desinfeccion de aguas para consumo humano facultad de ingeniería instituto de ingeniería sanitaria...

DESINFECCION DE DESINFECCION DE AGUAS PARA CONSUMO AGUAS PARA CONSUMO

HUMANOHUMANO

Facultad de IngenieríaFacultad de Ingeniería

Instituto de Ingeniería SanitariaInstituto de Ingeniería Sanitaria

U.B.A.U.B.A.

Ing. Enrique Lázaro

Organismos que regulan la Organismos que regulan la calidad del agua potablecalidad del agua potable

O.M.S – Guías para la calidad del O.M.S – Guías para la calidad del agua potable – 3ª Edición - 2006agua potable – 3ª Edición - 2006

Codex AlimentariusCodex Alimentarius E.P.A.E.P.A. C.E.E. Diario Oficial de las C.E.E. Diario Oficial de las

Comunidades Europeas – 98/83/CEComunidades Europeas – 98/83/CE Código Alimentario Argentino – Cap Código Alimentario Argentino – Cap

XIIXII

RegulacionesRegulaciones

Características FísicasCaracterísticas Físicas Características QuímicasCaracterísticas Químicas

1.1. InorgánicasInorgánicasa.a. Sustancias con umbralSustancias con umbral

b.b. Sustancias citotóxicas Sustancias citotóxicas cancerígenascancerígenas

2.2. OrgánicasOrgánicas Características MicrobiológicasCaracterísticas Microbiológicas

OMSOMSValores Guía para la verificación de la

calidad microbiológica Agua destinada al consumo humano:

E. coli o bacterias coliformes termotolerantes: ausencia en 100 mL de muestra.

Agua tratada en el ingreso al sistema de distribución:

E. coli o bacterias coliformes termotolerantes: ausencia en 100 mL de muestra.

Agua tratada en el sistema de distribución: E. coli o bacterias coliformes termotolerantes:

ausencia en 100 mL de muestra.

C.E.E. 98/83/CEC.E.E. 98/83/CEParámetros microbiológicos

Escherichia coli (E. coli) 0 en 100 mL Enterococos 0 en 100 mL

A las aguas comercializadas en botellas u otros recipientes se aplicarán los valores

siguientes:

Escherichia coli (E. coli) 0/250 ml Enterococos 0/250 ml Pseudomonas aeruginosa 0/250 ml Recuento de colonias a 22 °C 100 ufc /ml Recuento de colonias a 37 °C 20 ufc /ml

Código Alimentario Código Alimentario ArgentinoArgentino

Características Microbiológicas:

Bacterias coliformes: NMP a 37 °C- 48 hs. (Caldo Mc Conkey o Lauril Sulfato), en 100 ml: igual o menor de 3.

Escherichia coli: ausencia en 100 ml.

Pseudomonas aeruginosa: ausencia en 100 ml.

Bacterias mesófilas en agar (APC - 24 hs. a 37 °C): en el caso de que el recuento supere las 500 UFC/ml y se cumplan el resto de los parámetros indicados, sólo se deberá exigir la higienización del reservorio y un nuevo recuento.

E.P.A.E.P.A. Giardia Lamblia Giardia Lamblia 3.0 Log3.0 Log Virus: Virus: 4.0 Log4.0 Log Coliformes Totales: Coliformes Totales: < 5% de las muestras < 5% de las muestras

positivospositivos Criptosporidium: Criptosporidium: 2.0 Log *2.0 Log * HPCHPC LegionellaLegionella

Turbiedad Turbiedad 0.3 NTU0.3 NTU

Regla primordial de la OMS

Las posibles consecuencias para la salud de la contaminación microbiana son tales que su control debe ser siempre unobjetivo de importancia primordial y nunca debe comprometerse.

No debe ponerse en peligro la desinfección para intentar controlar los subproductos de la desinfección (SPD).

Calidad MicrobiológicaCalidad Microbiológica

Causa enfermedades infecciosas y Causa enfermedades infecciosas y parasitariasparasitarias

Por IngestiónPor Ingestión: ruta fecal-oral: Cólera, : ruta fecal-oral: Cólera, Tifus, Disentería, Hepatitis infecciosa, Tifus, Disentería, Hepatitis infecciosa, Giardiasis, Amebiasis, etc.Giardiasis, Amebiasis, etc.

Por contactoPor contacto: Aguas contaminadas : Aguas contaminadas usadas para la higiene: Equistosomiasis, usadas para la higiene: Equistosomiasis, Gusano de GuineaGusano de Guinea

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

Principales enfermedades Principales enfermedades transmitidas por transmitidas por

contaminación fecalcontaminación fecalBacteriasBacterias

Cocos o esféricas (esteptococos, Cocos o esféricas (esteptococos, estafilococo, sarcina): estafilococo, sarcina): 1 a 3 µm1 a 3 µm

Bacilos (alargados):Bacilos (alargados): 0.3 a 1 µm de 0.3 a 1 µm de diámetro y 1 diámetro y 1 a 10 µm de largoa 10 µm de largo

Vibrios (curvados): Vibrios (curvados): 0.6 a 1 µm de 0.6 a 1 µm de diámetro y 2 diámetro y 2 a 6 µm de largoa 6 µm de largo

Espirilos (en espiral): 50 a 100 µm de largoEspirilos (en espiral): 50 a 100 µm de largo

Fiebre tifoidea, disentería bacilar, cólera, brucelosis, leptospirosis, gastroenteritis, etc.


contaminación fecalcontaminación fecalVirusVirus

Agrupamiento de DNA o RNA con Agrupamiento de DNA o RNA con cubierta proteica. Parásitos obligados.cubierta proteica. Parásitos obligados.

Tamaños de 0.01 a 0.1 µmTamaños de 0.01 a 0.1 µm

Polivirus, meningitis, parálisis muscular, enfermedades respiratorias, enterovirus, hepatitis, etc.


contaminación fecalcontaminación fecalProtozoos y HelmintosProtozoos y Helmintos

Organismos unicelulares, con núcleo, Organismos unicelulares, con núcleo, de vida libre, principalmente parásitos.de vida libre, principalmente parásitos.

Tamaños de 1 a 20 µmTamaños de 1 a 20 µm

Áscaris lumbricoides, cryptosporidium, giardia lamblia, amebas, equistosoma, tenia saginata.

Probabilidad de Probabilidad de contaminacióncontaminación

Nivel de contaminaciónNivel de contaminación

Cuidado de la fuenteCuidado de la fuente

Dosis infectivaDosis infectiva

Susceptibilidad del hospedadorSusceptibilidad del hospedador

Grupos de riesgoGrupos de riesgo

La conclusión general es La conclusión general es que si no hay patógenos que si no hay patógenos

derivados de derivados de contaminación fecal, no contaminación fecal, no se producen endemias o se producen endemias o epidemias transmitidas epidemias transmitidas

por el agua.por el agua.

Otros microorganismosOtros microorganismos

Presentes en la flora normal del aguaPresentes en la flora normal del agua

Oportunistas:Oportunistas: Pseudomonas, Pseudomonas, Legionella Legionella Aeromonas, Aeromonas, Klebsiella, Serratia, etc.Klebsiella, Serratia, etc.

Peligro para ciertos grupos de Peligro para ciertos grupos de riesgo.riesgo.

Otros microorganismos Otros microorganismos Otros microorganismosOtros microorganismos

Algas verde – azuladasAlgas verde – azuladas

Productoras de toxinas: Productoras de toxinas: hepatotoxinas, neurotoxinas, hepatotoxinas, neurotoxinas, lipolpilosacáridos.lipolpilosacáridos.

Cuidado de la fuente – nutrientes.Cuidado de la fuente – nutrientes.

Otros microorganismosOtros microorganismos

Organismos molestosOrganismos molestos

Actinomicetes, cianobacterias, Actinomicetes, cianobacterias, crustáceoscrustáceos

Causan turbiedad, olor, gusto, son Causan turbiedad, olor, gusto, son visiblesvisibles

TRATAMIENTO DE TRATAMIENTO DE DESINFECCIÓNDESINFECCIÓNPREMISAS BASICASPREMISAS BASICAS

Seleccionar y cuidar la fuente de aguaSeleccionar y cuidar la fuente de agua Seleccionar el mejor método de Seleccionar el mejor método de

tratamientotratamiento Controlar que funcione adecuadamenteControlar que funcione adecuadamente Mantener las redes de distribuciónMantener las redes de distribución Controlar en forma adecuada: control Controlar en forma adecuada: control

microbiológico.microbiológico.

Microorganismos Microorganismos indicadoresindicadores

REQUISITOS QUE DEBEN CUMPLIRREQUISITOS QUE DEBEN CUMPLIR

Estar presente donde hay patógenosEstar presente donde hay patógenos Estar en igual o mayor número que los Estar en igual o mayor número que los

patógenospatógenos Ser específicos de contaminación fecalSer específicos de contaminación fecal No multiplicarse en el aguaNo multiplicarse en el agua No ser patógenoNo ser patógeno Igual de resistente a los tratamientos de Igual de resistente a los tratamientos de

desinfeccióndesinfección Removible por tratamientos aplicables a los Removible por tratamientos aplicables a los

patógenospatógenos Fácilmente detectables: rápido y baratoFácilmente detectables: rápido y barato

Microorganismos Microorganismos indicadoresindicadores

ESCHERICHIA COLIESCHERICHIA COLI: altamente específico de : altamente específico de heces humanas y de animales de sangre heces humanas y de animales de sangre caliente.caliente.

COLIFORMES TERMOTOLERANTESCOLIFORMES TERMOTOLERANTES:: relacionados relacionados con contaminación fecal o de alcantarilla. con contaminación fecal o de alcantarilla. E.Coli presuntivoE.Coli presuntivo

COLIFORMES TOTALESCOLIFORMES TOTALES: determina la calidad : determina la calidad sanitaria del tratamiento.sanitaria del tratamiento.

ESTREPTOCOCOS FECALESESTREPTOCOCOS FECALES – Enterococos: mayor – Enterococos: mayor relación con contaminación fecal. Más relación con contaminación fecal. Más resistentes a los tratamientos.resistentes a los tratamientos.

CLOSTRIDIOS SULFITO REDUCTORESCLOSTRIDIOS SULFITO REDUCTORES: Esporulados. : Esporulados. Indica contaminación fecal.Indica contaminación fecal.

HPCHPC – Recuento en placa: Indica calidad – Recuento en placa: Indica calidad general del agua y del tratamiento.general del agua y del tratamiento.

OMS – Guías para la calidad del agua potable – 3º Ed.

Otros indicadoresOtros indicadores

Virus CitopatogénicosVirus Citopatogénicos Pseudomona AeruginosaPseudomona Aeruginosa LegionellaLegionella Estafilococos AureusEstafilococos Aureus Cándida AlbicansCándida Albicans Protozoos: Giardia y CriptosporidiumProtozoos: Giardia y Criptosporidium Virus humanos.Virus humanos.

Estrategias del Estrategias del tratamientotratamiento

Ya que no hay indicadores ideales, se Ya que no hay indicadores ideales, se pueden combinar microorganismos.pueden combinar microorganismos.

Constancia en los controles: roturas Constancia en los controles: roturas o errores humanos.o errores humanos.

Conviene muchos baratos y no pocos Conviene muchos baratos y no pocos caroscaros

En todas las etapasEn todas las etapas

SELECCIÓN DE LA ESTRATEGIA SELECCIÓN DE LA ESTRATEGIA DE DESINFECCIÓNDE DESINFECCIÓN

Función de las condiciones locales y Función de las condiciones locales y de tres objetivos principales:de tres objetivos principales:

Entregar agua libre de patógenosEntregar agua libre de patógenos Control en la producción de SPDControl en la producción de SPD Presencia de desinfectante en la red Presencia de desinfectante en la red

de distribución.de distribución.

PROPIEDADES GENERALES DE ALGUNOS DESINFECTANTES

Necesidad de la Necesidad de la desinfeccióndesinfección

1850: se conocen enfermedades 1850: se conocen enfermedades transmitidas por el aguatransmitidas por el agua

1880: Teoría del germen de Pasteur 1880: Teoría del germen de Pasteur permite comprender el problemapermite comprender el problema

1880: John Snow dilucida epidemia de 1880: John Snow dilucida epidemia de cólera en Londres.cólera en Londres.

Los mayores brotes se dan por Los mayores brotes se dan por contaminación de la fuente y fallas en contaminación de la fuente y fallas en el traramiento.el traramiento.

Mecanismos de Mecanismos de InactivaciónInactivación

1.1. Destruye o daña la pared Destruye o daña la pared celularcelular

2.2. Interfiere el metabolismo Interfiere el metabolismo productor de energíaproductor de energía

3.3. Interfiere síntesis de Interfiere síntesis de proteínas y crecimientoproteínas y crecimiento

4.4. Destruye ADNDestruye ADN

FORMAS DE FORMAS DE DESINFECCIÓNDESINFECCIÓN

AGENTES FÍSICOSAGENTES FÍSICOS Sedimentación natural: decantación de Sedimentación natural: decantación de

partículas en suspensión por acción de la partículas en suspensión por acción de la gravedad. Esporulados y huevos de gravedad. Esporulados y huevos de helmintos.helmintos.

Coagulación – Floculación – Coagulación – Floculación – Sedimentación: comportamiento igual Sedimentación: comportamiento igual que los coloides. Incorporación a flóculosque los coloides. Incorporación a flóculos

Eliminación de bacterias en Eliminación de bacterias en función de la disminución función de la disminución

de la turbiedadde la turbiedad


Filtración: Filtración:

Filtros rápidos: 98% de remoción. Filtros rápidos: 98% de remoción. Retención en intersticios.Retención en intersticios.

Filtros Lentos: 96% de remoción. Filtros Lentos: 96% de remoción. Formación de una capa orgánica. Formación de una capa orgánica. Biodegradación.Biodegradación.

AGENTES AGENTES FÍSICOSFÍSICOS


Radiación UVRadiación UV

Longitud de onda: 254 nmLongitud de onda: 254 nm

AGENTES FÍSICOSAGENTES FÍSICOS


Características generalesCaracterísticas generales Destruir en corto tiempo los patógenos Destruir en corto tiempo los patógenos

desde cualquier concentración inicial.desde cualquier concentración inicial. No ser tóxicos en las dosis usualesNo ser tóxicos en las dosis usuales No dar olor ni saborNo dar olor ni sabor Bajo costo. Manejo fácil y dosificación Bajo costo. Manejo fácil y dosificación

segurasegura Fácilmente determinablesFácilmente determinables Mantener residualMantener residual

AGENTES AGENTES QUÍMICOSQUÍMICOS

Actúan por su poder oxidante

Cloro y derivados

Cloraminas

Bromo

Yodo

Dióxido de cloro

Ozono

Permanganato de potasio

Peróxido de hidrógeno

Iones metálicos (no oxidante)

OTROS USOS DE LOS OTROS USOS DE LOS OXIDANTESOXIDANTES

Minimizar la formación de SPDMinimizar la formación de SPD Control de organismos molestosControl de organismos molestos Oxidación de hierro y manganesoOxidación de hierro y manganeso Prevención del recrecimiento en Prevención del recrecimiento en

redesredes Remoción de gustos y oloresRemoción de gustos y olores Mejorar la eficiencia de la Mejorar la eficiencia de la

coagulación y filtracióncoagulación y filtración

OTROS USOS DE LOS OTROS USOS DE LOS OXIDANTESOXIDANTES

Prevención del crecimiento de algas Prevención del crecimiento de algas en sedimentadores y filtrosen sedimentadores y filtros

Remoción de coloresRemoción de colores

El factor CTEl factor CT

Es el producto de la concentración del Es el producto de la concentración del bactericida “ C ” en mg/L, medida bactericida “ C ” en mg/L, medida como residual, por el tiempo de como residual, por el tiempo de contacto “ T ” en minutos.contacto “ T ” en minutos.

Predice la eficiencia bactericidaPredice la eficiencia bactericida Se desprende de la ley de Chick-Se desprende de la ley de Chick-

Watson.Watson. Es función de la temperatura, el pH y Es función de la temperatura, el pH y

de la química del aguade la química del agua

Desarrollo matemáticoDesarrollo matemático

Sigue una cinética de 1º orden en tSigue una cinética de 1º orden en t ln (N/No) = - kCTln (N/No) = - kCT k : constante de reducción del k : constante de reducción del

microorganismomicroorganismo % inactivación : (1 – N/No) x 100% inactivación : (1 – N/No) x 100

Representación gráfica de Representación gráfica de la ley de Chickla ley de Chick

Los valores CT se Los valores CT se encuentran en tablas, para encuentran en tablas, para

los distintos los distintos microorganismosmicroorganismos

CT Comparativo entre CT Comparativo entre desinfectantesdesinfectantes

Sub Productos de la Sub Productos de la Desinfección - SPDDesinfección - SPD

Residuales de desinfectantesResiduales de desinfectantes Sub-productos inorgánicosSub-productos inorgánicos Sub-productos orgánicosSub-productos orgánicos Sub-productos orgánicos Sub-productos orgánicos

halogenadoshalogenados

Regulaciones EPA estado Regulaciones EPA estado 11

Regulaciones EPA estado Regulaciones EPA estado 22

CLORACIÓN

Cloración

1846: Dr. Semmelweis - Hospital de Viena 1854: John Snows – pozo en Londres Bélgica: 1900’s – primer uso en proceso

continuo EE UU: 1908 Aumento 50% expectativa de vida

Cloración

Muertes por fiebre tifoidea en EE UU

24

16

8

1900

QUIMICA DE LOS COMPUESTOS

Cloro - Cl2

Gas verdoso en CNPT. Se produce por electrólisis de salmuera alcalina.

Es estable y se vende en cilindros o tanques, licuado.

Su densidad es 2.5 veces la del aire. La pureza es del 99.5%


Hipoclorito de Sodio - NaClOLavandina – Lejía – blanqueador

Líquido amarillento con leve olor a cloro Se produce haciendo reaccionar Cl2 + NaOH Es muy soluble y poco estable La concentración es de 10 a 14% como cloro

activo Lo afecta la temperatura, la luz, el tiempo y

las impurezas


Hipoclorito de Calcio – Ca(ClO)2

HTH – Perclorón

Polvo estable, muy soluble. Deja poco sedimento. Leve olor a cloro.

También se presenta granular y en tabletas. Se produce mezclando Cl2 + NaOH + CaO La concentración es de 30 a 70% como cloro

activo Es importante su almacenamiento.


Cal clorada – CaOCl2

Cloruro de cal – hipoclorito de cal – polvo blanqueador

Polvo blanco seco. El componente básico es el oxicloruro de calcio. Se produce mezclando cal apagada y gas cloro. La concentración es de 15 a 35% como cloro activo. Se deteriora rápidamente en temperatura, humedad

y luz.


Tricloroisocianurato de Sodio

Se expende en pastillas. Se usa para las piletas de natación. Fórmula: C3N3O3Cl3

No se usa para aguas de bebida.

Comportamiento en el agua

Cloro:

Cl2 + H2O HClO + H+ + Cl-

HClO H+ + ClO-

Reacción inmediata.

Reduce el pH

Hipoclorito de Sodio

NaClO + H2O HClO + Na+ + OH-

HClO H+ + ClO-

La primera reacción aumenta el pH

Hipoclorito de Calcio

Ca(ClO)2 + 2 H2O 2 HClO + Ca++ + 2 OH-

HClO H+ + ClO-

Cal clorada

2 CaCl2O + H2O Ca(ClO)2 + CaCl2 + H2O

Ca(ClO)2+ 2 H2O HClO + Ca++ + 2 OH-

HClO H+ + ClO-

Cloro libre

El equilibrio de la segunda reacción depende fuertemente del pH

pH < 4 : Cloro molecular

pH 5 a 6: Acido hipocloroso

pH > 8.5: Ión hipoclorito

Cloro libre

El ácido hipocloroso es unas 80 veces más efectivo que el ión hipoclorito

Conviene que la desinfección se realice a pH < 7.5

Cloro combinado

Reacciones del cloro con amoníaco – NH3

Forma mono y dicloraminas – ClNH2, Cl2NH

Forma tricloruro de nitrógeno – Cl3N

Tienen efecto desinfectante

Otras reacciones del cloro

Reacciones de “demanda de cloro”

NO2

Fe Mn H2S Colores Compuestos orgánicos

Formas importantes del cloro

PUNTO DE QUIEBRE

Se agrega cloro en cantidad suficiente para satisfacer la demanda de cloro y producir cloro libre residual.

Se hace mediante una prueba de laboratorio. Permite utilizar todas las propiedades del

cloro libre Una vez alcanzado el punto, el tiempo de

contacto debe ser > 20 min.

mg/L

mg/

L

Eficacia del cloro

Bacterias

Virus

Protozoos

Afecta membranas celulares y ADN Respiración, transporte y actividad

del ADN Daña la pared celular No produce mutaciones.

Factores que afectan la desinfección

pH – se necesita 50% de tiempo de contacto para inactivar virus a pH 7 que a pH 6

Temperatura – de 2 a 3 veces más tiempo de contacto por cada 10ºC de descenso.

Turbiedad Grado de mezcla Sustancias interfirientes Concentración de cloro

Determinación de CT

La menor temperatura de operación El mayor pH La concentración de Cl al final del contacto El grado de desinfección que exige la ley

SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPD

Residuales de desinfectantes y sustancias producidas por los desinfectantes, de interés sanitario.

Su producción depende de los precursores Sustancias húmicas, compuestos

nitrogenados, solubles secretados por algas (NOM), Br -, etc.

Una vez formados no se pueden eliminar Eliminar los precursores Modificar las prácticas de desinfección


Los reactivos más potentes: HClO y HBrO La formación de SPD depende:

Carbono orgánico total Temperatura pH Dosis de cloro Tiempo de contacto


Categorización de los productos según su potencial carcinogénico según USEPA:

A – Suficiente evidencia epidemiológica entre exposición y riesgo de cáncer

B1 – Limitada evidencia epidemiológica B2 – Suficiente evidencia en estudios en animales C – Limitada evidencia en estudios en animales, no

hay datos en humanos D – inadecuada evidencia en humanos o animales E – No hay evidencia

SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPD Trihalometanos – THM

Cloroformo – B2 Bromodiclorometano – B2 Dibromoclorometano – C Bromoformo – B2

Ácidos haloacéticos – HAA5 Monocloroacético Dicloroacético – B2 Tricloroacético – C Monobromoacético Dibromoacético

SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPD Haloacetonitrilos HAN

Dicloroacetonitrilo – C Bromocloroacetonitrilo Dibromoacetonitrilo – C Tricloroacetonitrilo – B2

Halocetonas 1,1 – Dicloropropanona 1,1,1 – Tricloropropanona

Se metabolizan a HAA e hidrato de cloral

SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN - SPD Clorofenoles

2 – Clorofenol – D 2,4 – Diclorofenol – D 2,4,6 – Triclorofenol – B2

Además confieren sabor en 1 µg/L Cloropicrinas Hidrato de cloral – C MX – Hidroxifuranonas

Clorato – ClO3-

Estaciones de cloración

Ubicación: lugar alejado del resto de las instalaciones para evitar contaminaciones por fugas.

1. Almacén

2. Sala de cloración

3. Cámara de contacto

Almacén – Cloro gaseoso

Bajo techo, amplios, iluminados, paredes pintadas con epoxi, aberturas inferiores.

Cilindros vacíos y llenos en lugares separados. En posición vertical y asegurados con cadenas o

barras metálicas. Control de temperatura: 10 a 28 ºC Carga del cilindro: 75 Kg. Cantidad de cilindros: N = 1.25 Q.t/C + 6 Tanques de 1000 Kg. en posición horizontal.

Cilindros y tanques

Almacén :Compuestos de cloro

En polvo:

Tambores metálicos o plásticos

Fresco y seco: con humedad libera cloro gaseoso

No debe haber rociadores No debe haber materiales

combustibles Tapados: evitar luz directa y

humedad

Líquidos

Permanecer en oscuridad

Baja temperatura

Salas de cloración: cloro gaseosoCaracterísticas constructivas

Ambiente amplio, bien iluminado. Ventilación al exterior desde cañerías Ventanas inferiores. Renovación de aire cada

15 min en forma normal y cada 3 min en emergencias.

Ventanas selladas. Visión desde el exterior. Carteles indicando “Peligro Cloro” Distancia desde cualquier punto a la puerta

no mayor de 4.5 m Alarmas

Salas de cloración: cloro gaseoso

Cañerías siempre a la vista Sujetas contra la pared y accesibles. Leve pendiente hacia los tubos por

condensados Mínimo número de juntas

Conexionado de cilindros

Mantener T cte en líneas y cilindros.

No extraer más de 17 Kg por día

Si se extrae de golpe se forma escarcha

Conexionado de cilindros

Consumos mayores a 1000 kg/día: evaporadores

Mayor velocidad de extracción.

Evita relicuefacción en líneas.

Dosificación – cloro gaseoso

Se transporta y mide como cloro seco Se usa con caudales a tratar mayores a 500

m3/diaSistema de presión

Utiliza la presión interna de los cilindros: de 5.3 a 6.3 kg/cm2

Son más costosos Donde no hay electricidad Poco seguros Presión en el punto de inyección < 0.7 kg/cm2


Sistema de vacío Utiliza el vacío producido por un inyector venturi Son más baratos Necesita electricidad para accionar bomba de

agua Más seguros Toda la cañería trabaja a p < 1 atm.


Agua


Dispositivo de inyección

Sistemas de protecciónAlarmas

De pared Papel con o-tolidina con célula Cámara de agua con recirculación de aire

con conductivímetro

Discos rompibles Cámara de expansión en líneas largas En cilindros de 1 Tn

Por variación de presión Mucho o poco vacío

Sistemas de protección

Máscaras con aire u oxígeno Estaciones de lavado de ojos y

duchas Kits de reparaciones de emergencias Botellas con solución de amoníaco Extinguidores

Dosificación – compuestos clorados

Sólidos o líquidos Sólidos: conviene disolverlos para decantar y

evitar obstrucciones Dos tanques como mínimo Volumen de tanque: necesario para dosificar

durante 24 hs Preparado con 24 hs de anticipación para

separar los precipitados Tanques de polietileno o PRFV, con válvula de

retención


Esquema de la sala de cloración y almacén


EQUIPOS

Bombas dosificadoras: 1 a 190 L/h

Permiten tratar de 3 a 550 L/s a partir de solución 1% del compuesto y lograr 1 ppm Cl en el agua


EQUIPOS

Hidroeyectores: 1 a 25 L/h

Permiten tratar de 3 a 70 L/s a partir de solución 1% del compuesto y lograr 1 ppm Cl en el agua

Diseño adecuado del venturi Incrustaciones


EQUIPOS

Esquema de instalación


EQUIPOS DE MONTAJE LOCAL

Cámaras de contacto

Provee el tiempo de contacto para la acción del bactericida

Debe permanecer entre 20 y 30 min a caudal máximo

El tiempo de residencia debe ser similar al nominal : Q/V

Canales relación largo/ancho > 40:1 Difusor bien diseñado y colocado

Cámaras de contacto

Hipocloradores in situ

Pequeñas localidades Áreas rurales A partir de sol NaCl al 3% por electrólisis Producen 400 L/d de sol 0.6% de hipoclorito Ánodos dimensionalmente estables de titanio Necesitan electricidad Cuidar las incrustaciones Costos bajos. Transporte y almacenamiento

Hipocloradores in situ

2 NaCl + 2 H2O = 2 NaOH + Cl2 + H2

Cl2 + 2 NaOH = NaCl + NaClO + H2O

MONITOREO

Método de la o-tolidina DPD colorimétrico DPD – ferroso. Titulación Amperométrico Iodimétricos

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

VENTAJAS Oxida Fe, Mn y sulfuros Ayuda a remover color, gusto y olor Ayuda en la coagulación y filtración Es un efectivo biocida Es el método más fácil y barato Es el método más usado y mejor conocido Está disponible como hipocloritos Ca y Na Provee residual


DESVENTAJAS Puede causar deterioro en coagulación filtración de

sustancias orgánicas disueltas Forma SPD halogenados Puede dar olor y sabor al agua tratada El cloro es un gas peligroso y corrosivo Los hipocloritos son más caros que el gas NaClO se degrada con el tiempo y la luz NaClO es corrosivo


DESVENTAJAS Ca(ClO)2 reacciona con calor y humedad

Ca(ClO)2 forma precipitados e incrustaciones Soluciones de hipoclorito concentradas pueden

generar cloratos como SPD Es menos efectivo a alto pH Libera productos en el sistema de distribución por

cambio en el estado redox, Ej. arsénico.

CLORAMINAS

CLORAMINAS

Identificado en los inicios de 1900 Mantiene poder desinfectante Usado entre 1930 y 1940 II Guerra Mundial limita abastecimiento de

NH3

Se incrementa el uso por controles de SPD

Química de los compuestos

Cl2 + H2O HClO + H+ + Cl-

HClO + NH3 NH2Cl + H2O

Formación de monocloraminas

Relación en peso Cl2:N < 5:1

Química de los compuestos

HClO + NH2Cl NHCl2 + H2O (1)

HClO + NHCl2 NCl3 + H2O (2)

Formación de di y tricloraminas

Relación en peso Cl2:N (reacción 1) 5:1 a 8:1

Relación en peso Cl2:N (reacción 2) > 8:1

Factores que afectan la formación Agregado de cloro

Factores que afectan la formación

Influencia del pH

Factores que afectan la formación

Tiempo de contacto

Relación Cl2:N = 3:1 a 25 ºC

CLORAMINAS

Monocloramina es la preferida Tiene menos problemas por sabor y olor La mejor relación es de 3:1 a 5:1 La dicloramina es inestable Relación < 3:1 – Nitrificación y biofilm

USOS PRIMARIOS

DESINFECCION BUENA ESTABILIDAD DESINFECTANTE SECUNDARIO NO FORMA THM CONTROL DE BIOFILMS DOSIFICACIÓN DE 1 a 4 mg/L EN RED DE 0.5 a 1 mg/L

CONTROLA ORGANISMOS MOLESTOS

PUNTOS DE APLICACIÓN

1. Cloración seguido de NH3 Forma principal Satisfacer CT Evita formación de SPD del cloro

2. Inyección de NH3 seguido de cloración Problemas de sabor y olor

3. Incorporación al mismo tiempo Baja formación de SPD y mejora eficiencia lograda

en 2.

IMPACTOS DEL TRATAMIENTO

1. Tener en cuenta la presencia de NH3

2. Exceso de cloro puede alcanzar break point en línea

3. Aplicación antes de filtros de arena: reduce crecimiento bacteriano

4. Aplicación antes de filtros de carbón activado: produce crecimiento bacteriano

IMPACTOS DEL TRATAMIENTO

5. Exceso de NH3 actúa como nutriente para bacterias nitrificantes

6. Aumenta niveles de NO2- y NO3

- y recuento en placa

7. Cambio anual de desinfectante: 30 días al año

EFICIENCIA DESINFECTANTE

Los mecanismos de desinfección no son muy precisos

1. Reacciona con aminoácidos

2. Inhibe proceso respiratorio

3. Ataca cubierta proteica y fragmenta RNA

4. Es bueno para bacterias, débil para virus, poco eficaz en protozoos

EFICIENCIA DESINFECTANTEComparaciones

1. Bacterias, para inhibir 3 Log de E. Coli• 0.3 mg/L cloraminas: 240 min• 0.14 mg/L cloro: 5 min

2. Virus, para inhibir 2 Log de poliovirus• 1 mg/L cloraminas: 2 a 8 h.• 0.35 mg/L cloro: 4 a 16 min

3. Protozoos, para inhibir 2 Log Entamoeba• 8 mg/L cloraminas: 10 min• 3 mg/L cloro: 10 min

EFICIENCIA DESINFECTANTE

Efecto del pH

1. Bacterias: mejor dicloramina

2. Virus: mejor monocloramina

3. Mejor efectividad: igual concentración de ambas especies.

Efecto combinado de pH y temperatura

Para E. Coli: 60 veces más rápido a pH 7 y 25ºC que a pH 9.5 y 6ºC

CTSe requieren los mayores valores que para

cualquier desinfectante

SPD Cloruro de cianógeno (CNCl)

Irritación de piel, ojos y tracto respiratorio Pequeña cantidad de ácido

dicloroacético NDMA (N- nitrosodimetilamina)

Mutagénico, probable carcinogénico

Se controlan con relación de Cl2:N, punto de adición, mezcla y pH

ALMACENAMIENTO Cilindros de Cl2 y NH3 nunca juntos. Ventanas al ras del piso y cerca del techo Ventilación forzada desde abajo 6 renovaciones / minuto Accionada desde afuera Equipo detección de vapores Tanques de solución con trampas Rociadores de agua a presión Sulfato de amonio lejos de fuentes de calor y

productos químicos. Recipientes resistentes al ácido sulfúrico.

INSTALACIONES

Dosificación de amoníaco

Anhidro: es un gas a CNPT

Cilindros de 50 y 75 kg, 30 kg/cm2

Tanques de 3800 L, 14 kg/cm2

Almacenados bajo techo, al cuidado de temperaturas extremas

Amoniador: equipo modular

INSTALACIONESAlimentación directa

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

INSTALACIONESAlimentación de solución

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

INSTALACIONESAlimentación en forma líquida

Se preparan soluciones de hidróxido de amonio o sulfato de amonio sólido o líquido.

Para igualar la relación Cl2:NH3 de 4:1 necesito

Cl2:NH4OH = 2:1

Cl2:(NH4)2SO4 = 1:1

Cl2:(NH4)2SO4 líquido 38% = 1:2.5

INSTALACIONESAlimentación en forma líquida

Disuelvo NH3 en agua ablandada En tanques metálicos o PRFV

ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS

Cañerías Amoníaco anhidro: acero inoxidable, hierro, PVC Amoníaco acuoso: PVC

El punto de aplicación del amoníaco gas debe estar a más de 1.8 m de las líneas de cloro

Bomba dosificadora de desplazamiento positivo, rotores cromados, sellos mecánicos. Colocada cerca del tanque de solución.

CONSIDERACIONES OPERACIONALES

Si hay nitrógeno orgánico se forman organocloraminas. No desinfectan, liberan NH3

Inestabilidad biológica. Genera gustos, olores y colores.

Entre pH 7 y 8.5, la reacción Cl2+HN3 es inmediata.

Si la mezcla es lenta, forman SPD No conviene producir monocloraminas y

luego inyectarlas.

CONSIDERACIONES OPERACIONALES

Grupos de riesgo Pacientes de diálisis renal

Cloraminas pasan a la sangre y producen anemia hemolítica

PecesReaccionan con el Fe de los glóbulos rojos e

inhiben la oxigenación

En caso de cloraminar las aguas, se debe avisar esta situación a hospitales y

negocios de mascotas

SISTEMAS DE MONITOREO

Titulación amperométrica Titulación con DPD – sulfato ferroso DPD colorimétrico


VENTAJAS No reacciona con sustancias orgánicas.

No produce THM ni HAA Más estable que el cloro y el dióxido de

cloro Protege líneas y tanques contra el

recrecimiento bacteriano No produce gustos y olores Baratos Fáciles de generar


DESVENTAJAS Desinfectante débil No oxidan Fe, Mn ni sulfuros Cambio periódico para evitar biofilm Exceso de NH3 produce nitrificación Monocloramina menos eficiente a alto pH Se deben producir en el lugar Dicloramina es inestable

DIOXIDO DE CLORO

DIOXIDO DE CLORO

Usado desde principios del siglo XX en Bélgica, en un spa

Durante 1950 se introdujo para el tratamiento de agua de consumo

Se incrementa por los controles en los SPD

QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS Gas verde amarillento Componente neutral. Oxidación + IV Molécula pequeña, volátil, muy energética. Muy soluble en agua: 20 g/L. 10 veces más

que el cloro Estable en soluciones diluidas en ausencia

de luz Hidrólisis más lenta que el cloro Permanece en solución como gas disuelto

QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS

No puede comprimirse: es explosivo Se enciende a t > 130 ºC Soluciones concentradas liberan ClO2

gas 10 % v/v en aire es explosivo Oxidante selectivo cuando se reduce

a clorito según: ClO2 + e- ClO2

-

USOS PRIMARIOS

Desinfección

Primario y secundario Rango de pH: 3 a 10 Dosajes típicos: 0.07 a 2.0 mg/L

USOS PRIMARIOS Estudiar la demanda del agua

Aguas con baja demanda dura varios días

Elegir el más desfavorable Inhibe crecimiento de algas

Mecanismos de inactivación

Atraviesa membranas. Gas disuelto Reacciona con biomoléculas:

aminoácidos y ácidos grasos libres Altera proteínas cápside Daña síntesis de ARN Altera síntesis proteica


Influencia del pH Bacterias: 6 a 10 Virus y quistes: a > pH Criptosporidium: CT a pH 8 es la

mitad que a pH 6


Influencia de la temperatura A menor temp, menor eficiencia Baja de 10 ºC, reduce 40 % eficiencia


Influencia de la materia suspendida

> turbiedad, < eficiencia < 5 NTU, 11% menos eficiencia 5 a 17 NTU, 25 % menos eficiencia

Eficacia de la desinfección

Bacterias: mejor que el cloro a igual dosis. Mejor con esporulados

Más rápido al inicio Muy efectivo para virus Excelente para protozoos

CT - VIRUS

CT - Criptosporidium

USOS PRIMARIOS

Control gusto y olor Producidos por algas Vegetación descompuesta Compuestos fenólicos Colores Precursores de THM

USOS PRIMARIOS

Remoción de Fe y Mn Precipitación de compuestos

insolubles Se remueven por sedimentación y

filtración 1.2 mg/l ClO2 para 1 mg/L Fe 2.5 mg/l ClO2 para 1 mg/L Mn

SPD No genera THM’s No genera HAA’s No reacciona con amoníaco ni sales

de amonio. No forma cloraminas Los SPD son de la descomposición del

ClO2

ClO2-

ClO3-

SPD Clorito: Anemia hemolítica – 0.7 mg/L Clorato: Anemia hemolítica, pero

menos evidencia – 0.7 mg/L Dióxido de cloro: se hidroliza rápido.

Límite de detección 0.4 mg/L

SPD Clorito: 50 a 70% de la dosis de ClO2

Se elimina con hiero ferroso Se reduce a Cl- en menos de 5 seg. Con azufre: no recomendado Raramente supera 0.2 mg/L Producción favorecida por sustancias

orgánicas

SPD Clorato: una vez formado no se puede

sacar. Conc < 0.1 mg/L Atacar causas de formación

Exceso Cl (g)/ ClO2-

Exceso HClO/ClO2-

Sol diluidas ClO2- a bajo pH

Mezclas de reacción pH < 3 Luz solar Presencia en reactivos

GENERACION DE ClO2

Se parte del clorito de sodio

2NaClO2 + Cl2(g) = 2ClO2 + 2NaCl 2NaClO2 + HClO = 2ClO2 +NaCl + NaOH 5NaClO2 + HCl = 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O

Los reactores son simples cámaras de mezcla

GENERACION DE ClO2

Acido - clorito Producción 7 a 15 Kg/ día Reacción lenta Rendimiento: 80 - 90% Regulación precisa: ClO2

- y ClO3-

Continuos o batch intermitentes

GENERACION DE ClO2

Acido - clorito

GENERACION DE ClO2

cloro - clorito 1º paso: cloro +agua 2º paso: hipocloroso + clorito Reacción lenta Producción: 500 kg/día Rendimiento: 80 - 90% pH 2 a 5 Exceso de cloro genera clorato

GENERACION DE ClO2

cloro - clorito

GENERACION DE ClO2

Loop Francés - CIFEC

GENERACION DE ClO2

cloro gas - clorito Cloro y sol 25% clorito al reactor por vacío Reacción rápida Producción hasta 30.000 kg/día Rendimiento: 95 - 99% Exceso de cloro < 2% pH neutro Exceso de cloro genera clorato

GENERACION DE ClO2

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

GENERACION DE ClO2

Acido - hipoclorito - clorito

GENERACION DE ClO2

Ajustes de alimentación precisos Control regular de soluciones Recalibrar caudalímetros Recalibrar bombas cuando varían

concentraciones Varía pureza Sobredilución baja rendimiento Sobredilución genera clorato

GENERACION DE ClO2

Caudalímetros en líneas de flujo Regulación por caudal y concentración Reactores en flujo pistón Agua de dilución con poca dureza y pH

neutro

GENERACION DE ClO2

Tecnologías emergentes Cloro gaseoso sobre clorito sólido

Tecnología CDG Gas cloro humidificado sobre cartuchos de

clorito Salida: aire con 8% ClO2

Producción: 600 kg/día Rendimiento: 99%

GENERACION DE ClO2

Tecnologías emergentes Ácido + peróxido + clorato

Ácido sulfúrico concentrado Peróxido de hidrógeno concentrado Clorato de sodio Bajo pH, genera espuma Poco usado en agua

GENERACION DE ClO2

Rendimiento Se calcula en base al clorito usado

[ClO2]

[ClO2] +[ClO2-] + f [ClO3

-]

f =67/83

GENERACION DE ClO2

Pureza Se basa en determinaciones comunes

[ClO2]

[ClO2] +[ClO2-] + [ClO3

-] +[Cl libre]

No hay que medir masas ni usar métodos del fabricante

Almacenamiento de reactivos Edificaciones separadas Construido de material no inflamable Lugares ventilados Abundante agua para limpieza Tanques de PRFV o HDLPE Recipientes limpios, cerrados, no

translúcidos Lugar específico No combustibles ni orgánicos cerca

Almacenamiento de reactivos

Separada de ácidos - libera ClO2 Temperatura mayor de 4ºC Prevenir UV, luz solar y calor excesivo Almacenar solo hasta 30 días Dentro de otro tanque para derrames Nunca dejar que se seque Bajo vacío o presión Máscaras de gas y kits de primeros

auxilios

EQUIPOS

Las bombas de solución son de diafragma

Bombas centrífugas Tefón, Hypalon, Fibra de vidrio, Inoxi 316 Lubricantes ignífugos Motores sellados

EQUIPOS

Cañerías Acero al carbono - Inoxi: no recomendado Para hipoclorito y dióxido de cloro

Pocas juntas Flexibles Caída hacia desagües PVC polietileno

Monitoreo

ClO2

Amperométrico Colorimétrico con DPD Potencial redox en línea

ClO2-

Amperométrico – rutina Cromatografía iónica

También mide clorato

Ventajas Más efectivo que el cloro y la cloraminas

para virus y protozoos Oxida Fe, Mn y sulfuros Mejora los procesos de clarificación Controla gustos y olores No se forman SPD halogenaods Fácil de generar Independiente del pH Mantiene residual

Desentajas Forma clorito y clorato como SPD Una baja eficiencia libera cloro y

forma SPD halogenados Costosa capacitación - laboratorio Clorito de sodio costoso Generado en el lugar Se descompone con la luz solar Genera olores en algunos sistemas

OZONO

Usado por primera vez en Holanda en 1893 Francia y Rusia tratan aguas de red 1965 en Argentina para aguas envasadas 1980 se populariza en EEUU Se incrementa el uso a partir de los SPD

PROPIEDADES QUÍMICAS

Derivado alotrópico del oxígeno Gas a temperatura ambiente Poco soluble Incoloro o azulado – corrosivo – tóxico Olor picante. Detectado a 0.02 ppm Oxidante más poderoso Se descompone espontáneamente en agua


El proceso no es bien conocido Genera radicales OH• libres Más reactivos que el ozono Vida media muy corta

USOS PRIMARIOS

DESINFECCION

Poderoso oxidante Menor tiempo de contacto Menor concentración Solo como primario


BACTERIAS

Actúa por oxidación Ataca la pared celular Distorsiona la actividad enzimática Rompe ADN


VIRUS Destruye proteínas de la cápside Disgrega en varias piezas Libera e inactiva ARN

PROTOZOOS Rompe membranas celulares Daña membranas plasmáticas y ribosomas

Parámetros de desinfección

pH Independiente Altos pH destruyen ozono

Temperatura Independiente Altas temperaturas bajan solubilidad

Materia suspendida No protege microorganismos Consume ozono

CT

BACTERIAS E. Coli, Pseudomonas, Estafilococos

4 log en 1 min, 0.009 mg/L Legionella: 2 log en 5 min, 0.21 mg/L Estreptococos: 2xt E. Coli

CT

VIRUS

CT

PROTOZOOS - Giardia

USOS PRIMARIOS

Oxidación de Fe y Mn Reduce gusto y olor Controla precursores de THM’s

– pH < 7.5– Alcalinidad

Mejora biodegradación orgánica Mejora coagulación y filtración

USOS PRIMARIOS

Puntos de aplicaciónEn el ingreso a la planta o después del sedimentador

SPD

Formaldehído – B1 Acetaldehído Glyoxal Metil glyoxal Ácido oxálico Ácido succínico Ácido fórmico Ácido acético Ácido pirúvico Carbono orgánico asimilable

Reduce compuestos orgánicos a otros de menor peso molecular

ozono

SPD

Bromato – B2 Bromoformo – B2 Ácidos acéticos brominados Bromopicrinas Acetonitrilos brominados – C Bromuro de cianógeno (*) Bromaninas (*)

(*) en presencia de HN3

En presencia de bromuro

SPDPrincipales reacciones

SPDFormación de bromatos

Control de SPD

Factores primarios

1. Concentración de Br -

< 80 µg/L no produce bromatos

2. pH A > pH favorece control de orgánicos A < pH favorece control de bromatos

3. Concentración de COT

Control de SPD

Factores primarios

La producción de bromatos disminuye con

1. Baja concentración de ozono

2. Baja temperatura

3. Menor tiempo de contacto

4. Alcalinidad

5. Inyectando NH3

El COA se controla con filtración biológica

GENERACION

Se produce en el sitio O2 + e- = 2 [O] + calor

2 [O] + 2 O2 = 2 O3

3 O2 = 2 O3 , con liberación de calor Temp. 40 ºC, límite Descarga corona – silenciosa Aplicación de UV

GENERACION

GENERACION

Componentes básicos del sistema Alimentador de gas Generador Contactor Destructor

GENERACION - Esquema

ALIMENTADOR DE GAS

Produce una corriente con 8 a 14% O3

Provistos en tubos o cilindros Generado in situ

– Proceso criogénico– Tamiz molecular

Se necesita equipo: evaporador, filtros, válvulas reguladoras

SISTEMA CON OXÍGENO

ALIMENTADOR DE GAS

Produce una corriente con 3 a 5% O3

Se requiere más equipo Limpio y seco Punto de rocío < - 60ºC Libre de contaminantes: aceite,

hidrocarburos Filtrado hasta 1 µm

SISTEMA CON AIRE

ALIMENTADOR DE GAS

Filtros desecadores: sílica gel o alúmina Si el aire está a baja presión, regenerados

por calor Si está a alta presión, regenerados por aire

seco Compresores: recíprocos, tornillo, lóbulos,

centrífugos, anillo líquido.

SISTEMA CON AIRE

ALIMENTADOR DE GASSISTEMA CON AIRE - esquema

GENERADOR

Geometría Cilindros concéntricos – tubos generadores Verticales - horizontales Placas paralelas

Frecuencia Baja: 50 – 60 Hz Alta: 60 – 1000 Hz

GENERADOR

Voltaje Aplicado 8.000 a 25.000 V

Consumo de energía 14 a 18 Wh / g O3

Producción 50 a 100 g /m2 h 0.25 a 10 kg / h Aumenta con frecuencia

GENERADOR

Frecuencia

> período de ionización, > O3 > tiempo en la zona de descarga, destruye

O3 > frecuencia, < deterioro del dieléctrico < rendimiento de potencia en alta frecuencia

GENERADOR

Pérdida por calor: 85% de la energía Exceso de calor destruye ozono Voltaje aplicado: f(presión, h) Rendimiento

– Aumenta con el voltaje– Área del electrodo– El caudal de gas– La frecuencia– Con el menor ancho del dieléctrico

GENERADOR

Esquema de electrodo cilíndrico

GENERADOR HORIZONTAL

GENERADOR VERTICAL

GENERADOR DE PLACAS

DETALLES OPERATIVOS

Tubos de recambio en almacén Chequear generación diariamente Circular aire seco antes de arrancar Circular aire seco luego de paradas Cambio periódico de secadores Limpiar tubos si cae generación Chequear pérdidas

CONTACTOR

DISUELVE EL OZONO EN EL AGUA El exceso se ventea Transferencia > 80%

TIPOS DE CONTACTORES Burbujeadores Inyectores turbina

CONTACTOR

Esquema de un burbujeador

CONTACTORCaracterísticas

Alta eficiencia en transferencia – 85 a 95% Operación sencilla No tiene partes móviles 2 a 3 cámaras Alturas de 5 a 6 m Difusores cerámicos o de acero

inoxidable Flujo pistón


Se calcula el volumen con dosaje aplicado, residual y tiempo de contacto.

Caída de presión: 0.5 psig Porosidad: 35 a 45% Los burbujeadores se tapan Canalización vertical

CONTACTOR

Esquema de un inyector

CONTACTOR


Precisa relación aire-agua < 0.5 l/h aire / l/h agua Concentración de ozono > 6% Flujo pistón no tiene partes móviles Poca profundidad Mayor costo Cálculo del volumen ídem anterior

CONTACTOR

Esquema de turbina

CONTACTOR


Transferencia > 90% Altura: 1.8 a 4.5 m Motor exterior para mantenimiento Consume energía No se tapa

DESTRUCTOR

[O3] en la purga es muy alta OSHA: 0.1 ppm Lo transforma en oxígeno Soplador en la descarga para tener un

pequeño vacío en el contactor.

DESTRUCTOR

FORMAS DE DESTRUCCIÓN

1. Calentado a t > 350 ºC

2. Calentado a t > 100 ºC sobre catalizador

3. Pasaje por GAC húmedo

INSTRUMENTACIÓNPROTECCION PERSONAL Y EQUIPOS

Detector de ozono en ambiente A la salida del generador A la salida del contactor A la salida del destructor Control punto de rocío Flujo de refrigeración Presión de gas ingreso al generador

Impactos con otros tratamientos

Genera COA. Si > 100 µg/L, posible recrecimiento. Se deben remover con filtros biológicos.

Reacciona con Cl2, ClO2 y ClNH2

Forma óxidos insolubles que deben retirarse Reduce demanda y permite residuales más

bajos del desinfectante secundario.

FILTROS BIOLÓGICOS

1. Filtros de arena Lentos Rápidos

2. Filtros de carbón activado Mejor superficie para el desarrollo

3. Ventajas Efluente biológicamente estable Remoción de orgánicos (SPD) y precursores

MATERIALES

Para ozono seco:– Acero inoxidable serie 300– Vidrio, cerámico– Teflón, Hypalon– concreto

Para ozono húmedo (en contactor y destructor)– Acero inoxidable 316

SEGURIDAD

Generadores en locales cerrados Separados del resto Ventilación adecuada (2 a 3 vol/min en

emergencias) Espacio para recambio de tubos Separados de los compresores Unidades de destrucción al exterior

SEGURIDAD

Aparatos de respiración autónoma Señales de alarma en 2 posiciones

– Cuando alcanza 0.1 ppm– Cuando alcanza 0.3 ppm

Regulaciones– OSHA : 0.1 ppm – 8 hs– ANSI: 0.1 ppm – 8 hs; 0.3 ppm < 10 min– ACGIH: 0.1 ppm – 8 hs o 40 semanales; 0.3 ppm < 15 min

METODOS ANALÍTICOS

EN AGUA: medición de residual– Colorimétrico DPD– Titulación DPD – FAS

EN GAS:– Absorción UV 253.7 nm– Iodométrico– Titulación en fase gaseosa– Quimiluminiscencia

Bromato - cromatografía iónica

VENTAJAS

Más efectivo que otros oxidantes Oxida Fe y Mn Mejora clarificación y turbiedad Controla colores, gustos y olores Bajísimo tiempo de contacto Independiente del pH Se descompone dando O2

En ausencia de bromuro, no hay SPD halogenados

VESVENTAJAS

El costo inicial es alto Debe generarse en el lugar Requiere energía El tóxico y corrosivo No deja residual Se descompone rápido con alto pH y

temperatura Forma bromatos, SPB brominados,

aldehídos y cetonas

COMPARACIONES

UV

Comenzó en 1901 – UV artificial Francia 1910 y USA en 1916 Sistemas pequeños

QUÍMICA (Fotoquímica)

Los microorganismos absorben luz Se alteran los componentes

celulares Desinfecta en cualquier grado Se absorbe y disipa en el agua sin

dejar residual Energía electromagnética 100 – 400

nm


UV vacío: 100 – 200 nm UV – C : 200 – 280 nm UV – B : 281 – 315 nm UV – A : 315 – 400 nm

Lámparas Baja presión: 253.7 nm Media presión: 180 – 1370 nm

Reacciones

La desinfección sigue una cinética de 1º orden

Dosis = Ixt I : intensidad en mW/cm2

t : tiempo de acción en seg Análogo al CT Los tiempos normales 10 – 20 seg

Reacciones

Independiente de N inicial

N = f x D n

N: coliformes/ 100 mL D: dosis = I x t f: calidad del agua n: relacionado con D, es empírico

Variables de proceso

Independiente del pH, temperatura, alcalinidad y COT

Alta dureza opaca superficies Presencia de O3 mejora eficiencia Materia suspendida protege

patógenos Fe, NO2

-, fenoles, sulfuros absorben UV


No cambia componentes del agua Absorbancia a 254 nm, 1 cm =

demanda del agua Determinar para cada tipo de agua Transmitancia

% T = 100 x 10 -Abs


Clasificación de la calidad del agua

En ningún caso la profundidad debe ser > 75 mm

Usos primarios

Desinfectante primario No deja residual Luego de la filtración No impacta con otros tratamientos

Eficiencia de la desinfección

Actúa en segundos Bueno para bacterias y virus

Rotura irreparable del ADN Daño fotoquímico al ADN y ARN Esteriliza al microorganismo Producen mutantes Algunas bacterias pueden

fotorreactivarse


Esquema de acción


Films químicos y biológicos Orgánicos disueltos: aumenta Abs. Inorgánicos disueltos: aumenta Abs. Inorgánicos disueltos: incrustaciones Color Cortocircuitos en el reactor


Agrupamiento de patógenos Turbiedad


Inactivación de virus y bacterias Las dosis son bajas Comparable al cloro Dosis 2 a 30 mWs/cm2

Inactivación de protozoos Se requieren dosis muy altas Dosis 120 a 8000 mWs/cm2

SPD No forma SPD Puede generar O3 y OH• libres Se observaron muy bajos niveles

de formaldehído en aguas superficiales

GENERACIÓN

Se produce con lámparas similares a tubos fluorescentes

Tubo de cuarzo con argón y vapor de Hg

La potencia se controla con balastos

Temperatura óptima: 40 ºC

GENERACIÓN

Lámparas Encendido instantáneo Vibraciones y golpes Diseño estándar Baja presión: 253.7 nm Media presión: 180 – 1370 nm >

intensidad

GENERACIÓN

Balastos Electromagnéticos

Baja frecuencia Electrónicos

Alta frecuencia Mayor vida útil < consumo de energía < temp de operación < producción de calor

GENERACIÓN

Diseño del reactor Recipientes cerrados Pequeños Mínima polución del aire < exposición del personal Diseño modular Instalación simple

GENERACIÓN

GENERACIÓN

Cámara de cuarzo – fibra óptica

GENERACIÓN

GENERACIÓN

Aspectos de diseño Sensores de UV Alarmas y sistemas de corte Ciclos de limpieza Sistemas telemétricos

GENERACIÓN

Aspectos de diseño hidráulico Flujo pistón: relación largo/ancho Turbulencia: sentido radial Volumen efectivo: zonas muertas Tiempo de residencia Caudal

GENERACIÓN

Diseños emergentes Microbarrido UV Contienen 2 cámaras con filtros de 2 µm

donde se retienen los quistes y reciben la luz durante mucho tiempo.

UV pulsátil Sistema de capacitores entregan pulsos

a un flash de xenón, 30 pulsos/seg. Cámaras con 5 cm diámetro. Irradiación de 75 mWs/cm2 a 2 cm.

Condiciones operativas

Encender antes para calentar lámparas

Si transmitancia < 75%, no usar UV Potencia disminuye con el tiempo Usar hasta 70% de capacidad Duración 8800 hs – baja presión Limpieza de los tubos

Métodos físicos: ultrasonido, alta presión Métodos químicos: lavado ácido

Medición

Fotodiodos sensores en rango germicida

Transforman energía en señal electrónica

Lugar: cerca de la coraza y en lugares alejados

Avisos por baja intensidad y muy baja intensidad

Ventajas y desventajas Sencillo y eficiente No usa químicos No modifica características del agua No genera SPD

Mayores costos Consumo de energía Alta transparencia del agua No deja residual

MÉTODOS ALTERNATIVOS


Peroxono

Bromo

Yodo

Plata


Química

Sólido violeta

Solubilidad: 6.4 g/ 100 mL

Oxidante fuerte: orgánicos e inorgánicos

Exotérmica

Producto final: MnO2

Velocidad de reacción: f( T, pH, conc)


Aplicación

Solución 1 a 4 %

Batch – disolutor

Tolva de alimentación

Bombas dosificadoras


Producto

Grado de pureza Puro: no higroscópico Técnico: higroscópico – forma tortas Técnico aditivado: antiaglutinantes

Manejo Contacto con ojos, piel, vías respiratorias Uso de equipo adecuado


Usos primarios

Oxidación de Fe y Mn 3Fe2+ + KMnO4 + 7H2O = 3Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5H+

3Mn2+ + 2KMnO4 + 2H2O = 5MnO2 + 2 K+ +4 H+

Control de gusto y olor

Organismos molestos

Oxida compuestos orgánicos


Desinfección Alto costo

Oxida material celular – enzimas

Adhesión en coloides

Bacterias: 2.5 mg /L , 2 hs - 20 mg / L , 24 hs

Virus: 5 mg/L, 33 min - 50 mg /L, 2 hs

Protozoos: no hay información


SPD

No forma SPD Remueve precursores Sobredosis causa ictericia y baja de presión

sanguínea


Puntos de aplicación Entrada agua cruda Con coagulantes Antes de sedimentación y filtros No requiere mezcladores En cañerías: en el centro.


Determinación

Espectrofotometría de absorción atómica

Colorimétrico: persulfato


Consideraciones de operación

Control sobredosis

Reducido y removido Cambio de color Cañerías hogareñas

No interfiere con otros tratamientos

Permanganato de potasio Ventajas y desventajas

Oxida Fe y Mn Remueve olor y sabor Fácil de usar Controla formación de THM’s Controla organismos molestos No impacta en otros tratamientos

Necesita largo tiempo de contacto Puede colorear el agua Tóxico e irritante

Peroxono

Proceso de oxidación avanzado Mezcla de O3 + H2O2

Mejora proceso indirecto Forma OH •

Procesos alternativos O3 + U.V. O3 + alto pH H2O2 + U.V.

Peroxono

Peroxono

QUÍMICA O3 y OH• compiten Reacción con OH• más rápida y efectiva Mejor transferencia de O3 al agua Consumen OH•

Alcalinidad Carbonatos Sustancias húmicas

Peroxono

Usos primarios Eliminar sustancias con sabor y olor Geosmina 2 – metil isoborneol (2 – MIB) comp. fenólicos Tricloro etileno (TCE) Percloro etileno (PCE)

Peroxono

DESINFECCIÓN > O3

H2O2/O3 < 0.2 Mecanismo similar al ozono No deja residual medible. CT Se logra residual aumentando O3

El H2O2 solo no actúa

Peroxono

Aplicación

H2O2 + O3 : pre oxidación seguido de OH •

Al mismo tiempo

O3 + H2O2 : desinfecta y luego oxida

Peroxono

SPD

Bromatos COA No forma compuestos halogenados, si no

hay bromuros disminuye THM’s en clorinación

Peroxono

Generación

O3 según métodos estudiados

H2O2 con bomba dosificadora Se provee al 35 , 50 y 75% p/p

Peroxono: comparación con ozono

Peroxono

Manejo

H2O2 lastima por contacto Explota por calor o fuego Dentro de contenedores secundarios Tanques de polietileno Cañerías de Inoxidable 316, polietileno o

teflón

Peroxono

Determinación

Titulación: Iodométrico Permanganato

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

Peroxono

Ventajas y desventajas

Más rápida y reactiva que el ozono Oxida componentes más difíciles de remover Oxida compuestos halogenados Forma compuestos biodegradables Fácil dosificación del peróxido

Muy peligroso su contacto Se deteriora en almacenamiento No se puede calcular CT

BROMO

En CNPT es líquido Fácil de manejar Solubilidad : 16.8 g /L Corrosivo Vapores agresivos Propiedades alguicidas Conc. de uso: > 0.4 mg / L

BROMO

Química

Br2 + H2O = HBrO + Br - + H+

HBrO = BrO - + H+

BROMO

Acción desinfectante

Se mantiene a pH elevados Menos activo que el cloro Penetra membranas celulares Inactiva enzinas Detiene el metabolismo Muerte del microorganismo

BROMO

SPD

Agua bromada no tiene efectos cancerígenos Produce THM’s Produce bromoformo – B2

BROMO

Equipos Bomba dosificadora

Seguridad Similar al cloro

Monitoreo O - tolidina

BROMO


No deja olor No irrita los ojos Ventajas similares a la cloración Activo a altos pH

Muy caro Difícil disponibilidad

YODO

Sólido a T ambiente Fácil de manejar Baja solubilidad Menos agresivo Más efectivo si está unido a una molécula

orgánica Mas estable que el cloro

YODO

Química

I2 + H2O = HIO + I - + H+

YODO


Más efectivo como HIO Menos activo que el cloro Efectivo con bacterias Destruyen esporas, quistes y virus 1 a 8 mg / L , 30 min – períodos cortos Tintura de yodo: 2 a 6 %

YODO

SPD

I2

REACCIÓN ALÉRGICA TIROIDES

Fenol > 1 mg / L No produce iodaminas Bajo nivel de THM’s

YODO

Equipos Bomba dosificadora: solución saturada x

lecho Vapor sobre I2 sólido

Monitoreo Titulación amperométrica Colorimétrico: método LCV

BROMO


Residuales más estables Sencillo Emergencias

Muy caro Difícil disponibilidad No se recomienda en largos períodos

PLATA

Uso antiguo Efecto oligodinámico Uso de 25 a 75 µg /L No oxidante Interfieren materia coloidal, cloruros y

amoníaco

PLATA


Actúa en estado coloidal Buen bactericida Hongos consumidores de O2

Acción enzimática Largo tiempo Bajo residual

PLATA

SPD

Ag Argiriosis

No produce otro SPD No agrega sabor, olor ni color

PLATA

Equipos1. Equipo de contacto: paredes o pantallas

con pinturas de plata2. Filtros domésticos: porcelana o carbón

activado revestido con AgCl3. Dosificador solución diluida4. Electrolítico: más práctico

1. Ánodo libera Ag+

2. Cátodo libera H2

PLATA

Esquema electrolítico

PLATA

Monitoreo Electrodo selectivo Absorción atómica Amperaje

PLATA

Ejemplo de cálculo por amperaje

1 mol e- = 96500 coul = 108 g Ag+

Dosis: 50 µg Ag+ / L = 4.6 x 10-7 mol

96500x 4.6 x 10-7 = 0.045 coul

Si Q = 1 L/s (3600 l/h) , necesito 0.045 coul/s = 45 mA

PLATA


No deja SPD No imparte características organolépticas

Mayor costo Difícil de controlar Bajo residual Poco efectivo con virus

Bibliografía• Desinfección de Aguas – Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez – OPS –

CEPIS• Tratamiento de agua para consumo humano – Ada Barrenechea Martel,

Lidia Vargas – OMS-OPS-CEPIS• Red Iberoamericana de potabilización de aguas – Cap 14• Alternative Desinfectants y oxidants Guidance Manual – USEPA• Microbial and disinfectios byproducts rules simultaneous compliance

manual - USEPA• Manual del cloro y desinfectantes alternativos – Office of Drinking Water

– Canadá• Guidelines for Drinking-Water Quality, 3º Ed. – WHO• Ozone and Chlorine dioxide Tecnology - Katz• Diario oficial de las comunidades europeas 98-83-CE• Desinfectants and desinfectants byproducts - WHO• Guidelines for the design, construction and operation of water and

sewerage systems – Labrador – Canadá• Documentos base WHO: cloro, dióxido de cloro, ozono, aspectos

microbiológicos, desinfección, estándares de calidad del agua potable• The Nalco Water Handbook – 2º Ed• Manual Técnico del Agua – Degrémont• Standard Métodos for the examination of water and wastewater – 20º

Ed• Código Alimentario Argentino – Cap XII

desinfeccion de aguas para consumo humano facultad de ingeniería instituto de ingeniería sanitaria...

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