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PREOXIDACION Y DESINFECCION
La
desinfección del agua se ha venido practicando desde hace siglos. Existen
referencias históricas de que hace ya quinientos años antes de nuestra era, se
recomendaba que el agua se hirviese. La desinfección de aguas de abastecimiento se puede considerar como el proceso en general dentro de una estación de tratamiento de agua que tiene como objetivo la inactivación de los microorganismos que puedan haber presentes en el agua, minimizando así la probabilidad de transmisión hídrica de enfermedades. En
la actualidad se conocen bastante bien los procesos y fenómenos implicados en
la desinfección del agua, que en definitiva se dirigen a la destrucción de
organismos perjudiciales, es decir, los procesos de desinfección se han
empleado con el fin de destruir o inactivar los organismos productores de
enfermedades. La desinfección no implica necesariamente la destrucción
completa de todos los organismos vivos, es decir, los procesos de desinfección
del agua no siempre acaban en el punto de esterilización (la esterilización se
centra casi exclusivamente en la práctica médica). CINETICA DE LA DESINFECCION QUIMICA
A) TIEMPO DE CONTACTO Bajo condiciones ideales, una célula expuesta contiene un solo centro activo, vulnerable a una sola unidad de desinfectante. En este caso la velocidad de destrucción sigue la LEY DE CHICK. Esta establece que y, número de organismos destruídos en la unidad de tiempo t, es proporcional a N, número de organismos remanentes, siendo N0, el número de organismos inicial, o sea:
dy / dt = k (N0 ‑ y) k es la constante de velocidad de reacción y tiene unidades de tiempo-1 Si integramos para y = 0 a t = 0 e y = y a t = t ln [(N0 ‑ y) / N0] = ln (N / N0) = ‑kt o, lo que es lo mismo: N / N0 = exp (‑kt) En general no se cumplen las condiciones ideales planteadas y la ley toma la forma de : ln (N / N0) = ‑km t m es una constante que depende del tipo de microorganismo. Esta constante se obtiene empiricamente y está tabulada para diferentes tipos de microoganismos.
B) CONCENTRACION DE DESINFECTANTE Para diferentes concentraciones de desinfectante, el comportamiento de la desinfección se puede expresar como: Cn tp = cte C es la concentración del desinfectante y tp es el tiempo que se requiere para lograr la muerte de una proporción determinada de microorganismos (generalmente se toma el 99 %) Algunos ejemplos: Si usamos HClO como desinfectante y consideramos una mortandad del 99 % se verifican las siguientes relaciones: Escherichia Coli C0.86 tp = 0.24 Virus Coxsackie A2 C0.86 tp = 6.3 Virus 1 de Poliomelitis C0.86 tp = 1.2 Virus Adeno 3 C0.86 tp = 0.098 Estos son datos que se verifican entre 0 y 6 ºC Valores de C*T para inactivación de virus con cloro libre (mg/l* min). (Fuente: EPA, «Disinfection Profiling and Benchmarking Guidance Manual», Agosto 1999)
En
relación con la desinfección del agua, los organismos productores de
enfermedades, incluyen las bacterias, una gran variedad de virus, protozoos
intestinales y algunos microorganismos. Otros organismos que podemos considerar
más bien molestos desde el punto de vista estético que de causantes de
enfermedades, son también afectados en los procesos de desinfección.
En
lo que respecta a la desinfección, algunos de los organismos mencionados,
incrementan su resistencia al desinfectante al encontrarse rodeados o
incrustados en materiales en suspensión, algas, etc., y ser más inaccesibles a
los desinfectantes químicos. Si en el agua se tiene presencia de materia orgánica
y otras sustancias oxidables, quedará disminuida la cantidad de desinfectante
disponible para realizar la desinfección. La hipótesis más aceptada sobre como actúan y destruye los desinfectantes a los microorganismos, se centra en las alteraciones físicas, químicas y bioquímicas sobre la membrana o pared de las células y por tanto de las encimas y una vez destruida esta barrera protectora, terminan las funciones vitales de la célula, causando su muerte. En el proceso de desinfección normalmente se utilizan sustancias químicas, denominadas desinfectantes.
Los
procesos de desinfección del agua que pueden emplearse, incluyen alguno de los
siguientes tratamientos o una combinación de ellos:
a)
Tratamiento físico ( por ejemplo por almacenamiento, aplicación de calor, u
otros agentes físicos) b) Radiación (radiación ultra violeta). c) Fotocatálisis heterogénea UV/TiO2. d)
Iones metálicos (por ejemplo cobre y plata). e)
Álcalis y ácidos
f)
Productos químicos tenso activos (por ejemplo los compuestos de amonio cuaternario
) g)
Los oxidantes (por ejemplo los halógenos como el cloro, el ozono, el
permanganato, etc.)
Son
diversos los criterios que se tienen que considerar para valorar el
desinfectante más adecuado, entre los que figuran:
1)Aptitud
del desinfectante para destruir las diversas clases de organismos en función de
la temperatura y naturaleza del agua.
2)
Capacidad del desinfectante para que en las concentraciones empleadas para
conseguir la desinfección, no comuniquen al agua características tóxicas o
desagradables estéticamente.
3)
Facilidad de aplicación técnica y económica.
4)
Capacidad del desinfectante para permanecer en concentraciones residuales tales
que eviten cualquier recontaminación, como pudiera ocurrir en la red de
distribución.
5)
Adaptabilidad de técnicas de valoración prácticas, rápidas y exactas, que
nos permitan conocer la concentración del desinfectante residual. Casi todos los desinfectantes mencionados, presentan alguna limitación, que excluyen su aceptación en las operaciones de tratamiento en sistemas y abastecimientos públicos, por ahora y en general, el cloro es el producto más ampliamente utilizado en el proceso de desinfección del agua. En el siguiente cuadro se muestran, como ejemplo, las dosis necesarias de varios de los oxidantes/desinfectantes más empleados en el tratamiento del agua, para oxidar el hierro y manganeso.
Todos los productos empleados en el tratamiento del agua, como oxidantes/desinfectantes, presentan ventajas y desventajas en su empleo, que de forma resumida se presentan en el siguiente cuadro:
Consideraciones en la selección del desinfectante 1)
Proporcionar agua libre de patógenos. 2)
Evitar la producción de subproductos de la desinfección. 3)
Mantener una calidad bacteriológica en la red de abastecimiento, evitando
los recrecimientos bacterianos. Los pasos a seguir en la selección de un desinfectante, deben considerar tanto la evaluación y selección del desinfectante primario o principal como la del desinfectante secundario. Evaluación y selección del desinfectante primario o
principal Desinfectante
primario o principal es el primer desinfectante que se emplea en un sistema de
tratamiento con el objetivo principal de conseguir el necesario CT (concentración
y tiempo) que permita la desinfección microbiológica.
El proceso de decisión empleado para determinar si el desinfectante
consigue la inactivación microbiológica y no sobrepasa los límites
establecidos de subproductos se representa en el siguiente diagrama donde se
refleja los límites microbiológicos y de subproductos a conseguir o incluso
mejorar estos límites, también se indican las posibles modificaciones a
introducir en el proceso (cambio del punto de aplicación, aumento de la dosis
o/y tiempo de contacto, cambio del pH, mejoras en la coagulación y filtración,
etc.) e incluso aplicar un nuevo desinfectante si no se consiguen las metas
deseadas, tanto microbiológicas como de formación de subproductos. En
la selección del desinfectante es
fundamental conocer la concentración
del carbono orgánico total (COT), ya que una alta concentración de COT inducirá
a un alto potencial en la formación de subproductos y en este caso habrá que
seleccionar un desinfectante que no origine subproductos o al menos lo haga en
baja cantidad. Por otra parte es importante conocer también la concentración
de bromuros, para descartar en el caso de altas concentraciones de estos, el
empleo de fuertes oxidantes, como el ozono, que originarían bromatos como
subproducto. A continuación se muestra el diagrama de flujo:
Seleccion
del desinfectante secundario
Desinfectante secundario es el desinfectante que se emplea en algunos
sistemas de tratamiento y abastecimiento con el objetivo principal de mantener
un desinfectante residual a lo largo del sistema de distribución, el empleo de
uno u otro desinfectante secundario depende del desinfectante primario
utilizado.
En la selección del desinfectante secundario hay que considerar tres parámetros,
que pueden estar realmente o potencialmente presentes en el agua que sale de la
planta: 1)
Concentración de carbono orgánico asimilable (COA):
Generalmente se produce cuando el contenido de carbono orgánico total del agua
es elevado y ésta ha sido tratada con un fuerte oxidante empleado como
desinfectante principal, como puede ser el caso del ozono. En estos casos es
aconsejable la filtración biológica o con carbono activo en grano del agua
antes de salir de la planta de tratamiento. 2)
Formación potencial de subproductos de la desinfección:
Son los subproductos que se pueden formar en la red de distribución si se
emplea cloro. 3)
Tiempo de retención en el sistema de distribución:
En los sistemas de distribución extensos pueden ser necesarias estaciones
suplementarias de desinfección para mantener una concentración deseada del
desinfectante residual a menos que se utilicen desinfectantes suficientemente
estables como las cloraminas. El diagrama de flujo correspondiente se muestra a continuación:
La desinfección del agua :Página de The Universal Library, en inglés, trata de aspectos generales de la desinfección, consideraciones microbiológicas, química del cloro en el agua, cloraminas, ozono,dioxido de cloro, permanganato, peroxido de hidrógeno, iones plata, y radiación UV. Química de la desinfección : Página de The Universal Library, en la que se recogen temas como :Reacciones y productos, precursores, reacciónes de formación de haloformos, reacciones entre el cloro y diversos compuestos, cloraminas , agua y salud etc. Uso de cloro isocianurato en la desinfección del agua. http://quim.iqui.etsii.upm.es El Agua, el Cloro y los Seres Vivos. Articulo de Leoncio J. García Ara. Director de Calidad, Prevención y Medio Ambiente del Grupo Químico Aragonesas. Effect of Oxidizing Disinfectants (Chlorine, Monochloramine, and Ozone) on Helicobacter pylori La desinfección del agua . Información de la Organización Panamericana de la Salud WT - Disinfection Contact Time_archivos/ Las cloraminas como alternativa para reducir los subproductos de desinfección ( página de Water Quality and Health) : http://www.waterandhealth.org/newsletter/new/summer2001/chloramination.html Desinfectantes y subproductos de la desinfección (páginas de la International programme on Chemical Safety, en español, ingles y francés , donde se resumen y evaluan los subproductos de los principales desinfectantes :http://www.who.int/pcs/ehc/summaries/ehc_216.html Todo sobre el cloro. Página en español de Chlorine Chemistry Council, con una amplia información sobre el empleo del cloro, reseñas históricas sobre los comienzos del empleo del cloro en la desinfección del agua, los riesgos y enfermedades transmitidas por el agua, desinfección en situaciones de emergencia. Tambien trata de las ventajas y desventajas del cloro y otros desinfectantes y de los subproductos de la desinfección :http://www.c3.org DESINFECCIÓN SOLAR, UNA ALTERNATIVA PARA PEQUEÑAS COMUNIDADES RURALES. Publicación de Red Iberoamericana de Potabilización y Depuración del Agua Guia básica en la desinfección con cloro : Página de la CEPIS/OPS/OMS , donde se recogen recomendaciones de la AWWA para la aplicación del cloro en pequeños sistemas de abastecimiento. Tras una breve introducción pasa a describir tambien muy breve, el cloro, demanda y dosis, tiempo de contacto y alguna referencia a equipos cloradores. Emergency treatment of drinking water at point-of-use. World Health Organization
Del agua de Javel al dicloroisocianurato sódico DCCNa. Información, en
frfances, sobre las características y empleo como desinfectante del agua del
DCCNa. Desinfección de emergencia del agua potable. Pagina de EPA. Procesos avanzados de oxidación para la eliminación de contaminantes. Artículo de Xabier Domenech y otros Fotocatalizadores y enrgia solar en la detoxificación de aguas contaminadas. Articulo de Julio Eduardo Valladares.
The
Effectiveness of Disinfectant Residuals in the Distribution System.
DATOS COMPARATIVOS SOBRE TÉCNICAS DE DESINFECCIÓN.
Desinfección electrolitica del agua. Gonzalo A Ordoñez. Método MOGGOD (Siglas en Ingles de Mix of Oxidant Gases Generated on site for Desinfection) :Mezcla de gases oxidantes generados in situ para la desinfección. Agua potable gracias a la luz del sol. Un grupo de investigación de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) ha desarrollado un sistema solar de desinfección de agua que podría ser de gran utilidad en regiones en vías de desarrollo muy soleadas, que precisan urgentemente disponer de agua potable con el menor coste posible. El oxígeno singlete es la clave para acabar con los patógenos. César GUTIERREZ RICO, Lucero ROBLES DÁVILA, Felipe ORTIZ ARREDONDO, Lourdes MARTÍNEZ GARCÍA .Centro de Estudios Académicos sobre Contaminación Ambiental, Facultad de Química e Ingeniería de la Universidad Autónoma de Querétaro, Querétaro, México
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