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1.3: Subproductos de Desinfección Y Desinfectantes Alternativos

  • Page ID
    152581
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    Objetivos de aprendizaje

    • Explicar la naturaleza y ocurrencia de los subproductos de desinfección
    • Describir la regla de los subproductos de desinfección
    • Describir la formación de subproductos de desinfección
    • Describir los métodos de minimización de subproductos de desinfección

    Subproductos de Desinfección

    La desinfección del agua potable mediante la adición de cloro se ha considerado durante mucho tiempo como un método altamente efectivo pero relativamente económico para prevenir brotes generalizados de enfermedades transmitidas por el agua. Además de reaccionar con organismos causantes de enfermedades en el agua, sin embargo, el cloro también reacciona con muchos otros tipos de materiales orgánicos.

    Tratamiento de Desinfección Subproductos de Desinfección
    Cloración

    Trihalometanos

    Ácidos Haloacéticos

    Clorato

    Dióxido de cloro

    Clorita

    Clorato

    Cloramina Clorato
    Ozonación Bromado

    Figura\(\PageIndex{1}\): Los subproductos de desinfección se forman cuando los desinfectantes utilizados en plantas de tratamiento de agua reaccionan con bromuro y/o materia orgánica natural

    La creciente evidencia científica sugiere que los subproductos de estas reacciones químicas pueden producir efectos adversos para la salud en humanos. La preocupación de riesgo para la salud de mayor prioridad en la regulación del agua potable es la posible compensación riesgo-riesgo entre el control de la contaminación microbiológica (bacterias, virus y protozoos) por un lado y los DBP por el otro. Esta compensación riesgo-riesgo surge porque, por lo general, la forma menos costosa para que un sistema público de agua aumente el control microbiano es aumentar la desinfección (lo que generalmente aumenta la formación de subproductos) y la forma más fácil de reducir los subproductos es disminuir la desinfección (lo que generalmente aumenta riesgo).

    La contaminación microbiológica a menudo causa síntomas similares a la gripe; sin embargo, también puede causar enfermedades graves como hepatitis, giardiasis, criptosporidiosis y Enfermedad del Legionario. Los DBP pueden representar el riesgo de cáncer y efectos en el desarrollo.

    Los THM y HAA5s son ejemplos de compuestos formados por la reacción del cloro con la materia orgánica en agua. Se sospecha que los THM son cancerígenos y han sido regulados por la EPA en las enmiendas SDWA de 1996. El MCL para los TTMs es de 0.080 miligramos por litro o 80 microgramos por litro, y los HAA5s tienen un MCL de 0.060 miligramos por litro o 60 microgramos por litro.

    En mayo de 1996, EPA publicó la Regla de Recopilación de Información (ICR). Esta regla requería que los grandes sistemas públicos de agua llevaran a cabo un monitoreo exhaustivo de contaminantes microbianos y DBP en sus sistemas de agua. Además, algunos sistemas de agua realizaron estudios sobre el uso de carbón activado granular y procesos de membrana. Los datos reportados bajo el ICR fueron utilizados por la EPA para conocer más sobre la ocurrencia de contaminación microbiana y DBP, los riesgos para la salud planteados, métodos analíticos apropiados y formas efectivas de tratamiento. Los datos de ICR forman la base científica para el desarrollo por parte de la EPA de la Regla de Tratamiento de Agua Superficial Mejorado y la Regla de Desinfectantes y Desinfección Subproductos

    La EPA emitió el DBPR de la Etapa 1 el 16 de diciembre de 1998 (Registro Federal 63, No. 241). Esta regla establece nuevos MCLG y MCL para TTHM, HAA5, bromato y clorito. También se han establecido metas de nivel máximo de desinfectante residual (MRDLG) y niveles máximos de desinfectante residual (MRDLS) para cloro, cloramina y dióxido de cloro.

    El DBPR de Etapa 1 intenta reducir aún más la formación potencial de DBPs dañinos al requerir la eliminación de precursores de THM. Una técnica de tratamiento de coagulación mejorada, ablandamiento mejorado o uso de carbón activado granular (GAC) se aplica a los sistemas de filtración convencionales. En la mayoría de los casos, los sistemas deben reducir los niveles de carbono orgánico total (COT) en función de factores específicos de calidad del agua fuente.

    Para sistemas grandes (que atienden a más de 10,000 personas) que utilizan agua superficial o subterránea bajo la influencia directa de las aguas superficiales, la fecha de cumplimiento para el DBPR de la Etapa 1 fue el 1 de enero de 2002. Los sistemas pequeños (que atienden a menos de 10,000) que utilizan agua superficial o subterránea bajo la influencia directa de las aguas superficiales y todos los sistemas de agua subterránea deben haber cumplido antes del 1 de enero de 2004.

    El DBPR Etapa 1 tiene requisitos muy específicos de laboratorio y monitoreo. Los requisitos de monitoreo rutinario incluyen los siguientes contaminantes/desinfectantes regulados:

    • TTHM/HAA5
    • Bromado
    • Clorita
    • Cloro/cloraminas
    • Dióxido de cloro
    • Precursores DBP (TOC/alcalinidad/absorbancia UV específica)

    Además, el DBPR de la Etapa 1 especifica la cobertura de monitoreo en términos de agua superficial, agua subterránea y agua subterránea bajo influencia directa (GWUDI), población atendida, y el tipo de sistema de filtración y sistema de desinfección. La frecuencia de monitoreo depende del tipo de agua fuente, la población atendida y el tipo de sistema de tratamiento y desinfección. Los requisitos de monitoreo rutinario se basan en los contaminantes/desinfectantes regulados e incluyen el MCL, MRDL, método analítico, agente de conservación/extinción, tiempo de retención para muestra/extracto y tamaño y tipo de recipiente de muestra.

    El 15 de diciembre de 2005, la EPA promulgó el DBPR Etapa 2. Esta regla reduce los riesgos potenciales de cáncer y salud reproductiva y del desarrollo de los DBP en el agua potable, que se forman cuando se usan desinfectantes para controlar patógenos microbianos. Esta regla final fortalece la protección de la salud pública de los consumidores al endurecer los requisitos de monitoreo de cumplimiento para dos grupos de DBP: TTMs y HAA5.

    La regla se dirige a los sistemas con mayor riesgo y se construye incrementalmente sobre las reglas existentes. Esta regulación reduce la exposición a DBP y los riesgos potenciales para la salud relacionados y brinda una protección de salud pública más equitativa. El DBPR de Etapa 2 se promulgó simultáneamente con la Regla de Tratamiento de Agua Superficial Mejorado a Largo Plazo 2 para abordar las preocupaciones sobre las compensaciones de riesgo entre patógenos y DBP.

    Bajo el DBPR Etapa 2, los sistemas llevarán a cabo una evaluación de sus sistemas de distribución, conocida como Evaluación Inicial del Sistema de Distribución (IDSE), para identificar las ubicaciones con altas concentraciones de DBP. Estas ubicaciones son utilizadas por los sistemas como sitios de muestreo para el monitoreo del cumplimiento de DBPR de la Etapa 2.

    Se calcula el cumplimiento de los niveles máximos de contaminantes para dos grupos de DBPs (TTHM y HAA5) para cada ubicación de monitoreo en el sistema de distribución. Este enfoque, denominado promedio anual ubicacional (LRAA), difiere de los requisitos previos, que determinan el cumplimiento calculando el promedio anual de muestras de todas las ubicaciones de monitoreo en todo el sistema.

    El DBPR de la Etapa 2 también requiere que cada sistema determine si han superado un nivel de evaluación operativa, el cual se identifica utilizando sus resultados de monitoreo de cumplimiento. El nivel de evaluación operativa proporciona una alerta temprana de posibles violaciones futuras de MCL, lo que permite que el sistema tome medidas proactivas para mantenerse en cumplimiento. Se requiere de un sistema que exceda un nivel de evaluación operacional para revisar sus prácticas operativas y presentar un informe a su estado que identifique las acciones que se puedan tomar para mitigar futuros niveles altos de DBP; particularmente, aquellos niveles que puedan poner en peligro su cumplimiento con los MCL DBP.

    Factores que influyen en la desinfección

    Muchos factores influyen en la desinfección exitosa durante el tratamiento del agua. Estos factores incluyen pH, temperatura, turbidez, agentes reductores y microorganismos.

    pH

    El pH del agua que se está tratando puede alterar la eficiencia de los desinfectantes. El cloro desinfecta el agua mucho más rápido a un pH de alrededor de 7.0 en lugar de a un pH superior a 8.0.

    Temperatura

    Las condiciones de temperatura también influyen en la efectividad del desinfectante. Cuanto mayor sea la temperatura del agua, más eficientemente se puede tratar. El agua cerca de 70 a 85F (21 a 29 C) es más fácil de desinfectar que el agua a 40 a 60 F (4 a 16C). Se requieren tiempos de contacto más largos para desinfectar el agua a temperaturas más bajas. Para acelerar el proceso, los operadores suelen utilizar grandes cantidades de productos químicos. Tenga en cuenta, sin embargo, que cuanto mayor sea la concentración de cloro, mayor será la tasa de disipación del cloro a la atmósfera. Este proceso puede producir olores y desperdicios de cloro.

    Turbidez

    En condiciones normales de funcionamiento, el nivel de agua turbidamente tratada es muy bajo cuando el agua alcanza el proceso de desinfección. La turbidez excesiva reducirá en gran medida la eficiencia del producto químico o proceso desinfectante. Estudios en plantas de tratamiento de agua han demostrado que cuando el agua se filtra a una turbidez de una unidad o menos, la mayoría de las bacterias han sido removidas.

    La materia suspendida también puede cambiar la naturaleza química del agua cuando se agrega el desinfectante. Algunos tipos de sólidos suspendidos pueden crear una demanda continua del químico; cambiando así las propiedades germicidas efectivas del desinfectante.

    Materia Orgánica

    Los orgánicos que se encuentran en el agua pueden consumir grandes cantidades de desinfectantes mientras forman compuestos no deseados. Los trihalometanos (THM y HAA5s) son un ejemplo de compuestos indeseables formados por reacciones entre el cloro y ciertos orgánicos. Los productos químicos desinfectantes a menudo reaccionan con orgánicos y agentes reductores. Entonces, si alguno de los químicos permanece disponible después de esta reacción inicial, puede actuar como un desinfectante efectivo. Las reacciones con orgánicos y agentes reductores, sin embargo, reducirán significativamente la cantidad de químicos disponibles para la desinfección.

    Materia Inorgánica

    Los compuestos inorgánicos, como el amoníaco en el agua pueden crear problemas especiales. En presencia de amoníaco, algunos químicos oxidantes forman compuestos secundarios causando una pérdida parcial de poder desinfectante. El limo también puede crear una demanda química. Es claro, que las propiedades químicas del agua que se está tratando pueden interferir seriamente con la efectividad de los químicos desinfectantes.

    Cloro de tabla periódica

    +

    Manos sosteniendo la suciedad; ejemplo de materia orgánica

    =

    símbolo para el producto cancerígeno

    Cloro




    Imagen por Ciencia Activismo está licenciado bajo CC BY 2.0

    Materia Orgánica





    Imagen de Wpsopo está licenciada bajo CC BY-SA 3.0

    Subproductos de Desinfección Carcinogénica

    La imagen en es de dominio público

    Agentes Reductores

    El cloro se combina con una amplia variedad de materiales, especialmente agentes reductores. La mayoría de las reacciones son rápidas, aunque otras reacciones son mucho más lentas. Estas reacciones secundarias complican el uso de cloro para la desinfección. La demanda de cloro por los agentes reductores debe satisfacerse antes de que el cloro esté disponible para desinfectar. Ejemplos de agentes reductores inorgánicos presentes en el agua que reaccionarán con el cloro incluyen sulfuro de hidrógeno, iones ferrosos, iones manganosos, amoníaco y nitrito. Los agentes reductores orgánicos en el agua reaccionarán con el cloro y formarán materiales orgánicos clorados que tienen un potencial significado para la salud.

    Microorganismos

    La concentración de microorganismos es importante porque cuanto mayor es el número de microorganismos, mayor es la demanda de un químico desinfectante. La resistencia de los microorganismos a desinfectantes específicos varía mucho. Las bacterias no formadoras de esporas son generalmente menos resistentes que las bacterias formadoras de esporas. Los quistes y virus pueden ser resistentes a ciertos tipos de desinfectantes.

    Proceso de eliminación de microorganismos

    Los organismos patógenos pueden eliminarse del agua, matarse o inactivarse mediante diversos procesos físicos y químicos de tratamiento del agua. Estos procesos incluyen:

    • La coagulación-coagulación química seguida de sedimentación y filtración eliminará del 90 al 95 por ciento del organismo patógeno, dependiendo de qué químicos se utilicen. El uso de alumbre puede aumentar la eliminación de virus hasta en un 99 por ciento.
    • Los procesos de sedimentación diseñados adecuadamente pueden eliminar eficazmente del 20 al 70 por ciento de los microorganismos patógenos. Esta tasa de remoción se logra permitiendo que los organismos patógenos y no patógenos se asienten por gravedad, asistidos por flóculos químicos.
    • Filtración-filtración de agua a través de filtros granulares es un medio eficaz para eliminar patógenos y otros organismos del agua. Las tasas de remoción varían de 20 a 99+ por ciento, dependiendo de la aspereza del medio filtrante y del tipo y efectividad del pretratamiento.
    • Los productos químicos de desinfección-desinfección, como el cloro, se agregan al agua para matar o inactivar microorganismos patógenos.

    Proceso de Desinfección

    La desinfección destruye organismos nocivos. Esto se puede lograr ya sea física o químicamente. Los métodos físicos incluyen:

    • Retirar físicamente los organismos del agua
    • Introducir movimiento que alterará la actividad biológica de las células y las matará o inactivará

    Los métodos químicos alteran la química celular provocando la muerte del microorganismo. El químico desinfectante más utilizado es el cloro. El cloro se obtiene fácilmente, relativamente barato, y lo más importante, deja cloro residual que se puede medir. También se utilizan otros desinfectantes. Actualmente, existe un interés en desinfectantes distintos al cloro debido a los compuestos cancerígenos que puede formar el cloro (THM).

    Medios Físicos de Desinfección

    • Los rayos ultravioleta pueden ser utilizados para destruir microorganismos patógenos. Para ser efectivos, los rayos deben entrar en contacto con cada microorganismo. La energía ultravioleta interrumpe diversos componentes orgánicos de la célula provocando un cambio biológico que es fatal para el microorganismo. Este sistema no ha tenido una aceptación generalizada por la falta de un residuo mensurable y el costo de operación. Actualmente, el uso de rayos ultravioleta se limita a sistemas pequeños o locales y aplicaciones industriales. Los barcos oceánicos utilizan estos sistemas para su suministro de agua. Los avances en la tecnología UV y la preocupación por los subproductos de desinfección producidos por otros desinfectantes han despertado un renovado interés en la desinfección UV.
    • El calor se ha utilizado durante siglos para desinfectar el agua. El agua hirviendo durante aproximadamente 5 minutos destruirá esencialmente todos los microorganismos. Este método es intensivo en energía y, por lo tanto, costoso. Sin embargo, es el único proceso de tratamiento práctico para la desinfección en caso de desastre cuando se requiere que los usuarios locales individuales hiervan su agua.
    • Las ondas ultrasónicas se han utilizado para desinfectar el agua en una escala limitada. Las ondas sónicas destruyen microorganismos por vibración. Este procedimiento aún no es práctico y es caro.

    Desinfectantes Químicos distintos del Cloro

    • El yodo se ha utilizado como desinfectante en el agua, pero su uso se ha limitado al tratamiento de emergencia de los suministros de agua. Aunque desde hace mucho tiempo se reconoce como un buen desinfectante, el alto costo del yodo y los posibles efectos fisiológicos en las mujeres embarazadas han impedido una aceptación generalizada. La dosis recomendada es de dos gotas de yodo (7% de yodo disponible) en un litro de agua.
    • El bromo se ha utilizado solo en una escala muy limitada para el tratamiento del agua debido a sus dificultades de manejo. El bromo provoca quemaduras en la piel al contacto. Debido a que el bromo es un químico muy reactivo, los residuos son difíciles de obtener. Esta falta de un residuo medible también limita su uso. El bromo se puede comprar en tiendas de suministros para piscinas.
    • Las bases, como el hidróxido de sodio y la cal, pueden ser desinfectantes efectivos pero el alto pH deja un sabor amargo en el agua terminada. Las bases también pueden causar quemaduras en la piel cuando se dejan demasiado tiempo en contacto con la piel. Las bases efectivamente matan a todos los microorganismos (esterilizan). Aunque este método no se ha utilizado a gran escala, se han utilizado bases para esterilizar tuberías de agua.
    • El ozono, en Estados Unidos, se ha utilizado para el control del sabor y el olor. El uso limitado se ha debido a sus altos costos, falta de residuos, dificultad de almacenamiento y requerimientos de mantenimiento. Aunque el ozono es efectivo en la desinfección del agua, su uso está limitado por su solubilidad. La temperatura y presión del agua que se está tratando regulan la cantidad de ozono que se puede disolver en el agua. Estos factores tienden a limitar la fuerza desinfectante que se puede poner a disposición para tratar el agua. Muchos científicos afirman que el ozono destruye todos los microorganismos. Desafortunadamente, el ozono residual significativo no garantiza que el agua tratada sea segura para beber. Los sólidos orgánicos pueden proteger a los organismos de la acción desinfectante y aumentar la cantidad de ozono necesaria para el proceso de desinfección. Además, los residuos de ozono no pueden mantenerse en conductos metálicos durante ningún período de tiempo debido a la naturaleza reactiva del ozono. La incapacidad del ozono para proporcionar un residuo en el sistema de distribución es un inconveniente importante para su uso. Sin embargo, información reciente sobre la formación de THM por compuestos de cloro ha dado lugar a un renovado interés por el ozono como medio alternativo de desinfección.

    Cloraminación

    La cloraminación se utiliza como un proceso alternativo de desinfección en lugar del cloro libre. La decisión de un operador de usar cloramina en lugar de cloro depende de varios factores, incluyendo la calidad del agua cruda, la capacidad de la planta de tratamiento para cumplir con diversas regulaciones, prácticas operativas y características del sistema de distribución. Las cloraminas han demostrado ser efectivas para lograr:

    • Reducción de la formación de THM y otros DBPs
    • Mantener un residuo detectable en todo el sistema de distribución
    • Penetrar la biopelícula en la tubería y reducir el potencial de rebrote coliforme
    • Matar o inactivar bacterias de recuento de placas heterótrofas
    • Reducción de los problemas de sabor y olor
    Gráfica de cloración de punto de interrupción
    Figura\(\PageIndex{2}\): Cloraminas — Imagen del Estado de Nueva Gales del Sur El Ministerio de Salud de Nueva Gales del Sur está licenciado bajo CC BY

    Dióxido de cloro

    El dióxido de cloro se puede utilizar como desinfectante. El dióxido de cloro no forma compuestos cancerígenos que puedan estar formados por otros compuestos de cloro. Además, no se ve afectado por el amoníaco, y es un desinfectante muy efectivo a niveles de pH más altos. Además, el dióxido de cloro reacciona con los compuestos de sulfuro; así, ayudando a eliminarlos y eliminar sus olores característicos. Los sabores y olores fenólicos se pueden controlar mediante el uso de dióxido de cloro.

    El dióxido de cloro reacciona con el agua para formar iones clorato y clorito:

    • Dióxido de Cloro+Agua Ion Clorito+

    Reacciones con impurezas en agua:

    • Los compuestos inorgánico-dióxido de cloro son un agente oxidante eficaz con hierro y manganeso y no deja olores ni sabores objetables en el agua terminada. Debido a su capacidad oxidante, se debe monitorear el uso de dióxido de cloro y la dosis deberá aumentarse al tratar el agua con hierro y manganeso.
    • Compuestos orgánico-dióxido de cloro no reacciona con los orgánicos en el agua. Por lo tanto, no existe el peligro de formar THM potencialmente peligrosos.

    Sistemas Ultravioleta

    La luz ultravioleta (UV) se encuentra justo más allá del espectro de luz visible. Cuando la luz UV es absorbida por células de microorganismos, daña el material genético de tal manera que los organismos ya no son capaces de crecer o reproducirse, y en última instancia, los mata. Hoy en día, con la creciente preocupación por los aspectos de seguridad del manejo del cloro y los posibles efectos sobre la salud de los subproductos de la cloración, la desinfección UV está ganando popularidad. La tecnología UV también puede proporcionar inactivación de Cryptosporidium y Giardia, que son resistentes a desinfectantes comunes como el cloro o la ozonización.

    La combinación de tecnología UV y cloración permite un sistema de desinfección eficiente al matar o inactivar una mayor variedad de microorganismos que usar un solo desinfectante. El proceso de desinfección UV está especialmente adaptado al agua de buena calidad. La eficiencia de la desinfección UV depende de la calidad del agua y de las etapas de tratamiento aguas arriba. El agua cruda con baja turbidez y con bajos niveles de color favorecen la penetración de la luz UV y mejoran la eficiencia de desinfección.

    El agua corrosiva puede dañar los sistemas UV y se están logrando avances tecnológicos. Varios fabricantes producen sistemas de desinfección UV para aplicaciones de agua y aguas residuales. A medida que aumenta la experiencia operativa con los sistemas instalados, la desinfección UV puede convertirse en una alternativa práctica al uso de la cloración en las plantas de tratamiento de agua.

    Tipos de lámparas UV

    Cada conjunto de lámpara UV consiste en una lámpara UV encerrada en un manguito de cuarzo individual con los extremos sellados apropiadamente usando una junta tórica y un tapón de extremo de cuarzo. Todas las lámparas dentro de un sistema UV son idénticos tipo, longitud, diámetro, potencia, salida publicitaria. Se utilizan tres tipos de lámparas de tipo electrodo para producir radiación UV, y estos tipos son:

    • Baja presión, baja intensidad
    • Baja presión, alta intensidad
    • Presión media, alta intensidad
    Tipos de unidades de desinfección UV
    Figura\(\PageIndex{3}\): Unidad de Desinfección UV — La imagen de la EPA es de dominio público

    Operación

    El funcionamiento de los sistemas de desinfección UV requiere poca atención del operador. Para evitar cortocircuitos y asegurar que todos los microorganismos reciban suficiente exposición a la radiación UV, el nivel del agua sobre las lámparas debe mantenerse en el nivel apropiado. Los niveles de agua en los canales pueden ser controlados por vertederos o compuertas de control automático.

    La profundidad adecuada del agua debe mantenerse en el canal UV para garantizar niveles aceptables de desinfección en toda la gama de flujos de diseño. El dispositivo de control de nivel de agua del canal UV debe ser regulado por el operador para:

    • Minimizar la variación del nivel de agua del canal
    • Mantener el nivel de agua del canal a un nivel definido
    • Mantenga las lámparas UV sumergidas en todo momento
    • Evite el grosor excesivo de la capa de agua por encima de la fila superior

    Monitoreo de las características de afluentes y efluentes

    Se debe tener cuidado de no exceder los niveles máximos de turbidez de diseño y las velocidades de flujo al usar este tipo de equipos. Las partículas suspendidas protegerán a los microorganismos de la luz UV y los protegerán de sus efectos destructivos. Los flujos deben ser algo turbulentos para asegurar la exposición completa de todos los organismos a la luz UV, pero la velocidad del flujo debe controlarse para que el agua quede expuesta a la radiación UV el tiempo suficiente para que se produzca el nivel deseado de desinfección.

    Debido a que los rayos ultravioleta no dejan residuos químicos como el cloro, se deben realizar frecuentemente pruebas bacteriológicas para garantizar que el sistema ultravioleta esté logrando una desinfección adecuada. Además, la falta de desinfectante residual significa que no se brinda protección contra la recontaminación después de que el agua tratada haya salido de la instalación de desinfección. Cuando el agua tratada se expone a la luz visible, el microorganismo puede ser reactivado. Los microorganismos que no han sido asesinados tienen la capacidad de sanar cuando se exponen a la luz solar. La solución a este problema es diseñar sistemas UV con una alta eficiencia para matar microorganismos.

    Sistemas de Ozono

    El ozono (O3) es un proceso de tratamiento alternativo para la desinfección del agua. El ozono se produce cuando las moléculas de oxígeno se exponen a una fuente de energía y se convierten en el gas inestable, el ozono, que se utiliza para la desinfección. El ozono es un oxidante y virucida muy fuerte.

    La efectividad de la desinfección con ozono depende de la susceptibilidad del organismo objetivo, el tiempo de contacto y la concentración del ozono. Después de la generación, el ozono se alimenta a una cámara de contacto de flujo descendente que contiene el agua a desinfectar. El propósito de la cámara de contacto es transferir ozono de la burbuja de gas al agua mientras se proporciona suficiente tiempo de contacto para la desinfección. Debido a que el ozono se consume rápidamente, debe exponerse al agua de manera uniforme en un contactor tipo tapón-flujo. Un sistema de desinfección por ozono se esfuerza por lograr la máxima solubilidad del ozono en el agua porque la desinfección depende de la transferencia de ozono al agua. La cantidad de ozono que se disolverá en el agua a una temperatura constante es una función de la presión parcial del ozono gaseoso por encima del agua o en la corriente de alimentación de gas. Todos los sistemas de desinfección por ozono deben someterse a pruebas piloto y calibrarse antes de la instalación para garantizar que cumplan con los requisitos de desinfección de sus sitios particulares.

    Equipo

    El ozono normalmente se genera in situ porque es muy inestable y se descompone en oxígeno elemental en poco tiempo después de la generación. El equipo de ozonización consta de cuatro partes principales:

    • Unidad de preparación de gas
    • Unidad de energía eléctrica
    • Generador de ozono
    • Contactor

    Preparación de gas

    La unidad de preparación de gas para producir aire seco generalmente consiste en un secador de aire comercial con un sistema de monitoreo de punto de rocío. Esta parte del sistema es la parte más crítica del sistema.

    Unidad de Suministro Eléctrico

    Esta unidad es normalmente un sistema de control eléctrico muy especial. La unidad de suministro eléctrico más común proporciona baja frecuencia, voltaje variable. Para instalaciones grandes, se utiliza voltaje variable de frecuencia media para reducir los costos de energía y porque permite mayores salidas de ozono.

    Generador de Ozono

    Esta unidad consta de un par de electrodos separados por un espacio de gas y una capa de aislamiento de vidrio. El gas que contiene oxígeno pasa a través del espacio vacío a medida que se aplica una corriente alterna de alto voltaje. Se produce una descarga eléctrica a través del espacio de gas y se forma ozono cuando una porción del oxígeno se ioniza y luego se asocia con moléculas de oxígeno no ionizadas.

    Contactor de Ozono

    Esta unidad es una cámara de mezcla para el material rico en ozono y el agua de proceso. El objetivo es disolver suficiente ozono en el agua para lograr la desinfección al menor costo posible. Estas unidades están disponibles en muchas configuraciones:

    • Difusor Poroso Multietapa
      • Aplicación única de una corriente rica en ozono
      • Aplicación de ozono al segundo estado
    • Sistema Educador
      • Flujo total a través del educador
      • Flujo parcial de la planta a través del educador
    • Turbina
      • Presión positiva
      • Presión negativa
    • Cama empacada
      • Flujo simultáneo rico en ozono
      • Flujo rico en ozono a contracorriente
    • Difusor de dos niveles
      • gases de escape de la cámara inferior aplicados a la cámara superior
      • Aplicación de gas rico en ozono a la cámara inferior
    Diagrama esquemático del sistema tradicional de forzamiento y el sistema de forzamiento de circuito cerrado con tratamiento de agua con ozono.
    Figura\(\PageIndex{4}\): Generador de ozono - Imagen de Carlo Nicoletto, CC BY

    Para fines de desinfección, el contactor de ozono tipo difusor es el diseño más utilizado. Los gases de salida deben ser tratados antes de su liberación a la atmósfera. El método de tratamiento más común es el uso de carbón activado y dilución.

    Residuos de Ozono

    El ozono residual se mide por el método yodométrico. El procedimiento es:

    1. Recoger una muestra de 800 ml en una botella de lavado de 1 litro
    2. Pasar aire puro o nitrógeno por la muestra y luego a través de un absorbedor que contiene 400 mL de solución KI. Continuar de 5 a 10 minutos a una velocidad de 1.0 litro/minuto para purgar todo el ozono de la muestra
    3. Transfiera la solución KI a otro recipiente
    4. Agregar 20 mL de ácido sulfúrico 1 N para reducir el pH a 2
    5. Valorar con una solución de tiosulfato de sodio 0.005 N
    6. Añadir varias gotas de almidón
    7. El punto final se alcanza cuando se descarga el color púrpura y la solución se vuelve incolora
    8. Repita esta prueba usando un blanco o agua destilada
    9. Cálculo
    • O3, mg/L = ((A + B) x N x 24,000) /Vmuestra mL donde...
      • A = mL de titulante para muestra
      • B = mL de titulante para blanco (positivo si se volvió azul y negativo si se tuvo que volver a valorar el blanco)
      • N = normalidad del tiosulfato de sodio
      • V muestra = volumen de la muestra

    Los analizadores continuos de ozono residual en línea están disponibles de manera similar a los analizadores de residuos de cloro en línea continuos.

    Seguridad

    El ozono es un gas tóxico que es un peligro para plantas y animales. El ozono irrita las fosas nasales en bajas concentraciones. Cuando el ozono se descompone en la atmósfera como resultado de reacciones fotoquímicas, los contaminantes atmosféricos resultantes pueden ser muy dañinos. Sin embargo, el ozono es menos peligroso que el cloro gaseoso porque el cloro normalmente se fabrica y se entrega al sitio de la planta. El ozono se produce en el sitio, se utiliza en bajas concentraciones y no se almacena bajo presión. Las fugas de problemas se pueden detener apagando la unidad.

    Los equipos de producción de ozono tienen varios dispositivos de protección a prueba de fallas que apagarán automáticamente el equipo cuando se desarrolle un peligro potencial.

    Mantenimiento

    El equipo eléctrico y los recipientes a presión deben ser inspeccionados mensualmente por operadores capacitados. Un programa anual de mantenimiento preventivo debe ser realizado por un representante de la fábrica o por un operador capacitado por el fabricante. La lubricación de las partes móviles debe realizarse de acuerdo con el programa recomendado por el fabricante.

    Aplicaciones de Ozono

    Además de usar ozono después de la filtración para la desinfección bacteriana y la inactivación viral, el ozono puede usarse para varios otros fines en el tratamiento del agua potable. El ozono se puede usar antes de la coagulación para tratar hierro y manganeso, ayudar a la floculación y eliminar algas. Cuando se aplica ozono antes de la filtración, se puede usar para oxidar compuestos orgánicos, eliminar el color o tratar sabores y olores.

    Ventajas y Limitaciones del Ozono

    Las ventajas incluyen:

    • El ozono es más efectivo que el cloro en la destrucción de virus y bacterias
    • El proceso de ozonización utiliza un tiempo de contacto corto (10 a 30 minutos)
    • No hay residuos dañinos que deben eliminarse después de que se produzca o estén presentes la ozonización
    • Después de la ozonización, no se produce ningún rebrote de microorganismos, excepto aquellos organismos protegidos por las partículas en la corriente de agua
    • El ozono se genera en el sitio y existen menos problemas de seguridad asociados con el envío y la manipulación
    • Elimina el color, el olor y los sabores (fenoles)
    • Oxida hierro, manganeso, sulfuro y orgánicos

    Las limitaciones incluyen:

    • La dosis baja puede no inactivar eficazmente algunos virus, esporas y quistes
    • La ozonización es una tecnología más compleja que la cloración o la desinfección UV, que requiere equipos complicados y sistemas de contacto eficientes
    • El ozono es muy reactivo y corrosivo, y requiere materiales resistentes a la corrosión como el acero inoxidable
    • La ozonización no es económica para agua con altos niveles de sólidos suspendidos, demanda bioquímica de oxígeno, demanda química de oxígeno o carbono orgánico total
    • El ozono es extremadamente irritante y posiblemente tóxico, por lo que los gases del contactor deben destruirse para evitar la exposición
    • El costo del tratamiento puede ser relativamente alto en costos de capital y energía

    El ozono puede ser un desinfectante efectivo, sin embargo, los costos de capital y los costos de O&M del ozono pueden no ser competitivos con las alternativas de desinfección disponibles.

    Preguntas de revisión

    1. Describir los subproductos de desinfección.
    2. Explicar la Regla de Subproductos de Desinfección.
    3. Describir la formación de subproductos de desinfección.

    Preguntas de prueba

    1. El MCL para los TTmS es ________, y los HAA5 tienen un MCL de _________.
      1. 0.080 miligramos por litro, 0.060 miligramos por litro
      2. 0.10 miligramos por litro, 0.080 miligramos por litro
      3. 80 miligramos por litro, 60 miligramos por litro
      4. 60 microgramos por litro, 40 microgramos por litro
    2. El cumplimiento de los niveles máximos de contaminantes para dos grupos de DBPs en la Regla de Subproductos de Desinfección Etapa II (TTmH y HAA5) se calcula para ________ en el sistema de distribución. Este enfoque, denominado promedio anual ubicacional (LRAA), difiere de los requisitos previos, que determinan el cumplimiento calculando el promedio anual de muestras de todas las ubicaciones de monitoreo en todo el sistema.
      1. sitios aleatorios
      2. cada ubicación de monitoreo
      3. callejones sin salida
      4. el primer toque
    3. Las condiciones de temperatura influyen en la efectividad del desinfectante. Cuanto mayor sea la temperatura del agua, ______ eficientemente se puede tratar.
      1. menos
      2. no hay cambios en la forma
      3. más
      4. ninguno es correcto (no se pueden determinar más factores que influyen en la eficiencia y la eficiencia de la temperatura)
    4. __________ son un ejemplo de compuestos indeseables formados por reacciones entre cloro y ciertos orgánicos. Los productos químicos desinfectantes a menudo reaccionan con orgánicos y agentes reductores.
      1. Benceno
      2. Clorita
      3. Trihalometanos (THM y HAA5s)
      4. Clorato
    5. ________ no forma compuestos cancerígenos que puedan estar formados por otros compuestos clorados.
      1. Cloro de gas
      2. Hipoclorito de sodio
      3. Hipoclorito de calcio
      4. Dióxido de cloro
    6. _______ se puede utilizar para destruir microorganismos patógenos. Para ser efectivos, los rayos deben entrar en contacto con cada microorganismo.
      1. Rayos X
      2. Radium
      3. Luz ultravioleta
      4. Radón
    7. La incapacidad de ______ para proporcionar un residuo en el sistema de distribución es un inconveniente importante para su uso.
      1. ozono
      2. cloraminas
      3. dióxido de cloro
      4. hipoclorito de calcio
    8. _______ han demostrado ser eficaces para lograr reducir la formación de THM y otros DBP y mantener un residuo detectable en todo el sistema de distribución.
      1. Luz UV
      2. Ozono
      3. Calor
      4. Cloraminas
    9. ________ se puede utilizar como desinfectante. No forma compuestos cancerígenos que puedan estar formados por desinfectantes. Además, no se ve afectado por el amoníaco, y es un desinfectante muy efectivo a niveles de pH más altos.
      1. Luz UV
      2. Ozono
      3. Dióxido de cloro
      4. Hipoclorito de sodio
    10. Además de usar _____ después de la filtración para la desinfección bacteriana e inactivación viral, puede usarse para varios otros fines en el tratamiento del agua potable. Se puede usar antes de la coagulación para tratar hierro y manganeso, ayudar a la floculación y eliminar algas, y cuando se aplica antes de la filtración puede usarse para oxidar compuestos orgánicos, eliminar el color o tratar sabores y olores. Sin embargo, no produce un residuo que se transporta al sistema de distribución.
      1. Luz UV
      2. Ozono
      3. Dióxido de cloro
      4. Cloraminas

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