1.7: Desinfección

Objetivos de aprendizaje

Después de leer este capítulo deberías poder identificar y explicar lo siguiente:

• Terminología de desinfección
• Normativa
• Tipos de desinfectantes utilizados durante el tratamiento del agua

El paso final en el proceso de tratamiento del agua antes de que el agua terminada o tratada ingrese a un pozo transparente para su almacenamiento es el proceso de desinfección. La desinfección es el proceso donde se agregan agentes químicos a una fuente de agua para matar o inactivar microorganismos patógenos. Los microorganismos patógenos son causantes de enfermedades y deben ser eliminados del agua tratada. A medida que aumenta el tamaño de la población y las fuentes de agua dulce escasean, la capacidad de eliminar y desactivar microorganismos se vuelve cada vez más importante. Otro factor a considerar, especialmente en California, son las regulaciones más estrictas debido a los avances en la tecnología y las pruebas de calidad del agua.

Figura\(\PageIndex{1}\): Imagen del tratamiento del agua por la EPA es de dominio público

Conceptos básicos de desinfección

Los operadores de plantas de tratamiento utilizan el proceso de remoción y desactivación de componentes microbiológicos en el agua en dos partes. La mayoría de los patógenos que los profesionales del tratamiento de agua eliminan y desactivan del agua potable se han adaptado para vivir en los cuerpos de animales de sangre caliente. Los patógenos prosperan y sobreviven en esos ambientes. Fuera de esos ambientes, estos patógenos pueden permanecer latentes hasta que se consumen. Aún más aterrador, algunas de las enfermedades pueden causar la muerte. En Estados Unidos, nuestra agua es generalmente segura para beber y muchas veces damos por sentado que al encender un grifo se producirá un flujo de agua potable.

Debido a las limitaciones en las pruebas, es difícil indicar la presencia de enfermedades específicas transmitidas por el agua causadas por virus, bacterias y Giardia. Los profesionales del agua utilizan pruebas como la prueba coliforme total para buscar la probable presencia de enfermedades transmitidas por el agua. La Regla de Tratamiento de Aguas Superficiales establece pautas específicas para la remoción y el tratamiento para asegurar la remoción e inactivación de organismos patógenos.

Se crearon regulaciones estrictas establecidas por la Ley de Agua Potable Segura para garantizar que el agua potable del público fuera segura de consumir. Para garantizar que el agua potable sea segura para el consumo humano, se requiere la eliminación y desactivación de 3 troncos o 99.9% de Giardia lamblia. Para los virus, se requiere eliminación y desactivación de 4 log o 99.99%. Las bacterias caen en medio de los virus y Giardia por lo que el gobierno determinó que no era necesario contar con regulaciones que regularan específicamente su inactivación y remoción.

A continuación se muestra una lista de enfermedades y enfermedades transmitidas por el agua.

Cuadro 7.1: Enfermedades transmitidas por el agua y enfermedades

Bacterias	Parásito interno de protozoos	Virus causado
Ántrax Disentería Cólera Gastroenteritis (Gripe Estómago) Leptospirosis Paratifoidea Salmonella Shigelosis (Shigella) Fiebre tifoidea	Disentería Ascariasis (gusano redondo) Criptosporidiosis por Cryptosporidium Giardiasis de Giardia	Gastroenteritis Anomalías cardíacas Hepatitis A Meningitis Poliomielitis

Propósito de la desinfección

Los operadores desinfectan el agua para destruir los organismos nocivos enumerados en la tabla anterior. La filtración se utiliza para eliminar los organismos mientras que la desinfección los mata o los desactiva. Los operadores no esterilizan el agua porque la esterilización mataría todo lo que hay en el agua. El proceso de desinfección depende en gran medida de todo lo que ocurre aguas abajo en el proceso de tratamiento. A medida que el agua ingresa a la planta de tratamiento en forma de agua cruda, la química de esa agua afecta qué tan bien funcionará el desinfectante específico en cada etapa del proceso de tratamiento.

¿Qué afecta la desinfección?

Existen varias características del agua que pueden afectar el tratamiento. El agua se desinfecta más fácilmente con temperaturas más altas. En temperaturas más bajas, es posible que se requieran tiempos de contacto más largos y se deben usar mayores cantidades de producto químico. Las tasas de turbidez más altas también disminuirán la desinfección. Los capítulos anteriores han cubierto lo crítico que es eliminar el material suspendido de manera temprana y eficiente. El exceso de turbidez requerirá mayores cantidades de químicos para desinfectar adecuadamente el suministro de agua. Los productos químicos como el cloro pueden interactuar con la materia orgánica e inorgánica. La capacidad del cloro para interactuar con estos constituyentes puede reducir o eliminar la efectividad de los desinfectantes.

Tipos de Desinfectantes Físicos

La desinfección física no es ampliamente utilizada para tratar el agua potable en este momento. Los rayos ultravioleta están empezando a usarse de manera más consistente pero los medios químicos de desinfección aún deben usarse ya que la desinfección ultravioleta no lleva un desinfectante residual. El proceso es muy costoso y por lo tanto no es utilizado por operaciones de tratamiento a gran escala en Estados Unidos. Otros medios de desinfección física incluyen ebullición y producción de ondas ultrasónicas. Las agencias pedirán notificaciones de agua hervido durante emergencias y cuando haya un brote de enfermedad transmitida por el agua pero no se utilice como medio primario para desinfectar el agua potable.

Figura\(\PageIndex{2}\): La imagen de la EPA es de dominio público

Tipos de Desinfectantes Químicos

Hay varios desinfectantes químicos disponibles en aplicaciones de agua potable. El más utilizado en Estados Unidos es el cloro. El tema de Cloro se discutirá con mayor detalle en el siguiente capítulo. Los conceptos básicos se cubrirán a continuación, así como un fondo sobre los otros productos químicos disponibles. Los productos químicos se desglosarán en subcategorías en función de su uso práctico en Estados Unidos.

Raro

• Yodo—Se utiliza comúnmente para el tratamiento de emergencia en forma de gotitas o tabletas. No es utilizado por la industria de tratamiento de agua debido a su costo y los posibles peligros para la salud de las mujeres embarazadas y posibles problemas de tiroides, que pueden desarrollarse con el uso frecuente.
• Bromo—No es utilizado por las instalaciones de tratamiento de agua ya que es muy corrosivo y puede causar quemaduras graves en la piel. Se utiliza más comúnmente como desinfectante en piscinas. Cuando reacciona con la colina (un nutriente común de plantas y animales) en el agua, puede crear subproductos desinfectantes. Fue utilizado por la Marina de los Estados Unidos durante un tiempo, pero la mayoría de los sistemas se han eliminado debido a la corrosividad del bromo.
• Hidróxido de sodio y cal: se usa con mayor frecuencia para esterilizar tuberías. No se utilizan como desinfectantes cotidianos debido al sabor amargo que se deja atrás después de la aplicación. El hidróxido de sodio y la cal se utilizan con mayor frecuencia para aumentar el ph del agua en el sistema de distribución después del tratamiento con cloro gaseoso.

Más Comunes

• Dióxido de Cloro—Se utiliza como desinfectante y oxidante para el tratamiento del agua. No reacciona con amoníaco que es un problema con el cloro. El dióxido de cloro se usa como desinfectante pero también es muy efectivo para eliminar hierro, manganeso, sabor, olor y color del agua tratada. Cryptosporidium es resistente al cloro pero no es resistente al dióxido de cloro. Hasta el 70 por ciento del dióxido de cloro se convierte en clorito, que es un subproducto desinfectante regulado por lo que las tasas de dosificación al usarlo como desinfectante deben ser inferiores a 1.4 mg/L. El dióxido de cloro también se debe hacer en el sitio, lo que requiere mayores costos operativos y de mantenimiento.
• Ozone—El ozono se utilizó por primera vez en Europa a principios de 1900. Es un desinfectante fuerte que también reduce los problemas de sabor y olor. El inconveniente del ozono es que es muy caro de producir, tiene altos costos eléctricos, tiene una solubilidad limitada y no deja un residuo en el agua tratada porque es tan reactiva. Si el bromuro está presente en el agua, el ozono puede reaccionar con ella para formar bromato, un DBP indeseable (esto es un problema para SCV Water). El ozono es muy eficiente en la desinfección del Cryptosporidium por lo que generalmente se usa como desinfectante secundario junto con cloro o cloraminas.

Más Comunes

• Cloro—El desinfectante más utilizado en Estados Unidos es el cloro libre. El cloro se puede agregar como un gas en forma de gas cloro, como un sólido en forma de hipoclorito de calcio, o como un líquido en forma de hipoclorito de sodio. Lo más probable es que tengas una botella de hipoclorito de sodio en tu casa. Lo llamamos lejía. El uso de cloro libre disponible ha disminuido a lo largo de los años debido al descubrimiento de subproductos desinfectantes (DBPs). Este tema se discutirá con mayor detalle en el próximo capítulo.
• Cloraminas—El uso de cloraminas se ha vuelto más común en los últimos años para reducir los DBP principalmente trihalometano (THM). Las cloraminas también se conocen como cloro combinado ya que es la combinación de cloro y amoníaco. Las cloraminas también son efectivas para eliminar los problemas de sabor y olor y el residuo dura más tiempo en el sistema de distribución. Sin embargo, la desinfección con cloramina no es tan fuerte como el cloro y la adición inadecuada de amoníaco puede conducir a cantidades excesivas de amoníaco en el agua tratada, lo que resulta en la nitrificación.

Figura\(\PageIndex{3}\): La imagen de olegschedrin0 está licenciada bajo CC0

Normativa

La Ley de Agua Potable Segura (SDWA) es la base de todas las regulaciones de agua potable en los Estados Unidos. Es el paraguas en el que posteriormente se han creado y promulgado todos los nuevos reglamentos y normas. La SDWA regula los estándares de agua potable en Estados Unidos junto con sus territorios. Damos por sentado toda la investigación y tecnología que tenemos disponibles que nos permite nunca preocuparnos realmente por la calidad de nuestro agua potable. El SDWA fue aprobado en 1974 y estableció cuartos estándares para regular las fuentes públicas de agua. Se modificó en 1986 para incluir algunas definiciones básicas de principios:

• Contaminantes regulados definidos y técnicas de tratamiento aprobadas
• Criterios definidos para la filtración de agua potable
• Criterios definidos para la desinfección de aguas superficiales y subterráneas
• Prohíbe el uso de material de plomo en instalaciones de agua potable

Después de una gran crisis de salud pública en Milwaukee, Wisconsin, se hicieron provisiones para apoyar los programas de agua potable a través de programas de capacitación y certificación de operadores. Todas las entidades que atienden agua al público estaban obligadas a cumplir con los estándares del programa en materia de capacitación y certificación. En 1999, el gobierno permitió que los estados tuvieran primacía sobre los programas de certificación de agua potable siempre y cuando se cumplieran los mínimos federales. Estados como California a menudo tienen estándares más estrictos que los estándares federales.

Regla de tratamiento de aguas superficiales

La Regla de Tratamiento de Aguas Superficiales (SWTR) se promulgó en 1990 y buscó prevenir enfermedades transmitidas por el agua de fuentes de agua superficiales. Los sistemas de agua con suministros de fuentes superficiales susceptibles de portar virus, legionella y Giardia lamblia, deben seguir nuevos requisitos en materia de filtración y desinfección conocidos como enfoque de barrera múltiple. La regla también requería que los sistemas que utilizaban agua subterránea como fuente de agua potable debían cumplir con los estándares SWTR si su fuente de agua pudiera entrar en contacto con fuentes de agua superficial.

Las plantas de tratamiento de agua tendrían que lograr los requisitos de remoción y desactivación a través de los esfuerzos combinados de filtración y desinfección. La eliminación y desactivación del 99.9% de Giardia o 3 Logs y la eliminación y desactivación del 99.99% de los virus o 4 Logs fue el nuevo estándar establecido. Este requerimiento se mide monitoreando las turbideces combinadas de efluentes en los filtros combinados y cumpliendo con los requisitos de desinfección a través del cálculo CT. El cálculo de TC se cubrirá con mayor detalle en el siguiente capítulo.

Regla de aguas subterráneas

La Regla de Aguas Subterráneas (GWR) se estableció en 2009 en respuesta a la frecuencia de contaminación del agua subterránea de fuentes de escorrentía de aguas superficiales. La regla requiere el monitoreo de los sistemas que no desinfectan para asegurarse de que no se está produciendo contaminación microbiológica. Si un proveedor de aguas subterráneas utilizó desinfección, deben cumplir con 99.99% de inactivación de virus al igual que las fuentes de agua subterránea.

Regla Coliforme Total

La regla final que indirectamente se relaciona con la desinfección del agua es la Regla Coliforme Total (TCR) que se estableció en 1990. Como se afirma varias veces dentro del texto, es casi imposible y ciertamente demasiado costoso realizar pruebas para cada tipo de contaminante microbiológico que pueda conllevar un riesgo para la salud pública. En cambio, el TCR utiliza un proceso basado en el riesgo que prueba el “peor de los casos”. Los coliformes crecen en animales de sangre caliente al igual que virus, bacterias y Cryptosporidium. No representan ningún riesgo para la salud de los humanos y crecen más abundantemente que formas de agentes microbiológicos que nos harán daño. Si los coliformes están presentes en el suministro de agua, existe la posibilidad de un problema de salud pública.

En caso de una prueba coliforme positiva, se volverán a analizar los sitios de muestreo aguas abajo y aguas arriba, así como el sitio donde ocurrió el muestreo positivo. Los mapas del sistema y los planes de muestreo son un requisito del TCR. La cantidad de muestras que toma el proveedor de agua se basa en la población atendida. Los sistemas que recolectan menos de 40 muestras al mes solo pueden tener una muestra positiva antes de notificar al público una violación del Nivel Máximo de Contaminantes (MCL). Los sistemas que recolecten más de 40 muestras al mes no deben tener positivos en más de 5% de sus muestras coliformes. Si trabajas en un proveedor de agua que toma 50 muestras al mes y tiene 3 muestras positivas ¿cumple con el TCR?

\[\begin{align*} 47 ÷ 50 &= 0.94 \times 100 \\[4pt] &= 94\% \end{align*}\]

Entonces 6% de las muestras fueron positivas por lo que no estaría en cumplimiento) o...

\[\begin{align*} \dfrac{3}{50} &= 0.06 \times 100 \\[4pt] &= 6\% \end{align*}\]

Por lo tanto, 3 positivos son 6% del total de muestras.

Regla de subproductos desinfectantes

Se implementó la regla de subproductos desinfectantes (DBPR) para proteger al público del cáncer causando riesgos asociados con desinfectantes que reaccionan con materia orgánica e inorgánica en el agua potable tratada. Los subproductos desinfectantes como los trihalometanos se clasifican como compuestos orgánicos volátiles. El DBPR de la Etapa 1 estableció los niveles máximos de contaminantes para varios DBPs, incluyendo:

• Trihalometano (TTHMs) - 80 ug/L o 80 ppb
• Ácido Haloacítico (HA5) - 60 ug/L o 60 ppb
• Bromato - 10 ug/L o 10 ppb
• Clorita - 1.0 ppm

Si bien es posible eliminar los DBPs del agua tratada con carbón activado, es un proceso de tratamiento muy costoso y no rentable para grandes operaciones de tratamiento. Otras formas de desinfección son posibles pero también causarán la formación de DBP. La formación de clorito está asociada al tratamiento con dióxido de cloro, mientras que el bromato se asocia con el tratamiento con ozono. El problema de la formación de DBP se vuelve aún más problemático ya que el clorito y el bromato a menudo se encuentran naturalmente en el agua de origen.

La regla DBP etapa II mejoró las regulaciones sobre la formación de DBP al apuntar a fuentes de agua que son más vulnerables a la formación de DBP y la regla también requiere monitoreo para HAA5s y THM. El número de muestras tomadas y el número de sitios de muestreo se basa en el tamaño de la población atendida por la agencia de agua. El uso de agua cloraminada se está utilizando más comúnmente para combatir la formación de DBP pero el uso de cloraminas en lugar de otros desinfectantes tiene otros riesgos asociados con su uso los cuales serán cubiertos con mayor detalle en el próximo capítulo.

Este es el enlace a la guía de referencia rápida de la EPA con información sobre la regla DBP Etapa I y Etapa II.

Revisión del Capítulo

1. ¿Qué es el cloro residual?
   1. Cloro utilizado para desinfectar
   2. La cantidad de cloro después de que se haya satisfecho la demanda
   3. La cantidad de cloro añadido antes de la desinfección
   4. Película dejada en el kit DPD para medir el residuo
2. Cuando el cloro reacciona con la materia orgánica natural en el agua puede crear ___________.
   1. Subproductos desinfectantes
   2. Bacterias coliformes
   3. cloroformo
   4. Calcio
3. ¿En qué se clasifican los trihalomentanos?
   1. Sales
   2. Compuestos inorgánicos
   3. Compuestos orgánicos volátiles
   4. Radio
4. ¿Qué desinfectante se utiliza para fines de emergencia y no se utiliza en la industria de tratamiento de agua?
   1. Cloro
   2. Yodo
   3. Ozono
   4. Dióxido de cloro
5. ¿Cuál es el desinfectante con menor poder matador pero que tiene el residuo más duradero?
   1. Cloro
   2. Ozono
   3. Dióxido de cloro
   4. Cloraminas
6. El ingrediente activo en la lejía doméstica es ___________.
   1. Hipoclorito de calcio
   2. Hidróxido de calcio
   3. Hipoclorito de sodio
   4. Hidróxido de sodio
7. Cryptosporidium no es resistente a este químico:
   1. Ozono
   2. Dióxido de cloro
   3. Cloro
   4. Ambos 1 y 2
8. El requisito de remoción e inactivación para Giardia es?
   1. 99.9%
   2. 99.99%
   3. 99.00%
   4. 90%
9. Si una prueba coliforme es positiva, ¿cuántas muestras repetidas se requieren como mínimo?
   1. Ninguno
   2. 1
   3. 3
   4. Depende de la severidad de la muestra positiva
10. Su sistema de agua toma 75 pruebas coliformes al mes. Este mes hubo 6 muestras positivas. ¿Cuál es el porcentaje de muestras que dieron positivo? ¿Su sistema violó la normativa?
    1. 3% Si
    2. 5% No
    3. 8% Si
    4. 10% No