DESINFECCION DE DESINFECCION DE AGUAS PARA CONSUMO AGUAS PARA CONSUMO
HUMANOHUMANO
Facultad de IngenieríaFacultad de Ingeniería
Instituto de Ingeniería SanitariaInstituto de Ingeniería Sanitaria
U.B.A.U.B.A.
Ing. Enrique Lázaro
Organismos que regulan la Organismos que regulan la calidad del agua potablecalidad del agua potable
O.M.S – Guías para la calidad del O.M.S – Guías para la calidad del agua potable – 3ª Edición - 2006agua potable – 3ª Edición - 2006
Codex AlimentariusCodex Alimentarius E.P.A.E.P.A. C.E.E. Diario Oficial de las C.E.E. Diario Oficial de las
Comunidades Europeas – 98/83/CEComunidades Europeas – 98/83/CE Código Alimentario Argentino – Cap Código Alimentario Argentino – Cap
XIIXII
RegulacionesRegulaciones
Características FísicasCaracterísticas Físicas Características QuímicasCaracterísticas Químicas
1.1. InorgánicasInorgánicasa.a. Sustancias con umbralSustancias con umbral
b.b. Sustancias citotóxicas Sustancias citotóxicas cancerígenascancerígenas
2.2. OrgánicasOrgánicas Características MicrobiológicasCaracterísticas Microbiológicas
OMSOMSValores Guía para la verificación de la
calidad microbiológica Agua 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:
E. coli o bacterias coliformes termotolerantes: ausencia en 100 mL de muestra.
Agua tratada en el sistema de distribución: E. coli o bacterias coliformes termotolerantes:
ausencia en 100 mL de muestra.
C.E.E. 98/83/CEC.E.E. 98/83/CEParámetros 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
Código Alimentario Código Alimentario ArgentinoArgentino
Características 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.
E.P.A.E.P.A. Giardia Lamblia Giardia Lamblia 3.0 Log3.0 Log Virus: Virus: 4.0 Log4.0 Log Coliformes Totales: Coliformes Totales: < 5% de las muestras < 5% de las muestras
positivospositivos Criptosporidium: Criptosporidium: 2.0 Log *2.0 Log * HPCHPC LegionellaLegionella
Turbiedad Turbiedad 0.3 NTU0.3 NTU
Regla primordial de la OMS
Las posibles consecuencias para la salud de la contaminación microbiana son tales que su control debe ser siempre unobjetivo de importancia primordial y nunca debe comprometerse.
No debe ponerse en peligro la desinfección para intentar controlar los subproductos de la desinfección (SPD).
Calidad MicrobiológicaCalidad Microbiológica
Causa enfermedades infecciosas y Causa enfermedades infecciosas y parasitariasparasitarias
Por IngestiónPor Ingestión: ruta fecal-oral: Cólera, : ruta fecal-oral: Cólera, Tifus, Disentería, Hepatitis infecciosa, Tifus, Disentería, Hepatitis infecciosa, Giardiasis, Amebiasis, etc.Giardiasis, Amebiasis, etc.
Por contactoPor contacto: Aguas contaminadas : Aguas contaminadas usadas para la higiene: Equistosomiasis, usadas para la higiene: Equistosomiasis, Gusano de GuineaGusano de Guinea
El 40% de los episodios diarreicos son de chicos menores a 5 años
Principales enfermedades Principales enfermedades transmitidas por transmitidas por
contaminación fecalcontaminación fecalBacteriasBacterias
Cocos o esféricas (esteptococos, Cocos o esféricas (esteptococos, estafilococo, sarcina): estafilococo, sarcina): 1 a 3 µm1 a 3 µm
Bacilos (alargados):Bacilos (alargados): 0.3 a 1 µm de 0.3 a 1 µm de diámetro y 1 diámetro y 1 a 10 µm de largoa 10 µm de largo
Vibrios (curvados): Vibrios (curvados): 0.6 a 1 µm de 0.6 a 1 µm de diámetro y 2 diámetro y 2 a 6 µm de largoa 6 µm de largo
Espirilos (en espiral): 50 a 100 µm de largoEspirilos (en espiral): 50 a 100 µm de largo
Fiebre tifoidea, disentería bacilar, cólera, brucelosis, leptospirosis, gastroenteritis, etc.
Principales enfermedades Principales enfermedades transmitidas por transmitidas por
contaminación fecalcontaminación fecalVirusVirus
Agrupamiento de DNA o RNA con Agrupamiento de DNA o RNA con cubierta proteica. Parásitos obligados.cubierta proteica. Parásitos obligados.
Tamaños de 0.01 a 0.1 µmTamaños de 0.01 a 0.1 µm
Polivirus, meningitis, parálisis muscular, enfermedades respiratorias, enterovirus, hepatitis, etc.
Principales enfermedades Principales enfermedades transmitidas por transmitidas por
contaminación fecalcontaminación fecalProtozoos y HelmintosProtozoos y Helmintos
Organismos unicelulares, con núcleo, Organismos unicelulares, con núcleo, de vida libre, principalmente parásitos.de vida libre, principalmente parásitos.
Tamaños de 1 a 20 µmTamaños de 1 a 20 µm
Áscaris lumbricoides, cryptosporidium, giardia lamblia, amebas, equistosoma, tenia saginata.
Probabilidad de Probabilidad de contaminacióncontaminación
Nivel de contaminaciónNivel de contaminación
Cuidado de la fuenteCuidado de la fuente
Dosis infectivaDosis infectiva
Susceptibilidad del hospedadorSusceptibilidad del hospedador
Grupos de riesgoGrupos de riesgo
La conclusión general es La conclusión general es que si no hay patógenos que si no hay patógenos
derivados de derivados de contaminación fecal, no contaminación fecal, no se producen endemias o se producen endemias o epidemias transmitidas epidemias transmitidas
por el agua.por el agua.
Otros microorganismosOtros microorganismos
Presentes en la flora normal del aguaPresentes en la flora normal del agua
Oportunistas:Oportunistas: Pseudomonas, Pseudomonas, Legionella Legionella Aeromonas, Aeromonas, Klebsiella, Serratia, etc.Klebsiella, Serratia, etc.
Peligro para ciertos grupos de Peligro para ciertos grupos de riesgo.riesgo.
Otros microorganismos Otros microorganismos Otros microorganismosOtros microorganismos
Algas verde – azuladasAlgas verde – azuladas
Productoras de toxinas: Productoras de toxinas: hepatotoxinas, neurotoxinas, hepatotoxinas, neurotoxinas, lipolpilosacáridos.lipolpilosacáridos.
Cuidado de la fuente – nutrientes.Cuidado de la fuente – nutrientes.
Otros microorganismosOtros microorganismos
Organismos molestosOrganismos molestos
Actinomicetes, cianobacterias, Actinomicetes, cianobacterias, crustáceoscrustáceos
Causan turbiedad, olor, gusto, son Causan turbiedad, olor, gusto, son visiblesvisibles
TRATAMIENTO DE TRATAMIENTO DE DESINFECCIÓNDESINFECCIÓNPREMISAS BASICASPREMISAS BASICAS
Seleccionar y cuidar la fuente de aguaSeleccionar y cuidar la fuente de agua Seleccionar el mejor método de Seleccionar el mejor método de
tratamientotratamiento Controlar que funcione adecuadamenteControlar que funcione adecuadamente Mantener las redes de distribuciónMantener las redes de distribución Controlar en forma adecuada: control Controlar en forma adecuada: control
microbiológico.microbiológico.
Microorganismos Microorganismos indicadoresindicadores
REQUISITOS QUE DEBEN CUMPLIRREQUISITOS QUE DEBEN CUMPLIR
Estar presente donde hay patógenosEstar presente donde hay patógenos Estar en igual o mayor número que los Estar en igual o mayor número que los
patógenospatógenos Ser específicos de contaminación fecalSer específicos de contaminación fecal No multiplicarse en el aguaNo multiplicarse en el agua No ser patógenoNo ser patógeno Igual de resistente a los tratamientos de Igual de resistente a los tratamientos de
desinfeccióndesinfección Removible por tratamientos aplicables a los Removible por tratamientos aplicables a los
patógenospatógenos Fácilmente detectables: rápido y baratoFácilmente detectables: rápido y barato
Microorganismos Microorganismos indicadoresindicadores
ESCHERICHIA COLIESCHERICHIA COLI: altamente específico de : altamente específico de heces humanas y de animales de sangre heces humanas y de animales de sangre caliente.caliente.
COLIFORMES TERMOTOLERANTESCOLIFORMES TERMOTOLERANTES:: relacionados relacionados con contaminación fecal o de alcantarilla. con contaminación fecal o de alcantarilla. E.Coli presuntivoE.Coli presuntivo
COLIFORMES TOTALESCOLIFORMES TOTALES: determina la calidad : determina la calidad sanitaria del tratamiento.sanitaria del tratamiento.
ESTREPTOCOCOS FECALESESTREPTOCOCOS FECALES – Enterococos: mayor – Enterococos: mayor relación con contaminación fecal. Más relación con contaminación fecal. Más resistentes a los tratamientos.resistentes a los tratamientos.
CLOSTRIDIOS SULFITO REDUCTORESCLOSTRIDIOS SULFITO REDUCTORES: Esporulados. : Esporulados. Indica contaminación fecal.Indica contaminación fecal.
HPCHPC – Recuento en placa: Indica calidad – Recuento en placa: Indica calidad general del agua y del tratamiento.general del agua y del tratamiento.
OMS – Guías para la calidad del agua potable – 3º Ed.
Otros indicadoresOtros indicadores
Virus CitopatogénicosVirus Citopatogénicos Pseudomona AeruginosaPseudomona Aeruginosa LegionellaLegionella Estafilococos AureusEstafilococos Aureus Cándida AlbicansCándida Albicans Protozoos: Giardia y CriptosporidiumProtozoos: Giardia y Criptosporidium Virus humanos.Virus humanos.
Estrategias del Estrategias del tratamientotratamiento
Ya que no hay indicadores ideales, se Ya que no hay indicadores ideales, se pueden combinar microorganismos.pueden combinar microorganismos.
Constancia en los controles: roturas Constancia en los controles: roturas o errores humanos.o errores humanos.
Conviene muchos baratos y no pocos Conviene muchos baratos y no pocos caroscaros
En todas las etapasEn todas las etapas
SELECCIÓN DE LA ESTRATEGIA SELECCIÓN DE LA ESTRATEGIA DE DESINFECCIÓNDE DESINFECCIÓN
Función de las condiciones locales y Función de las condiciones locales y de tres objetivos principales:de tres objetivos principales:
Entregar agua libre de patógenosEntregar agua libre de patógenos Control en la producción de SPDControl en la producción de SPD Presencia de desinfectante en la red Presencia de desinfectante en la red
de distribución.de distribución.
PROPIEDADES GENERALES DE ALGUNOS DESINFECTANTES
Necesidad de la Necesidad de la desinfeccióndesinfección
1850: se conocen enfermedades 1850: se conocen enfermedades transmitidas por el aguatransmitidas por el agua
1880: Teoría del germen de Pasteur 1880: Teoría del germen de Pasteur permite comprender el problemapermite comprender el problema
1880: John Snow dilucida epidemia de 1880: John Snow dilucida epidemia de cólera en Londres.cólera en Londres.
Los mayores brotes se dan por Los mayores brotes se dan por contaminación de la fuente y fallas en contaminación de la fuente y fallas en el traramiento.el traramiento.
Mecanismos de Mecanismos de InactivaciónInactivación
1.1. Destruye o daña la pared Destruye o daña la pared celularcelular
2.2. Interfiere el metabolismo Interfiere el metabolismo productor de energíaproductor de energía
3.3. Interfiere síntesis de Interfiere síntesis de proteínas y crecimientoproteínas y crecimiento
4.4. Destruye ADNDestruye ADN
FORMAS DE FORMAS DE DESINFECCIÓNDESINFECCIÓN
AGENTES FÍSICOSAGENTES FÍSICOS Sedimentación natural: decantación de Sedimentación natural: decantación de
partículas en suspensión por acción de la partículas en suspensión por acción de la gravedad. Esporulados y huevos de gravedad. Esporulados y huevos de helmintos.helmintos.
Coagulación – Floculación – Coagulación – Floculación – Sedimentación: comportamiento igual Sedimentación: comportamiento igual que los coloides. Incorporación a flóculosque los coloides. Incorporación a flóculos
Eliminación de bacterias en Eliminación de bacterias en función de la disminución función de la disminución
de la turbiedadde la turbiedad
FORMAS DE FORMAS DE DESINFECCIÓNDESINFECCIÓN
Filtración: Filtración:
Filtros rápidos: 98% de remoción. Filtros rápidos: 98% de remoción. Retención en intersticios.Retención en intersticios.
Filtros Lentos: 96% de remoción. Filtros Lentos: 96% de remoción. Formación de una capa orgánica. Formación de una capa orgánica. Biodegradación.Biodegradación.
AGENTES AGENTES FÍSICOSFÍSICOS
FORMAS DE FORMAS DE DESINFECCIÓNDESINFECCIÓN
Radiación UVRadiación UV
Longitud de onda: 254 nmLongitud de onda: 254 nm
AGENTES FÍSICOSAGENTES FÍSICOS
FORMAS DE FORMAS DE DESINFECCIÓNDESINFECCIÓN
Características generalesCaracterísticas generales Destruir en corto tiempo los patógenos Destruir en corto tiempo los patógenos
desde cualquier concentración inicial.desde cualquier concentración inicial. No ser tóxicos en las dosis usualesNo ser tóxicos en las dosis usuales No dar olor ni saborNo dar olor ni sabor Bajo costo. Manejo fácil y dosificación Bajo costo. Manejo fácil y dosificación
segurasegura Fácilmente determinablesFácilmente determinables Mantener residualMantener residual
AGENTES AGENTES QUÍMICOSQUÍMICOS
Actúan por su poder oxidante
Cloro y derivados
Cloraminas
Bromo
Yodo
Dióxido de cloro
Ozono
Permanganato de potasio
Peróxido de hidrógeno
Iones metálicos (no oxidante)
OTROS USOS DE LOS OTROS USOS DE LOS OXIDANTESOXIDANTES
Minimizar la formación de SPDMinimizar la formación de SPD Control de organismos molestosControl de organismos molestos Oxidación de hierro y manganesoOxidación de hierro y manganeso Prevención del recrecimiento en Prevención del recrecimiento en
redesredes Remoción de gustos y oloresRemoción de gustos y olores Mejorar la eficiencia de la Mejorar la eficiencia de la
coagulación y filtracióncoagulación y filtración
OTROS USOS DE LOS OTROS USOS DE LOS OXIDANTESOXIDANTES
Prevención del crecimiento de algas Prevención del crecimiento de algas en sedimentadores y filtrosen sedimentadores y filtros
Remoción de coloresRemoción de colores
El factor CTEl factor CT
Es el producto de la concentración del Es el producto de la concentración del bactericida “ C ” en mg/L, medida bactericida “ C ” en mg/L, medida como residual, por el tiempo de como residual, por el tiempo de contacto “ T ” en minutos.contacto “ T ” en minutos.
Predice la eficiencia bactericidaPredice la eficiencia bactericida Se desprende de la ley de Chick-Se desprende de la ley de Chick-
Watson.Watson. Es función de la temperatura, el pH y Es función de la temperatura, el pH y
de la química del aguade la química del agua
Desarrollo matemáticoDesarrollo matemático
Sigue una cinética de 1º orden en tSigue una cinética de 1º orden en t ln (N/No) = - kCTln (N/No) = - kCT k : constante de reducción del k : constante de reducción del
microorganismomicroorganismo % inactivación : (1 – N/No) x 100% inactivación : (1 – N/No) x 100
Representación gráfica de Representación gráfica de la ley de Chickla ley de Chick
Los valores CT se Los valores CT se encuentran en tablas, para encuentran en tablas, para
los distintos los distintos microorganismosmicroorganismos
CT Comparativo entre CT Comparativo entre desinfectantesdesinfectantes
Sub Productos de la Sub Productos de la Desinfección - SPDDesinfección - SPD
Residuales de desinfectantesResiduales de desinfectantes Sub-productos inorgánicosSub-productos inorgánicos Sub-productos orgánicosSub-productos orgánicos Sub-productos orgánicos Sub-productos orgánicos
halogenadoshalogenados
Regulaciones EPA estado Regulaciones EPA estado 11
Regulaciones EPA estado Regulaciones EPA estado 22
CLORACIÓN
Cloración
1846: Dr. Semmelweis - Hospital de Viena 1854: John Snows – pozo en Londres Bélgica: 1900’s – primer uso en proceso
continuo EE UU: 1908 Aumento 50% expectativa de vida
Cloración
Muertes por fiebre tifoidea en EE UU
24
16
8
1900
QUIMICA DE LOS COMPUESTOS
Cloro - 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%
QUIMICA DE LOS COMPUESTOS
Hipoclorito de Sodio - NaClOLavandina – 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
QUIMICA DE LOS COMPUESTOS
Hipoclorito 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.
QUIMICA DE LOS COMPUESTOS
Cal 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.
QUIMICA DE LOS COMPUESTOS
Tricloroisocianurato de Sodio
Se expende en pastillas. Se usa para las piletas de natación. Fórmula: C3N3O3Cl3
No se usa para aguas de bebida.
Comportamiento en el agua
Cloro:
Cl2 + H2O HClO + H+ + Cl-
HClO H+ + ClO-
Reacción inmediata.
Reduce el pH
Hipoclorito de Sodio
NaClO + H2O HClO + Na+ + OH-
HClO H+ + ClO-
La primera reacción aumenta el pH
Hipoclorito de Calcio
Ca(ClO)2 + 2 H2O 2 HClO + Ca++ + 2 OH-
HClO H+ + ClO-
Cal clorada
2 CaCl2O + H2O Ca(ClO)2 + CaCl2 + H2O
Ca(ClO)2+ 2 H2O HClO + Ca++ + 2 OH-
HClO H+ + ClO-
Cloro 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
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
Cloro combinado
Reacciones del cloro con amoníaco – NH3
Forma mono y dicloraminas – ClNH2, Cl2NH
Forma tricloruro de nitrógeno – Cl3N
Tienen efecto desinfectante
Otras reacciones del cloro
Reacciones de “demanda de cloro”
NO2
Fe Mn H2S Colores Compuestos orgánicos
Formas importantes del cloro
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.
mg/L
mg/
L
mg/L
mg/
L
mg/L
mg/
L
Eficacia del cloro
Bacterias
Virus
Protozoos
Afecta membranas celulares y ADN Respiración, transporte y actividad
del ADN Daña la pared celular No produce mutaciones.
Factores que afectan la desinfección
pH – 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
Determinación de CT
La menor temperatura de operación El mayor pH La concentración de Cl al final del contacto El grado de desinfección que exige la ley
SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPD
Residuales 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
SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPD
Los reactivos más potentes: HClO y HBrO La formación de SPD depende:
Carbono orgánico total Temperatura pH Dosis de cloro Tiempo de contacto
SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPD
Categorización 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
SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPD Trihalometanos – THM
Cloroformo – B2 Bromodiclorometano – B2 Dibromoclorometano – C Bromoformo – B2
Ácidos haloacéticos – HAA5 Monocloroacético Dicloroacético – B2 Tricloroacético – C Monobromoacético Dibromoacético
SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPD Haloacetonitrilos HAN
Dicloroacetonitrilo – C Bromocloroacetonitrilo Dibromoacetonitrilo – C Tricloroacetonitrilo – B2
Halocetonas 1,1 – Dicloropropanona 1,1,1 – Tricloropropanona
Se metabolizan a HAA e hidrato de cloral
SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPD Clorofenoles
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-
Estaciones de cloración
Ubicación: lugar alejado del resto de las instalaciones para evitar contaminaciones por fugas.
1. Almacén
2. Sala de cloración
3. Cámara de contacto
Almacén – Cloro gaseoso
Bajo 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.
Cilindros y tanques
Almacén :Compuestos de cloro
En 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
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
Salas de cloración: cloro gaseoso
Cañerías siempre a la vista Sujetas contra la pared y accesibles. Leve pendiente hacia los tubos por
condensados Mínimo número de juntas
Conexionado de cilindros
Mantener T cte en líneas y cilindros.
No extraer más de 17 Kg por día
Si se extrae de golpe se forma escarcha
Conexionado de cilindros
Consumos mayores a 1000 kg/día: evaporadores
Mayor velocidad de extracción.
Evita relicuefacción en líneas.
Dosificación – cloro gaseoso
Se transporta y mide como cloro seco Se usa con caudales a tratar mayores a 500
m3/diaSistema 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
Dosificación – cloro gaseoso
Dosificación – cloro gaseoso
Dosificación – cloro gaseoso
Sistema 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.
Dosificación – cloro gaseoso
Agua
Dosificación – cloro gaseoso
Dispositivo de inyección
Dosificación – cloro gaseoso
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
Sistemas de protección
Máscaras con aire u oxígeno Estaciones de lavado de ojos y
duchas Kits de reparaciones de emergencias Botellas con solución de amoníaco Extinguidores
Dosificación – compuestos clorados
Sólidos 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
Dosificación – compuestos clorados
Esquema de la sala de cloración y almacén
Dosificación – compuestos clorados
EQUIPOS
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
Dosificación – compuestos clorados
EQUIPOS
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
Dosificación – compuestos clorados
EQUIPOS
Esquema de instalación
Dosificación – compuestos clorados
EQUIPOS DE MONTAJE LOCAL
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
Cámaras de contacto
Hipocloradores in situ
Pequeñas 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
Hipocloradores in situ
2 NaCl + 2 H2O = 2 NaOH + Cl2 + H2
Cl2 + 2 NaOH = NaCl + NaClO + H2O
MONITOREO
Método de la o-tolidina DPD colorimétrico DPD – ferroso. Titulación Amperométrico Iodimétricos
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
VENTAJAS Oxida 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
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
DESVENTAJAS Puede 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
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
DESVENTAJAS Ca(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.
CLORAMINAS
CLORAMINAS
Identificado en los inicios de 1900 Mantiene poder desinfectante Usado entre 1930 y 1940 II Guerra Mundial limita abastecimiento de
NH3
Se incrementa el uso por controles de SPD
Química de los compuestos
Cl2 + H2O HClO + H+ + Cl-
HClO + NH3 NH2Cl + H2O
Formación de monocloraminas
Relación en peso Cl2:N < 5:1
Química de los compuestos
HClO + 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
Factores que afectan la formación Agregado de cloro
Factores que afectan la formación
Influencia del pH
Factores que afectan la formación
Tiempo de contacto
Relación Cl2:N = 3:1 a 25 ºC
CLORAMINAS
Monocloramina es la preferida Tiene 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
USOS PRIMARIOS
DESINFECCION BUENA 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
PUNTOS DE APLICACIÓN
1. Cloración seguido de NH3 Forma principal Satisfacer CT Evita formación de SPD del cloro
2. Inyección de NH3 seguido de cloración Problemas de sabor y olor
3. Incorporación al mismo tiempo Baja formación de SPD y mejora eficiencia lograda
en 2.
IMPACTOS DEL TRATAMIENTO
1. Tener en cuenta la presencia de NH3
2. Exceso de cloro puede alcanzar break point en línea
3. Aplicación antes de filtros de arena: reduce crecimiento bacteriano
4. Aplicación antes de filtros de carbón activado: produce crecimiento bacteriano
IMPACTOS DEL TRATAMIENTO
5. Exceso de NH3 actúa como nutriente para bacterias nitrificantes
6. Aumenta niveles de NO2- y NO3
- y recuento en placa
7. Cambio anual de desinfectante: 30 días al año
EFICIENCIA DESINFECTANTE
Los mecanismos de desinfección no son muy precisos
1. Reacciona con aminoácidos
2. Inhibe proceso respiratorio
3. Ataca cubierta proteica y fragmenta RNA
4. Es bueno para bacterias, débil para virus, poco eficaz en protozoos
EFICIENCIA DESINFECTANTEComparaciones
1. Bacterias, para inhibir 3 Log de E. Coli• 0.3 mg/L cloraminas: 240 min• 0.14 mg/L cloro: 5 min
2. Virus, para inhibir 2 Log de poliovirus• 1 mg/L cloraminas: 2 a 8 h.• 0.35 mg/L cloro: 4 a 16 min
3. Protozoos, para inhibir 2 Log Entamoeba• 8 mg/L cloraminas: 10 min• 3 mg/L cloro: 10 min
EFICIENCIA DESINFECTANTE
Efecto del pH
1. Bacterias: mejor dicloramina
2. Virus: mejor monocloramina
3. 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
CTSe requieren los mayores valores que para
cualquier desinfectante
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
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.
INSTALACIONES
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
INSTALACIONESAlimentación directa
Consumos inferiores a 400 kg/día Inyectado en la corriente a 1 atm.
INSTALACIONESAlimentación de solución
Consumos mayores a 400 kg/día Alta presión en el punto de inyección
INSTALACIONESAlimentación en forma líquida
Se 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
INSTALACIONESAlimentación en forma líquida
Disuelvo NH3 en agua ablandada En tanques metálicos o PRFV
ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS
Cañerías 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.
CONSIDERACIONES OPERACIONALES
Si 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.
CONSIDERACIONES OPERACIONALES
Grupos de riesgo Pacientes de diálisis renal
Cloraminas pasan a la sangre y producen anemia hemolítica
PecesReaccionan 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
SISTEMAS DE MONITOREO
Titulación amperométrica Titulación con DPD – sulfato ferroso DPD colorimétrico
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
VENTAJAS No 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
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
DESVENTAJAS Desinfectante 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
DIOXIDO DE CLORO
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
QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS Gas 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
QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS
No 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
-
USOS PRIMARIOS
Desinfección
Primario y secundario Rango de pH: 3 a 10 Dosajes típicos: 0.07 a 2.0 mg/L
USOS PRIMARIOS Estudiar la demanda del agua
Aguas con baja demanda dura varios días
Elegir el más desfavorable Inhibe crecimiento de algas
Mecanismos de inactivación
Atraviesa membranas. Gas disuelto Reacciona con biomoléculas:
aminoácidos y ácidos grasos libres Altera proteínas cápside Daña síntesis de ARN Altera síntesis proteica
Mecanismos de inactivación
Influencia del pH Bacterias: 6 a 10 Virus y quistes: a > pH Criptosporidium: CT a pH 8 es la
mitad que a pH 6
Mecanismos de inactivación
Influencia de la temperatura A menor temp, menor eficiencia Baja de 10 ºC, reduce 40 % eficiencia
Mecanismos de inactivación
Influencia de la materia suspendida
> turbiedad, < eficiencia < 5 NTU, 11% menos eficiencia 5 a 17 NTU, 25 % menos eficiencia
Eficacia de la desinfección
Bacterias: mejor que el cloro a igual dosis. Mejor con esporulados
Más rápido al inicio Muy efectivo para virus Excelente para protozoos
CT - VIRUS
CT - Criptosporidium
USOS PRIMARIOS
Control gusto y olor Producidos por algas Vegetación descompuesta Compuestos fenólicos Colores Precursores de THM
USOS PRIMARIOS
Remoción de Fe y Mn Precipitación 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
SPD No genera THM’s No genera HAA’s No reacciona con amoníaco ni sales
de amonio. No forma cloraminas Los SPD son de la descomposición del
ClO2
ClO2-
ClO3-
SPD Clorito: Anemia hemolítica – 0.7 mg/L Clorato: Anemia hemolítica, pero
menos evidencia – 0.7 mg/L Dióxido de cloro: se hidroliza rápido.
Límite de detección 0.4 mg/L
SPD Clorito: 50 a 70% de la dosis de ClO2
Se elimina con hiero ferroso Se reduce a Cl- en menos de 5 seg. Con azufre: no recomendado Raramente supera 0.2 mg/L Producción favorecida por sustancias
orgánicas
SPD Clorato: una vez formado no se puede
sacar. Conc < 0.1 mg/L Atacar 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
GENERACION DE ClO2
Se parte del clorito de sodio
2NaClO2 + Cl2(g) = 2ClO2 + 2NaCl 2NaClO2 + HClO = 2ClO2 +NaCl + NaOH 5NaClO2 + HCl = 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O
Los reactores son simples cámaras de mezcla
GENERACION DE ClO2
Acido - clorito Producción 7 a 15 Kg/ día Reacción lenta Rendimiento: 80 - 90% Regulación precisa: ClO2
- y ClO3-
Continuos o batch intermitentes
GENERACION DE ClO2
Acido - clorito
GENERACION DE ClO2
Acido - clorito
GENERACION DE ClO2
Acido - clorito
GENERACION DE ClO2
cloro - clorito 1º paso: cloro +agua 2º paso: hipocloroso + clorito Reacción lenta Producción: 500 kg/día Rendimiento: 80 - 90% pH 2 a 5 Exceso de cloro genera clorato
GENERACION DE ClO2
cloro - clorito
GENERACION DE ClO2
Loop Francés - CIFEC
GENERACION DE ClO2
cloro gas - clorito Cloro y sol 25% clorito al reactor por vacío Reacción rápida Producción hasta 30.000 kg/día Rendimiento: 95 - 99% Exceso de cloro < 2% pH neutro Exceso de cloro genera clorato
GENERACION DE ClO2
Acido - hipoclorito - clorito Acido + hipoclorito para dar hipocloroso Hipocloroso + clorito Producción: 1500 kg/día Bajos pH
GENERACION DE ClO2
Acido - hipoclorito - clorito
GENERACION DE ClO2
Ajustes de alimentación precisos Control regular de soluciones Recalibrar caudalímetros Recalibrar bombas cuando varían
concentraciones Varía pureza Sobredilución baja rendimiento Sobredilución genera clorato
GENERACION DE ClO2
Caudalímetros en líneas de flujo Regulación por caudal y concentración Reactores en flujo pistón Agua de dilución con poca dureza y pH
neutro
GENERACION 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%
GENERACION 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
GENERACION DE ClO2
Rendimiento Se calcula en base al clorito usado
[ClO2]
[ClO2] +[ClO2-] + f [ClO3
-]
f =67/83
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
Almacenamiento de reactivos Edificaciones 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
Almacenamiento de reactivos
Separada 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
EQUIPOS
Las bombas de solución son de diafragma
Bombas centrífugas Tefón, Hypalon, Fibra de vidrio, Inoxi 316 Lubricantes ignífugos Motores sellados
EQUIPOS
Cañerías Acero al carbono - Inoxi: no recomendado Para hipoclorito y dióxido de cloro
Pocas juntas Flexibles Caída hacia desagües PVC polietileno
Monitoreo
ClO2
Amperométrico Colorimétrico con DPD Potencial redox en línea
ClO2-
Amperométrico – rutina Cromatografía iónica
También mide clorato
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
Desentajas Forma clorito y clorato como SPD Una 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
OZONO
OZONO
Usado por primera vez en Holanda en 1893 Francia 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
PROPIEDADES QUÍMICAS
Derivado alotrópico del oxígeno Gas 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
PROPIEDADES QUÍMICAS
El proceso no es bien conocido Genera radicales OH• libres Más reactivos que el ozono Vida media muy corta
PROPIEDADES QUÍMICAS
USOS PRIMARIOS
DESINFECCION
Poderoso oxidante Menor tiempo de contacto Menor concentración Solo como primario
Mecanismos de inactivación
BACTERIAS
Actúa por oxidación Ataca la pared celular Distorsiona la actividad enzimática Rompe ADN
Mecanismos de inactivación
VIRUS Destruye proteínas de la cápside Disgrega en varias piezas Libera e inactiva ARN
PROTOZOOS Rompe membranas celulares Daña membranas plasmáticas y ribosomas
Parámetros de desinfección
pH Independiente Altos pH destruyen ozono
Temperatura Independiente Altas temperaturas bajan solubilidad
Materia suspendida No protege microorganismos Consume ozono
CT
BACTERIAS E. Coli, Pseudomonas, Estafilococos
4 log en 1 min, 0.009 mg/L Legionella: 2 log en 5 min, 0.21 mg/L Estreptococos: 2xt E. Coli
CT
VIRUS
CT
PROTOZOOS - Giardia
USOS PRIMARIOS
Oxidación de Fe y Mn Reduce gusto y olor Controla precursores de THM’s
– pH < 7.5– Alcalinidad
Mejora biodegradación orgánica Mejora coagulación y filtración
USOS PRIMARIOS
Puntos de aplicaciónEn el ingreso a la planta o después del sedimentador
SPD
Formaldehído – B1 Acetaldehído Glyoxal Metil glyoxal Ácido oxálico Ácido succínico Ácido fórmico Ácido acético Ácido pirúvico Carbono orgánico asimilable
Reduce compuestos orgánicos a otros de menor peso molecular
ozono
SPD
Bromato – B2 Bromoformo – B2 Ácidos acéticos brominados Bromopicrinas Acetonitrilos brominados – C Bromuro de cianógeno (*) Bromaninas (*)
(*) en presencia de HN3
En presencia de bromuro
SPDPrincipales reacciones
SPDFormación de bromatos
Control de SPD
Factores primarios
1. Concentración de Br -
< 80 µg/L no produce bromatos
2. pH A > pH favorece control de orgánicos A < pH favorece control de bromatos
3. Concentración de COT
Control de SPD
Factores primarios
La producción de bromatos disminuye con
1. Baja concentración de ozono
2. Baja temperatura
3. Menor tiempo de contacto
4. Alcalinidad
5. Inyectando NH3
El COA se controla con filtración biológica
GENERACION
Se produce en el sitio O2 + e- = 2 [O] + calor
2 [O] + 2 O2 = 2 O3
3 O2 = 2 O3 , con liberación de calor Temp. 40 ºC, límite Descarga corona – silenciosa Aplicación de UV
GENERACION
GENERACION
Componentes básicos del sistema Alimentador de gas Generador Contactor Destructor
GENERACION - Esquema
ALIMENTADOR DE GAS
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
SISTEMA CON OXÍGENO
ALIMENTADOR DE GAS
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
SISTEMA CON AIRE
ALIMENTADOR DE GAS
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.
SISTEMA CON AIRE
ALIMENTADOR DE GASSISTEMA CON AIRE - esquema
GENERADOR
Geometría Cilindros concéntricos – tubos generadores Verticales - horizontales Placas paralelas
Frecuencia Baja: 50 – 60 Hz Alta: 60 – 1000 Hz
GENERADOR
Voltaje Aplicado 8.000 a 25.000 V
Consumo de energía 14 a 18 Wh / g O3
Producción 50 a 100 g /m2 h 0.25 a 10 kg / h Aumenta con frecuencia
GENERADOR
GENERADOR
Frecuencia
> período de ionización, > O3 > tiempo en la zona de descarga, destruye
O3 > frecuencia, < deterioro del dieléctrico < rendimiento de potencia en alta frecuencia
GENERADOR
Pérdida por calor: 85% de la energía Exceso 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
GENERADOR
Esquema de electrodo cilíndrico
GENERADOR HORIZONTAL
GENERADOR VERTICAL
GENERADOR DE PLACAS
DETALLES OPERATIVOS
Tubos de recambio en almacén Chequear 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
CONTACTOR
DISUELVE EL OZONO EN EL AGUA El exceso se ventea Transferencia > 80%
TIPOS DE CONTACTORES Burbujeadores Inyectores turbina
CONTACTOR
Esquema de un burbujeador
CONTACTORCaracterísticas
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
CONTACTORCaracterísticas
Se 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
CONTACTOR
Esquema de un inyector
CONTACTOR
CONTACTORCaracterísticas
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
CONTACTOR
Esquema de turbina
CONTACTOR
CONTACTORCaracterísticas
Transferencia > 90% Altura: 1.8 a 4.5 m Motor exterior para mantenimiento Consume energía No se tapa
DESTRUCTOR
[O3] en la purga es muy alta OSHA: 0.1 ppm Lo transforma en oxígeno Soplador en la descarga para tener un
pequeño vacío en el contactor.
DESTRUCTOR
FORMAS DE DESTRUCCIÓN
1. Calentado a t > 350 ºC
2. Calentado a t > 100 ºC sobre catalizador
3. Pasaje por GAC húmedo
INSTRUMENTACIÓNPROTECCION 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
Impactos con otros tratamientos
Genera 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.
FILTROS BIOLÓGICOS
1. Filtros de arena Lentos Rápidos
2. Filtros de carbón activado Mejor superficie para el desarrollo
3. Ventajas Efluente biológicamente estable Remoción de orgánicos (SPD) y precursores
MATERIALES
Para ozono seco:– Acero inoxidable serie 300– Vidrio, cerámico– Teflón, Hypalon– concreto
Para ozono húmedo (en contactor y destructor)– Acero inoxidable 316
SEGURIDAD
Generadores en locales cerrados Separados del resto Ventilación adecuada (2 a 3 vol/min en
emergencias) Espacio para recambio de tubos Separados de los compresores Unidades de destrucción al exterior
SEGURIDAD
Aparatos de respiración autónoma Señales 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; 0.3 ppm < 10 min– ACGIH: 0.1 ppm – 8 hs o 40 semanales; 0.3 ppm < 15 min
METODOS ANALÍTICOS
EN AGUA: medición de residual– Colorimétrico DPD– Titulación DPD – FAS
EN GAS:– Absorción UV 253.7 nm– Iodométrico– Titulación en fase gaseosa– Quimiluminiscencia
Bromato - cromatografía iónica
VENTAJAS
Más efectivo que otros oxidantes Oxida Fe y Mn Mejora 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
VESVENTAJAS
El costo inicial es alto Debe generarse en el lugar Requiere energía El tóxico y corrosivo No deja residual Se descompone rápido con alto pH y
temperatura Forma bromatos, SPB brominados,
aldehídos y cetonas
COMPARACIONES
COMPARACIONES
U.V.
UV
Comenzó en 1901 – UV artificial Francia 1910 y USA en 1916 Sistemas pequeños
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
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: 253.7 nm Media presión: 180 – 1370 nm
QUÍMICA (Fotoquímica)
Reacciones
La desinfección sigue una cinética de 1º orden
Dosis = Ixt I : intensidad en mW/cm2
t : tiempo de acción en seg Análogo al CT Los tiempos normales 10 – 20 seg
Reacciones
Independiente de N inicial
N = f x D n
N: coliformes/ 100 mL D: dosis = I x t f: calidad del agua n: relacionado con D, es empírico
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
Variables de proceso
No cambia componentes del agua Absorbancia a 254 nm, 1 cm =
demanda del agua Determinar para cada tipo de agua Transmitancia
% T = 100 x 10 -Abs
Variables de proceso
Clasificación de la calidad del agua
En ningún caso la profundidad debe ser > 75 mm
Usos primarios
Desinfectante primario No deja residual Luego de la filtración No impacta con otros tratamientos
Eficiencia de la desinfección
Actúa 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
Eficiencia de la desinfección
Esquema de acción
Factores que afectan la desinfección
Films químicos y biológicos Orgánicos disueltos: aumenta Abs. Inorgánicos disueltos: aumenta Abs. Inorgánicos disueltos: incrustaciones Color Cortocircuitos en el reactor
Factores que afectan la desinfección
Agrupamiento de patógenos Turbiedad
Eficiencia de la desinfección
Inactivación 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
SPD No forma SPD Puede generar O3 y OH• libres Se observaron muy bajos niveles
de formaldehído en aguas superficiales
GENERACIÓN
Se produce con lámparas similares a tubos fluorescentes
Tubo de cuarzo con argón y vapor de Hg
La potencia se controla con balastos
Temperatura óptima: 40 ºC
GENERACIÓN
Lámparas Encendido instantáneo Vibraciones y golpes Diseño estándar Baja presión: 253.7 nm Media presión: 180 – 1370 nm >
intensidad
GENERACIÓN
Balastos Electromagnéticos
Baja frecuencia Electrónicos
Alta frecuencia Mayor vida útil < consumo de energía < temp de operación < producción de calor
GENERACIÓN
Diseño del reactor Recipientes cerrados Pequeños Mínima polución del aire < exposición del personal Diseño modular Instalación simple
GENERACIÓN
GENERACIÓN
GENERACIÓN
GENERACIÓN
Cámara de cuarzo – fibra óptica
GENERACIÓN
GENERACIÓN
Aspectos de diseño Sensores de UV Alarmas y sistemas de corte Ciclos de limpieza Sistemas telemétricos
GENERACIÓN
Aspectos de diseño hidráulico Flujo pistón: relación largo/ancho Turbulencia: sentido radial Volumen efectivo: zonas muertas Tiempo de residencia Caudal
GENERACIÓN
Diseños emergentes Microbarrido UV Contienen 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.
Condiciones operativas
Encender 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
Medición
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
Ventajas y desventajas Sencillo 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
MÉTODOS ALTERNATIVOS
Permanganato de potasio
Peroxono
Bromo
Yodo
Plata
Permanganato de potasio
Química
Sólido violeta
Solubilidad: 6.4 g/ 100 mL
Oxidante fuerte: orgánicos e inorgánicos
Exotérmica
Producto final: MnO2
Velocidad de reacción: f( T, pH, conc)
Permanganato de potasio
Aplicación
Solución 1 a 4 %
Batch – disolutor
Tolva de alimentación
Bombas dosificadoras
Permanganato de potasio
Producto
Grado de pureza Puro: no higroscópico Técnico: higroscópico – forma tortas Técnico aditivado: antiaglutinantes
Manejo Contacto con ojos, piel, vías respiratorias Uso de equipo adecuado
Permanganato de potasio
Usos 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
Permanganato de potasio
Desinfección 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
Permanganato de potasio
SPD
No forma SPD Remueve precursores Sobredosis causa ictericia y baja de presión
sanguínea
Permanganato de potasio
Puntos de aplicación Entrada agua cruda Con coagulantes Antes de sedimentación y filtros No requiere mezcladores En cañerías: en el centro.
Permanganato de potasio
Determinación
Espectrofotometría de absorción atómica
Colorimétrico: persulfato
Permanganato de potasio
Consideraciones de operación
Control sobredosis
Reducido y removido Cambio de color Cañerías hogareñas
No interfiere con otros tratamientos
Permanganato de potasio Ventajas 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
Peroxono
Proceso de oxidación avanzado Mezcla de O3 + H2O2
Mejora proceso indirecto Forma OH •
Procesos alternativos O3 + U.V. O3 + alto pH H2O2 + U.V.
Peroxono
Peroxono
QUÍMICA O3 y OH• compiten Reacción con OH• más rápida y efectiva Mejor transferencia de O3 al agua Consumen OH•
Alcalinidad Carbonatos Sustancias húmicas
Peroxono
Usos primarios Eliminar sustancias con sabor y olor Geosmina 2 – metil isoborneol (2 – MIB) comp. fenólicos Tricloro etileno (TCE) Percloro etileno (PCE)
Peroxono
DESINFECCIÓN > O3
H2O2/O3 < 0.2 Mecanismo similar al ozono No deja residual medible. CT Se logra residual aumentando O3
El H2O2 solo no actúa
Peroxono
Aplicación
H2O2 + O3 : pre oxidación seguido de OH •
Al mismo tiempo
O3 + H2O2 : desinfecta y luego oxida
Peroxono
SPD
Bromatos COA No forma compuestos halogenados, si no
hay bromuros disminuye THM’s en clorinación
Peroxono
Generación
O3 según métodos estudiados
H2O2 con bomba dosificadora Se provee al 35 , 50 y 75% p/p
Peroxono: comparación con ozono
Peroxono
Manejo
H2O2 lastima por contacto Explota por calor o fuego Dentro de contenedores secundarios Tanques de polietileno Cañerías de Inoxidable 316, polietileno o
teflón
Peroxono
Determinación
Titulación: Iodométrico Permanganato
Colorimetría: Oxidación de Titanio (IV) Oxidación de Cobalto (II) y bicarbonato
Peroxono
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
BROMO
En CNPT es líquido Fácil de manejar Solubilidad : 16.8 g /L Corrosivo Vapores agresivos Propiedades alguicidas Conc. de uso: > 0.4 mg / L
BROMO
Química
Br2 + H2O = HBrO + Br - + H+
HBrO = BrO - + H+
BROMO
Acción desinfectante
Se mantiene a pH elevados Menos activo que el cloro Penetra membranas celulares Inactiva enzinas Detiene el metabolismo Muerte del microorganismo
BROMO
SPD
Agua bromada no tiene efectos cancerígenos Produce THM’s Produce bromoformo – B2
BROMO
Equipos Bomba dosificadora
Seguridad Similar al cloro
Monitoreo O - tolidina
BROMO
Ventajas y desventajas
No deja olor No irrita los ojos Ventajas similares a la cloración Activo a altos pH
Muy caro Difícil disponibilidad
YODO
Sólido a T ambiente Fácil de manejar Baja solubilidad Menos agresivo Más efectivo si está unido a una molécula
orgánica Mas estable que el cloro
YODO
Química
I2 + H2O = HIO + I - + H+
YODO
Acción desinfectante
Más efectivo como HIO Menos 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 %
YODO
SPD
I2
REACCIÓN ALÉRGICA TIROIDES
Fenol > 1 mg / L No produce iodaminas Bajo nivel de THM’s
YODO
Equipos Bomba dosificadora: solución saturada x
lecho Vapor sobre I2 sólido
Monitoreo Titulación amperométrica Colorimétrico: método LCV
BROMO
Ventajas y desventajas
Residuales más estables Sencillo Emergencias
Muy caro Difícil disponibilidad No se recomienda en largos períodos
PLATA
Uso antiguo Efecto oligodinámico Uso de 25 a 75 µg /L No oxidante Interfieren materia coloidal, cloruros y
amoníaco
PLATA
Acción desinfectante
Actúa en estado coloidal Buen bactericida Hongos consumidores de O2
Acción enzimática Largo tiempo Bajo residual
PLATA
SPD
Ag Argiriosis
No produce otro SPD No agrega sabor, olor ni color
PLATA
Equipos1. Equipo de contacto: paredes o pantallas
con pinturas de plata2. Filtros domésticos: porcelana o carbón
activado revestido con AgCl3. Dosificador solución diluida4. Electrolítico: más práctico
1. Ánodo libera Ag+
2. Cátodo libera H2
PLATA
Esquema electrolítico
PLATA
Monitoreo Electrodo selectivo Absorción atómica Amperaje
PLATA
Ejemplo de cálculo por amperaje
1 mol e- = 96500 coul = 108 g Ag+
Dosis: 50 µg Ag+ / L = 4.6 x 10-7 mol
96500x 4.6 x 10-7 = 0.045 coul
Si Q = 1 L/s (3600 l/h) , necesito 0.045 coul/s = 45 mA
PLATA
Ventajas y desventajas
No deja SPD No imparte características organolépticas
Mayor costo Difícil de controlar Bajo residual Poco efectivo con virus
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 98-83-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