alta frecuencia

213 GENERADOR Pérdida por calor: 85% de la energíaExceso de calor destruye ozono Voltaje aplicado: f(presión, h) Rendimiento Aumenta con el voltaje Área del electrodo El caudal de gas La frecuencia Con el menor ancho del dieléctrico

214 Esquema de electrodo cilíndricoGENERADOR Esquema de electrodo cilíndrico

215 GENERADOR HORIZONTAL

216 GENERADOR VERTICAL

217 GENERADOR DE PLACAS

218 DETALLES OPERATIVOS Tubos de recambio en almacénChequear generación diariamente Circular aire seco antes de arrancar Circular aire seco luego de paradas Cambio periódico de secadores Limpiar tubos si cae generación Chequear pérdidas

219 DISUELVE EL OZONO EN EL AGUACONTACTOR DISUELVE EL OZONO EN EL AGUA El exceso se ventea Transferencia > 80% TIPOS DE CONTACTORES Burbujeadores Inyectores turbina

220 Esquema de un burbujeadorCONTACTOR Esquema de un burbujeador

221 CONTACTOR Características Alta eficiencia en transferencia – 85 a 95%Operación sencilla No tiene partes móviles 2 a 3 cámaras Alturas de 5 a 6 m Difusores cerámicos o de acero inoxidable Flujo pistón

222 CONTACTOR CaracterísticasSe calcula el volumen con dosaje aplicado, residual y tiempo de contacto. Caída de presión: 0.5 psig Porosidad: 35 a 45% Los burbujeadores se tapan Canalización vertical

223 CONTACTOR Esquema de un inyector

224 CONTACTOR

225 CONTACTOR Características Precisa relación aire-agua< 0.5 l/h aire / l/h agua Concentración de ozono > 6% Flujo pistón no tiene partes móviles Poca profundidad Mayor costo Cálculo del volumen ídem anterior

226 CONTACTOR Esquema de turbina

227 CONTACTOR

228 CONTACTOR Características Transferencia > 90% Altura: 1.8 a 4.5 mMotor exterior para mantenimiento Consume energía No se tapa

229 DESTRUCTOR [O3] en la purga es muy alta OSHA: 0.1 ppmLo transforma en oxígeno Soplador en la descarga para tener un pequeño vacío en el contactor.

230 DESTRUCTOR FORMAS DE DESTRUCCIÓN Calentado a t > 350 ºCCalentado a t > 100 ºC sobre catalizador Pasaje por GAC húmedo

231 PROTECCION PERSONAL Y EQUIPOSINSTRUMENTACIÓN PROTECCION PERSONAL Y EQUIPOS Detector de ozono en ambiente A la salida del generador A la salida del contactor A la salida del destructor Control punto de rocío Flujo de refrigeración Presión de gas ingreso al generador

232 Impactos con otros tratamientosGenera COA. Si > 100 µg/L, posible recrecimiento. Se deben remover con filtros biológicos. Reacciona con Cl2, ClO2 y ClNH2 Forma óxidos insolubles que deben retirarse Reduce demanda y permite residuales más bajos del desinfectante secundario.

233 FILTROS BIOLÓGICOS Filtros de arena Filtros de carbón activadoLentos Rápidos Filtros de carbón activado Mejor superficie para el desarrollo Ventajas Efluente biológicamente estable Remoción de orgánicos (SPD) y precursores

234 MATERIALES Para ozono seco:Acero inoxidable serie 300 Vidrio, cerámico Teflón, Hypalon concreto Para ozono húmedo (en contactor y destructor) Acero inoxidable 316

235 SEGURIDAD Generadores en locales cerrados Separados del restoVentilación adecuada (2 a 3 vol/min en emergencias) Espacio para recambio de tubos Separados de los compresores Unidades de destrucción al exterior

236 SEGURIDAD Aparatos de respiración autónomaSeñales de alarma en 2 posiciones Cuando alcanza 0.1 ppm Cuando alcanza 0.3 ppm Regulaciones OSHA : 0.1 ppm – 8 hs ANSI: 0.1 ppm – 8 hs; ppm < 10 min ACGIH: 0.1 ppm – 8 hs o 40 semanales; 0.3 ppm < 15 min

237 METODOS ANALÍTICOS EN AGUA: medición de residual EN GAS:Colorimétrico DPD Titulación DPD – FAS EN GAS: Absorción UV nm Iodométrico Titulación en fase gaseosa Quimiluminiscencia Bromato - cromatografía iónica

238 VENTAJAS Más efectivo que otros oxidantes Oxida Fe y MnMejora clarificación y turbiedad Controla colores, gustos y olores Bajísimo tiempo de contacto Independiente del pH Se descompone dando O2 En ausencia de bromuro, no hay SPD halogenados

239 VESVENTAJAS El costo inicial es alto Debe generarse en el lugarRequiere energía El tóxico y corrosivo No deja residual Se descompone rápido con alto pH y temperatura Forma bromatos, SPB brominados, aldehídos y cetonas

240 COMPARACIONES

241 COMPARACIONES

242 U.V.

243 UV Comenzó en 1901 – UV artificial Francia 1910 y USA en 1916Sistemas pequeños

244 QUÍMICA (Fotoquímica)Los microorganismos absorben luz Se alteran los componentes celulares Desinfecta en cualquier grado Se absorbe y disipa en el agua sin dejar residual Energía electromagnética 100 – 400 nm

245 QUÍMICA (Fotoquímica)UV vacío: 100 – 200 nm UV – C : 200 – 280 nm UV – B : 281 – 315 nm UV – A : 315 – 400 nm Lámparas Baja presión: nm Media presión: 180 – 1370 nm

246 QUÍMICA (Fotoquímica)

247 Reacciones La desinfección sigue una cinética de 1º orden Dosis = IxtI : intensidad en mW/cm2 t : tiempo de acción en seg Análogo al CT Los tiempos normales 10 – 20 seg

248 Reacciones Independiente de N inicial N = f x D nN: coliformes/ 100 mL D: dosis = I x t f: calidad del agua n: relacionado con D, es empírico

249 Variables de proceso Independiente del pH, temperatura, alcalinidad y COT Alta dureza opaca superficies Presencia de O3 mejora eficiencia Materia suspendida protege patógenos Fe, NO2-, fenoles, sulfuros absorben UV

250 Variables de proceso No cambia componentes del aguaAbsorbancia a 254 nm, 1 cm = demanda del agua Determinar para cada tipo de agua Transmitancia % T = 100 x 10 -Abs

251 Variables de proceso Clasificación de la calidad del aguaEn ningún caso la profundidad debe ser > 75 mm

252 Usos primarios Desinfectante primario No deja residualLuego de la filtración No impacta con otros tratamientos

253 Eficiencia de la desinfecciónActúa en segundos Bueno para bacterias y virus Rotura irreparable del ADN Daño fotoquímico al ADN y ARN Esteriliza al microorganismo Producen mutantes Algunas bacterias pueden fotorreactivarse

254 Eficiencia de la desinfecciónEsquema de acción

255 Factores que afectan la desinfecciónFilms químicos y biológicos Orgánicos disueltos: aumenta Abs. Inorgánicos disueltos: aumenta Abs. Inorgánicos disueltos: incrustaciones Color Cortocircuitos en el reactor

256 Factores que afectan la desinfecciónAgrupamiento de patógenos Turbiedad

257 Eficiencia de la desinfecciónInactivación de virus y bacterias Las dosis son bajas Comparable al cloro Dosis 2 a 30 mWs/cm2 Inactivación de protozoos Se requieren dosis muy altas Dosis 120 a 8000 mWs/cm2

258 SPD No forma SPD Puede generar O3 y OH• libresSe observaron muy bajos niveles de formaldehído en aguas superficiales

259 GENERACIÓN Se produce con lámparas similares a tubos fluorescentesTubo de cuarzo con argón y vapor de Hg La potencia se controla con balastos Temperatura óptima: 40 ºC

260 GENERACIÓN Lámparas Encendido instantáneo Vibraciones y golpesDiseño estándar Baja presión: nm Media presión: 180 – 1370 nm > intensidad

261 GENERACIÓN Balastos Electromagnéticos Electrónicos Baja frecuenciaAlta frecuencia Mayor vida útil < consumo de energía < temp de operación < producción de calor

262 GENERACIÓN Diseño del reactor Recipientes cerrados PequeñosMínima polución del aire < exposición del personal Diseño modular Instalación simple

263 GENERACIÓN

264 GENERACIÓN

265 GENERACIÓN

266 GENERACIÓN Cámara de cuarzo – fibra óptica

267 GENERACIÓN

268 GENERACIÓN Aspectos de diseño Sensores de UVAlarmas y sistemas de corte Ciclos de limpieza Sistemas telemétricos

269 Aspectos de diseño hidráulicoGENERACIÓN Aspectos de diseño hidráulico Flujo pistón: relación largo/ancho Turbulencia: sentido radial Volumen efectivo: zonas muertas Tiempo de residencia Caudal

270 GENERACIÓN Diseños emergentes Microbarrido UVContienen 2 cámaras con filtros de 2 µm donde se retienen los quistes y reciben la luz durante mucho tiempo. UV pulsátil Sistema de capacitores entregan pulsos a un flash de xenón, 30 pulsos/seg. Cámaras con 5 cm diámetro. Irradiación de 75 mWs/cm2 a 2 cm.

271 Condiciones operativasEncender antes para calentar lámparas Si transmitancia < 75%, no usar UV Potencia disminuye con el tiempo Usar hasta 70% de capacidad Duración 8800 hs – baja presión Limpieza de los tubos Métodos físicos: ultrasonido, alta presión Métodos químicos: lavado ácido

272 Fotodiodos sensores en rango germicidaMedición Fotodiodos sensores en rango germicida Transforman energía en señal electrónica Lugar: cerca de la coraza y en lugares alejados Avisos por baja intensidad y muy baja intensidad

273 Ventajas y desventajasSencillo y eficiente No usa químicos No modifica características del agua No genera SPD Mayores costos Consumo de energía Alta transparencia del agua No deja residual

274 Permanganato de potasioMÉTODOS ALTERNATIVOS Permanganato de potasio Peroxono Bromo Yodo Plata

275 Permanganato de potasioQuímica Sólido violeta Solubilidad: 6.4 g/ 100 mL Oxidante fuerte: orgánicos e inorgánicos Exotérmica Producto final: MnO2 Velocidad de reacción: f( T, pH, conc)

276 Permanganato de potasioAplicación Solución 1 a 4 % Batch – disolutor Tolva de alimentación Bombas dosificadoras

277 Permanganato de potasioProducto Grado de pureza Puro: no higroscópico Técnico: higroscópico – forma tortas Técnico aditivado: antiaglutinantes Manejo Contacto con ojos, piel, vías respiratorias Uso de equipo adecuado

278 Permanganato de potasioUsos primarios Oxidación de Fe y Mn 3Fe2+ + KMnO4 + 7H2O = 3Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5H+ 3Mn2+ + 2KMnO4 + 2H2O = 5MnO2 + 2 K+ +4 H+ Control de gusto y olor Organismos molestos Oxida compuestos orgánicos

279 Permanganato de potasioDesinfección Alto costo Oxida material celular – enzimas Adhesión en coloides Bacterias: 2.5 mg /L , 2 hs - 20 mg / L , 24 hs Virus: 5 mg/L, 33 min - 50 mg /L, 2 hs Protozoos: no hay información

280 Permanganato de potasioSPD No forma SPD Remueve precursores Sobredosis causa ictericia y baja de presión sanguínea

281 Permanganato de potasioPuntos de aplicación Entrada agua cruda Con coagulantes Antes de sedimentación y filtros No requiere mezcladores En cañerías: en el centro.

282 Permanganato de potasioDeterminación Espectrofotometría de absorción atómica Colorimétrico: persulfato

283 Permanganato de potasioConsideraciones de operación Control sobredosis Reducido y removido Cambio de color Cañerías hogareñas No interfiere con otros tratamientos

284 Permanganato de potasioVentajas y desventajas Oxida Fe y Mn Remueve olor y sabor Fácil de usar Controla formación de THM’s Controla organismos molestos No impacta en otros tratamientos Necesita largo tiempo de contacto Puede colorear el agua Tóxico e irritante

285 Peroxono Proceso de oxidación avanzado Mezcla de O3 + H2O2Mejora proceso indirecto Forma OH • Procesos alternativos O3 + U.V. O3 + alto pH H2O2 + U.V.

286 Peroxono

287 Peroxono QUÍMICA O3 y OH• compitenReacción con OH• más rápida y efectiva Mejor transferencia de O3 al agua Consumen OH• Alcalinidad Carbonatos Sustancias húmicas

288 Peroxono Usos primarios Eliminar sustancias con sabor y olor Geosmina2 – metil isoborneol (2 – MIB) comp. fenólicos Tricloro etileno (TCE) Percloro etileno (PCE)

289 Peroxono DESINFECCIÓN > O3 H2O2/O3 < 0.2Mecanismo similar al ozono No deja residual medible. CT Se logra residual aumentando O3 El H2O2 solo no actúa

290 Peroxono Aplicación H2O2 + O3 : pre oxidación seguido de OH •Al mismo tiempo O3 + H2O2 : desinfecta y luego oxida

291 Peroxono SPD Bromatos COANo forma compuestos halogenados, si no hay bromuros disminuye THM’s en clorinación

292 Peroxono Generación O3 según métodos estudiadosH2O2 con bomba dosificadora Se provee al 35 , 50 y 75% p/p

293 Peroxono: comparación con ozono

294 Peroxono Manejo H2O2 lastima por contacto Explota por calor o fuegoDentro de contenedores secundarios Tanques de polietileno Cañerías de Inoxidable 316, polietileno o teflón

295 Peroxono Determinación Titulación: Colorimetría: IodométricoPermanganato Colorimetría: Oxidación de Titanio (IV) Oxidación de Cobalto (II) y bicarbonato

296 Ventajas y desventajasPeroxono Ventajas y desventajas Más rápida y reactiva que el ozono Oxida componentes más difíciles de remover Oxida compuestos halogenados Forma compuestos biodegradables Fácil dosificación del peróxido Muy peligroso su contacto Se deteriora en almacenamiento No se puede calcular CT

297 BROMO En CNPT es líquido Fácil de manejar Solubilidad : 16.8 g /LCorrosivo Vapores agresivos Propiedades alguicidas Conc. de uso: > 0.4 mg / L

298 BROMO Química Br2 + H2O = HBrO + Br - + H+ HBrO = BrO - + H+

299 BROMO Acción desinfectante Se mantiene a pH elevadosMenos activo que el cloro Penetra membranas celulares Inactiva enzinas Detiene el metabolismo Muerte del microorganismo

300 BROMO SPD Agua bromada no tiene efectos cancerígenos Produce THM’sProduce bromoformo – B2

301 BROMO Equipos Bomba dosificadora Seguridad Similar al cloro MonitoreoO - tolidina

302 Ventajas y desventajasBROMO Ventajas y desventajas No deja olor No irrita los ojos Ventajas similares a la cloración Activo a altos pH Muy caro Difícil disponibilidad

303 YODO Sólido a T ambiente Fácil de manejar Baja solubilidadMenos agresivo Más efectivo si está unido a una molécula orgánica Mas estable que el cloro

304 YODO Química I2 + H2O = HIO + I - + H+

305 YODO Acción desinfectante Más efectivo como HIOMenos activo que el cloro Efectivo con bacterias Destruyen esporas, quistes y virus 1 a 8 mg / L , 30 min – períodos cortos Tintura de yodo: 2 a 6 %

306 YODO SPD I2 Fenol > 1 mg / L No produce iodaminasREACCIÓN ALÉRGICA TIROIDES Fenol > 1 mg / L No produce iodaminas Bajo nivel de THM’s

307 YODO Equipos Bomba dosificadora: solución saturada x lechoVapor sobre I2 sólido Monitoreo Titulación amperométrica Colorimétrico: método LCV

308 Ventajas y desventajasBROMO Ventajas y desventajas Residuales más estables Sencillo Emergencias Muy caro Difícil disponibilidad No se recomienda en largos períodos

309 PLATA Uso antiguo Efecto oligodinámico Uso de 25 a 75 µg /LNo oxidante Interfieren materia coloidal, cloruros y amoníaco

310 PLATA Acción desinfectante Actúa en estado coloidal Buen bactericidaHongos consumidores de O2 Acción enzimática Largo tiempo Bajo residual

311 PLATA SPD Ag No produce otro SPD No agrega sabor, olor ni colorArgiriosis No produce otro SPD No agrega sabor, olor ni color

312 PLATA Equipos Equipo de contacto: paredes o pantallas con pinturas de plata Filtros domésticos: porcelana o carbón activado revestido con AgCl Dosificador solución diluida Electrolítico: más práctico Ánodo libera Ag+ Cátodo libera H2

313 PLATA Esquema electrolítico

314 PLATA Monitoreo Electrodo selectivo Absorción atómica Amperaje

315 Ejemplo de cálculo por amperajePLATA Ejemplo de cálculo por amperaje 1 mol e- = coul = 108 g Ag+ Dosis: 50 µg Ag+ / L = 4.6 x 10-7 mol 96500x 4.6 x 10-7 = coul Si Q = 1 L/s (3600 l/h) , necesito coul/s = 45 mA

316 Ventajas y desventajasPLATA Ventajas y desventajas No deja SPD No imparte características organolépticas Mayor costo Difícil de controlar Bajo residual Poco efectivo con virus

317 Bibliografía Desinfección de Aguas – Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez – OPS – CEPIS Tratamiento de agua para consumo humano – Ada Barrenechea Martel, Lidia Vargas – OMS-OPS-CEPIS Red Iberoamericana de potabilización de aguas – Cap 14 Alternative Desinfectants y oxidants Guidance Manual – USEPA Microbial and disinfectios byproducts rules simultaneous compliance manual - USEPA Manual del cloro y desinfectantes alternativos – Office of Drinking Water – Canadá Guidelines for Drinking-Water Quality, 3º Ed. – WHO Ozone and Chlorine dioxide Tecnology - Katz Diario oficial de las comunidades europeas CE Desinfectants and desinfectants by- products - WHO Guidelines for the design, construction and operation of water and sewerage systems – Labrador – Canadá Documentos base WHO: cloro, dióxido de cloro, ozono, aspectos microbiológicos, desinfección, estándares de calidad del agua potable The Nalco Water Handbook – 2º Ed Manual Técnico del Agua – Degrémont Standard Métodos for the examination of water and wastewater – 20º Ed Código Alimentario Argentino – Cap XII