Tema 16: Agua. - Universidad Central de Venezuela
Anuncio
16 AGUA TEMA 16 AGUA. Indicadores de la calidad microbiológica de las aguas de consumo y de proceso. Tratamientos. Métodos de control microbiológico. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Al finalizar el tema el estudiante podrá: 1. Discutir la importancia de la calidad microbiológica de las aguas de consumo y de proceso. 2. Discutir el fundamento de los métodos de tratamiento del agua. 3. Discutir el fundamento del control microbiológico del agua. IMPORTANCIA DE LA CALIDAD MICROBIOLÓGICA DEL AGUA DE CONSUMO Y DEL AGUA DE PROCESO La calidad del agua es un aspecto de gran importancia que se debe tener presente cuando se utiliza para el consumo o para la fabricación de medicamentos, alimentos y cosméticos. El agua puede contener una gran cantidad de sustancias que pueden afectar su calidad. Entre ellas podemos citar: • Gases disueltos (como el oxígeno y el cloro). • Sólidos disueltos (como sales de metales ionizados). • Materia orgánica no ionizada. • Material particulado (como coloides). • Microorganismos. AGUA ___________________________________________________________________________________________________ Cuando se utiliza el agua para el consumo, la presencia de microorganismos es de vital importancia, ya que ésta puede ser uno de los vehículos más importantes para la transmisión de microorganismos causantes de muchas enfermedades, por ello para el consumo humano se debe: • Utilizar agua del acueducto, siempre que sea posible. En el caso que no sea posible conocer la calidad el agua, se debe tratar antes de su consumo. • Evitar el consumo de alimentos cuando no se conoce la procedencia y/o la calidad del agua con la que han sido elaborados. • Almacenar el agua en recipientes cerrados y elaborados con materiales fáciles de limpiar y desinfectar. • Evitar el consumo de agua directamente de fuentes naturales. El agua, además de ser utilizada para el consumo humano, constituye un elemento básico en cualquier industria, ya que puede ser empleada como materia prima en la elaboración de una gran cantidad de productos y está presente en otros procesos vinculados con la producción, como son los procesos de limpieza y sanitarización de las áreas, el lavado de los materiales y equipos, los sistemas de enfriamiento, etc. Desde el punto de vista industrial se debe tomar en cuenta la presencia de impurezas en el agua porque su presencia puede producir: • La corrosión de los metales debido a la presencia de sustancias disueltas como el oxígeno, el cloro, etc. • La decoloración de las preparaciones por la presencia del cloro. • La formación de sedimentos por la presencia de iones, material particulado, etc. • La contaminación de productos, lo que puede representar un riesgo para la salud del consumidor y/o producir el deterioro del producto. Por estas razones el agua empleada en la elaboración de productos debe ser un agua que posea una calidad química y microbiológica adecuada. Se recomienda que el agua utilizada en estos casos sea un agua desmineralizada y/o destilada que posea una adecuada calidad microbiológica. También es importante realizar un control microbiológico periódico del agua antes de su empleo. La calidad del agua depende del tipo de agua utilizada, de los métodos de tratamiento aplicados, así como de los sistemas empleados para su almacenamiento y distribución. 2 AGUA ___________________________________________________________________________________________________ TIPOS DE AGUA Agua potable Es un agua adecuada para el consumo humano. Debe estar libre de microorganismos patógenos o que indiquen contaminación fecal, pero puede contener otros microorganismos. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos exige que este tipo de agua esté libre de coliformes totales, Cryptosporidium, Giardia lamblia, Legionella y virus (entéricos); y la Farmacopea de los Estados Unidos (USP 31) recomienda que el agua potable cumpla con los requerimientos de esta agencia, así como los exigidos por la Organización Mundial de la Salud y otros Organismos reconocidos Internacionalmente. Agua de aducción Es el agua proveniente del acueducto. Su calidad depende de su origen y de los tratamientos a los que ha sido sometida. Debe ser un agua potable. En la industria, uno de sus principales usos es el lavado de materiales y la limpieza de diferentes áreas. Agua ablandada o suavizada Es un agua con un escaso o nulo contenido de hierro y metales alcalino térreos que no corta el jabón, ni deja depósitos en los recipientes en que se le hierve. A esta agua se le ha removido su dureza producida por la presencia de sales como sulfatos, cloruros y de iones como el calcio y el magnesio. Usualmente se obtiene por precipitación utilizando cal o dióxido de carbono y por intercambio catiónico. El ablandamiento del agua es necesario porque el agua dura reduce la eficiencia del jabón y causa la formación de depósitos minerales que son difíciles de remover. En la industria se utiliza en los sistemas de enfriamiento y en el lavado de recipientes, también como materia prima para producir otros tipos de agua. Agua desmineralizada o desionizada Como su nombre lo indica, es un agua libre de minerales o de iones que se obtiene por un método basado en la remoción de impurezas, mediante la utilización de resinas sintéticas que tienen afinidad por las sales ionizadas disueltas. Agua obtenida por ósmosis inversa y agua destilada Estas son aguas obtenidas por los métodos de tratamiento que llevan el mismo nombre. Los procesos de obtención serán discutidos más adelante. Agua de proceso Es el agua que puede ser utilizada como materia prima para la elaboración de diversos productos. Usualmente es un agua obtenida por ósmosis inversa o destilación. 3 AGUA ___________________________________________________________________________________________________ MÉTODOS DE TRATAMIENTO DEL AGUA El agua se puede someter a diferentes tratamientos para eliminar sus impurezas químicas y microbiológicas. Para lograr este objetivo, existen plantas de tratamiento que permiten obtener el agua de aducción o agua potable que puede ser utilizada para el consumo y por otra parte, muchas industrias tienen su propio sistema de tratamiento para obtener el agua adecuada para la elaboración de sus productos. En la industria, dependiendo de la calidad del agua que llega a una planta, se pueden utilizar diferentes métodos, o una combinación de ellos, para producir un agua de proceso microbiológicamente aceptable. La selección del o los métodos adecuados se debe basar en el conocimiento de la composición de agua que se recibe y la aplicabilidad de cada proceso para la corrección de los problemas presentes. MÉTODOS PARA AGUAS ALMACENADAS El agua sometida a estos tratamientos no puede ser empleada como agua de proceso, para ello deberá ser sometida a otros procedimientos que describiremos más adelante. Cloración Este es uno de los procedimientos más empleados para el tratamiento del agua de aducción. Para aplicar este procedimiento se usa cloro gaseoso o compuestos donantes de cloro como el hipoclorito de sodio, los cuales son bactericidas y también tienen efecto sobre algunos virus y hongos. Su mecanismo de acción es por oxidación de los componentes celulares. Este procedimiento se puede emplear para el tratamiento del agua antes de la desmineralización y, como la presencia de cloro puede afectar al producto, se deben eliminar sus residuos mediante el uso de filtros de carbón, antes de su utilización en el proceso de producción. Ventajas: • Fácil de controlar. • Efectivo a bajas concentraciones (2 - 10 ppm). • Tiempo de contacto relativamente corto. • Efectivo en un rango de pH de 6 a 8,5. • Económico. Desventajas: • Es rápidamente inactivado por trazas de residuos orgánicos. • Es menos activo a medida que el pH aumenta (se inactiva a pH > 8,5). • Requiere un método para eliminar sus residuos (filtros de carbón) porque puede reaccionar con otras sustancias presentes en el agua y formar compuestos tóxicos. • Es un irritante respiratorio. • Puede impartir un sabor desagradable y disminuir el pH del agua. 4 AGUA ___________________________________________________________________________________________________ Ozonización Se utiliza como agente antimicrobiano al ozono, el cual tiene un fuerte efecto oxidante que se pierde rápidamente cuando éste se descompone en oxígeno. Ventajas: • Elimina bacterias, virus, esporas y quistes de amibas. • Reduce la carga orgánica total. • Es menos afectado por los cambios de pH y temperatura que el cloro. • Bajo costo. Desventajas: • No puede ser empleado en aguas con un contenido de manganeso soluble mayor de 0,5 ppm, porque es convertido en un compuesto insoluble que precipita. • Se debe remover el ozono residual porque tiene cierto efecto corrosivo. Radiación ultravioleta La radiación ultravioleta abarca longitudes de onda entre 200 y 380 nm, pero las comprendidas entre los 240 y 280 nm son las que tienen efecto antimicrobiano. Este método se emplea para reducir el número de microorganismos en el agua, ya que destruye la mayoría de las células vegetativas si la máxima profundidad del agua no es más de 0,5 cm. Existen lámparas germicidas fabricadas con vidrio de cuarzo, las cuales permiten el paso de un 70 a un 90% de la radicación. El vidrio normal no puede ser utilizado, ya que no permite el paso de este tipo de radiación. Ventajas: • No altera la composición del agua. • Puede ser utilizada en varios puntos del sistema y en los puntos de uso del agua. • Fácil instalación y mantenimiento. Desventajas: • La efectividad de la radiación está limitada por su escaso poder de penetración. • Los sedimentos acumulados sobre las lámparas reducen la eficacia del tratamiento. • El contenido mineral y orgánico del agua reduce drásticamente el efecto de penetración. • Se debe controlar cuidadosamente la velocidad de flujo y el tiempo de exposición con las lámparas. • El personal de mantenimiento debe usar la protección adecuada de la piel y lentes especiales cuando está en contacto con la lámpara, ya que la radiación puede ocasionar severas quemaduras. • Sólo controla el número de microorganismos presentes en el agua pero no los elimina completamente. 5 AGUA ___________________________________________________________________________________________________ Recirculación Se basa en que el movimiento constante del agua elimina el estancamiento y de esta manera se puede disminuir notablemente la velocidad de crecimiento de los microorganismos. Este método no se puede considerar, por si solo, como un método para el tratamiento del agua, por lo que debe ser empleado con otros procedimientos. MÉTODOS PARA OBTENER AGUA DE PROCESO Los siguientes métodos permiten la obtención de agua de proceso, es decir, agua que puede ser utilizada como materia prima en el proceso de producción. Filtración Consiste en hacer pasar el agua a través de un filtro (de profundidad y/o de superficie) capaz de retener los microorganismos presentes. Ventajas: • Puede eliminar la mayoría de los microorganismos. • No produce residuos químicos que interfieran con el producto. • No representa un peligro para el personal. Desventajas: • Es necesario que el agua haya sido tratada previamente para reducir la presencia de material particulado que pueda obstruir los filtros. • Se debe verificar la integridad de los filtros antes de aplicar el tratamiento. Calentamiento Consiste en calentar el agua a temperaturas elevadas durante un tiempo suficiente para asegurar la destrucción de los microorganismos. El tiempo y la temperatura a aplicar dependerán del número de contaminantes del agua. Ventaja: • No altera la composición del agua. Desventajas: • Representa un riesgo para el personal por las elevadas temperaturas que se generan. • El tiempo de contacto debe ser rigurosamente controlado para asegurar la destrucción de los microorganismos. • Costoso. 6 AGUA ___________________________________________________________________________________________________ Desmineralización o intercambio iónico Este método se basa en la remoción de impurezas del agua mediante la utilización de resinas sintéticas que tienen afinidad por las sales disueltas ionizad as. En este proceso se emplea el principio de intercambio iónico y las resinas empleadas pueden ser de intercambio catiónico, aniónico o mixtas. El sistema de purificación de agua por intercambio iónico puede consistir en dos, múltiples o una combinación de lechos desmineralizadores. En la industria el agua desmineralizada se utiliza con frecuencia para la elaboración de ciertas preparaciones, para el lavado de vidriería, equipos y envases, preparación de agentes sanitarizantes, y para alimentar las unidades de destilación o de ósmosis inversa. Ventajas: • No requiere un elevado gasto de energía. • Elimina del agua el material inorgánico disuelto. Desventajas: • Puede aportar contaminantes al agua. • Es necesario regenerar con frecuencia las resinas de intercambio iónico. Osmosis inversa Es un proceso en el cual se aplica presión a un solvente para forzarlo a pasar a través de una membrana semipermeable, desde una solución más concentrada a una menos concentrada. En otras palabras, en el proceso de ósmosis inversa se aplica una presión para hacer pasar el agua desde la zona de mayor concentración a la de menor concentración, de esta forma se obtiene un agua libre de iones, de material orgánico e inorgánico disueltos, partículas, pirógenos y de microorganismos. Para aplicar este método se emplean membranas semipermeables cuyo tamaño de poro es mucho más pequeño que los de los filtros mecánicos convencionales, por lo tanto se requieren presiones diferenciales mucho más grandes para pasar el agua a través de ellas. Ventajas: • Permite la remoción de aproximadamente el 99% de la contaminación microbiana. • No introduce residuos químicos. • Tiene un costo menor que los métodos que emplean calor y éste se mantiene constante independientemente del grado de impurezas que contenga el agua. • No representa un riesgo para el personal. Desventajas: • El método resulta más costoso que los métodos químicos. • El agua, que va a ser sometida a este tratamiento, debe tener una calidad química y microbiológica determinada para evitar el deterioro y/o la contaminación de la membrana. 7 AGUA ___________________________________________________________________________________________________ • No se deben emplear presiones demasiado elevadas porque esto puede provocar la ruptura de la membrana. Destilación Elimina del agua las impurezas convirtiendo el agua en vapor, para posteriormente recondensarla. Al salir del destilador el agua está libre de microorganismos pero se puede contaminar como consecuencia de fallas en el sistema de enfriamiento, en el tanque de almacenamiento o en los sistemas de distribución. Ventajas: • No altera la composición del agua. • Se pueden utilizar varios destiladores en serie para obtener un agua de mayor pureza (agua bidestilada o tridestilada). Desventajas: • Representa un riesgo para el personal. • Requiere un buen sistema de enfriamiento, almacenamiento y distribución. • Costoso. SISTEMAS DE TRATAMIENTO DEL AGUA Usualmente no se aplica un solo tratamiento para obtener un agua con la calidad deseada, lo que generalmente se instala es un sistema de tratamiento del agua que puede estar formado por: • Filtros de arena: actúan como prefiltros removiendo las partículas groseras y reduciendo la turbidez del agua. • Filtros de carbón: remueven el cloro y compuestos hidrocarbonados de bajo peso molecular. • Resinas de intercambio catiónico (ablandadores): para reemplazar por sodio, el calcio y el magnesio causantes de la dureza. • Desmineralizadores o desionizadores (catiónico y aniónico). • Destilador y/o unidad de ósmosis inversa. Finalmente el agua obtenida debe pasar al sistema de distribución y almacenamiento hasta su uso. En los sistemas de tratamiento se debe evaluar la calidad microbiológica del agua que se obtiene antes y después de aplicar cada tratamiento, ya que si no se toman las debidas precauciones, muchos de ellos pueden aportar contaminantes que posteriormente pueden pasar al producto que se elabora. 8 AGUA ___________________________________________________________________________________________________ SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIÓN DEL AGUA Los sistemas de almacenamiento y distribución pueden conducir a la contaminación del agua, por lo que deben estar diseñados de forma de asegurar su fácil mantenimiento. Los tanques de almacenamiento deben impedir el acceso del polvo, partículas orgánicas y sucio en general. Las paredes internas deben cubrirse con un material no poroso para facilitar la limpieza periódica. No se recomienda los tanques de acero inoxidable, sobre todo para las aguas desionizadas, por la gran cantidad de iones que liberan. Los sistemas de distribución deben diseñarse con un mínimo de curvaturas, codos y tubos en T, para evitar el estancamiento del agua. Es posible mantener la cantidad de microorganismos dentro de valores aceptables, tratando todo el sistema de producción, almacenamiento y distribución del agua con sustancias químicas o con métodos físicos. Entre las sustancias químicas que se añaden al agua para mantener su calidad microbiológica se encuentran el cloro y compuestos clorados, el yodo, el ozono, el peróxido, el formaldehido, los cuaternarios de amonio, el glutaraldehido y entre los principales métodos físicos empleados se encuentran el agua caliente y el vapor. La frecuencia del tratamiento dependerá de la contaminación presente en el sistema y de la compatibilidad del tratamiento con los materiales sobre los cuales se van a aplicar. ANÁLISIS MICROBIOLÓGICO DEL AGUA Los límites microbianos del agua utilizada en la elaboración de productos, deben establecerse de acuerdo a la naturaleza del producto y a las condiciones que se aplican durante su proceso de producción. Para conocer la cantidad de microorganismos presentes en el agua es necesario realizar su análisis microbiológico, para ello existen diferentes metodologías. Las técnicas convencionales para el análisis de agua se basan en la inoculación de alícuotas de la muestra problema en medios de cultivo adecuados. Entre estas técnicas se encuentran el método de recuento en placas y el método del número más probable (NMP). El método de la membrana filtrante también es ampliamente utilizado y se recomienda para los casos en los que se estima que es muy bajo el número de microorganismos presentes. Este método se fundamenta en que al filtrar una muestra de agua a través de una membrana, los microorganismos presentes quedan retenidos sobre su superficie; luego esta membrana se coloca sobre un medio de cultivo y se incuba. Durante este período los nutrientes del medio de cultivo difunden a través de la membrana y hacen posible que los microorganismos presentes en su superficie se multipliquen y desarrollen colonias que pueden ser contadas. Variando el medio de cultivo se podrán recuperar diferentes tipos de bacterias, mohos y levaduras. Para la aplicación de este método se requiere: • Una unidad de filtración. 9 AGUA ___________________________________________________________________________________________________ • Una membrana filtrante con un diámetro de poro de 0,45 μm, estériles o esterilizables a 121ºC por 10 minutos. • Almohadillas absorbentes o discos de papel de filtro u otro material de alta calidad, utilizadas para colocar sobre ellas medios de cultivo líquido que servirán como nutrientes a los microorganismos. Entre las ventajas de este método están: • Los resultados se obtienen rápidamente (aproximadamente a las 24 horas), mientras que con los otros métodos es necesario esperar entre 48 y 96 horas. • Permite analizar volúmenes mayores de muestra, por lo tanto ésta es más representativa. • Presenta un alto grado de reproducibilidad, es decir, los valores obtenidos tienen una mayor precisión. • Permite la concentración de los microorganismos patógenos que pueden estar presentes. • Permite el análisis de un gran número de muestras con un mínimo requerimiento de espacio, materiales, equipos, medios de cultivo, etc. • Permite calcular el número de ciertos tipos de bacterias. • Las membranas se pueden transferir a diferentes medios con el propósito de seleccionar o diferenciar microorganismos. Su principal desventaja es: • Si el agua contiene una elevada cantidad de material particulado puede producir la saturación de los filtros. TOMA DE LA MUESTRA Independientemente de la metodología a seguir, la toma de la muestra de agua es un procedimiento que se debe realizar bajo condiciones asépticas. Los puntos críticos de este muestreo incluyen los puntos de uso, los tanques de almacenamiento, antes y después de los lechos de desmineralización, los medidores, los filtros y cualquier área donde el agua permanezca estancada y por lo tanto permita la multiplicación de los microorganismos. Entre las precauciones que se deben seguir en el momento de la toma de la muestra están: • El muestreo lo debe realizar un personal entrenado. • La muestra se debe recoger en recipientes estériles, preferiblemente de vidrio y de boca ancha, con una capacidad de por lo menos 250 mL. 10 AGUA ___________________________________________________________________________________________________ • Los recipientes para la recolección de la muestra se deben mantener cerrados hasta el momento del muestreo. • Se recomienda dejar un espacio libre en el recipiente donde se toma la muestra (aproximadamente 2,5 cm), a fin de facilitar su agitación. • Se debe evitar la contaminación accidental del cuello y la tapa del recipiente durante la toma de la muestra. • Antes de recoger la muestra se debe enjuagar el interior y el exterior de la válvula de salida y dejar fluir el agua por un tiempo suficiente (2 a 3 minutos) para asegurar una muestra representativa y para evitar tomar como muestra, aguas estancadas. • La cantidad de muestra a tomar debe ser suficiente para realizar los análisis, preferiblemente no debe ser menor de 100 mL. • Las muestras se deben analizar dentro de 1 hora después de su recolección; si esto no es posible, las muestras se deben refrigerar y analizar dentro de las siguientes 4 horas. • Si el agua a analizar contiene cloro, se debe añadir 0,1% de tiosulfato de sodio para su neutralización. MUESTREADORES En el mercado existen equipos en miniatura que permiten de una forma rápida, simple y efectiva la detección de bacterias (coliformes fecales y totales), mohos y levaduras que se puedan encontrar en una muestra de agua. El muestreador consta de dos partes, el muestreador que es un filtro de poro 0,45 μm unido a una paleta que contiene una almohadilla adsorbente que contiene el medio de cultivo deshidratado, y un estuche plástico graduado empleado para la toma de la muestra y efectuar diluciones si es necesario, éste además hace las veces de cámara de incubación, manteniendo la humedad apropiada para el desarrollo de los microorganismos. Para la toma de la muestra con estos muestreadores deben tenerse en cuenta todas las precauciones señaladas anteriormente. De acuerdo al tipo de muestreador empleado, se desarrollarán las unidades formadoras de colonias de diferentes tipos de microorganismos. (coliformes, mohos y levaduras, aerobios totales), 11 AGUA ___________________________________________________________________________________________________ BIBLIOGRAFÍA Bastado, Yajaira. Tomo I. Agua. Trabajo para optar al ascenso a Profesor Agregado. Facultad de Farmacia. Universidad Central de Venezuela. Madigan M.T, Martingo J. M. y Jack Parker. 2004. Décima Edición. Brock Biología de los Microorganismos Prentice Hall CTFA Microbiology Guidelines 1993. Microbiological Quality for Process Water. De Castro Norma, De Curtis María Luisa. 1997. Preservación en Cosméticos Pieza Clave de la Calidad. Ediciones Vicerrectorado Académico. UCV. Gutiérrez de G, Sofía; Pedrique de A, Magaly. Manual de Prevención de Enfermedades Infecciosas y Parasitarias. Ediciones Vicerrectorado Académico. UCV. 2006 Millipore. Swab and Samplers. URL: http://www.millipore.com/catalogue/module/c10712. The Pharmacopeia of the United States of America. Cap 1231 Water for Fharmaceutical Purposes. 31 Edition. Rockville: USP; 2008. U. S. Enviromental Protecion Agency. National Primary Drinking Water Regulations EPA 816F-03-016, June 2003. URL: http://www.epa.gov/safewater/contaminants/index.html Sofía Gutiérrez de Gamboa Magaly Pedrique de Aulacio Enero 2002 Revisión 2008 ACTIVIDADES ADICIONALES ¿Qué procesos se aplican en las plantas de tratamiento del agua? ¿Por qué los coliformes se consideran índice de contaminación fecal? ¿Cómo se lleva a cabo el tratamiento de las aguas de desecho? 12 AGUA ___________________________________________________________________________________________________ Busca en un diccionario de inglés técnico la traducción al español de las palabras siguientes Chlorine Coliforms Deionized Distilled Eye damage Flow rate Membrane filter method Neutralized Point Quality Requirements Sampling Stainless steel Steam Suitable medium Tests Trace Treatment Untreated water Water supply Wide 13
