14.6: Hacer que el agua sea apta para beber
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- Conocer los estándares primarios para diversos contaminantes en el agua potable.
- Describir la importancia de los diferentes pasos en el tratamiento del agua.
- De los aproximadamente 155,693 sistemas públicos de agua en Estados Unidos, 52,110 (33.5%) son sistemas comunitarios y 103,583 (66.5%) son sistemas no comunitarios, incluyendo 84,744 sistemas transitorios y 18,839 sistemas no transitorios 1.
- Más de 286 millones de estadounidenses obtienen su agua del grifo de un sistema comunitario de agua 1.
- 8% de los sistemas de agua comunitarios de Estados Unidos proporcionan agua a 82% de la población estadounidense a través de grandes sistemas municipales de agua 1.
- Aunque la mayoría de los sistemas de agua comunitarios (78%) son abastecidos por agua subterránea, más personas (68%) son abastecidas durante todo el año por sistemas de agua comunitarios que utilizan agua superficial.
Nota: EPA. Factoides: estadísticas de agua potable y agua subterránea para 2007. Marzo 2008, Abril 2008.
Ley de Agua Potable Segura
Hasta 1974, los suministros públicos de agua potable en Estados Unidos fueron monitoreados y regulados por autoridades estatales y locales. Las listas de contaminantes con sus diversas concentraciones podrían variar de un estado a otro. A medida que la industria química creció, estas mismas agencias estatales señalaron la mayor presencia de químicos orgánicos existentes y nuevos en los sistemas públicos de agua. Con el fin de estandarizar el agua potable en todo el país, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) promulgó la Ley de Agua Potable Segura de 1974.
La ley de 1974 permitió a la EPA monitorear y regular los sistemas públicos de agua que atienden a más de 25 personas. La implementación y aplicación de las normas de agua potable seguiría siendo realizada por cada estado. En cuanto a las fuentes de agua potable (superficiales y terrestres), la EPA y las agencias estatales protegen y monitorean estas también. Los niveles de contaminantes se definirían usando los términos de concentración Nivel Máximo de Contaminantes (MCL) y Técnica de Tratamiento (TT)
Normas Primarias Nacionales para Agua Potable
El primer conjunto de estándares de agua potable incluyó solo 22 químicos y/o patógenos. La EPA estableció dos tipos principales de contaminantes: primario y secundario. El primero de estos tipos de contaminantes (primarios) son sustancias (ejemplos podrían incluir Hg, As y U) que pueden ser tóxicas en pequeñas cantidades. Por otro lado, los contaminantes secundarios son especies menos tóxicas (Fe y Zn) e incluirían cuestiones cosméticas (color, sabor y olor) del agua potable.
Todos los contaminantes primarios tienen valores de concentración exigibles. Para la mayoría de estos contaminantes, la EPA enumera los límites de concentración usando el término Nivel Máximo de Contaminantes (MCL). Si un proveedor de agua excede un MCL dado para una toxina, entonces las multas y sanciones podrían imponerse por la EPA. Algunos patógenos (Giardia Lamblia y Legionella) utilizan la notación de la Técnica de Tratamiento (TT) en lugar de concentraciones numéricas de MCL. El agua que contenga cualquier cantidad de estos patógenos debe desinfectarse inmediatamente con un procedimiento normalizado de la EPA.
Una lista detallada de niveles aceptables de diferentes contaminantes por clasificación EPA se puede encontrar en el siguiente enlace.
https://www.epa.gov/ground-water-and-drinking-water/national-primary-drinking-water-regulations
La tabla completa de estándares se da a continuación.
https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-06/documents/npwdr_complete_table.pdf
| Contaminante | MCLG 1 (mg/L) 2 | MCL o TT 1 (mg/L) 2 | Efectos potenciales en la salud de la exposición a largo plazo por encima del MCL (a menos que se especifique como | Fuentes de Contaminantes en Agua Potable |
|---|---|---|---|---|
|
Microorganismos Criptosporidium |
cero | TT 3 | Enfermedades gastrointestinales (como diarrea, vómitos y calambres) | Residuos fecales humanos y animales |
|
Microorganismos Giardia lamblia |
cero | TT | Enfermedades gastrointestinales (como diarrea, vómitos y calambres) | Residuos fecales humanos y animales |
|
Microorganismos Coliformes totales (incluyendo coliformes fecales y E. coli) |
cero | 5.0% | No es una amenaza para la salud en sí misma; se usa para indicar si otras bacterias potencialmente dañinas pueden estar presentes 5 | Los coliformes están presentes de forma natural en el ambiente; así como las heces; los coliformes fecales y E. coli solo provienen de desechos fecales humanos y animales. |
| Virus (entéricos) | cero | TT | Enfermedades gastrointestinales (como diarrea, vómitos y calambres) | Residuos fecales humanos y animales |
|
Productos Químicos Inorgánicos Antimonio |
0.006 | 0.006 | Aumento del colesterol en la sangre; disminución del azúcar en la sangre | Descarga de refinerías de petróleo; retardantes de fuego; cerámica; electrónica; soldadura |
|
Productos Químicos Inorgánicos Cromo (total) |
0.1 | 0.1 | Dermatitis alérgica | Descarga de fábricas de acero y pulpa; erosión de depósitos naturales |
|
Productos Químicos Inorgánicos Nitrato (medido como Nitrógeno) |
10 | 10 | Los infantes menores de seis meses que beben agua que contiene nitrato en exceso del MCL podrían enfermarse gravemente y, si no se tratan, pueden morir. Los síntomas incluyen dificultad para respirar y síndrome del bebé azul. | Escurrimiento por uso de fertilizantes; fugas de fosas sépticas, aguas residuales; erosión de depósitos naturales |
|
Productos Químicos Orgánicos Benceno |
cero | 0.005 | Anemia; disminución de plaquetas sanguíneas; aumento del riesgo de cáncer | Descarga de fábricas; lixiviación de tanques de almacenamiento de gas y vertederos |
|
Productos Químicos Orgánicos Tetracloruro de carbono |
cero | 0.005 | Problemas hepáticos; aumento del riesgo de cáncer | Descarga de plantas químicas y otras actividades industriales |
|
Productos Químicos Orgánicos Estireno |
0.1 | 0.1 | Problemas hepáticos, renales o del sistema circulatorio | Descarga de fábricas de caucho y plástico; lixiviación de vertederos |
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Radionúclidos Partículas alfa |
ninguno — cero | 15 picocurías por Litro (PCI/L) | Mayor riesgo de cáncer | Erosión de depósitos naturales de ciertos minerales que son radiactivos y pueden emitir una forma de radiación conocida como radiación alfa |
|---|
Notas
1 Definiciones:
- Meta de Nivel Máximo de Contaminantes (MCLG) - El nivel de un contaminante en el agua potable por debajo del cual no hay riesgo conocido o esperado para la salud. Los MCGLs permiten un margen de seguridad y son metas de salud pública no exigibles.
- Nivel Máximo de Contaminantes (MCL) - El nivel más alto de un contaminante que está permitido en el agua potable. Los MCL se establecen lo más cerca posible de los MCLG utilizando la mejor tecnología de tratamiento disponible y teniendo en cuenta el costo. Los MCL son estándares exigibles.
- Objetivo de Nivel Máximo de Desinfectante Residual (MRDLG) - El nivel de un desinfectante de agua potable por debajo del cual no hay riesgo conocido o esperado para la salud. Los MRDLG no reflejan los beneficios del uso de desinfectantes para controlar contaminantes microbianos.
- Técnica de Tratamiento (TT) - Un proceso requerido destinado a reducir el nivel de un contaminante en el agua potable.
- Nivel Máximo de Desinfectante Residual (MRDL) - El nivel más alto de desinfectante permitido en el agua potable. Existe evidencia convincente de que la adición de un desinfectante es necesaria para el control de contaminantes microbianos.
2 Unidades están en miligramos por litro (mg/L) a menos que se indique lo contrario. Los miligramos por litro son equivalentes a partes por millón (PPM).
Cálculos de Partes por Millón y Partes por Billón
Además de las unidades porcentuales, las unidades para expresar la concentración de soluciones extremadamente diluidas son partes por millón (ppm) y partes por mil millones (ppb). Ambas unidades están basadas en masa y se definen de la siguiente manera:
\[\mathrm{ppm=\dfrac{mass\: of\: solute}{mass\: of\: solution}\times1,000,000} \nonumber \]
\[\mathrm{ppb=\dfrac{mass\: of\: solute}{mass\: of\: solution}\times1,000,000,000} \nonumber \]
Similar a las partes por millón y partes por mil millones, las unidades relacionadas incluyen partes por mil (ppth) y partes por billón (ppt).
Las concentraciones de oligoelementos en el cuerpo —elementos que están presentes en concentraciones extremadamente bajas pero que no obstante son necesarios para la vida— se expresan comúnmente en partes por millón o partes por mil millones. Las concentraciones de venenos, contaminantes y contaminantes también se describen en estas unidades. Por ejemplo, el cobalto está presente en el cuerpo a una concentración de 21 ppb, mientras que el Departamento de Agricultura del Estado de Oregón limita la concentración de arsénico en fertilizantes a 9 ppm.
En soluciones acuosas, 1 ppm es esencialmente igual a 1 mg/L, y 1 ppb es equivalente a 1 µg/L.
\[\text{1 ppm}= \dfrac{\text{1 mg Solute}}{\text{1 L Solution}} \nonumber \]
\[\text{1 ppb} = \dfrac{1\; \mu \text{g Solute}}{\text{1 L Solution}} \nonumber \]
Enmienda SDWA de 1986
Este cambio a la Ley de Agua Potable Segura estableció MCLG y aumentó el total de contaminantes regulados a 83. La EPA también instalaría más dispositivos de monitoreo para detectar contaminantes orgánicos. Se realizaron investigaciones para detectar patógenos de manera más efectiva para reducir la enfermedad. Por último, las notificaciones públicas de los sistemas de agua a los consumidores se harían anunciadas si ocurrieran graves problemas de agua.
Modificación de SDWA de 1996
Esta legislación en particular brindó mayor protección y evaluación de las fuentes de agua (lagos, ríos, arroyos). Además, las empresas de agua estaban obligadas a proporcionar a los consumidores un informe de calidad del agua. Los estados podrían buscar dinero federal para mejorar sus procesos de calidad del agua. Se realizaría un análisis de costo-beneficio para determinar el riesgo y la recompensa de disminuir la concentración de un contaminante. Para las pequeñas empresas de agua regulada, se ofrecería más asistencia financiera y técnica para ayudarlas a mantener los estándares de agua potable.
Tratamiento de Agua (US CDC)
Los suministros de agua potable en Estados Unidos se encuentran entre los más seguros del mundo. Sin embargo, incluso en Estados Unidos, las fuentes de agua potable pueden contaminarse, causando enfermedades y enfermedades por gérmenes transmitidos por el agua, como Cryptosporidium, E. coli, Hepatitis A, Giardia intestinalis y otros patógenos.
Las fuentes de agua potable están sujetas a contaminación y requieren un tratamiento adecuado para eliminar los agentes causantes de enfermedades. Los sistemas públicos de agua potable utilizan diversos métodos de tratamiento de agua para proporcionar agua potable segura a sus comunidades. Hoy en día, los pasos más comunes en el tratamiento del agua (Figura\(\PageIndex{1}\)) utilizados por los sistemas de agua comunitarios (principalmente el tratamiento de aguas superficiales) incluyen:
Coagulación y Floculación
La coagulación y la floculación suelen ser los primeros pasos en el tratamiento del agua. Los productos químicos con carga positiva se agregan al agua. La carga positiva de estos químicos neutraliza la carga negativa de suciedad y otras partículas disueltas en el agua. Cuando esto ocurre, las partículas se unen con los químicos y forman partículas más grandes, llamadas flóculos. Históricamente, el agua sucia se limpia tratando con alumbre, Al 2 (SO 4) 3. 12 H 2 O, y cal, Ca (OH) 2. Estos electrolitos provocan que el pH del agua cambie debido a las siguientes reacciones:
Al 2 (SO 4) 3 .12 H 2 O, -> Al 3+ (aq) + 3 SO 4 2 - (aq) + 12 H 2 O
SO 4 2 - (aq) + H 2 O -> HSO 4 - (aq) + OH - (causando cambio de pH)
Ca (OH) 2 -> Ca 2 + (aq) + 2 OH - (causando cambio de pH)
El agua ligeramente básica provoca que precipiten Al (OH) 3, Fe (OH) 3 y Fe (OH) 2, trayendo consigo las pequeñas partículas y el agua se aclara. Se han encontrado algunos registros de que egipcios y romanos utilizaron estas técnicas ya en el año 2000 a.C.
La suspensión de partículas de óxido de hierro y materia orgánica húmica en agua le da al agua un aspecto fangoso amarillo. Tanto las partículas de óxido de hierro como la materia orgánica pueden eliminarse de la coagulación y floculación. La descripción que se da aquí es demasiado simplificada, y se han aplicado muchas más técnicas en el tratamiento del agua. La coagulación es una aplicación importante de la cal en el tratamiento de aguas residuales.
También son útiles otras sales como sulfatos de hierro Fe 2 (SO 4) 3 y FeSO 4, sulfato de cromo Cr 2 (SO 4) 3 y algunos polímeros especiales. Otros iones como sodio, cloruro, calcio, magnesio y potasio también afectan el proceso de coagulación. También lo hacen la temperatura, el pH y la concentración.
Sin embargo, la eliminación de lodos de coagulación es una preocupación.
Sedimentación
Durante la sedimentación, el flóculo se asienta en el fondo del suministro de agua, debido a su peso. Este proceso de sedimentación se llama sedimentación. Luego se retiran las partículas de flóculos del fondo de las cuencas.
Aireación
Poner el aire en contacto íntimo con el agua con el propósito de intercambiar ciertos componentes entre las dos fases se llama aireación. La oxigenación es uno de los propósitos de la aireación. Otros son la eliminación de sustancias orgánicas volátiles, sulfuro de hidrógeno, amoníaco y compuestos orgánicos volátiles
Filtración
Una vez que el flóculo se haya asentado en el fondo del suministro de agua, el agua clara en la parte superior pasará a través de filtros de diferentes composiciones (arena, grava y carbón vegetal) y tamaños de poro, con el fin de eliminar partículas disueltas, como polvo, parásitos, bacterias, virus y productos químicos.
Tratamiento con Cloro y/o Cloramina
La mayoría de las comunidades utilizan cloro o cloraminas. Algunas comunidades cambian de un lado a otro entre cloro y cloraminas en diferentes épocas del año o por otras razones operativas. Con menos frecuencia, los servicios públicos utilizan otros desinfectantes, como el dióxido de cloro. Algunos sistemas de agua que utilizan agua de una fuente de agua subterránea (como los pozos comunitarios) no tienen que agregar un desinfectante en absoluto.
Desinfección por ozono
La desinfección con ozono, o ozonización, es una molécula inestable que cede fácilmente un átomo de oxígeno proporcionando un poderoso agente oxidante que es tóxico para la mayoría de los organismos transportados por el agua. Se trata de un desinfectante muy fuerte, de amplio espectro que es ampliamente utilizado en Europa y en algunos municipios de Estados Unidos y Canadá. Es un método eficaz para inactivar protozoos dañinos que forman quistes. También funciona bien contra casi todos los demás patógenos. El ozono se hace pasando oxígeno a través de la luz ultravioleta o una descarga eléctrica “fría”. Para utilizar el ozono como desinfectante, debe crearse in situ y agregarse al agua por contacto con burbujas. Algunas de las ventajas del ozono incluyen la producción de menos subproductos peligrosos y la ausencia de problemas de sabor y olor (en comparación con). No queda ozono residual en el agua. En ausencia de un desinfectante residual en el agua, se puede agregar cloro o cloramina a lo largo de un sistema de distribución para eliminar cualquier patógeno potencial en la tubería de distribución.
Desinfección ultravioleta
La desinfección ultravioleta del agua es un proceso puramente físico y libre de químicos. Incluso parásitos como Cryptosporidium o Giardia, que son extremadamente resistentes a los desinfectantes químicos, se reducen de manera eficiente. También se puede usar UV para eliminar especies de cloro y cloramina del agua; este proceso se llama fotólisis, y requiere una dosis más alta que la desinfección normal. Los microorganismos muertos no se eliminan del agua. La desinfección UV no elimina orgánicos disueltos, compuestos inorgánicos o partículas en el agua. La planta de desinfección de agua más grande del mundo trata el agua potable para la ciudad de Nueva York. La Instalación de Desinfección Ultravioleta de Agua Catskill-Delaware, encargada el 8 de octubre de 2013, incorpora un total de 56 reactores UV energéticamente eficientes que tratan hasta 2.2 mil millones de galones estadounidenses (8,300,000 m 3) diarios.
El ultravioleta también se puede combinar con ozono o peróxido de hidrógeno para producir radicales hidroxilo para descomponer los contaminantes traza a través de un proceso de oxidación avanzado.
Fluoración (US CDC)
El fluoruro mineral se encuentra naturalmente en la tierra y se libera de las rocas en el suelo, el agua y el aire. Toda el agua contiene algo de fluoruro. Por lo general, el nivel de fluoruro en el agua no es suficiente para prevenir la caries dental; sin embargo, algunas aguas subterráneas y manantiales naturales pueden tener niveles naturalmente altos de flúor.
Se ha demostrado que el fluoruro protege los dientes de las caries. Las bacterias en la boca producen ácido cuando una persona come alimentos azucarados. Este ácido elimina los minerales de la superficie del diente, debilitando el diente y aumentando las posibilidades de desarrollar caries. El fluoruro ayuda a reconstruir y fortalecer la superficie del diente, o esmalte. La fluoración del agua previene la caries dental al proporcionar un contacto frecuente y consistente con bajos niveles de flúor. Al mantener el diente fuerte y sólido, el fluoruro detiene la formación de caries e incluso puede reconstruir la superficie del diente.
La fluoración comunitaria del agua es el proceso de ajustar la cantidad de fluoruro que se encuentra en el agua para lograr una prevención óptima de la caries dental.
Aunque otros productos que contienen flúor, como pasta de dientes, enjuagues bucales y suplementos dietéticos están disponibles y contribuyen a la prevención y control de la caries dental, la fluoración del agua comunitaria se ha identificado como el método más rentable para administrar fluoruro a todos, reduciendo la caries dental por 25% en niños y adultos. 1
Beneficios: Dientes fuertes (US CDC)
El fluoruro beneficia a niños y adultos a lo largo de su vida. Para niños menores de 8 años, el fluoruro ayuda a fortalecer los dientes adultos (permanentes) que se están desarrollando debajo de las encías. Para los adultos, beber agua con flúor apoya el esmalte dental, manteniendo los dientes fuertes y saludables. Los beneficios para la salud del fluoruro incluyen tener:
- Menos cavidades.
- Cavidades menos severas.
- Menor necesidad de empastes y extracción de dientes.
- Menos dolor y sufrimiento por caries.
Fluoruro en el Agua Hoy
En 2012, más de 210 millones de personas, o 75% de la población estadounidense, fueron atendidas por sistemas comunitarios de agua que contienen suficiente fluoruro para proteger sus dientes. 5 Sin embargo, aproximadamente 100 millones de estadounidenses aún no tienen acceso al agua con flúor. Debido a que es tan beneficioso, Estados Unidos tiene un objetivo nacional de que el 80% de los estadounidenses tenga agua con suficiente fluoruro para prevenir la caries dental para 2020.
https://www.youtube.com/watch?v=0_ZcCqqpS2o&feature=youtu.be
Resumen
- La Ley de Agua Potable Segura (SDWA) (aprobada originalmente por el Congreso en 1974) protege la salud pública al regular el suministro público de agua potable de la nación.
- Los diferentes pasos en el tratamiento del agua incluyen floculación, sedimentación, filtración, aireación y desinfección o combinaciones de los mismos. También se agrega fluoruro a los sistemas municipales de agua para la prevención de caries dentales.
Colaboradores y Atribuciones
Chung (Peter) Chieh (Chemistry, University of Waterloo)
- US EPA
- Center for Disease Control (CDC)
- Wikipedia