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                                                                                                          SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCION             

                                                                                                                      molécula cloroformo

Introducción

Valores guía de subproductos

Formación de subproductos

Factores que inciden en la formación de subproductos

Métodos para la reducción de subproductos

 

Introducción

            La contribución de la desinfección del agua a la salud pública es un hecho reconocido de suma importancia en el siglo XX, pero también es verdad que la desinfección química ha ocasionado riesgos no deseados pero reales debidos a los subproductos generados al actuar y reaccionar los desinfectantes con determinadas sustancias presentes en el agua sometida a desinfección. cada uno de los desinfectantes generalmente más empleados, como el cloro, dióxido de cloro, cloraminas y ozono, producen sus propios subproductos (SPD), (DBP en inglés), en el agua potable.

El nombre de subproductos de la desinfección parece implicar que son inherentes a cualquier proceso de desinfección, cuando realmente subproductos tóxicos pueden originarse cuando se emplea un oxidante fuerte aunque no se emplee por motivos de desinfección. Algún autor (R.Trusell) ha llegado a proponer que se usara el término de subproductos de la oxidación. 

El cloro ha sido el principal desinfectante de los abastecimientos de agua desde hace prácticamente un siglo. Su empleo nunca fue discutido y los beneficios derivados de su empleo han sido evidentes, atajando y eliminando las grandes epidemias y brotes de enfermedades hídricas, hasta que en 1.974, algunos investigadores como Rook en Holanda y Bellar en Estados Unidos, valiéndose de la cromatografía de gases y el espectrómetro de masas, pusieron en evidencia que el cloro reacciona con ciertas sustancias orgánicas conocidas como precursores, que se encuentran en algunas aguas y producen unas sustancias potencialmente carcinógenas, los trihalometanos, (THM), como la suma de cloroformo, bromodiclorometano, dibromoclorometano y bromoformo, y los ácidos haloacéticos(AHA),como suma de ácido monocloroacético, ácido dicloroacético, ácido tricloroacético, ácido monobromoacético y ácido dibormoacético.

En 1.975 en Estados Unidos, la USEPA tomó cartas en el asunto y se examinaron diversas aguas tratadas de cinco grandes ciudades, determinando todos los compuestos volátiles posibles, identificando 72 compuestos y el 53% de ellos contenían uno o más halógenos. Posteriormente, se hizo un estudio más extenso, abarcando a 113 ciudades. A finales de 1.976, la EPA publicó una lista con 1259 compuestos que se habían identificado en diversas aguas naturales y residuales, tanto en Estados Unidos como en Europa. Este estudio concluyó que todos los sistemas de abastecimiento que utilizaban cloro libre en su tratamiento, contenían al menos 4 THMs en su agua tratada, cloroformo, bromodiclorometano, dibromoclorometano y bromoformo. 

Se suele utilizar  las siguientes cuatro expresiones en la terminología de los trihalometanos:

THMs inicial :Concentración inicial o instantánea a la salida de la ETAP.

THMs final : Concentración final, medida en los últimos puntos de la red de distribución.

Formación potencial de THMs : Diferencia entre la concentración final menos la inicial.

Formación potencial máxima de THMs : Concentración máxima de THMs que se podrán formar.

La clase y cantidad de subproductos depende de varios factores como son el tipo de desinfectante u oxidante empleado, cantidad y naturaleza de los precursores presentes en el agua, tiempo de contacto, dosis aplicada, temperatura, pH y concentración de bromuro presente. Respecto a éste último, que está presente en algunas aguas en concentraciones desde menos de 0,1 mg/l., hasta sobrepasar 1,0 mg/l., puede alterar de forma importante la concentración de subproductos (THM) bromados, a los que se le atribuye mayores efectos cancerígenos que a sus análogos enteramente clorados.

 

Otra sustancia utilizada en la desinfección, como es el ozono y que puede eliminar la materia orgánica precursora de los trihalometanos, puede a su vez generar subproductos de oxidación no halogenados, como son aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y bromatos. 

El empleo de ozono en la fase final del tratamiento, puede dar lugar a la aparición de otros problemas, ya que es bastante habitual que, a pesar de las diversas etapas preliminares del tratamiento del agua, aún queden compuestos orgánicos capaces de ser transformados por la oxidación del ozono en compuestos biodegradables, carbono orgánico disuelto biodegradable, que es un nutriente que favorece el crecimiento bacteriano en la red, lo cual podría inducir a necesitar una mayor cantidad de cloro, con el consiguiente riesgo de producir más subproductos y aumentar los sabores desagradables. Para evitar o remediar este hecho, si se emplea ozono en la posdesinfección, es aconsejable el empleo conjunto de carbón activo que actuaría como un reactor biológico, eliminando el carbono orgánico disuelto biodegradable. El ozono no puede producir directamente subproductos halogenados, pero si puede oxidar fácilmente los iones bromuro y yoduro para dar los correspondientes halógenos libres que pueden reaccionar con algunos de los compuestos orgánicos capaces de originar trihalometanos

Otro desinfectante empleado en el tratamiento del agua es el dióxido de cloro, que no forma los subproductos halogenados referidos, pero puede llegar a formar compuestos clorados orgánicos no volátiles. Pueden generar clorito y clorato, ambos perjudiciales para la salud por los efectos hematológicos que producen. La formación de cloritos al emplear dióxido de cloro, se correlaciona con la materia orgánica que contenga el agua. 

Hoy día han de considerarse los conocidos como DBPs emergentes, entre los que figuran los iodo-ácidos, los bromonitrometanos y la nitrosodimetilamina (NDMA), (en esta ultima juega un importante papel el empleo de las cloraminas), algunas de estos subproductos emergentes son más genotóxicos que los DBPs más ampliamente conocidos y regulados, que los análogos clorados.

En cualquier caso, el cloro es el más problemático, ya que puede actuar tanto en reacciones de sustitución como en reacciones de oxidación. 

Los subproductos de la desinfección y en concreto los trihalometanos y los ácidos haloacéticos, están siendo muy cuestionados, al atribuírseles  distintos efectos, todos ellos perjudiciales para el ser humano. 

Para cada uno de los productos de desinfección empleados, se han identificado la mayor parte de los subproductos y su efecto tóxico se ha estudiado sobre animales, utilizando dosis muy elevadas. 

Se considera que los efectos sobre la salud derivados de la polución de las aguas destinadas al consumo humano, pueden clasificarse en tres categorías: 

-           Riesgo a corto plazo, que a veces puede deberse al consumo de un sólo vaso de agua, este riesgo es principalmente de orden microbiológico. 

-           Riesgo a medio plazo, que requiere el consumo de agua durante semanas o meses, es el caso de un agua con elevado contenido en nitritos, nitratos, flúor, etc. 

-           Riesgo a largo plazo que requeriría el consumo de agua durante toda una vida, sería el caso de la mayor parte de los productos cancerígenos. 

La garantía microbiológica del agua (riesgo a corto plazo) es el primero y el más importante de los compromisos de los suministradores del agua. En ningún caso se debería aceptar la reducción de un riesgo a largo plazo frente a un riesgo a corto plazo. Si bien es necesario tomar muy seriamente los problemas derivados de los subproductos de la desinfección, la correlación entre estos subproductos y ciertos riesgos para la salud hay que tomarla con prudencia, ya que intervienen otros muchos factores y a veces el hecho de que el agua tenga un elevado contenido en subproductos es una prueba de un mal tratamiento global del agua. Una eficaz coagulación-floculación, filtración y un replanteamiento del punto de aplicación del desinfectante, puede rebajar estos contenidos elevados. No es imprescindible por tanto, suprimir el cloro como desinfectante, sino someter el agua antes de la cloración al tratamiento más adecuado. 

En relación con los subproductos de la cloración debe quedar suficientemente claro que estos subproductos  no sólo son imputables al cloro sino a la presencia en el agua objeto de la desinfección de determinadas materias orgánicas (precursores), lo cual nos llevaría a considerar que junto a la alternativa de sustitución del cloro como oxidante/desinfectante primario, se debería también tratar de eliminar estas sustancias orgánicas en el proceso de tratamiento antes, a ser posible de su contacto con el cloro, o bien si han llegado a formarse, utilizar algún proceso que los elimine. 

  Valores guía de subproductos

 La Organización Mundial de la Salud (OMS), fija en 2004, unos valores guía para algunos subproductos, que se indican a continuación:  

 SUBPRODUCTOS DESINFECCION           Valor guia (mg l-1)

 

                 Cloroformo                                                             0.2

                 Bromodiclorometano                                             0.06

                Dibromoclorometano                                             0.1

                Bromoformo                                                           0.1

               Acido Dicloroacetico                                              0.05

               AcidoTricloroacetico                                              0.2

               Bromato                                                                 0.01

               Clorito                                                                    0.7

               Hidrato de Cloral (tricloroacetaldehido)              0.01

              Dicloroacetonitrilo                                                 0.02

              Dibromoacetonitrilo                                               0.07

              Cloruro de Cianogeno                                           0.07

              2,4,6-Triclorofenol                                                 0.2

              Formaldehido                                                         0.9

 

El total de triahalometanos (THMs) representa la suma de la concentración de los 4 THMs (cloroformo, bromodiclorometano, dibromoclorometano y bromoformo). La suma del cociente de la concentración de cada uno de los THM a su respectivo valor guía no debe exceder de 1.

Considerarando la toxicidad conjunta de los cuatro THM se debe cumplir según la OMS:

     C.cloroformo             C.BDCM               C.DBCM            C.bromoformo

---------------------  +      -----------------    +      ---------------   +   -----------------------      <  1

   VG.cloroformo         VG.BDCM            VG.DBCM          VG.bromoformo

 

(siendo C la concentración y VG el valor guía) 

Estos subproductos los ha presentado la OMS como la concentración en el agua de bebida asociada a un riesgo de cáncer de 10-5, es decir, un caso adicional de cáncer por 100.000 personas que consumen 2 litros diarios de agua con la concentración guía del subproducto en 70 años. La UE considera un riesgo de 10-6 en lugar del 10-5 propuesto por la OMS. 

La Directiva Europea, 98/83 de 3 de Noviembre de 1998, fija un valor paramétrico para el total de trihalometanos de 100 mg/l, (1 de Enero de 2009),si bien para el período comprendido entre el quinto y décimo año, a partir de la entrada en vigor, el valor paramétrico será de 150 mg/l, indicando igualmente que los Estados miembros deberán procurar obtener un valor más bajo, cuando sea posible, sin afectar a la desinfección. 

            Por su parte, la EPA, en E.E.U.U., fija unos valores máximos: para el total de trihalometanos de 80 mg/l; para el total de los cinco ácidos haloacéticos 60 mg/l; para los bromatos 10 mg/l y para el clorito 1,0 mg/l.

En Estados Unidos, la EPA establece para el caso concreto del cloroformo, unas concentraciones de 1,90 mg/l., 0,19 μg/l. y 0,019 mg/l para unos riesgos de 10-5, 10-6 y 10-7 respectivamente. 

La correcta desinfección no puede abandonarse ni dejarse en segundo término ante un problema derivado de los subproductos de la desinfección, (la expresión de la propia OMS es :"In order to ensure the microbial safety of drinking-water, disinfection should never be compromised in trying to meet guidelines for any disinfection by--products". Es decir, la propia OMS establece que los criterios microbiológicos deben tener siempre preferencia y siempre que se pueda la concentración de subproductos deberá reducirse actuando sobre el proceso global de tratamiento.

 

Formación de los subproductos

Esquemáticamente, la formación de subproductos de la desinfección es la siguiente: 

             Desinfectante u oxidante + Precursores (Materia orgánica natural + Bromuros) Þ Subproductos de la desinfección. 

Puesto que el cloro es el agente desinfectante más utilizado, los derivados orgánicos clorados que se generan en la cloración de aguas, principalmente superficiales, han sido los más estudiados. La materia orgánica precursora de los subproductos de la cloración, son esencialmente los ácidos fúlvicos, ácidos húmicos, aminoácidos y nitrofenoles, que dan lugar a diferentes subproductos como los trihalometanos, ácidos haloacéticos, haloacetonitrilos, cloropicrina, clorofenoles.

Los mecanismos de formación de los subproductos tienen lugar al reaccionar el agente desinfectante, como sería el caso del cloro y la materia orgánica natural presente en el agua bruta (MON), esta está formada principalmente por sustancias húmicas.

La formación de trihalometanos  puede representarse mediante la  “reacción halomorfo” siguiente:

 2R – CO – CH3 + 3Cl2  → 2R – CO – CCl3 + 3H2

 La posterior hidrólisis dará lugar a

 R – CO – CCl3 + H2O  → R –CO – OH + CHCl3

Rook ha propuesto  un mecanismo de formación de los THM a partir de las moléculas de tipo resorcinol, de forma que mediante la oxidación por el ácido hipocloroso (HOCl) da lugar a una halogenación y la iniciación del ciclo aromático, despues una fractura de la molécula (en a) forma los trihalometanos. La fractura por la inserción de un hidróxido (en b) permite la formación de un ácido haloacético mientras que una tercera fractura (en c) forma halocetonas.

 Los factores que afectan la formación de los subproductos, son principalmente: las características de calidad del agua bruta (MON e iones bromuro) y los factores que rigen la operación como son el pH, la temperatura, la dosis del desinfectante y el tiempo de contacto.

 La dosis de cloro aplicada a un agua que contenga precursores de trihalometanos, así como el tiempo de contacto , es de suma importancia en la cantidad de subproductos formados. En el siguiente gráfico se observa la formación del principal y más elemental de estos subproductos, el cloroformo,en función del cloro aplicado y tiempo de contacto, en una determinada agua

   

 

La formación de los subproductos de la cloración, en concreto los trihalometanos y ácidos haloacéticos, tiene lugar en una primera fase relativamente rápida y otra posterior más lenta, en todo caso la reacción se completa a un 75-80% después de 24 horas de contacto y sigue más lentamente durante los 4 ó 5 días siguientes. Las reacciones pueden, pues, considerarse que son lentas. 

Considerando que la cinética de la desinfección por medio de cloro es más rápida que la formación de los subproductos, podemos aprovechar esta circunstancia para una vez conseguida la desinfección con una precloración, eliminar o estabilizar el efecto subsiguiente del cloro libre ya sea mediante una decloración o mejor aún, formando cloraminas. 

Las sustancias húmicas precursoras de la formación de los THM ( suelen constituir el 50% de la Materia Orgánica Natural, MON), se originan principalmente por la degradación de sustancias vegetales,  por arrastres de sustancias del suelo y por los propios procesos biológicos de las algas presentes en el agua, son compuestos de anillo aromático que son rotos cuando el cloro actúa sobre ellos formándose finalmente compuestos con uno o dos átomos de carbono (haloformos y a veces haloetanos). 

En general, la formación de THMs se ve favorecida con el aumento de los precursores, aumento del pH, aumento de la temperatura, aumento de la dosis de cloro y aumento del tiempo de contacto del cloro con el agua.

En la siguiente tabla se observa la influencia del pH en la formación de algunos subproductos:

 

Efecto del pH en la formación de subproductos (Fuente: Krasner, 1999)

 

Subproducto

pH = 5

pH = 7

pH = 9,4

THMs

Menor formación

 

Mayor formación

DCAA

Similar formación, aunque levemente mayor para pH = 7

TCAA

Similar formación

Menor formación

 

DCAN

 

Mayor formación

Formación dentro de 4 horas, luego

decae

 

Menor formación

  DCAA  =  Ácido  dicloroacético,  TCAA  =  Ácido  tricloroacético,  DCAN  = Dicloroacetonitrilo

 

La formación de los haloformos tiene lugar cuando el cloro empleado está en forma de cloro libre, no formándose en cambio con el cloro combinado en forma de cloraminas, ni con el dixido de cloro. 

La materia orgánica natural, MON, es considerada como el mayor precursor en la formación de subproductos de la desinfección y el carbono orgánico total, COT, y la absorbancia UV a 254 nm se suelen utilizar como una medida de la posible formación de subproductos de la desinfección. La formación de los haloformos tiene lugar cuando el cloro empleado está en forma de cloro libre, no formándose en cambio con el cloro combinado en forma de cloraminas cuantificación global de los precursores.

La concentración y tipo de materia orgánica natural (NOM) y su propensión a formar THMs son a menudo valorados usando ciertos parámetros indicativos, siendo los más frecuentes el carbono orgánico total (TOC), el carbono orgánico disuelto (DOC) y la absorbancia ultravioleta a 254 nm de longitud de onda (UVA254).

Mientras que la absorbancia UV refleja la concentración mayor de precursores en agua, la naturaleza y reactividad de los precursores se evalúan mejor mediante un parámetro llamado absorbancia UV específica (SUVA). SUVA se correlaciona bien con la aromaticidad y la hidrofobicidad del carbono orgánico y por lo tanto su potencial para formar THMs. (Ryan Hanley, 2012).

 

                                           (UVA254  cm-1) x 100

SUVA como L/mg-m  =  ――—――――――――     

                                                     DOC en mg/L     

  

Valores de SUVA menores de 2 por lo general indican una alta fracción de materia hidrofílica no húmica con una absorbancia UV baja, una demanda de cloro baja y un bajo potencial de formación de THM.

Valores SUVA entre 2 y 4  son indicativos de una mezcla de materia hidrofóbica húmica e hidrofílica no-humica, con absorbancia  UV media, una mayor demanda de cloro y mayor potencial de formación de THM.

Valores SUVA superiores a 4 son indicativos de la presencia de materia hidrofóbica húmica altamente aromática, asociada con una alta absorbancia UV, alta demanda de cloro y un alto potencial de formación de THM.

 

Efecto del TOC en la formación de THM (Fuente: Xie, «Disinfection By µ

Products in Drinking Water, Formation, Analysis and Control», 2004)

 

 

TOC (mg/l)

TTHM (µg/l) (fuente con

0,01 mg/l de bromuros)

TTHM (µg/l) (fuente con

0,8 mg/l de bromuros)

1,10

25

88

1,38

32

135

2,00

40

180

3,25

62

240

4,15

75

242

 

En cuanto a los subproductos originados por el empleo de las cloraminas, hay que destacar la posible formación de cloruro de cianógeno como resultado de la reacción de compuestos orgánicos precursores con el cloro, más concretamente con el ácido hipocloroso, en presencia del ión amonio.

 La combinación de los diversos productos empleados en la desinfección, en la distintas fases de esta, genera a su vez distintos subproductos, que de una forma resumida se presentan en el siguiente cuadro:                                           

 

    SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCION ASOCIADOS CON LOS DIVERSOS PROCESOS

    COMBINADOS DE OXIDACION/DESINFECCION 

                    Proceso

Subproductos

Observaciones

Preoxidación

Desinfectante

Primario

Desinfectante

Secundario

Cloro

Cloro

Cloro

XSPDS  (*)

Máxima formación de XSPDs conparada con otra combinación. Principalmente se forman THMs y ácidos haloaceticos (AHAs)

Aldehídos

Formacion a muy bajos niveles

Cloro

Cloro

Cloramina

XSPDS 

Cloruro y bromuro de cianógeno

Formación de XSPDs (THMs y AHAs) en menor cantidad que la combinación Cloro/cloro/cloro.

Aldehidos

Formación a muy bajos niveles.

Dióxido de Cloro

Cloro

Cloro

XSPDS 

Formación de XSPDs más reducido que empleando cloro en preoxidación.

Aldehídos y ácidos carboxílicos.

Formación relativamente baja.

Clorato y clorito.

Posible formación de ambos.

Dióxido de Cloro

Cloro

Cloramina

XSPDS 

Cloruro y bromuro de cianógeno

Formación de XSPDs más reducida que el caso Dióxido/cloro/cloro al no emplear cloro libre  como desinfectante secundario

Aldehídos y ácidos carboxílicos.

Formacion a muy bajos niveles

Clorato y clorito.

Posible mayor formación de clorito.

Dióxido de Cloro

Dióxido de Cloro

Cloro

XSPDS 

Formación de XSPDs principalmente por la desinfección secundaria con cloro libre.

Aldehídos y ácidos maleico y carbóxilico.

Formación a muy bajo nivel.

Clorato y clorito.

Posible mayor formación de clorito.

Dióxido de Cloro

Dióxido de Cloro

Cloramina

XSPDS 

Formación mínima de XSPDs, especialmente THMs y AHAs , al no usar cloro libre.

Aldehídos y ácidos maleico y carbóxilico.

Formación a muy bajos niveles.

Clorato y clorito.

Posible mayor formación de clorito.

Permanganato potásico

Cloro

Cloro

XSPDS 

Formación de XSPDs más reducida que empleando cloro en preoxidación (**)

Aldehídos

Formación relativamente baja.

Permanganato potásico

Cloro

Cloramina

XSPDS 

Cloruro y bromuro de cianógeno

Formación de XSPDs en menor cantidad que la combinación Permanganato/cloro/ cloro.

Aldehídos

Formación a muy bajos niveles

Ozono

Ozono

Cloro

XSPDS 

Formación de ciertos XSPDs, que puede ser mayor o menor comparado con cloro/cloro/cloro. Formación de subprod. brominados cuando hay bromuros en el agua bruta.

Bromatos, Aldehídos, ácidos carboxilicos

Formación de cantidades relativamente altas.

 

Ozono

Ozono

Cloramina

XSPDS 

Cloruro y bromuro de cianógeno

Formación de XSPDs minimizada al no usar cloro libre.

Bromatos, Aldehídos, ácidos carboxilicos

Formación en cantidades relativamente alta

(*) XSPDs = Subproductos halogenados de la desinfección.

(**) = Puede aún disminuirse esta formación desplazando el punto de adición del cloro.

 

Factores que inciden en la formación de subproductos

Diversos factores que inciden de manera importante en la inactivación de patógenos, influyen también en la formación de subproductos de la desinfección. En el siguiente cuadro se resumen estas influencias                                        

INFLUENCIA DE DIVERSOS FACTORES EN LA INACTIVACION DE PATOGENOS Y EN LA FORMACION DE SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCION 

FACTOR CONSIDERADO

IMPACTO EN LA INACTIVACION DE PATOGENOS

IMPACTO EN LA FORMACION DE SUBPRODUCTOD DE LA DESINFECCION

Tipo de desinfectante

Depende de la eficacia de la inactivación.

Depende de la reactividad del desinfectante.

Potencia del desinfectante

A mayor potencia del desinfectante mayor rapidez en el proceso de la desinfección.

A mayor potencia del desinfectante, mayor es la cantidad de subproductos formados.

Dosis de desinfectante

El incremento en la dosis de desinfectante incrementa la tasa de desinfeccion.

En general el incremento en la dosis incrementa la tasa de formación de subproductos.

Tipo de organismo

La susceptibilidad para la desinfección varía según el grupo del patógeno. En general los protozoos son más resistentes a los desinfectantes que las bacterias y virus.

 

 

 

         Ninguno

Tiempo de contacto

Con el aumento del tiempo de contacto decrece la dosis requerida de desinfectante para un nivel de desinfección dado.

El incremento del tiempo de contacto, para una dosis dada de desinfectante, incrementa la formación de subproductos de la desinfección.

 

       Turbidez 

  

Las partículas que dan lugar a la turbidez pueden proteger a los microorganismos de la acción de los desinfectantes.

El aumento de turbidez puede etar asociado con el aumento en la materia orgánica natural que a su vez supone un incremento de la cantidad de precursores y subproductos de la desinfección, cuando se aplica el desinfectante.

pH

El pH puede afectar a la forma del desinfectante y por tanto a su eficiencia.

El pH influye en gran medida en la formación de subproductos de la desinfección.

Materia Orgánica disuelta  (MOD)

LA MOD origína una mayor demanda del desinfectante, reduciendo la cantidad de este, disponible para la inactivación de patógenos.

El  incremento de MOD supondrá una mayor cantidad de precursores para la formación de subproductos de la desinfección cuando se aplica el desinfectante.

Temperatura

El incremento de temperatura incrementa la tasa de desinfección.

El incremento de temperatura conlleva una más rápida reacción de oxidación, y por tanto un incremento en la formación de subproductos de la desinfección.

 

Algunos estudios de diversos autores (Clar 1994) han llegado a fijar para un agua concreta una relación entre los THMs totales y el contenido en COT (determinado por la absorbancia, UV a 254 nm): THM = 2,056 + 1648,2 UV. 

Otros como Hutton y Chung han llegado a predecir la concentración de THM a las 24 horas de contacto por una relación directa con el carbono orgánico disuelto, COD y la absorbancia UV de un agua: THM24 horas = 2,35 (COD x UVabs)0,59 

Amy y col. (1987), desarrollaron el siguiente modelo empírico muy útil para la predicción de la concentración de trihalometanos a partir de varios parámetros de calidad de aguas:

  

TTHM = 0,00309 x (UVA-254  x  TOC)0,440  x (Cl2 )0,409   x   Ø 0,26  x  T1,06    x  (pH–2,6)0,715    x   (Br+1)0,0358

 

TTHM = Trihalometanos totales ( moles/l) UVA-254 = Absorbancia a 254 nm (cm-1) TOC = Carbono orgánico total (mg/l)

 

Cl2 = Dosis de cloro al comienzo de la reacción (mg/l)

 Ø= Tiempo de reacción (horas)

T = Temperatura (ºC)

 

Br = Concentración de bromuros (mg/l)

 Este modelo  incluye los siguientes rangos para los parámetros: TOC de 3 a 13,8 mg/l Ø de 0,1 a 168 horas, temperatura de 10 a 30ºC, pH entre 4,6 y 9,8, absorbancia UVA-254 de

0,063 a 0,489 cm-1, bromuros entre 0,010 y 0,245 mg/l, y dosis de cloro entre 1,5 y 41,4 mg/l (Chowdhury y col., 1999).

 

Posteriormente, Amy y col. (1991, en Chowdhury y col., 1999), perfeccionaron con s datos la ecuación anterior, y propusieron ecuaciones de formación para las distintas especies de trihalometanos:

 

[CHCl3] = a * (UVA-254 * TOC)b * (Cl2)c *  Ø d * Te * (pH–2,6)f * (Br+1)g

 

 [CHCl2Br] = a1 * (UVA-254 * TOC)b1 * (Cl2)c1 *  Ø d1 * Te1 * (pH–2,6)f1 * (Br)g1

 [CHClBr2] = a2 * (UVA-254 / TOC)b2 * (Cl2)c2 *  Ø d2 * Te2 * (pH–2,6)f2 * (Br)g2

 [ CHBr3] = a3 * (UVA-254)b3 * (Cl2)c3 * qd3 * Te3 * (pH–2,6)f3 * (Br / TOC)g3

 TTHM  =  CHCl +  CHCl2Br  +  CHClBr +  CHBr3

 Donde:

TTHM  = Concentración de trihalometanos totales (  moles/l)

CHCl = Concentración de cloroformo (  moles/l)

CHCl2Br  = Concentración de bromodiclorometano (  moles/l)

CHClBr = Concentración de dibromoclorometano (  moles/l)

CHBr = Concentración de bromoformo (  moles/l)

 

Los parámetros ai, bi, ci, di ei, fi, gi del modelo dependen de la concentración de bromuros en el agua según la tabla siguiente:

Coeficientes para predicción de trihalometanos según modelo de Amy y

col. (1991). (Fuente Chowdhury y col., 1999)

 

Coeficiente

Br < 0,25 mg/l

0,25 mg/l < Br < 0,75 mg/l

Br > 0,75 mg/l

a

0,381

0,00776

28,47

b

0,553

0,988

1,0837

c

0,457

0,1829

0,1718

d

0,251

0,2675

0,2121

e

0,986

2,6131

1,8227

f

0,978

-0,7367

-0,2576

g

0,533

-2,6614

-8,0572

a1

0,835

0,066

0,0615

b1

0,074

0,3519

0,4845

c1

0,381

0,8515

1,1501

d1

-0,258

0,2939

0,2976

e1

0,681

1,3478

1.4203

f1

0,886

-0,2774

-0,7399

g1

0,710

0,0821

-2,111

a2

3,043

0,1246

0,3654

b2

-0,0199

-0,2930

0,140

c2

-0,0105

0,7073

1,3343

d2

0,2499

0,2576

0,2748

e2

0,5285

0,7275

0,6448

f2

1,5339

0,6492

-0,2901

g2

2,0455

1,2451

0,7757

a3

11,82

29,28

686663

b3

0,3407

-1,453

0,8122

c3

-0,2468

3,338

5,4964

d3

0,1256

0,2052

0,2466

e3

-0,7812

-2,802

-5,9748

f3

2,0894

0,9105

2,566

g3

1,1332

2,7728

6,4774

 

Métodos para reducir la formación de subproductos

La MON se puede eliminar o reducir mejorando los fenómenos de coagulación-floculación, sedimentación, filtración y adsorción, empleando carbón activo. La reducción de la materia orgánica reduce paralelamente la necesidad de agentes oxidantes y minimiza los problemas de sabores y subproductos. 

Si los subproductos de la desinfección ya se han formado, se pueden reducir o eliminar algunos, mediante stripping con aire y adsorción con carbón activo en grano. 

Habrá que tener en cuenta que los subproductos de desinfección pueden volver a formarse en la red de distribución, si se emplea cloro como desinfectante residual y por otra parte, también habrá que considerar que cuando se regenera el carbón activo granular por el que ha pasado agua clorada se pueden producir dioxinas y además la capacidad de adsorción del carbón activo se agota rápidamente cuando se adsorben THMs, es por tanto mejor emplear el carbón activo para eliminar los precursores de THMs que para eliminar los THMs formados. 

De lo anteriormente expuesto, se desprende la necesidad de revisar la práctica de la cloración, de manera que se reduzca la formación de estos compuestos orgánicos clorados, actuando en varias direcciones, salvaguardando siempre la calidad del agua.   

  (pinchar  para ver mayor) subpro2.jpg (51939 bytes)

En primer lugar, lo aconsejable sería que no llegaran a formarse los haloformos, pues una vez formados es difícil su eliminación con las operaciones convencionales que tienen lugar en el proceso de tratamiento del  agua, siendo la aireación la técnica que elimina en mayor medida estos THMs. La prevención de la formación de subproductos es generalmente más eficaz y económica que la eliminación , una vez formados.

Los precursores se reducen dentro del proceso de tratamiento en las fases de coagulación-floculación y filtración y con el empleo de carbón activo. 

 Señalamos algunas de las actuaciones que se pueden seguir para reducir la formación de estas sustancias:

-Ajustar durante la cloración el valor del pH, próximo a 7 y no a pH más altos.

-Cambiar el punto de cloración dentro del proceso, con objeto de eliminar la mayor parte de los precursores antes de entrar en contacto con el cloro, es decir, proceder a una coagulación-floculación y sedimentación parcial antes de la precloración. Unos eficaces procesos de coagulación, floculación, decantación y filtración pueden eliminar una gran parte de los precursores de subproductos y a la vez reducir la cantidad del desinfectante requerido.

-Ajustar la dosis de cloro y el tiempo de contacto, de forma que atendiendo a las necesidades bactericidas del agua, y después de haber reaccionado el cloro preciso con el amonio (velocidad de reacción rápida) , no sobre cloro, que llegaría a formar THMs. 

- Finalmente, como actuación para disminuir o evitar la formación de THMs, debería no emplearse cloro en la desinfección. En este sentido cabe destacar el empleo de dióxido de cloro, ozono y cloraminas , que  no generan THMs. En cualquier caso hay que tener presente que en la desinfección del agua no solo se generan THMs como subproductos de la desinfección , sino  que existen otros muchos compuestos o subproductos generados en la desinfección , tanto al emplear cloro como al utilizar otros de los desinfectantes mencionados.  

La reducción de los niveles de cloro aplicados en la desinfección del agua, es un hecho en diversas ciudades de Europa (Holanda, Alemania, Dinamarca) a veces por las presiones de los propios consumidores, debido al sabor provocado por el cloro como por los nuevos valores para los THM. En bastantes sistemas esto se conseguirá a muy alto costo y esfuerzo, principalmente en aguas de superficie y extensas redes de distribución y no deberá olvidarse lo ya indicado al comienzo del artículo en cuanto a que el riesgo que conllevan los subproductos de la cloración es muy débil ante el riesgo que comporta un agua no desinfectada.

Los datos de la OMS a este respecto son claros, manifiesta que la desinfección del agua ha reducido un 25% los episodios diarreicos y la mortalidad en el Tercer Mundo, aún está presente la epidemia de cólera del 1991 en Perú, extendida a varios países de Sudamérica con cerca de 500.000 afectados y unos 4.000 muertos, siendo el origen de esta epidemia una mala desinfección del agua, o el reciente brote de E. Coli, Mayo de 2.000, en una pequeña ciudad de Canadá, que afectó a unas 500 personas, causando incluso varias muertes y apuntándose la posibilidad de problemas en la desinfección del agua y más recientemente, (años 2008 - 2009), la epidemia con varios tipos de muertes en Zimbabwe y aún más reciente en Haiti.

Hay que tener claro cual es el "riesgo de la desinfección" y el "riesgo de la no desinfección". El riesgo de enfermar e incluso de morir por enfermedades originadas por agua no desinfectada (diarrea, fiebre tifoidea, cólera, etc..)como puede ocurrir en países subdesarrollados y en zonas deprimidas, es mayor y a más corto plazo que el riesgo potencialmente bajo del agua desinfectada.

La Academia Americana de Microbiología apoya el siguiente criterio comparativo respecto a los riesgos microbianos frente a los contaminantes químicos : "Es importante indicar que no hay pruebas directas y definitivas que señalen que los subproductos de desinfección afecten la salud de los seres humanos en concentraciones encontradas en el agua potable ... No se debe permitir que las preocupaciones sobre la toxicología de los SPD comprometan la exitosa desinfección del agua potable, sin contar por lo menos con datos que refuercen tales decisiones". (Ford y Colwell, 1996)

Tres suelen ser los tipos de exposición de las personas a los subproductos de la desinfección: ingestión por vía oral, absorción por la piel, e inhalación a través de las vías respiratorias  La ingestión de THM por vía oral es como consecuencia del consumo de agua tratada con cloro. La absorción cutánea tiene lugar principalmente en piscinas (especialmente las cubiertas) duchas, humidificadores, etc. la  inhalación es motivada al ser los THM componentes volátiles del agua potable desinfectada con cloro, pudiendo por tanto estar presentes en el aire.

Existen otro productos de uso doméstico como suavizante , insecticidas, detergentes  y blanqueadores a base de cloro que pueden contener THM.  También ciertas actividades  industriales como plantas de tratamiento de agua, centrales nucleares, fabricación de pasta de papel.

En el cuadro siguiente elaborado por la EPA, se recogen varios tipos de subproductos, clasificación , según la EPA y los efectos nocivos para la salud:

                               

 

El cloroformo ha sido clasificado como posible carcinogénico para humanos (Grupo2), basado en una evidencia limitada en humanos, pero suficiente en animales(IARC, International Agency for Research on Cancer 1999). En un estudio de la Organización Mundial de la Salud (WHO- International Programme on Chemical Safety-Ginebra2004), se estableció como dosis tolerable diaria (TDI) 0,015 mg/kg de peso corporal por diía, calculado así:

  12 mg/L                   2 L

__________ x ________              = 0,015 mg / Kg. de peso por día

      25                      64

12 mg/L: limite de confianza del 95%, para un 5% de incidencia de quistes hepaticos.

25: Factor de incertidumbre en estudios toxicocineticos

2 L: Es la cantidad de agua consumida por dia

64: Peso promedio de un adulto

La parte positiva de la desinfección es principalmente la eliminación de organismos patógenos y el lado negativo es la formación de subproductos, ambos contrapuestos.

 

Microorganismos + NOM + Desinfectante → Microorganismos destruidos + DBPS  

Sobre la formación de subproductos de la desinfección (SPD),debe considerarse que el agua almacenada en un depósito es un excelente reactor químico que permite el desarrollo de reaccciones químicas, formando subproductos de desinfección al mismo tiempo que la inactivación y eliminación de microorganismos. La cinética de formación de SPD es fuertemente dependiente de las características fisicoquímicas del agua tales como temperatura, fracciones hidrofóbico/hidrofílico en la materia orgánica natural(NOM), pH y tratamiento previo.  Reducir los límites de SPD en el agua potable debajo de un cierto nivel no parece ser una solución comprometida ya que el avance en métodos analíticos y técnicas y la investigación relacionada con la salud humana ha revelado que el límite apropiado de los SPD debe ser dentro de ng l-1 en vez de la escala de µ la g l-1 para un  agua potable más segura. La eliminación de estos peligrosos SPD o mejor aún la inhibición de su formación deja una realidad desafiante en la investigación. Además, debido al hecho de que hombre está expuesto a lo largo de su vida a los SPD en el agua potable, habrá un efecto acumulativo de estos productos químicos tóxicos incluso en sus concentraciones más reducidas. Por lo tanto, la eliminación de estos peligrosos productos químicos o mejor aún la inhibición de su formación es  necesaria y se considera un verdadero desafío y el principal objetivo de la tecnología del tratamiento del agua para la supervivencia de la humanidad.

En el esquema siguiente se simplifica este hecho. Se puede concluir que ningún desinfectante reúne los requisitos que lo hagan el desinfectante perfecto, en cuanto a la desinfección y formación de subproductos, si bien la combinación de dos o más desinfectantes pueden conseguir resultados más satisfactorios que uno solo. 

                                                                     

 

Composición y concentración de carbono orgánico disuelto y la formación de THMs en aguas procedentes de suelos agrícolas en California y su implicación en la calidad del agua potable. Informe de 19 páginas, en inglés, de Roger Fujii y otros (U.S.Geological Survey), en cooperación con el California Department of Water Resources. Se citan gran cantidad de referencias a publicaciones sobre subproductos de la desinfección.

New Trends in Disinfection By-Products Formation upon Water Treatment.

Ahmed Boucherit, Saad Moulay, Djamel Ghernaout, Abdulaziz Ibraheem Al-Ghonamy, Badiaa Ghernaout, Mohamed Wahib Naceur, Noureddine Ait Messaoudene, Mohamed Aichouni, Ammar Abdallah Mahjoubi, Noureddine Ali Elboughdiri (2015), "New Trends in Disinfection By-Products Formation upon Water Treatment," Journal of Research & Developments in Chemistry, Vol. 2015 (2015), Article ID 628833, DOI: 10.5171/2015.628833.

Dióxido de cloro y su efecto en la formación de trihalometanos. (Revista Tecnología del Agua, Junio de 2000). Aplicación práctica en la ETAP de Montfullà.

Por: C.de Ciurana Gay - J.Om Tubau

Dioxido de cloro para evitar la formación de trihalometanos . Publicado por la revista Ingenieria Química y recogido por Ercros.

Efectos de los trihalometanos sobre la salud. A. SÁNCHEZ ZAFRA. Hig. Sanid. Ambient. 8: 280-290 (2008)

Disinfectants &Disinfecctión Byproducts Rule (EPA)- Ensayos en cuatro estaciones de tratamiento. Página de EPA en la que se expone las experiencias y resultados (en inglés) llevados a cabo en cuatro estaciones de tratamiento de Estados Unidos, de cara a cumplir con las especificaciones que se fijan en las estrategias o reglas para la reducción de los subproductos de la desinfección. Los resultados y conclusiones se exponen en formato tipo ficha.

Cloración del agua potable en España y cáncer de vejiga : Estudio realizado realizado por C.M.Villanueva , M.Kogevinas y J.O.Grimalt.

Trihalometanos y nuestro suministro de agua. Página , en inglés, con ilustraciones y enlaces a distintos conceptos de Souther Data Strean. 

Informe sobre trihalometanos, realizado por la Organización de Consumidores y Usuarios de España en distintos puntos.

Consideración sobre los subproductos de la desinfección. Publicación de la Red Iberoamericana de Potabilización y Depuración  del Agua.

Investigación de trihalometanos en agua potable del Estado de Carabobo. Venezuela. Publicación de A.Sarmiento y otros autores.

Environment & Sustainable Development

City of Tomorrow and Cultural Heritage

Trihalometanos en Cáceres :el nivel de trihalometanos preocupa     Diario HOY  (2-10-2006) El Ayuntamiento estudia ya cambiar el tratamiento del agua para garantizar su potabilidad

Trihalometanos en el agua del grifo: «Toda la población está expuesta al consumo de trihalometanos» .Hermenegildo García Gómez, catedrático de Química Orgánica de la UPV

 Varios articulos de prensa sobre el contenido de THM en España :(El THM permitido en España eleva el riesgo de sufrir cáncer de vejiga -

En marcha otro macro estudio en la UE - La OCU insta a aplicar políticas de máximos al tratar el agua potable)

 

Manolis Kogevinas: "Barcelona debe tener agua de mejor calidad". Es codirector del Centre de Recerca en Epidemiologia Ambiental (CREAL), que estudia la composición del agua que llega a los grifos de Barcelona y su calidad. Articulo publicado por elPeriodico.com 17-6-2008

Estudio experimental usando carbón activo en grano para el control de THMs en agua potable.

AN EXPERIMENTAL STUDY AT THE ATHENS WATER WORKS AND AN ECONOMIC EVALUATION OF THE METHOD

Removal of small trihalomethane precursors from aqueous solution by nanofiltration. Articulo de Yi-Li Lin a, Pen-Chi Chiang a,∗,1, E.-E. Changb,2
a Graduate Institute of Environmental Engineering, National Taiwan University, 71 Chou-Shan Road, Taipei, Taiwan
b Department of Biochemistry, Taipei Medical University, 250 Wu-Hsing Street, Taipei 110, Taiwan.

Reduction of disinfection by-products precursors by nanofiltration process. Yi-Li Lin a,∗, Pen-Chi Chiang a, E-E Changb a Graduate Institute of Environmental Engineering, National Taiwan University, 71 Chou-Shan Rd., Taipei 106, Taiwan b Department of Biochemistry, Taipei Medical University, 250 Wu-Hshin Street, Taipei 110, Taiwan.

Nuevos subproductos emergentes de la desinfeccion y vias alternativas de exposicion . Art. de D.D.Richardson en Global NEST Journal, Vol 7, No1, pp 43-60, 2005.

Uso de cloro para la desinfección de agua para consumo:efectos en la salud humana. Publicación de  Química María Luisa Castro de Esparza en hojas de divulgación técnica de CEPIS.

Indice general

    Resumen
    Capacidad bactericida del cloro
    Cloro residual: efectos tóxicos
    Efectos tóxicos de los sobreproductos de la cloración
    Estudio que reportan asociaciones entre la cloración del agua y casos de cancer en seres humanos
    Conclusiones y recomendaciones
    Bibliografía
     

Subproductos de la desinfección del agua potable: Formación, aspectos sanitarios y reglamentación. RODRIGUEZ, Manuel J, RODRIGUEZ, Germán, SERODES, Jean et al.  INCI, nov. 2007, vol.32, no.11, p.749-756. ISSN 0378-1844.INTERCIENCIA

     

                  Tabla con información toxicológica de los subproductos de la desinfección

             Formación de iones  bromato por ozonización de iones bromuro en presencia de materia orgánica.

Publicación en frances de B.K.Koudjonou, J, PCroue, B.Legube,  en REVUE DES SCIENCES DE L'EAU (1996) 231-245 R

LOS TRIHALOMETANOS (THMs) EN EL AGUA DE CONSUMO.

Reducción de trihalometanos en agua potable mediante preoxidación con dióxido de cloro. Revista del Agua de Grundfos.

Estudio de la influencia del tipo de tratamiento de potabilización en la generación y permanencia de trihalometanos en los sistemas de potabilización utilizados en la Comunidad Autónoma de Aragón.

Publicado por Conama10

Disinfection By-Product Formation in Drinking Water Treated with Chlorine Following  UV Photolysis & UV/H2O2. Remilekun Yetunde Adedapo. A thesis presented to the University of Waterloo. Ontario, Canada, 2005

REDUCCIÓN DE TRIHALOMETANOS EN AGUA POTABLE Mediante preoxidación con dióxido de cloro. Articulo de V. J. Macián Cervera, L. Monforte Monleón y R. Ribera Orts (Empresa Mixta Valenciana de Aguas,S .A.),N. Bernad Folia (Bombas Grundfos España,S .A.).I. Alvarez Alóndiga (Aragonesas Industrias y Energía,SA.).J. García Garrido (Brenntag Iberia,S.A.), recogido en la revista Ingenieria Química, Junio 2007

 Subproductos de la desinfección para el Estudio de Sistema de Agua de Nueva York

  Riesgos biológicos y subproductos de la desinfección en el agua de bebida. Publicación de Danilo Rios

FORMULATION AND MODELING OF TRIHALOMETHANE IN NEW BENHA WATER TREATMENT PLANT, EGYPT. Mohamed Basiouny, Tarek Elmitwalli and Mohamed Rabee

Department of Civil Engineering, Benha High Institute of Technology,Benha University, P.O. Box 13512, Benha El-Gedida, Benha, Egypt

 


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