1.3: Microorganismos

El trabajo más importante de un Operador de Tratamiento de Agua es proporcionar agua confiable y de calidad al público. Esto se logra a través de la desactivación química o eliminación física de microorganismos causantes de enfermedades en el agua. Los microorganismos se desactivan mediante la adición de un químico como el Cloro u Ozono mientras que la eliminación física se logra con el uso de un sistema de filtración.

Regla de tratamiento de aguas superficiales

La Regla de Tratamiento de Aguas Superficiales (SWTR) se creó en 1990 para proteger aún más al público de las enfermedades transmitidas por el agua. Las enfermedades específicas que el SWTR busca prevenir son las causadas por virus, legionella y Giardia lamblia. Los microorganismos causantes de enfermedades también se conocen como patógenos. Los microbios que causan la mayoría de las enfermedades transmitidas por el agua se encuentran en la mayoría de las aguas superficiales en Estados Unidos. Toda agencia pública que utilice agua superficial como fuente de agua debe adherirse al SWTR. El agua superficial se define como cualquier masa de agua abierta que es susceptible a la escorrentía superficial. Las precipitaciones y el deshielo que ingresan a cuerpos de agua abiertos como lagos, ríos y embalses artificiales son susceptibles a la contaminación de plantas de tratamiento de aguas residuales y heces de animales.

En este momento no existen pruebas simples y económicas para detectar virus, legionella y Giardia lamblia; por lo tanto, se utilizan otras medidas de protección para probar el agua de origen y el agua tratada. Las regulaciones de agua proporcionan regulaciones detalladas de inactivación y remoción para Protozoos, también conocidos como Giardia, y virus. Las bacterias caen en algún lugar en medio de ambos microorganismos por lo que no hay necesidad de “regularlas”. Las bacterias serán removidas y/o desactivadas dentro de los parámetros o regulaciones que estén vigentes. Giardia y Cryptosporidium forman quistes duros que son muy difíciles de desactivar químicamente con Cloro. Son más grandes que los virus por lo que se eliminan o más fácilmente a través de la filtración. Los nuevos avances tecnológicos como la adición de ozono son excelentes formas de desactivar Giardia.

Las plantas de tratamiento deben usar una combinación de desinfectante (desactivación química) y filtración y deben lograr 99.9% de eliminación o inactivación de quistes de Giardia y 99.99% de virus. También podrías ver los porcentajes expresados como 3 Log y 4 Log. 99.9% se expresará como 3 Log y 99.99% se expresará como 4 Log. Las plantas de tratamiento, que utilizan filtración, logran su factor de eliminación mediante el monitoreo de la turbidez combinada del efluente del filtro. La turbidez es la medida de la turbidez en el agua. La razón por la que es importante medir la turbidez es porque los microorganismos pueden esconderse detrás de las partículas muy pequeñas y hacer que las técnicas de tratamiento sean ineficaces. Las lecturas de turbidez se expresan como unidades nefelométricas de turbidez (NTU). La mayor parte del agua de fuente superficial no cumplirá con los estándares que permitirían a una planta de tratamiento abstenerse de utilizar técnicas de filtración aprobadas. Las técnicas de tratamiento aprobadas actualmente utilizadas por los operadores de agua son tratamiento convencional, filtración directa, arena lenta, tierra de diatomeas, ósmosis inversa y tecnologías de tratamiento alternativo aprobadas caso por caso por el tablero regulador de primacía. Algunas agencias de agua emplean nuevas tecnologías como la filtración por membrana y el tratamiento UV.

Cuadro 3.1: Patógenos transmitidos por el agua

Bacterias	Virus	Protozoos
Campylobacter Escherichia coli (E-coli) Salmonella Yersinia Vibrio Legionella Aermmonas Mycobacterium Shigella Pseudomonas	Hepatitis A Reovirus Calicivirus Enterovirus Coxsackievirus adenovirus Ecovirus Poliovirus	Giardia Lamblia Criptosporidium Entameoba Microsporidium

Un desinfectante continuo debe estar siempre en el sistema de distribución para prevenir enfermedades transmitidas por el agua. Un desinfectante residual de .2 mg/L debe estar presente en todo momento en el sistema de distribución, sin embargo, la mayoría de los operadores de agua mantendrán en algún lugar entre 2.5 mg/L-3.0 mg/L. El cálculo de CT se utiliza para asegurar que los niveles adecuados de desinfectante se están utilizando durante el proceso de tratamiento y distribución. La efectividad del proceso de tratamiento se calcula con la fórmula CT y utiliza datos como el desinfectante utilizado, el residuo del desinfectante, el tiempo que el desinfectante está en contacto con el agua, la temperatura del agua y el pH del agua. Es importante señalar que durante el proceso de tratamiento el objetivo es desinfectar el agua (matar a todos los patógenos) y no esterilizar (matar a todos los organismos).

La “C” es la concentración de desinfectante mientras que la “T” es la cantidad de tiempo que el desinfectante está en contacto con el agua. En días con mayores tasas de planta de efluentes, un operador puede necesitar aumentar las dosis de cloro ya que el desinfectante estará en contacto con el agua por menos tiempo. Por el contrario, si los caudales de la planta son menores, se puede usar una dosis menor de cloro porque el desinfectante está en contacto con el agua por un tiempo mayor.

Estudio de caso: Milwaukee Abril 1993

En abril de 1993, el mayor brote de Cryptosporidium registrado ocurrió en Milwaukee, Wisconsin. Más de 400 mil personas reportaron enfermedad y 100 personas fallecieron. Todas las personas que murieron después de beber el agua contaminada tenían el virus del SIDA. No puede ser seguro que el Cryptosporidium fue la causa de cada una de sus muertes, pero como se discutirá más adelante en este capítulo, las personas con sistemas inmunes debilitados son mucho más susceptibles a la muerte si beben agua contaminada.

El incidente de Milwaukee fue el catalizador de mejoras en el SWTR. Dado que Cryptosporidium crea quistes y no es asesinado por el cloro, se creó el enfoque de tratamiento de “doble barrera”. Luego se requirió que las plantas de tratamiento monitorearan los niveles de efluentes de turbidez y utilizaran técnicas de tratamiento alternativas, como el ozono o la luz ultravioleta, que desactivaran el Cryptosporidium. Una planta de filtración efectiva usando coagulación, floculación, sedimentación y filtración, debería haber sido capaz de manejar el brote, por lo que los niveles de turbidez no estuvieron dentro de los estándares.

Se creía que la fuente del Cryptosporidium era un derrame de aguas residuales que estaba muy cerca de la toma de la planta de tratamiento del sur de Milwaukee donde ocurrió el brote. Otros consideran que los operadores de la planta de tratamiento estaban utilizando mayores cantidades de agua residual en el proceso de tratamiento. Reciclar el agua de filtro lavada es una práctica común, pero después de este evento, se estableció que solo el 10% del agua cruda de origen puede provenir de las aguas residuales.

La lección que todos aprendieron aquí es que la calidad del agua cambia y evoluciona constantemente. La madre naturaleza nos lanza bolas curvas que cambian la calidad del agua de origen. Si algo anda mal, es su deber como operador decir algo. Todas las regulaciones están bien y son buenas pero si no se están siguiendo, la gente puede enfermarse mucho o posiblemente incluso morir.

Regla Coliforme Total

La regla coliforme total se publicó en 1989 y se revisó en 2014. Se establecieron requisitos mínimos para la frecuencia y cantidad de pruebas coliformes que serían tomadas por las agencias de agua. Como se discutió anteriormente, las bacterias coliformes existen en mayores cantidades que otras bacterias. Si hay una prueba coliforme positiva, hay una mayor probabilidad de que el proceso de tratamiento no funcione correctamente y haya una mayor probabilidad de patógenos en el agua. Los brotes bacterianos en el agua causan gastroenteritis con síntomas asociados de náuseas, diarrea, vómitos y calambres. Los muy jóvenes, los ancianos y las personas con sistemas inmunológicos debilitados corren un peligro aún mayor en caso de que haya enfermedades transmitidas por el agua en el agua. Se requiere que cada agencia de agua tenga un mapa de sitio de muestreo aprobado por la agencia de primacía.

El objetivo de la Regla Coliforme Total es cero muestras coliformes positivas. Los sistemas de agua que toman menos de 40 muestras por mes solo se permite una muestra positiva, mientras que los sistemas que toman más de 40 muestras no deben encontrar resultados positivos en más del 5% de las muestras coliformes tomadas. Si se encuentra una muestra coliforme positiva, no es necesariamente un indicador de un problema. El error de muestreo humano podría ser el culpable. Una vez que se encuentra un positivo, la muestra coliforme se vuelve a tomar dentro de las 24 horas en el sitio de muestreo positivo y se toman dos muestras adicionales, una aguas arriba y otra aguas abajo del sitio positivo inicial. Si hay un segundo resultado coliforme positivo, el agua se prueba entonces para E-Coli. Si está presente E-Coli en la muestra, es un riesgo inmediato para la salud pública y se considera una violación aguda de MCL. Esto se consideraría una violación de Nivel I y la notificación pública tendría que ocurrir dentro de las 24 horas.

Regla mejorada de tratamiento de aguas superficiales a largo plazo

La Regla de Tratamiento de Agua Superficial Mejorado a Largo Plazo 1 (LT1ESWTR) se aplica a sistemas de agua que atienden a menos de 10,000 personas. A continuación se muestra una lista de requisitos para las agencias de agua que entran dentro de esta categoría:

• Debe lograr una eliminación de 99% o 2 log de Cryptosporidium
• La mayoría de los sistemas son requeridos para cumplir con estándares de turbidez de 0.5 NTU a partir del 95% de las lecturas combinadas de turbidez de efluentes Los sistemas más pequeños obtendrán 2 créditos de remoción de troncos de Giardia con un efluente de filtro combinado .03 NTU más estricto.
• Se requiere monitoreo de filtro individual. La lectura de turbidez más alta de los filtros individuales requerirá una acción correctiva.
• Algunos estados pueden requerir un perfil de subproducto desinfectante
• Cualquier cambio en el desinfectante primario debe ser perfilado y aprobado
• Todos los pozos de agua tratada deben estar cubiertos y no abiertos a la atmósfera

Regla mejorada de tratamiento de aguas superficiales a largo plazo 2

La Regla de Tratamiento de Agua Superficial Mejorada a Largo Plazo 2 (LT2ESWTR) cubre todos los sistemas de agua que atienden a más de 10,000 clientes.

• Esta regla agregó mejoras al SWTR. Se requiere que los proveedores de agua prueben la fuente de agua cruda para Cryptosporidium y E-coli por un período de 2 años. Este paso se puso para garantizar que todos los equipos de la planta de tratamiento fueran capaces de desactivar y eliminar adecuadamente los patógenos del agua.
• Después de las pruebas, se les dio a los sistemas un número de contenedor que determinó qué tan susceptible era el sistema a la contaminación.
• Si los sistemas eran susceptibles, se dio un marco de tiempo para corregir las deficiencias
• Se requiere monitoreo continuo del afluente del sistema de distribución y mantener al menos .02 mg/L de cloro residual

Regla de Reciclaje de Lavado Posterior

Como se señaló en el estudio de caso de Milwaukee, los sistemas de agua son capaces de utilizar aguas residuales recicladas como fuente de agua cruda. Muchas plantas de tratamiento utilizan estanques de desechos, lagunas de desechos y cuencas de desechos para capturar el agua de lavado reciclada y el agua de los desagües en toda la planta de tratamiento. Para que las plantas utilicen el agua reciclada, las plantas deben someter las aguas residuales a través del mismo proceso de tratamiento que el agua cruda no tratada. La cantidad de agua que se puede devolver se basa en el tamaño de las plantas y los flujos máximos de la planta.

Regla de Plomo y Cobre

La regla de plomo y cobre difiere de la mayoría de las otras pautas de agua porque estos dos componentes generalmente se encuentran en el agua después de que haya pasado por el ciclo de tratamiento. La mayor parte del agua cruda tiene niveles muy bajos de plomo y cobre. El plomo y el cobre se encuentran en el agua potable después de que se produce una reacción química en las tuberías de distribución. El agua que es más ácida puede erosionar las tuberías de plomo y cobre haciendo que se lixivien en el agua. El uso de tuberías de plomo en los sistemas de agua potable fue prohibido en 1986 y ya no se pueden usar. Se sabe que el plomo causa varios problemas de salud en fetos y niños pequeños. Puede causar problemas de desarrollo. El plomo también puede tener efectos en el riñón, el cerebro, los glóbulos rojos y se sabe que causa anemia.

Con un control óptimo de la corrosión, se reduce la capacidad del agua para reaccionar químicamente con las tuberías de plomo y cobre. Muchas plantas de tratamiento agregan productos químicos como la soda cáustica para elevar el pH del agua. El agua tratada con un pH alrededor de 8 mantendrá una fina capa de calcio en el interior de una tubería de distribución que protege la tubería de la corrosión. El control de la corrosión se prueba monitoreando la conductividad, probando el pH del agua, la temperatura del agua, probando el calcio, probando la alcalinidad y probando el inhibidor de la corrosión de fosfato o sílice si se usa para controlar la corrosión.

La regla de Plomo y Cobre también difiere de otras reglas porque basa sus parámetros en niveles de acción. Si el 10 por ciento de los clientes realizan pruebas de agua en el percentil 90 del nivel de acción para plomo y cobre, entonces se deben cumplir otras acciones preventivas. La mayoría de los clientes no tienen que preocuparse por esto debido a los avances en el control de la corrosión en las últimas décadas.

Figura\(\PageIndex{1}\): La imagen de las tuberías de plomo de Borsi112 está licenciada bajo CC BY-SA 3.0

Regla de biproductos desinfectantes de etapas 1 y 2

Cuando la materia orgánica natural se mezcla con desinfectantes químicos, es posible la formación de subproductos desinfectantes (DBP). Los desinfectantes químicos utilizados en el tratamiento del agua que forman DBP's son cloro, dióxido de cloro, cloraminas y ozono. La regla de los subproductos desinfectantes en Etapa 1 estableció MCL para trihalometano (TTHM), ácido haloacítico (HAA5), clorito y bromato. El cumplimiento se establece en un promedio anual corriente para TTHM, HAA5 y Bromate y en un promedio mensual para clorito. La regla también establece niveles máximos de desinfección para cloro, cloraminas y dióxido de cloro.

La regla de los subproductos desinfectantes de Etapa 2 se aplica a todos los sistemas de agua comunitarios y no transitorios que agregan un desinfectante químico o compran agua tratada que tiene un desinfectante químico. El propósito de la regla de la Etapa 2 es monitorear el muestreo local de conexiones individuales. Algunas partes del sistema de agua tienen menos movimiento, por lo tanto son más susceptibles a la formación de DBP. La regla de la Etapa 2 abarca TTHM y HA5 y tiene el mismo MCL que la regla de la Etapa 1. Vea la tabla a continuación:

Desinfectante Residual	MRDL* como mg/L	Cumplimiento basado en
Cloro	4.0 mg/L	Promedio anual de funcionamiento de RAA
Cloraminas	4.0 mg/L	Promedio anual de funcionamiento de RAA
Dióxido de cloro	0.8 mg/L	Muestras diarias

*Nivel máximo de desinfectante residual

Subproducto de Desinfección	Nivel Máximo de Contaminantes	Cumplimiento basado en
Trihalometano	.080 mg/L (80 ppb)	Promedio anual de funcionamiento
Ácido haloacético	.060 mg/L (60 ppb)	Promedio anual de funcionamiento
bromato	.010 mg/L (10 ppb)	Promedio anual de funcionamiento
clorito	1.0 mg/L (1 ppm)	Promedio mensual

*ppb- partes por mil millones ppm- partes por millón

Informes de confianza del consumidor

El público tiene derecho a saber qué hay en su agua potable. A medida que sigas leyendo el texto notarás que gran parte de la terminología es bastante bocada. En 1998 los informes de confianza del consumidor se pusieron a disposición del público para su transparencia. Al reporte se agregaron ocho grupos de información:

• Información del sistema, incluida la información de contacto
• Diferentes fuentes de agua (es decir, lagos, pozos, ríos)
• Definiciones que el personal no acuático puede entender incluyendo MCL, MCLG y técnicas de tratamiento
• Cualquier contaminante detectado en el sistema junto con una lista de los posibles efectos en la salud si no se cumplen los límites y metas
• Contaminantes no regulados encontrados
• Lista de violaciones si ocurrieron
• Desviaciones y exenciones
• Herramientas educativas para contaminantes y poblaciones afectadas

Internet ha permitido que las instalaciones de tratamiento de agua publiquen información mensualmente en los sitios web de la compañía; sin embargo, se entregará anualmente por correo o electrónicamente un informe de confianza del consumidor a sus clientes.

Cálculo de caudal

El cálculo del caudal será uno de los más utilizados en la matemática del agua. Este cálculo nos dice mucho sobre lo que está pasando en nuestro sistema de agua. Los caudales comunes que verá son Galones por Minuto (GPM), Pies Cúbicos por Segundo (CFS), Millones de Galones al Día (MGD) y Acre Pies por Año (AFY). Los operadores de agua utilizan caudales para diferentes propósitos. Si estuvieras manejando una planta de tratamiento pequeña, podrías usar GPM o CFS en tus operaciones diarias, pero al observar el agua producida durante todo el mes o año, calcular en Acre Feet puede ser más apropiado. Como cualquier fórmula algebraica, habrá un factor desconocido para el que estás resolviendo. En el caso de una pregunta de flujo, habrá 3 valores, dos conocidos y uno desconocido.

Ecuación de caudal Caudal = Volumen ÷ Tiempo La “Rueda” algebraica es una forma muy efectiva de resolver muchos problemas matemáticos del agua. Aquellos estudiantes con mentes más “mecánicas” pueden encontrar esta manera de resolver problemas de matemáticas más fácil. A continuación se muestra un ejemplo de cómo resolver una ecuación de caudal con ambos métodos.

Ejemplo 1

En 4 horas, el volumen de un tanque de agua aumenta en 30,000 galones. ¿Cuál era el caudal del agua que entraba al tanque? Expresa en galones por minuto.

Caudal = Volumen/Tiempo Caudal = 30,000 galones/4 horas 7,500 galones/1 hora 7,500 galones/1 hora = 1 hora/60 min = 125 galones/minuto

También podemos usar el cálculo de Caudal para resolver por volumen o tiempo.

Ejemplo 2 - Resolver por tiempo

¿Cuánto tiempo tomará drenar un tanque de almacenamiento de 100,000 galones por donde sale el agua a 2,500 Galones por minuto?

Tiempo = 100,000 gal/2,500 GPM = 40 minutos

Siempre ponga lo desconocido en la parte izquierda de la fórmula para que sus factores se cancelen correctamente.

Ejemplo 3 - Resolver para volumen

La bomba de su tanque de agua está lista para funcionar durante 90 minutos. La salida de su bomba es de 3,000 GPM. ¿Cuántos galones de agua entrarán al tanque?

Volumen = 3,000 GPM x 90 min

Volumen = 270,000 galones

Ejemplo 4

La capacidad total de un tanque de agua es de 500,000 galones. El operador bajará el tanque hasta la mitad lleno en un periodo de 8 horas. ¿Cuál es el caudal del agua que sale del tanque?

(Nota: El estado se vuelve muy creativo con sus preguntas de prueba. Recuerda leer la pregunta varias veces antes de resolverla. ¡No seas el examinador que usa 500,000 galones en la ecuación en lugar de 250,000 galones!)

Caudal = 250.000 galones/8 horas

Caudal = 31,250 galones/1 hora

31,250 gal/1 hora = 1 hora/60 min = 520.83 GPM

Revisión del Capítulo

1. Un microorganismo causante de enfermedad:
   1. Patógeno
   2. Colilert
   3. Patológica
   4. Turbidez
2. De acuerdo con la Regla de Tratamiento de Aguas Superficiales, ¿cuál es la inactivación y eliminación combinadas para Giardia?
   1. 1.0 Registros
   2. 2.0 Registros
   3. 3.0 Registros
   4. 4.0 Registros
3. ¿Cuál es la equivalencia expresada como porcentaje para la inactivación y eliminación de virus de SWTR?
   1. 99.9%
   2. 99.99%
   3. 99.0%
   4. 99.999%
4. Una agencia de agua que tome más de 40 muestras coliformes debe caer bajo qué percentil?
   1. 10%
   2. 7%
   3. 5%
   4. No se permiten muestras positivas
5. El enfoque de tratamiento de barrera múltiple incluye ___________.
   1. Esterilización y filtración
   2. Desinfección y filtración
   3. Desinfección y esterilización
   4. Infección y filtración
6. El residuo máximo de desinfectante permitido para el cloro en un sistema de agua es ___________.
   1. .02 mg/L
   2. 2.0 mg/L
   3. 3.0 mg/L
   4. 4.0 mg/L
7. ¿Cómo monitorean las agencias de agua la efectividad de su proceso de filtración?
   1. Alcalinidad
   2. Conductividad
   3. Turbidez
   4. pH
8. ¿Cuál es el subproducto desinfectante causado por la ozonización?
   1. Trihalometanos
   2. Bromado
   3. Clorita
   4. Sin formación de DBP
9. Los ácidos haloacíticos también se conocen como ___________.
   1. TTHM
   2. HOCL
   3. Clorita
   4. HAA5
10. ¿Qué es el MCL para los trihalometanos?
    1. .10 mg/L
    2. .06 mg/L
    3. .08 mg/L
    4. .12 mg/L
11. ¿Cuál es el MCL para los ácidos haloacíticos?
    1. 100 ppb
    2. 60 ppb
    3. 80 ppb
    4. 120 ppb
12. ¿Qué es el MCL para bromato?
    1. .010 mg/L
    2. .020 mg/L
    3. .030 mg/L
    4. .040 mg/L
13. Un operador de planta de tratamiento debe llenar un pozo claro con 10,000 ft3 de agua en 90 minutos. ¿Cuál es el caudal expresado en GPM?
    1. 111 GPM
    2. 831 GPM
    3. 181 GPM
    4. 900 GPM
14. Un tanque de agua tiene una capacidad de 6MG. Actualmente se encuentra medio lleno. Se tardará 6 horas en llenarse. ¿Cuál es el caudal de la bomba?
    1. 3,333 GPM
    2. 6,333 GPM
    3. 8,333 GPM
    4. 16,666 GPM
15. Un pozo claro con una capacidad de 2.5 MG se está llenando después de un período de mantenimiento. El caudal es de 2,500 GPM. El operador comienza a llenar a las 7 AM. ¿A qué hora estará lleno el clearwell?
    1. 10:00PM
    2. 10:40PM
    3. 11:00PM
    4. 11:40PM