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

Organismos que regulan la calidad del agua potable O.M.S – Guías para la calidad del agua potable – 3ª Edición - 2006 Codex Alimentarius E.P.A. C.E.E. Diario Oficial de las Comunidades Europeas – 98/83/CE Código Alimentario Argentino – Cap XII

Regulaciones Características Físicas Características Químicas Inorgánicas Sustancias con umbral Sustancias citotóxicas cancerígenas Orgánicas Características Microbiológicas

OMS Valores 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: Agua tratada en el sistema de distribución:

Parámetros microbiológicos C.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

Código Alimentario Argentino 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. Turbiedad 0.3 NTU Giardia Lamblia 3.0 Log Virus: 4.0 Log Coliformes Totales: < 5% de las muestras positivos Criptosporidium: 2.0 Log * HPC Legionella Turbiedad 0.3 NTU

Regla primordial de la OMS Las posibles consecuencias para la salud de la contaminación microbiana son tales que su control debe ser siempre 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).

Calidad Microbiológica Causa 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

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

Principales enfermedades transmitidas por contaminación fecal Bacterias Cocos o esféricas (esteptococos, estafilococo, sarcina): 1 a 3 µm Bacilos (alargados): 0.3 a 1 µm de diámetro y 1 a 10 µm de largo Vibrios (curvados): 0.6 a 1 µm de diámetro y 2 a 6 µm de largo Espirilos (en espiral): 50 a 100 µm de largo Fiebre tifoidea, disentería bacilar, cólera, brucelosis, leptospirosis, gastroenteritis, etc.

Principales enfermedades transmitidas por contaminación fecal Virus 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.

Principales enfermedades transmitidas por contaminación fecal Protozoos 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.

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

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

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

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

Otros microorganismos Organismos molestos Actinomicetes, cianobacterias, crustáceos Causan turbiedad, olor, gusto, son visibles

TRATAMIENTO DE DESINFECCIÓN PREMISAS 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.

Microorganismos indicadores REQUISITOS 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

Microorganismos indicadores ESCHERICHIA 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.

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

Estrategias del tratamiento Ya 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

SELECCIÓN DE LA ESTRATEGIA DE DESINFECCIÓN Función 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.

PROPIEDADES GENERALES DE ALGUNOS DESINFECTANTES

Necesidad de la desinfección 1850: 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.

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

FORMAS DE DESINFECCIÓN AGENTES 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

Eliminación de bacterias en función de la disminución de la turbiedad

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

FORMAS DE DESINFECCIÓN AGENTES FÍSICOS Radiación UV Longitud de onda: 254 nm

FORMAS DE DESINFECCIÓN AGENTES 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

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 OXIDANTES Minimizar 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

OTROS USOS DE LOS OXIDANTES Prevención del crecimiento de algas en sedimentadores y filtros Remoción de colores

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

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

Representación gráfica de la ley de Chick

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

CT Comparativo entre desinfectantes

Sub Productos de la Desinfección - SPD Residuales de desinfectantes Sub-productos inorgánicos Sub-productos orgánicos Sub-productos orgánicos halogenados

Regulaciones EPA estado 1

Regulaciones EPA estado 2

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

Muertes por fiebre tifoidea en EE UU Cloración 24 16 8 1900 Muertes por fiebre tifoidea en EE UU

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 - 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

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

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

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

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++ + 2 OH- HClO H+ + ClO-

El equilibrio de la segunda reacción depende fuertemente del pH 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 Afecta membranas celulares y ADN Respiración, transporte y actividad del ADN Daña la pared celular No produce mutaciones. Bacterias Virus Protozoos

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. Almacén Sala de cloración 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 gaseoso Características 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/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

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 protección Alarmas 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 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 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 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 CONTROLA ORGANISMOS MOLESTOS 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 Cloración seguido de NH3 Forma 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.

IMPACTOS DEL TRATAMIENTO Tener 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

IMPACTOS DEL TRATAMIENTO Exceso 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

EFICIENCIA DESINFECTANTE Los 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

EFICIENCIA DESINFECTANTE Comparaciones 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

EFICIENCIA DESINFECTANTE Efecto 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

Se 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.

Dosificación de amoníaco 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

INSTALACIONES Alimentación directa Consumos inferiores a 400 kg/día Inyectado en la corriente a 1 atm.

INSTALACIONES Alimentación de solución Consumos mayores a 400 kg/día Alta presión en el punto de inyección

INSTALACIONES Alimentación 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

INSTALACIONES Alimentación 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 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

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

VENTAJAS Y DESVENTAJAS 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 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

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

Acido - hipoclorito - clorito 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

Tecnologías emergentes 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%

Tecnologías emergentes 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

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

[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

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 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 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

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

Reduce compuestos orgánicos a otros de menor peso molecular SPD 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

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

Principales reacciones SPD Principales reacciones

SPD Formación de bromatos

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

Control de SPD Factores primarios La 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

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

Componentes básicos del sistema GENERACION Componentes básicos del sistema Alimentador de gas Generador Contactor Destructor

GENERACION - Esquema

ALIMENTADOR DE GAS Produce una corriente con 8 a 14% O3 SISTEMA 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

ALIMENTADOR DE GAS Produce una corriente con 3 a 5% O3 SISTEMA 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

ALIMENTADOR DE GAS Filtros desecadores: sílica gel o alúmina SISTEMA 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.

SISTEMA CON AIRE - esquema ALIMENTADOR DE GAS SISTEMA 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

Esquema de electrodo cilíndrico 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

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

Esquema de un burbujeador CONTACTOR Esquema de un burbujeador

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

CONTACTOR Características 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

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

CONTACTOR Esquema de turbina

CONTACTOR

CONTACTOR Características 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 Calentado a t > 350 ºC Calentado a t > 100 ºC sobre catalizador Pasaje por GAC húmedo

PROTECCION PERSONAL Y EQUIPOS INSTRUMENTACIÓN 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

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 Filtros de arena Filtros de carbón activado Lentos Rápidos Filtros de carbón activado Mejor superficie para el desarrollo 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 EN GAS: 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 Electrónicos Baja frecuencia 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

Aspectos de diseño hidráulico 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

Fotodiodos sensores en rango germicida 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

Permanganato de potasio 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: Colorimetría: Iodométrico Permanganato Colorimetría: Oxidación de Titanio (IV) Oxidación de Cobalto (II) y bicarbonato

Ventajas y desventajas 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

Ventajas y desventajas 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 Fenol > 1 mg / L No produce iodaminas 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

Ventajas y desventajas 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 No produce otro SPD No agrega sabor, olor ni color Argiriosis No produce otro SPD No agrega sabor, olor ni color

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

PLATA Esquema electrolítico

PLATA Monitoreo Electrodo selectivo Absorción atómica Amperaje

Ejemplo de cálculo por 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

Ventajas y desventajas 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