La desinfección de efluentes depurados

LA DESINFECCIÓN EN LA
REGENERACIÓN DE EFLUENTES
DEPURADOS.
Manuel Abellán Soler
Ingeniero Agrónomo
Responsable de Explotación Zona I
Entidad de Saneamiento y Depuración de la Región de Murcia
ESAMUR
1. INTRODUCCIÓN.
1.1.Definición de desinfección en aguas residuales.
1.2.La desinfección según el RD 1620/2007, de 7 de diciembre, sobre reutilización
de aguas residuales.
1.3.Métodos de desinfección más comunes en aguas residuales depuradas.
1.4.Factores que influyen en la desinfección.
1.5.Aspectos previos.
2. DESINFECCIÓN MEDIANTE COMPUESTOS DE CLORO.
3. DESINFECCIÓN MEDIANTE LUZ ULTRAVIOLETA.
4. DESINFECCIÓN MEDIANTE LAGUNAS.
5. OTRAS TECNOLOGÍAS DE DESINFECIÓN.
5.1. Ozono.
5.2. Electro – oxidación.
5.3. Fotocatálisis.
6. MEDICIÓN EN CONTINUO DE MICROBIOLOGÍA.
7. CONCLUSIONES.
8. BIBLIOGRAFÍA.
1
1. INTRODUCCIÓN
El agua, además de ser una sustancia imprescindible para la vida, por sus múltiples
propiedades, es ampliamente utilizada en actividades diarias tales como agricultura,
ganadería, industria y su uso doméstico, entre otras, convirtiéndose en uno de los recursos
más apreciados en el planeta. De ahí la importancia de conservar y mantener la calidad de
las fuentes naturales, de manera que se garantice su sostenibilidad y aprovechamiento para
futuras generaciones.
El impacto de las aguas residuales no tratadas en las fuentes de agua de uso común, se
han manifestado con la presencia de diversas problemáticas de salud, seguridad y de
impactos ambientales.
Los problemas de salud para la población se evidencian con la presencia en los cursos
de agua de microorganismos causantes de enfermedades. Los principales organismos
potencialmente problemáticos en el agua residual doméstica y que pueden afectar a la
salud humana y animal se pueden clasificar en tres grandes grupos: bacterias, virus y
parásitos (protozoos y helmintos). En la tabla 1 resume los microorganismos más comunes
que se encuentran en el agua residual doméstica y los tipos de enfermedades humanas
asociadas con los mismos.
Grupo
Bacterias
Virus
Protozoos
Helmintos
2
Organismo Patógeno
Enfermedad Causada
Escherichia coli
Leptospira spp.
Salmonela (unas 1700 esp.)
Salmonela typhi
Shigella (4 ssp)
Vibrio cholerae
Enterovirus (72 tipos, por ejemplo, polio, echo,
coxsachie)
Hepatitis A
Adenovirus (31 tipos)
Parvovirus (2 tipos)
Rotavirus
Balantidium coli
Cryptosporidium parvum
Entamoeba histolytica
Giardia lamblia
Ascaris lumbricoides
Ancylostoma duodenale
Necator americanus
Taenia spp
Trichuris trichiura
Enterobius vermicularis
Dipylidium caninum
Gastroenteritis
Leptospirosis
Salmonelosis
Fiebre tifoidea
Shigelosis (disentería bacilar)
Colera
Gastroenteritis, anomalías cardiacas y
meningitis
Hepatitis de tipo infeccioso
Enfermedades respiratorias
Gastroenteritis
Gastroenteritis
Balantidiasis (disentería)
Cryptosporidiasis
Amebiasis (disentería amébica)
Giardiasis
Ascariasis
Anquilostomiasis
Necatoriasis
Teniasis
Tricuriasis
Enterobiasis
Dipilidiasis
Hymenolepis nana
Hymenolepis diminuta
Diphyllobothrium latum
Fasciola hepática
Paragonimus spp
Dicrocoelium dentriticum
Schistosoma haematobium
Schistosoma intercalatum
Schstosoma mansoni
Opisthorchis spp.
Clonorchis sinensis
Capillaria spp.
Enterobius vermicularis
Toxocara canis / T. cati
Himenolepiasis
Himenolepiasis
Difilobotriasis
Fascioliasis
Paragonimiasis
Hepatomegalia o cirrosis
Esquistosomiasis
Esquistosomiasis
Esquistosomiasis
Opistorquiasis
Clonorquiasis
Capilariasis
Entorobiasis
Toxocariasis
Tabla 1. Principales agentes infecciosos presentes en aguas residuales domésticas y las enfermedades asociadas.
Fuente: EPA, M. Salgot, C. Lardin, S. Pacheco.
Como respuesta a estas preocupaciones, la desinfección se ha convertido en uno de los
mecanismos principales para la desactivación o destrucción de los organismos patógenos.
Para que cualquier agente desinfectante sea eficaz, el agua residual debe ser tratada
adecuadamente, antes de realizarse las actividades de desinfección.
En este tema se relacionan y describen los principales sistemas utilizados para la
desinfección de aguas residuales en las EDAR y/o ERAR, para su posterior reutilización,
con un enfoque práctico.
1.1. Definición de desinfección en aguas residuales.
La desinfección, a grandes rasgos, consiste en la eliminación o destrucción de
microorganismos que causan enfermedades. En este proceso, no todos los
microorganismos son eliminados, punto en el que radica su diferencia con la esterilización.
No debe perderse de vista que el objetivo no es obtener un agua estéril, sino agua que esté
libre de patógenos, o en su caso por debajo de los límites fijados en el RD 1620/2007 de 7
de diciembre, sobre reutilización de aguas residuales, según sea el uso posterior del agua
regenerada.
En la siguiente tabla se muestra la concentración promedio de los indicadores de
contaminación fecal presentes en el agua residual:
Parámetro
UFC/100 (log)
Coliformes
fecales
6,99
E.coli
Estreptococos
7,27
6,07
Clostridium
perfringens
5,44
Fagos
somáticos
6,35
Fagos
F+
5,58
Giardia
spp.
3,03
Tabla 2.Concentración promedio de los indicadores de contaminación fecal en aguas residuales. INCO 2001
Los valores mostrados en esta tabla, son típicos de núcleos de población residenciales
donde las aguas residuales son generadas por una actividad humana asimilable a
doméstica. Es muy importante indicar, que estos valores pueden variar por muchos factores
en el origen de las aguas residuales, por ejemplo, aguas industriales, actividad ganadera,
achiques de aguas del subsuelo, pluviometría, etc.
3
Antes de llegar al tratamiento de desinfección, el agua residual debe ser depurada
eliminando la mayor cantidad de contaminación, con el objetivo de evitar impactos
medioambientales negativos, y cumpliendo la legislación sobre vertido y tratamiento de
aguas residuales.
Los diferentes sistemas de depuración son capaces de reducir la presencia de estos
microorganismos, antes de llegar a la etapa de desinfección, aunque de forma limitada y
mínima. Los sistemas de tratamiento de aguas residuales tienen como base procesos
físicos, químicos y biológicos que reproducen en corto tiempo, y en un espacio reducido,
las etapas que ocurren en los procesos naturales de autodepuración de los sistemas
acuáticos.
Los diferentes tipos de tratamiento, previos a la desinfección, tienen una estimación de
reducción con gran variación de tipos y concentraciones de organismos patógenos tal y
como se muestra en la siguiente tabla:
Eliminación (log)
Tipo de proceso
Sedimentación primaria
Tratamiento primario físico-químico
Fangos activos
Biofiltración
Lagunas aireadas
Bacterias
0-1
1-2
0-2
0-2
1-2
Huevos
helmintos
0-2
1-3
0-2
0-2
1-3
Virus
Quistes
0-1
0-1
0-1
0-1
1-2
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
Tabla 3.Eliminación esperada de microorganismos mediante varios sistemas de tratamiento de aguas residuales
municipales. EPA, 1992
El tratamiento primario tiene sólo un efecto limitado en la eliminación de
microorganismos. Sólo los organismos de mayor peso y tamaño, tales como los huevos de
helmintos y los quistes de los protozoos decantarán durante el tratamiento primario, así
como los microorganismos asociados a partículas sólidas sedimentables. Los procesos de
tratamiento tales como filtros percoladores, fangos activados y lagunaje, reducen la
concentración de microorganismos presentes en el agua pero no llegan a una eliminación
completa, esta reducción se basa en mecanismos de adsorción y predación. De la tabla
anterior se deduce que la eliminación de patógenos es muy baja en los tratamientos previos
a la desinfección.
Los desinfectantes más corrientes usados para regenerar aguas residuales son el cloro y
luz UV, de estos el más representativo es el cloro dado la amplia difusión de su uso, la luz
UV también está ampliamente extendida su instalación, sobre todo en EDAR de reciente
construcción, pero tiene una serie de limitaciones, fundamentalmente que no mantiene
efecto residual y su coste es mayor.
La localización de la acción de los desinfectantes en las células se realiza por tres vías:
en la membrana citoplasmática, sobre las enzimas que intervienen en las cadenas
respiratorias y en la síntesis de proteínas, y sobre los ácidos nucleicos (ADN y ARN).
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1.2. La desinfección según el RD 1620/2007, de 7 de diciembre, sobre
reutilización de aguas residuales.
En el mundo de la depuración y el saneamiento de aguas residuales, estamos
acostumbrados a cumplir con límites de vertido impuestos por las diferentes legislaciones o
por los distintos organismos de control, normalmente Confederaciones Hidrográficas de las
distintas cuencas u organismos de control de costas.
De forma general, en las autorizaciones de vertido dadas a las instalaciones de
depuración, no recogen el cumplimiento de parámetros microbiológicos, salvo casos
particulares que el vertido se realice en zonas concretas que tengan especial protección,
como zonas de marisqueo, baño, etc.
El tratamiento de desinfección en España, viene íntimamente ligado con el
cumplimiento del RD 1620/2007 sobre Reutilización de aguas depuradas, así que, cuando
se tiene que desinfectar es porque el agua regenerada va a ser reutilizada en un uso
posterior, que queda regulado en este RD, por lo que los sistemas de desinfección pueden
diseñarse según el uso posterior de esta agua regenerada.
En este Real Decreto se entiende por reutilización de las aguas, “la posible aplicación,
antes de su devolución al dominio público hidráulico, al marítimo terrestre así como a
azarbes y elementos de desagüe, para un nuevo uso privativo de las aguas que, habiendo
sido utilizadas por quién las derivó, se han sometido a un proceso o procesos de depuración
establecidos en la correspondiente autorización de vertido y a los necesarios para alcanzar
la calidad requerida en función de los usos a que se van a destinar, marcando en algunos de
ellos límites para patógenos tales como nemátodos intestinales y Escherichia coli.”
La reutilización de aguas procedentes de aguas residuales regeneradas requerirá de
concesión administrativa. En las siguientes tablas se ven los usos y valores máximos
admisibles que contempla este RD.
1. URBANO
1.1. Usos
residenciales: Riego
jardines privados;
Descarga de aparatos
sanitarios
1.2. Servicios
urbanos: Riego de
zonas verdes; Baldeo
de calles; Sistemas
contra incendios;
Lavado industrial de
vehículos
2. AGRÍCOLA
3. INDUSTRIAL
2.1. Contacto directo del
agua con partes comestibles
3.1.a, b. Aguas de
proceso y limpieza
excepto industria
alimentaria; Otros usos
industriales
2.2. Productos cuyo
consumo se realiza después
de un tratamiento posterior;
Pastos para consumo de
animales productores de
leche o carne; Acuicultura
2.3. Cultivos leñosos;
Flores ornamentales,
viveros e invernaderos;
Cultivos industriales,
viveros, forrajes ensilados,
cereales y semillas
oleaginosas
3.1.c. Aguas de proceso
y limpieza de la
industria alimentaria
3.2. Torres de
refrigeración y
condensadores
evaporativos
4. RECREATIVO
5. AMBIENTAL
4.1. Riegos de campos
de golf
5.1. Recarga de
acuíferos por
percolación a través
del terreno
4.2. Estanques, caudales
circulantes ornamentales
a los que está impedido
el acceso del público al
agua
5.2. Recarga de
acuíferos por
inyección directa
5.3. Riego de bosques
y zonas verdes;
Silvicultura
5.4. Otros usos
ambientales:
mantenimiento de
humedales; caudales
mínimos y similares.
Tabla 4. Usos recogidos en el RD de Reutilización del 8 de diciembre de 2007.
5
Valor máximo admisible
Uso
URBANO
AGRÍCOLA
INDUSTRIAL
RECREATIVO
AMBIENTAL
Calidad
1.1
1.2
2.1
2.2
2.3
3.1.a y b
3.1.c
3.2
4.1
4.2
5.1
5.2
5.3
5.4
Nemátodos intestinales
(huevo/10 l)
1
1
1
1
1
No se fija límite
1
1
1
No se fija límite
No se fija límite
1
No se fija límite
Se estudiará caso por caso
E.coli
(UFC/100 ml)
0
200
100
1.000
10.000
10.000
1.000
0
200
10.000
1.000
0
No se fija límite
Se estudiará caso por caso
Tabla 5. Exigencias respecto a patógenos recogidas en el RD de Reutilización del 8 de diciembre de 2007.
1.3. Métodos de desinfección más comunes en aguas residuales depuradas.
De forma general, los agentes desinfectantes pueden clasificarse en agentes físicos y
químicos, con más detalle la clasificación sería:
- Físicos:
Calor
Radiación
Filtración
Calor
Las células vegetativas mueren entre 60-70 ºC, mientras que las esporas requieren
120ºC. A mayor temperatura más rápido mueren los organismos, y cuanto mayor tiempo
de contacto mayor número de microorganismos mueren. Por ejemplo, en el agua potable
no hay enfermedades que se contagien por bacterias formadoras de esporas, por lo que se
considera una buena práctica hervir el agua durante unos minutos como método de
potabilización.
Radiación
Cuanto más intensa sea la radiación, más efectiva será la eliminación de
microorganismos. Se pueden utilizar radiaciones ionizantes y no ionizantes. Las primeras
(rayos X, rayos g) son letales para los microorganismos, pero resulta difícil trabajar con
ellas al ser nocivas y caras. Entre las no ionizantes, se encuentra la luz ultravioleta UV, es
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un agente muy común por su fácil y segura manipulación, tiene su mayor poder de
desinfección trabajando sobre los 254 nm.
Filtración
Se pueden utilizar filtros con tamaños de poro inferior al tamaño de los
microorganismos a eliminar, por ejemplo, existen tecnologías de tratamiento de micro y
ultrafiltración en depuración, que cada vez son más usados como tratamiento. En la figura
pueden apreciarse cual serian, a grandes rasgos, los microorganismos retenidos para las
diferentes filtraciones.
Coloides
Bacterias
Polen
100 µm
Levadura
Pelo
Globulos
rojos
Sales disueltas
Macromoléculas Orgánicas
1
10
Virus
0,1
0,01
Pequeños
micro-organismos
0,001
0,0001
Ósmosis inversa
Nanofiltración
Ultrafiltración
Filtro arena
Microfiltración
Diámetro del poro: 0.035 µm
Figura 1. Microorganismos retenidos según diferentes filtraciones.
- Químicos:
Oxidantes
Iones metálicos
Ácidos y álcalis
Tensioactivos
Alcoholes
Aldehídos
Fenol y sus compuestos
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Se deben de observar de forma secuencial o simultanea una serie de efectos de estos
agentes químicos sobre los microorganismos, del tipo:
a) Daño en la pared celular: cuando la pared celular es dañada, el protoplasma soporta
menos el ataque del medio, por ejemplo, la lisozima ataca la pared de las bacterias,
degradándola, o la penicilina que impide la síntesis de pared celular en las nuevas
células en crecimiento.
b) Alteración de la permeabilidad de la membrana celular: la membrana celular es
selectiva y regula el transporte a través de ella, si se altera la permeabilidad puede
haber vaciamiento de la célula.
c) Ocupación de centros activos de la membrana celular: puede haber sustratos
análogos a los de algunas enzimas, que la enzima confunde y se interrumpe la
síntesis.
d) Alteración de las características coloidales de la membrana: al producirse la
coagulación de las proteínas del protoplasma se consigue la muerte celular.
e) Inhibición de actividades enzimáticas: se realiza sobre grupos sulfhidrilo de las
enzimas por parte por ejemplo de metales pesados o por oxidación.
Oxidantes
Debe considerarse el hecho de que la capacidad oxidante no es sinónimo de capacidad
desinfectante ya que hay varios mecanismos en juego, más allá que el propio potencial
redox de la reacción agente – microorganismo. Los principales agentes oxidantes usados
en desinfección:
- Halógenos (Cl 2 , I2 ): El cloro es el más extensamente utilizado, su acción es
principalmente por oxidación del protoplasma. El Iodo es un agente germicida,
usado bajo forma de solución alcohólica o como iodoformo, tiene una buena acción
contra las esporas e interacciona con enzimas.
- Ozono (O 3 ): su principal propiedad es que es un fuerte oxidante, con un gran poder de
desinfección, y además añade una serie de ventajas, suele eliminar el olor y el color
del agua, no deja residuos, no altera el pH y compatible con otros tratamientos.
- Permanganato de Potasio (KMnO 4 ): fuerte oxidante, con propiedades desinfectantes y
desodorantes, pero puede aportar color al agua.
- Peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ): fuerte oxidante, puede sustituir al uso del cloro, pero
normalmente se usa en combinación con otro agente desinfectante como la luz UV.
Iones metálicos (Ag+, Cu2+)
Actúan por inhibición de las enzimas uniéndose a grupos sulfhidrilos. Ag+ es un buen
bactericida, Cu2+ es un buen alguicida y se usa frecuentemente cuando hay algas en cursos
de agua cuyo destino es la potabilización.
Ácidos y álcalis
Se considera que no hay microorganismo que sobreviva a ph inferiores a 3 ni
superiores a 11.
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Tensioactivos
Actúan alterando la permeabilidad de la membrana celular, fundamentalmente son
efectivos los catiónicos, si bien todo tensioactivo es un buen desinfectante.
Alcoholes
Actúa coagulando las proteínas. Por ejemplo el alcohol etílico es buen desinfectante
pero no es esterilizante.
Aldehídos
Del tipo de glutaraldehídos y similares, es un potente bactericida, se usa como
desinfectante en frio de equipos médicos y científicos.
Fenol y sus compuestos
Actúa alterando la permeabilidad de la membrana celular y por desnaturalización de las
proteínas.
Tras repasar los diferentes agentes desinfectantes utilizados en distintas aplicaciones
nos centramos en los usados en la desinfección de aguas depuradas. En la siguiente tabla se
muestran los rendimientos obtenidos por los sistemas más usados tanto en eliminación de
E. coli como en huevos de nematodos:
Eliminación
Tipo de proceso
Físico-químico convencional
Físico-químico lastrada
Filtración por arenas
Filtración por anillas
Microfiltración
Ultrafiltración
Luz UV
Hipoclorito sódico
Ozono
Huevos de nemátodos
(%)
80
85
95
95
100
100
-
E.coli
(log)
1-2
≥2
<1
<1
Ausencia
Ausencia
4-6
4-6
<10 UFC/100ml
Tabla 6. Eliminación de huevos de helmintos y Escherichia coli mediante distintos tipos de sistemas. GT
reutilización AEAS mayo 2012.
1.4. Factores que influyen en la desinfección.
La resistencia de los microorganismos a los desinfectantes depende de diversos
factores:
- Tiempo de contacto.
- Concentración y tipo de agente químico.
- Intensidad y naturaleza del agente físico.
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- Temperatura.
- Número de organismos.
- Tipo de organismos.
- Naturaleza del medio líquido.
Tiempo de contacto: se trata de la variable más importante en el proceso de
desinfección. Por lo general para una concentración dada del desinfectante, a mayor tiempo
de contacto, mayor será la mortandad. Esta dinámica sigue el modelo propuesto por
Watson y Chick:
dN
= −kN t
dt
Donde:
N: número de organismos.
t: tiempo.
k: constante (tiempo-1).
Si N 0 es el número de organismos para t igual a 0, la ecuación anterior puede integrarse
dando:
Nt
= e −kt
N0
Se ha comprobado que el índice de mortandad aumenta o disminuye, según los casos,
con el tiempo. Para formular una relación válida de mortandad de organismos, bajo
distintas condiciones se suele proponer que:
ln
Nt
= −kt m
N0
Donde m es una constante. Si m fuese menor que 1, el índice de mortandad disminuirá
con el tiempo, y si m fuese mayor que 1, dicho índice aumentará con el tiempo. Las
constantes de la ecuación pueden obtenerse representando –ln(N/N 0 ) respecto del tiempo
de contacto t sobre una escala logarítmica. La fórmula rectificada de la ecuación es:
log[− ln
Nt
] = log k + m log t
N0
Concentración y tipo de agente químico: según el tipo de agente químico usado, se
ha comprobado que dentro de ciertos límites la efectividad de la desinfección está en
relación con la concentración. El efecto de la concentración ha sido formulado
empíricamente:
Cnt p = constante
Donde:
C : concentración del desinfectante.
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n : constante.
t p : tiempo requerido para efectuar un porcentaje dado de mortandad, normalmente el
99% entre 0 – 6ºC.
Figura 2. Concetración de HOCl requerido para eliminar el 99% de E. coli y tres virus entéricos.
Las constantes de la ecuación pueden obtenerse representando la concentración de
desinfectante frente al tiempo requerido para efectuar un porcentaje dado de eliminación en
una escala logarítmica. La pendiente de la línea corresponderá al valor –1/n. Por norma
general, si n es mayor que 1, el tiempo de contacto es más importante que la dosis, si n es
igual a 1, el efecto del tiempo y la dosis son aproximadamente los mismos.
Temperatura: el efecto de la temperatura en la tasa de eliminación puede
representarse mediante la relación de Van´t Hoff-Arrhenius, que establece la velocidad de
una reacción química con respecto a la temperatura. El aumento de la temperatura da como
resultado una tasa de eliminación más rápida.
Número de organismos: cuanto mayor sea la concentración de organismos, mayor
será el tiempo requerido para alcanzar una tasa de eliminación.
Tipo de organismos: la efectividad de los distintos desinfectantes se ve influida por la
naturaleza y condición de los microorganismos.
Naturaleza del medio líquido: la naturaleza del medio líquido ha de analizarse con
precisión. Por ejemplo, la presencia de materia orgánica que reaccione con la mayoría de
los desinfectantes puede reducir la eficacia en la desinfección del mismo, lo mismo sucede
con la presencia de compuestos nitrogenados, mucho más afines a la reacción con el cloro
que los microorganismos, la turbidez del agua, la transmitancia, etc.
1.5. Aspectos previos.
Conviene resaltar la importancia que tiene el buen funcionamiento de la EDAR, en la
eficacia y rendimiento de los posteriores tratamientos de regeneración. El deterioro de la
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calidad del efluente depurado y su variabilidad constituye la principal causa del mal
funcionamiento de este tipo de tratamientos. Se considera necesario que para garantizar
una correcta desinfección debe asegurarse un influente secundario que cumpla un mínimo
y de forma regular la calidad establecida en la Directiva 91/271/CEE.
Para trabajar a caudal constante y laminar las variaciones de calidad del efluente
depurado, se recomienda la instalación de un tanque de almacenamiento y
homogeneización previo a la desinfección. Esta medida ayuda al mejor funcionamiento de
los tratamientos y permite dimensionar estaciones más pequeñas al no tener que hacerlo
para caudal punta. En el caso de los tanques abiertos existe un inconveniente, la
proliferación de algas. En este sentido se puede optar por la instalación de un dispositivo
de ultrasonidos o bien utilizar lonas correderas u otro sistema de cerramiento móvil.
También se puede optar por tanques cerrados aunque en este caso no hay que perder de
vista los inconvenientes a la hora de realizar las limpiezas del tanque que son más
dificultosas. Además es preciso tener en cuenta que durante las limpiezas, que pueden
durar varios días, el sistema funcionaría a caudal punta, para el que no está diseñado, por
ello, sería bueno que el tanque estuviera dividido en dos cámaras, de forma que mientras
una cámara se limpia la otra sigue laminando el caudal.
El objetivo fundamental de la desinfección es obtener una calidad sanitaria en el agua
regenerada, por lo que esta constituye la operación fundamental y las operaciones previas,
como coagulación, floculación, filtración, etc., son en definitiva pretratamiento para
garantizar la eficacia de esta.
La fiabilidad de la tecnología es un factor fundamental para el control de la
desinfección, dada la relativa inestabilidad de la calidad en el agua depurada, es
aconsejable la existencia de varias etapas sucesivas en la línea de tratamiento de
regeneración, de forma, que cada una de ellas, actúe de barrera frente a la siguiente,
minimizando los efectos de la variabilidad en las características del influente.
Y por último, los costes de implantación y sobre todo los de explotación y
mantenimiento hay que tenerlos muy presentes, ya que la sostenibilidad económica
constituye otro factor esencial.
2. DESINFECCIÓN MEDIANTE COMPUESTOS DE CLORO
Los compuestos de cloro son los desinfectantes más usados para el tratamiento del
agua residual doméstica en todo el mundo para evitar infecciones, destruye los
microorganismos por oxidación del material celular. El cloro puede ser suministrado de
muchas formas, entre las más comunes se incluyen, cloro gas (Cl 2 ), hipoclorito sódico
(líquido) (NaOCl), hipoclorito cálcico (sólido) (Ca(OCl) 2 ) y dióxido de cloro (ClO 2 ). De
estos compuestos, el más utilizado es el hipoclorito sódico, aumentando la tendencia a
fabricarlo en la propia depuradora, lo cual tienen ventajas económicas y de seguridad. La
tecnología de fabricación in situ, se está modificando para la generación de reactivos con
mezcla de compuestos oxidantes, aumentando su eficacia desinfectante, por ejemplo
usando reactores con electrodos de titanio, generando un reactivo con diferentes
compuestos oxidantes con poder desinfectante.
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Cuando el cloro gas o las sales de hipoclorito se añaden al agua, se produce la
hidrolisis y la ionización para formar ácido hipocloroso (HOCl) e iones de hipoclorito, la
suma de ambos es el cloro libre disponible tras el breakpoint. Esto no sucede con el
dióxido de cloro que es un compuesto muy soluble en agua y en medio neutro se disuelve
prácticamente todo sin sufrir hidrólisis. El ácido hipocloroso es la forma con mayor
capacidad germicida, al contrario que los iones de hipoclorito, ambas formas están en
equilibrio dependiendo del pH, estando en concentraciones iguales a pH = 7,537 y 25ºC.
Cl 2 + H 2 O ↔ ClOH + H+ + Cl-
Cloro gas:
Hipoclorito sódico: NaOCl + H 2 O ↔ ClOH + OH-Na+
Fases durante la dosificación de compuestos de cloro
El siguiente gráfico describen las diferentes fases que se dan durante la dosificación de
compuestos de cloro hasta lograr la presencia de cloro residual libre, condición necesaria
para tener garantías de que la desinfección es correcta, cuanto más altos sean los niveles de
cloro libre la desinfección se prolongará más en el tiempo.
C
A
D
B
(x 10)
Fase A
Fase B
Fase C
Fase D
Figura 3. Dinámica durante la dosificación de cloro
Para garantizar que la desinfección por cloración, es la máxima posible, según el poder
germicida del compuesto de cloro utilizado, el objetivo es tener cloro residual libre disuelto
en el agua desinfectada. Antes de llegar al momento en el que empieza a aparecer cloro
residual libre, estas son las fases durante la dosificación de cloro.
Fase A: Nada más ponerse en contacto el cloro con el agua, lo primero en reaccionar
son los elementos reductores disueltos. Cuando el cloro está en presencia de compuestos
inorgánicos y orgánicos de fácil oxidación, como son iones de hierro, sulfuros, manganeso,
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etc., se producen reacciones semejantes a la que se muestran a continuación, reduciendo su
capacidad desinfectante:
Ej reacción inorgánica:
3Cl 2 + 6FeSO 4 ↔ 2 Fe 2 (SO 4 ) + 2FeCl 3
Cl 2 + SH 2 ↔ S + HCl
Cl 2 + R-H ↔ R-Cl + HCl
Fase B: A mayores concentraciones de cloro éste se une a diferentes compuestos
orgánicos formando cloraminas y sustancias organocloradas. Las cloraminas son
desinfectantes efectivos contra las bacterias presentes. Las reaccines más importantes que
se dan en las aguas residuales son las organicas, sobre todo con compuestos amoniacales.
Ej reacción orgánica:
NH 3 + HClO ↔ NH 2 Cl + H 2 O (Monocloramina)
NH 2 Cl + HClO ↔ NHCl 2 + H 2 O (Dicloramina)
NHCl 2 + HClO ↔ NCl 3 + H 2 O (Tricloramina)
Generalmente para expresar la cantidad de cloraminas presentes en un agua se tiene en
cuenta las cloraminas en sus tres estados de oxidación ([NH 2 Cl] + [NHCl 2 ] + [NCl 3 ])
(Bergendahl y Stevens, 2005).
El cloro libre reacciona rápidamente con el amoníaco y formas amoniacales presentes
en los efluentes depurados, por lo que el consumo de los compuestos de cloro será mayor
cuanto mayor sea la concentración de estos compuestos en el efluente a desinfectar. Si la
capacidad de aireación y/o nitrificación de la EDAR es adecuada, la presencia de amonio
en el efluente no suele superar los 2 mgNH 3 /l, pero en caso contrario el consumo de cloro
puede llegar a ser muy elevado por esta circunstancia.
Fase C: Al seguir incrementando la adición de cloro, aumentando la relación
cloro/nitrógeno, se empieza a producir la oxidación de materia orgánica, lo que da lugar a
una disminución del cloro residual conforme se incrementa la dosificación de cloro hasta
un valor mínimo denominado punto de ruptura (breakpoint). De forma paralela, el aumento
del cloro residual, oxida también las cloraminas antes formadas por lo que se reduce su
concentración.
4Cl 2 + 2NH 3 + 3H 2 O ↔ 8 Cl- + NO 3 - + 9H+
4ClNH 2 + 3 Cl 2 + H 2 O ↔ N 2 + N 2 O + 10 ClH
14
Fase D: Cuando ya no hay más cloraminas para eliminar se llega el punto de ruptura o
breakpoint. Tras el punto de ruptura, si se continúa adicionando cloro se producirá un
aumento del cloro residual presente en el agua. Desde este punto en adelante el agua debe
estar libre bacterias y debe contener una cantidad de cloro libre residual para asegurar que
durante el trayecto entre la planta y destino final siga permaneciendo perfectamente
desinfectada. En esta fase la eliminación de las mono y dicloraminas es casí total, pero las
tricloraminas son más difíciles de eliminar por completo.
La evolución de las mono, di y tricloraminas en la dinámica de la cloración, puede
verse en el siguiente gráfico, se comportan de forma paralela que el cloro residual del
gráfico anterior,
Figura 4. Comportamiento de las cloraminas en la dinámica de la cloración.
La eficacia de la cloración en la desinfección de las aguas residuales está muy
influenciada por la nitrificación (concentraciones de amonio, nitrito y nitrato) y en
particular por la presencia de nitritos y ausencia de amonio (Calmer et al., 1998).
Factores que afectan a la desinfección por compuestos de cloro
1.- Eficacia germicida del cloro: el cloro residual (libre y combinado), debe medirse
en línea, utilizando el método amperométrico, el cual presenta ventajas frente al otro
método utilizado el colorimétrico, se ha demostrado que es un método más fiable.
Numerosos ensayos han demostrado que cuando todos los parámetros que controlan el
proceso de cloración se mantienen constantes, la eficacia germicida de la desinfección,
medida a partir de la supervivencia bacteriana, depende principalmente del cloro residual
bactericida presente (R) y del tiempo de contacto (t). Se ha encontrado también que
aumentando cualquiera de las dos variables, R o t, y disminuyendo simultáneamente la
otra, es posible llegar al mismo grado de desinfección, según demuestra el modelo de
Watson y Chick, expuesto con anterioridad. Se puede demostrar con la aplicación de la
ecuación de Watson y Chick, a una prueba de supervivencia de e. coli, expresado en %,
usando un reactor discontinuo, a pH = 8,5 y temp = 5 ºC.
15
Porcentaje de supervivencia %
Cloro libre (mg/l)
0,05
0,07
0,14
Tiempo de contacto (min)
1
97
93
67
3
82
60
11
5
63
28
0,7
10
21
0,5
-
20
0,3
-
Tabla 7. Porcentaje de supervivencia de e. coli, según la aplicación de la ecuación de Watson/Chick, fuente
Wastewater Engineering, Metcalf & Eddy, Inc, Ed. McGraw Hill, 4ª edición.
- ln (N t /N 0 )
Cloro libre (mg/l)
0,05
0,07
0,14
Tiempo de contacto (min)
1
0,030
0,073
0,400
3
0,189
0,511
2,207
5
0,462
1,273
4,962
10
1,561
5,298
20
5,809
Tabla 8. Reducción logarítmica –ln(N t /N o ), número de organismos en función del tiempo, ecuación de
Watson/Chick, fuente Wastewater Engineering, Metcalf & Eddy, Inc, Ed. McGraw Hill, 4ª edición.
Figura 5. Grado de desinficción en relación con el tiempo de contacto (t) y el cloro residual (R).
2.- Presencia de compuestos germicidas derivados del cloro, importancia del pH:
para un tiempo de contacto dado o para un cloro residual determinado, la eficacia
germicida del ácido hipocloroso, en términos tanto de tiempo de contacto como de cloro
residual, es sustancialmente mayor que en los iones hipoclorito o la monocloramina. Dado
el equilibrio entre el ácido hipocloroso y el ión hipoclorito, el mantenimiento del pH
adecuado es sumamente importante si se quiere conseguir una desinfección efectiva.
16
Figura 6. Efecto del pH en el equilibrio entre ácido hipocloroso y ión hipoclorito
3.- Mezcla inicial: la mezcla inicial en el proceso de desinfección es muy importante.
Se ha comprobado que la aplicación de cloro en régimen altamente turbulento (N R = 104)
provoca mortandades dos unidades logarítmicas superiores a las conseguidas en la adición
de cloro a un reactor de mezcla completa bajo condiciones similares.
En los casos que se realiza la dosificación en forma líquida, como sucede con el
hipoclorito sódico, la forma más usual es dejarlo caer al inicio, mediante una tubería de
pequeño diámetro, esta no es la forma más eficaz, para lograr el mayor rendimiento en la
desinfección, de debe realizar una mezcla inicial enérgica, con un agitador o dosificar en
un punto donde exista un salto de agua o colocando un vertedero y dosificar tras este.
Cuando en lugar de emplearse medios mecánicos el mezclado se realiza por turbulencia
hidráulica, ésta debe mantenerse al menos durante 30 segundos.
4.- Tiempo de contacto: Este tiempo suele oscilar entre 15 y 30 minutos. Por lo tanto
se recomienda después de haber realizado un buen mezclado, un periodo mínimo de
contacto de 15 minutos para el caudal horario máximo. Si el tiempo de recorrido en el
emisario de evacuación, a caudal máximo de proyecto, es suficiente para igualar o exceder
el tiempo de contacto requerido, puede ser posible eliminar el tanque de cloración.
Debido a la reacción del cloro con los compuestos nitrogenados que se encuentran
presentes en el agua residual, y dado que la cloración más allá del breakpoint para obtener
ácido hipocloroso libre no es económicamente factible en muchas instalaciones, la
importancia del tiempo de contacto es primordial.
El control de estos dos parámetros, mezcla inicial y tiempo de contacto, es fundamental
para garantizar una correcta desinfección con compuestos de cloro, en muchas ocasiones
17
no es sencillo lograr una mezcla inicial en régimen altamente turbulento, sin medios
mecánicos, por lo que hay que tener la garantía de tener el mayor tiempo de contacto
posible, comprobando los diferentes tiempos de contacto según el volumen del laberinto de
cloración o cámara de contacto.
El diseño debe hacerse siempre para caudal punta o máximo, no para caudal medio, a
no ser que se cuente con tanque previo de laminación de caudal. En explotación es
importante comprobar los tiempos de contacto reales en la cámara de contacto.
EDAR
EDAR
Fortuna
1
MULA
2
JUMILLA
3
ARCHENA
4
CEUTÍ
5
LORQUÍ
6
ABARÁN
7
BLANCA
8
CIEZA
9
RAAL
10
BARINAS
Alcantarilla
11
12
Volum en
Laberinto
cloración
(m 3)
Q punta
(m 3/h)
Q m edio
(m 3/h)
Q diseño
(m 3/h)
TRH (horas)
real punta
TRH (horas)
real m edio
TRH (horas)
diseño
% real m edio
vs teorico
63
207
250
191
127
86
47
80
278
40
16
260
110
250
1.000
750
800
500
400
100
1000
480
54
550
41
115
165
217
123
166
99
39
252
429
7
273
104
250
500
313
333
208
188
83
417
313
23
542
0,57
0,83
0,25
0,25
0,16
0,17
0,12
0,80
0,28
0,08
0,29
0,47
1,55
1,79
1,52
0,88
1,03
0,52
0,47
2,05
1,10
0,09
2,42
0,95
0,60
0,83
0,50
0,61
0,38
0,41
0,25
0,96
0,67
0,13
0,70
0,48
257
217
304
144
270
125
189
214
165
73
346
199
Tabla 9. Comprobación de tiempos de contacto en laberintos de cloración.
Imagen 1. Laberintos de cloración.
Tras esta sencilla comprobación, que no siempre se realiza, puede verse en la tabla que
para Q punta, las EDAR 5, 6 ,7 y 10 no cumplen con el tiempo mínimo de 15 minutos de
tiempo de contacto, lo que se tiene que tener en cuenta para aumentar la dosis a estos
caudales, sin embargo a Q medio la única EDAR que no cuenta con un tiempo mínimo de
contacto de 15 min es la EDAR 10, por lo que el consumo de reactivo será mayor al resto
de instalaciones para garantizar una correcta desinfección.
5.- Diseño de las cámaras de contacto: La geometría de la cámara de contacto es
fundamental para garantizar un adecuado tiempo de contacto, adecuado flujo, evitando
cortocircuitos, caminos preferenciales y zonas muertas.
En las cámaras de contacto no deben decantarse sólidos, por esto, la velocidad
horizontal, a caudal mínimo, en el tanque deberá ser suficiente para arrastrar los sólidos del
18
fondo, o al menos proporcionar una deposición mínima de los flóculos de fango que hayan
podido escapar del tanque de sedimentación. Las velocidades horizontales deberán ser de
1,5 a 4,5 m/min como mínimo. Como esto suele ser bastante difícil de cumplir, una buena
configuración sería dividir el tanque de contacto total en dos o tres, utilizando más o menos
cámara en función del caudal. Además deberá preverse la eliminación del fango depositado
mediante operación manual o por chorro de agua a presión, incluso el diseño de doble
cámara de contacto mencionado, permite realizar las operaciones de limpieza periódicas.
Figura 7. Efecto de los diferentes diseños hidráulicos de la cámara de contacto en el tiempo de contacto.
En las mismas condiciones de caudal y profundidad de la cámara de contacto, los
tiempos de contacto cambian según la configuración de la cámara de contacto.
Una forma de comprobar el comportamiento hidráulico de nuestra cámara de contacto,
es mediante fluoresceína. La flueresceína tiene un color verde intenso, que al dosificarla en
el mismo punto del compuesto de cloro, podemos observar visualmente la presencia o no
de caminos preferenciales o zonas muertas, esto deberá repetirse para varios caudales
siendo los más importantes los caudales máximos a pasar por la cámara de contacto.
Imagen 2. Inicio de la dosificación de la fluoresceina.
19
Zonas muertas
Imagen 3. Comprobación visual de buen contacto.
6.- Características del agua residual:
Para una correcta desinfección con cloro hay que tener en cuenta una serie de
características del agua que afectan a la eficiencia de la cloración (Hontoria et al., 2003):
Característica del agua a
desinfectar
pH
Temperatura
Amoníaco
Sólidos Suspendidos Totales
Turbidez
Materia Orgánica
Nitritos
Dureza, hierro, manganeso…
Efecto de la desinfección con Cl
Afecta la distribución entre ácido hipocloroso y
los iones de hipoclorito, y entre las varias
especies de cloraminas
A mayor Tª, tasa de eliminación más rápida
Forma cloraminas, aumenta el consumo de Cl
Protege a las bacterias que se encuentran
incorporadas a estas partículas
Formación de Trihalometanos, aumenta el
consumo de Cl
Formación de Trihalometanos, aumenta el
consumo de Cl
Aumenta el consumo de Cl, aunque sus efectos
son menores
Tabla 10. Características del agua a desinfectar que afectan la eficiencia de la cloración.
Por lo que respecta al poder de inactivación del cloro normalmente las bacterias se
eliminan de una forma correcta, aunque la presencia de sólidos en suspensión puede afectar
en gran medida el proceso de desinfección, sobre todo por ser un refugio para las bacterias.
Se ha observado que en plantas de tratamiento de diseño similar con afluentes medidos
en términos de DBO, DQO y nitrógeno, la efectividad del proceso de cloración varía
sustancialmente.
7.- Características de los microorganismos: otra variable en el proceso de cloración
es la edad de los microorganismos, siempre relacionado con la edad de fango del reactor
biológico. Se ha observado que cuanto mayor tiempo tiene un cultivo bacteriano mayor
tiempo de contacto se requiere para alcanzar una misma tasa de eliminación a igual dosis
de desinfectante. Por consiguiente en el proceso de fangos activados, el tiempo de
retención celular en el reactor biológico, afectará al comportamiento del proceso de
20
cloración Por otro lado, se requiere de una gran concentración de cloro libre para inactivar
quistes y algunos virus (King et al., 1988).
Figura 8. Curva típica de desinfección en aguas con SS.
8.- Tratamientos previos a la desinfección: En la dosificación de cloro también hay
que tener presente tratamientos anteriores. Por ejemplo, para un efluente secundario la
dosificación de 10 ppm de cloro con un tiempo de contacto de 15 minutos permite obtener
valores de E.coli inferiores a 200 UFC/100 ml. Si este tratamiento incluye la regeneración
mediante filtración se consiguen valores de E.coli inferiores a 10 UFC/100 ml dosificando
únicamente de 4-6 ppm de cloro. Un buen sistema de filtración, además de la carga
microbiana que puede eliminar, lo que logra es eliminar la presencia de sólidos en el
efluente a desinfectar evitando, que las bacterias se puedan refugiar en estos y evitar el
agente desinfectante, como se ve en la figura 8.
En la siguiente tabla se muestran las dosis de hipoclorito sódico más comunes en
desinfección:
EFLUENTE
INTERVALO DE DOSIS (mg/l)
Agua residual sin tratar
Sedimentación primaria
Planta de precipitación química
Planta de filtros percoladores
Planta de fangos activados
6-25
5-20
2-6
3-15
2-8
Tabla 11. Dosis de hipoclorito sódico típicas para la desinfección
Compuestos de cloro más usados en la desinfección
Cloro gas
El cloro gas se suministra en forma de gas licuado en recipientes de alta presión de
diferente capacidad. La elección del tamaño del recipiente a presión depende del estudio de
costes de transporte, almacenamiento, cantidad de cloro utilizado, etc. El almacenamiento
cloro gas es peligroso, y necesita de instalaciones con alto grado de seguridad, por lo que
21
su uso es cada vez menor, y normalmente se instala en estaciones de potabilización. El
cloro gas es tóxico y muy corrosivo. Deberá preverse una adecuada ventilación para le
extracción de gas a nivel del suelo, ya que es un gas más pesado que el aire. En las salas
que se almacene el cloro y esté instalado el equipo dosificador, deberán estar separadas del
resto de la planta por tabiques y solo podrán ser accesibles desde el exterior, con
ventiladores en la entrada y máscaras de gas.
Hipoclorito sódico
El hipoclorito de sodio se produce por la reacción entre el Cl y el hidróxido de sodio
(sosa cáustica).
Cl 2 + 2NaOH ↔
Cloro Hidróxido de Sodio
NaOCl +
NaCl
+
H2O
Hipoclorito de Sodio Cloruro de Sodio Agua
Es el compuesto de cloro más usado en desinfección de efluentes de EDAR. En
grandes plantas, el uso del hipoclorito sódico se debe a los problemas de seguridad que
tiene el uso del cloro gas, aunque el precio del hipoclorito sea mayor. El hipoclorito de
sodio se puede conseguir a granel con porcentajes del 12% al 18 % de cloro disponible, o
puede ser producido en planta. La solución se descompone más fácilmente a mayores
concentraciones, y se ve afectada por la exposición a altas temperaturas y a la luz solar.
Una solución al 16,7% almacenada a 26,7ºC perderá el 10% de su actividad al cabo de 10
días, el 20% en 25 días, y el 30% al cabo de 43 días. Por ello se debe almacenar en recintos
frescos y en depósitos resistentes a la corrosión. La manipulación del hipoclorito sódico
requiere consideraciones de proyecto especiales debido a su poder corrosivo y a la
presencia de vapores de cloro, por lo que toda instalación de almacenamiento y
dosificación debe cumplir con el Reglamento de Almacenamiento de Productos Químicos
6 (APQ6).
Es importante conocer los términos más usados para definir la concentración de
hipoclorito sódico, y así poder hacer un seguimiento del posible deterioro de la solución de
hipoclorito sódico, es esencial pedir la ficha descriptiva del producto químico y como se
define la concentración de cloro o hipoclorito, los términos más usados son:
- gr/l de cloro disponible
- gr/l de hipoclorito de sodio
- % en volumen de cloro disponible, el más común para definir la concentración
comercial
- % en peso de cloro disponible
- % en peso de hipoclorito de sodio
Hipoclorito cálcico
El hipoclorito de calcio se emplea, principalmente, en instalaciones de pequeño
tamaño. Su principal ventaja es que su almacenamiento es más estable que el hipoclorito
sódico.
22
La forma más usada es su forma seca, que se suministra en gránulos, en polvo, tabletas
comprimidas o pastillas. Existe una gran variedad de tamaños dependiendo del fabricante.
Puede llegar a tener un 70% de cloro disponible. Los gránulos y pastillas de hipoclorito de
calcio se disuelven fácilmente en agua y, bajo condiciones de almacenamiento adecuadas,
son relativamente estables. Muchas de las consideraciones de seguridad asociadas al
transporte, almacenamiento y dosificación se eliminan empleando hipoclorito cálcico en
forma sólida. Dos son las formas de dosificarlo, directamente sólido sobre el caudal del
agua a desinfectar o con disolución previa generando un concentrado de hipoclorito cálcico
y dosificación con bomba. Con este último método hay que llevar cuidado con las
obstrucciones de las tuberías debido a que tiende a cristalizar.
Interesante su uso en plantas de pequeño tamaño.
Dióxido de cloro.
El dióxido de cloro es un compuesto muy soluble en agua. En medio neutro se disuelve
prácticamente todo, sin sufrir hidrólisis, mientras que en medio básico se produce la
siguiente reacción de forma irreversible formando iones. Esta reacción es total a un pH
superior a 11.
2 ClO 2 + 2 OH- → ClO 2 - + ClO 3 - + H 2 O
En solución acuosa el dióxido de cloro absorbe la luz produciéndose su
fotodescomposición:
2 ClO 2 + ηγ + H 2 O → HClO 3 + HCl + 2O 2
La dosificación del dióxido de cloro aparece como alternativa a los tratamientos con el
resto de compuestos de cloro, debido a las siguientes características:
- Gran poder de oxidación y desinfección llegando a ser hasta 2,5 veces
superior al del cloro.
- Eficacia biocida en un amplio rango de pH que va de 4 a 9.
- Requiere poco tiempo de contacto.
- Tiene buena solubilidad.
- No hay corrosión en altas concentraciones, lo que reduce los costes de
mantenimiento.
- No reacciona con amoníaco o sales de amonio.
- Es capaz de eliminar el color producido por la clorofila u otros pigmentos.
- Permite la precipitación de hierro y manganeso dando lugar a la forma
insoluble:
2 ClO 2 + Mn 2 + + 2 H 2 O → MnO 2 + 2 ClO 2 - + 4H+
ClO 2 + Fe 2 + + 3 H 2 O → Fe (OH) 3 + ClO 2 - + 3H+
- Oxidación de compuestos orgánicos.
23
- No se produce la formación de trihalometanos.
La reactividad del dióxido de cloro es casi nula para: compuestos insaturados,
compuestos aromáticos estables, aldehídos, cetonas, quinonas, carboxilatos, amoníaco,
aminas primarias, urea y la mayor parte de aminoácidos. Sin embargo, es muy reactivo con
los compuestos fenólicos, aminas secundarias y terciarias no protonadas y compuestos
organosulfurados.
El principal inconveniente del dióxido de cloro, para consumos grandes, es que no se
vende como un producto listo para su uso, por lo que debe generarse in situ, teniendo que
realizarse la generación del mismo en el punto de dosificación debido a su inestabilidad.
Para la obtención del dióxido de cloro hay dos métodos:
- Vía agua clorada:
Disolución de clorito sódico y agua clorada.
2 NaClO 2 + Cl 2 - → 2 ClO 2 + 2 NaCl
Una reacción parásita a ésta es la producción lenta de clorato por la acción del ácido
hipocloroso sobre el clorito:
HClO + ClO 2 - + OH- → ClO 3 - + Cl- + H 2 O
La generación vía agua clorada es la más utilizada en el tratamiento de aguas.
Si la concentración de cloro es insuficiente, la reacción es incompleta y se obtiene una
mezcla de cloro, clorito y dióxido de cloro.
Si la concentración de cloro es excesiva se obtiene una mezcla de cloro y dióxido de
cloro.
- Vía clorhídrico:
Disolución de clorito sódico en ácido clorhídrico
5 NaClO 2 + 4 HCl → 4 ClO 2 + 5 NaCl + 2 H 2 O
24
Figura 9. Sistema de dosificación vía agua clorada
El dióxido de cloro es muy eficaz como agente bactericida y para la eliminación de
virus, teniendo también una elevada capacidad para la eliminación de esporas. Se le
atribuyen diversos mecanismos de acción sobre los microorganismos, en particular se
supone que actúa a través de la oxidación directa de ciertos compuestos que forman parte
de las proteínas, interfiriendo en reacciones clave del metabolismo bacteriano. Además, el
dióxido de cloro no presenta ninguna disociación y por lo tanto puede pasar a través de las
membranas celulares de las bacterias y destruirlas. El efecto que tiene sobre los virus
incluye su adsorción y penetración en la capa proteica de la cápside viral y su reacción con
el RNA del virus. El resultado de esta interacción es un daño irreversible en la capacidad
genética del virus.
A pesar de todas las ventajas su uso como desinfectante en plantas de tratamiento se ve
limitada a causa de su complejidad, sensibilidad en la producción y a su elevado coste.
No existe ningún estándar industrial para valorar el rendimiento de los generadores de
dióxido de cloro. La eficiencia del generador se define no solo en función de la conversión
del clorito de sodio en dióxido de cloro, sino también en función de la generación de
subproductos como ion clorato, cloro libre y clorito sobrante. Cuando el generador no
funciona adecuadamente, estos subproductos pueden salir del generador de dióxido de
cloro en cantidades excesivas y disminuir los resultados esperados.
Al tratarse de equipos que trabajan con productos peligrosos, explosivos y fuertemente
corrosivos es imprescindible realizar un mantenimiento preventivo muy exhaustivo que
requiere, como mínimo, una revisión semestral de todos los elementos en contacto con los
reactivos y sustitución de aquellos elementos fungibles que se puedan dañar: membranas,
juntas, válvulas de contrapresión, etc.
También es muy importante realizar periódicamente el aforo de las bombas
dosificadoras para garantizar que la mezcla se realiza siempre en la relación correcta y
asegurar el máximo rendimiento de producción de dióxido de cloro.
25
No obstante, el mayor problema del uso del dióxido de cloro en la desinfección radica
en su elevado coste. Según los costes actuales 1 kg de dióxido de cloro producido tiene un
precio de 10 a 20 veces superior al hipoclorito comercial, la misma cantidad de hipoclorito
sódico comercial al 15% tiene un coste aproximado de 0,30 €/kg, suministrado en
contenedor de 1 m3 y sobre 0,21 €/kg a granel.
Fabricación in situ
Existen diversos sistemas patentados para la generación de hipoclorito sódico a partir
de cloruro de sodio (NaCl) o de agua de mar, sustituyendo el delicado almacenaje de
hipoclorito sódico y su problemática de degradación con el tiempo, por el almacenaje de
sal común. Esta tecnología en sus inicios era cara y consumía mucha energía eléctrica, pero
en la actualidad hay en el mercado alternativas con un menor consumo eléctrico y menos
coste de adquisición. Los equipos son sencillos de operar y no requieren de gran
mantenimiento. Un ejemplo puede ser, un equipo con electrodos recubiertos de titanio,
consumo eléctrico no muy elevado y además puede usar cloruro potásico en vez de cloruro
sódico, muy interesante en efluentes que son usados posteriormente para riego agrícola.
Mezclador en
tubería
Punto
dosificación
Electrodos
Deposito NaCl
Imagen 4. Sistema de generación in situ de hipoclorito sódico y otros radicales oxidantes.
Control de la cloración
El control de la dosificación de cloro puede realizarse de diversas maneras, manual,
semiautomático y automático, lógicamente la mejor forma de optimizar la desinfección por
cloración en términos de resultados de presencia de microorganismos y de consumo de
reactivo es de forma automática:
- Manual, la dosificación requerida se determina midiendo el cloro residual
después de 15 minutos de contacto ajustando la dosis para obtener un cloro
residual de 0,5 mg/l.
- Semiautomático, consiste en ajustar la dosificación del compuesto de cloro a
la curva de caudal de agua a desinfectar.
26
- Automático, más preciso consiste en un sistema mixto, las señales de control
obtenidas por el medidor de caudal de agua a desinfectar y por el registrador
de cloro residual o cloro total se utilizan para generar un lazo de control
sobre la dosificación de reactivo, proporcionando así un mejor control de la
dosis de cloro y del cloro residual. Este lazo de control también se puede
realizar con una sonda REDOX, que tiene las ventajas frente al analizador
de cloro, que son más económicas, requieren menos mantenimiento y son
más fiables.
Imagen 5. Medidor de cloro libre
/
Control en scada
/
Gráfica de seguimiento.
Figura 10. Diagrama de control de dosificación de hipoclorito sódico en automático
Para la medición de cloro libre en continuo, existen dos métodos disponibles, el
método colorimétrico y el amperométrico. En el método colorimétrico, las sustancias
químicas añadidas a la muestra reaccionan con el cloro mostrando un color proporcional a
la cantidad de cloro libre, de forma que el equipo procesa la información del color
detectado y lo convierte en mg/l de cloro libre. Por el contrario, el método amperométrico
es electroquímico, el sensor produce una corriente directamente proporcional a la
concentración de cloro de la muestra y el analizador mide la corriente, y convierte la
medición en mg/l de cloro libre, este método, debe tener una corrección interna en función
del pH, esta dependencia del pH existe porque el cloro libre es una mezcla de ácido
hipocloroso, y la proporción de ambos depende directamente del pH, (ver fig. 6), el sensor
solo responde al ácido hipocloroso.
27
La dosificación de productos oxidantes como el hipoclorito sódico para desinfectar,
provoca la modificación del potencial REDOX del agua, ESAMUR, ha realizado
mediciones del potencial REDOX, y ha comprobado que la evolución de este se comporta
de forma paralela a la presencia de cloro libre en el agua, por lo que puede ser un excelente
indicador indirecto de la presencia de cloro libre. La principal ventaja que tiene es que es
una sonda robusta, fiable, fácil y económica de mantener.
Toma de muestras
Es importante mencionar la metodología a llevar a cabo en la toma de muestras, sobre
todo para conocer los valores de desinfección en el punto y en el momento de la toma.
Cuando se realice la toma de muestras para la determinación, por ejemplo de e. coli,
además de utilizar un bote estéril y los medios adecuados, será necesario neutralizar los
efectos germicidas del cloro, para que no siga reaccionando dentro del bote y la medición
que se realice en laboratorio pasado un tiempo no sea la correcta. Para esto se añade al bote
antes de la toma de muestras una solución de tiosulfato de sodio suficiente para neutralizar
el efecto del cloro residual libre.
Para un volumen de muestra de 250 ml, 0,2 ml de una solución acuosa al 3% de
trisulfato de sodio suele ser suficiente.
Decloración
No obstante, no hemos de olvidar el impacto sobre el ecosistema de los efluentes con
elevada cantidad de cloro residual. Para evitar esta situación la acción más importante
pasaría por automatizar la dosificación de cloro mediante analizadores de cloro libre,
sondas ORP, etc. Pero si pese a estos sistemas de control no se consigue el objetivo de
minimizar la cantidad de cloro residual en el efluente se pueden utilizar los siguientes
sistemas de decloración:
- Dióxido de azufre:
SO 2 + HOCl + H 2 O ↔ Cl- + SO 4 2- + 3H+
SO 2 + NH 2 Cl + H 2 O ↔ Cl- + SO 4 2- + NH 4 + + 2H+
- Sulfito:
SO 3 2- + HOCl ↔ Cl- + SO 4 2- + H+
SO 3 2- + NH 2 Cl + H 2 O ↔ Cl- + SO 4 2- + NH 4 +
- Carbón activo:
C + 2 Cl 2 + 2 H 2 O ↔ 4 ClH + CO 2
28
C + 2NH 2 Cl + H 2 O ↔ 2Cl- + CO 2 + 2 NH 4 +
Pese a que la decloración disminuye la toxicidad de los derivados de la desinfección
mediante cloro, ésta no es efectiva al 100% encontrándose en el efluente compuestos
clorados tóxicos. Además, la decloración incrementa la salinidad, el consumo de oxígeno
disuelto y requiere reacciones adicionales al método de desinfección.
Figura 11. Diagrama de control de dosificación de hipoclorito sódico en automático con decloración.
Ventajas e inconvenientes
La principal desventaja de la cloración es la generación de subproductos tóxicos,
fenómeno descubierto y ampliamente investigado desde los años 70, encontrándose como
subproductos los trihalometanos, ácidos haloacéticos y halógenos orgánicos disueltos, que
han sido identificados como agentes con capacidad cancerígena en concentraciones
inferiores a 0,1 mg/l. Este problema no es de especial relevancia para la desinfección de
aguas residuales ya que su uso final no va a ser el consumo doméstico directo, no obstante,
cuando el efluente es vertido a un cauce con posterior potabilización del agua, el
organismo de cuenca puede poner restricciones de uso.
A modo de resumen podríamos indicar que la cloración presenta las siguientes ventajas
e inconvenientes:
Ventajas:
- La cloración es una tecnología bien establecida y conocida.
- En la actualidad la cloración es más eficiente, en términos de coste, que otras
alternativas.
- El cloro residual que permanece en el efluente del agua tratada puede prolongar el
efecto de la desinfección y puede ser medido para evaluar su efectividad.
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- Es efectiva y confiable para la eliminación de un amplio espectro de organismos
patógenos.
- Permite un control flexible de la dosificación.
Desventajas:
- El cloro residual, es tóxico a los organismos acuáticos y por ello puede requerirse la
decloración.
- Todas las formas de cloro son corrosivas y tóxicas, como consecuencia, el
almacenamiento, transporte y manejo presentan riesgos cuya prevención requiere normas
más exigentes de seguridad industrial.
- La concentración de sólidos en suspensión, turbidez y compuestos nitrogenados
restan efectividad del proceso, además de la posibilidad de incrementar el nivel de sólidos
totales en el efluente.
- Resistencia de determinados organismos a la cloración.
- Formación de subproductos de la cloración peligrosos como son las cloraminas y los
trihalometanos.
- Efecto negativo del cloro residual sobre cultivos.
- La necesidad de decloración aumenta los costes entre un 20-30%.
A todos estos problemas le hemos de añadir los riesgos que conllevan el transporte y
almacenamiento de cloro, siendo los riesgos del manejo y manipulación de cloro los
siguientes (EPA 832-F-99-0.34):
- Irritación de las mucosas, tracto respiratorio y ojos.
- Una exposición prolongada puede provocar tos e irritación que puede acabar en
edema pulmonar e incluso la muerte.
- El cloro en estado gaseoso tiende a hidrolizarse en presencia de humedad, formando
ácido hidroclohídrico, el cual irrita los ojos y la piel.
3. LUZ ULTRAVIOLETA
La radiación ultravioleta forma parte de la luz solar. La luz ultravioleta es parte del
espectro electromagnético que va de los 400 a los 100 nanometros (nm), entre la luz visible
y los rayos X. Las propiedades bactericidas de la luz UV se descubrieron en 1.877.
El desarrollo de la lámpara de vapor de mercurio data de 1.901, y en un principio la luz
UV no se usó para desinfección, debido a los altos costes de operación y problemas de
30
mantenimiento. El desarrollo de fuentes de luz UV, más baratos y eficaces, además de la
creciente preocupación por los posibles efectos tóxicos de otros agentes desinfectantes, ha
hecho que haya aumentado su utilización en la desinfección de aguas residuales.
La principal ventaja de desinfectar aguas con UV es que no añade productos químicos
y no deja residuos en el agua.
Figura 12. Diagrama de control de dosificación de hipoclorito sódico en automático con decloración.
El espectro UV se divide en 4 gamas:
- UV-A (315 nm < λ < 400 nm).
- UV-B (280 nm < λ < 315 nm).
- UV-C (200 nm < λ < 280 nm).
- UV-Vacío (100 nm < λ < 200 nm).
UV-A
En este rango se absorbe por la piel y es el responsable del “bronceado”. Atrae a los
insectos.
UV-B
La luz también es absorbida por la piel pero es la responsable de las quemaduras
solares por exposición al sol. En estas longitudes de onda el ADN absorbe parte de la
radiación iniciándose la inactivación.
UV-C
Esta gama es absorbida por el ADN y ARN del núcleo de las células y conduce a su
inactivación mediante la inhibición de su capacidad de multiplicarse. Esta inactivación es
máxima a longitudes de onda entre 260-270 nm, y es muy rápida. Además posibilita la
generación de radicales hidroxilo.
UV-Vacío
31
En este rango los UV son fuertemente absorbidos por el agua y el O2, por lo que solo
se propagan en el vacío y son absorbidos por la capa de ozono de la atmosfera.
Efectos de la radiación UV.
Los efectos que la radiación UV tiene sobre las células, es impedir su capacidad de
multiplicación. Este efecto lo provocan por la “dimerización de la timina”.
Cuando una célula es expuesta a la radiación UV daña su ADN, mediante la formación
de enlaces covalentes entre dos bases timinas adyacentes, localizadas en la misma hebra de
ADN. Cuando el ADN es dañado de esta forma ya no puede replicarse, aunque en ciertas
condiciones muchas células son capaces de revertir este proceso.
Figura 13. Dimerización de la timina.
Existen dos mecanismos principales de reparación, reparación luminosa y reparación
oscura.
En la reparación luminosa o fotoreactivación, una enzima, la fotoliasa, puede romper
los enlaces covalentes que forman los dímeros de timina. Este proceso se da en presencia
de luz, que es utilizada como fuente de energía para romper los enlaces covalentes.
En la reparación oscura, es decir, sin presencia de luz, y resumiéndolo mucho, otra
enzima separa el segmento dañado de la hebra de ADN que lo contiene, los nucleótidos
eliminados son reemplazados y reparados por la enzima ADN polimerasa y la ADN ligasa.
32
Fotoreactivación
Reparación a oscuras
Figura 14. Reparaciones por fotoreactivación y reparación a oscuras.
Recientes estudios han demostrado que uno de los grandes problemas de la
desinfección mediante luz UV es la reactivación, demostrando que muchos
microorganismos son capaces de reparar sus ácidos nucleicos dañados por la luz
ultravioleta, observándose que la temperatura a la que ocurre el proceso de reparación tiene
una gran importancia en el proceso, a temperaturas elevadas aumenta la velocidad de
despurinización o perdida de bases de purina del tronco del ADN, disrupción térmica,
(Abu-ghararah, 1994 ; Salcedo et al., 2007).
La mayor parte de tratamientos de regeneración instalados en las EDAR se diseñan con
lámparas UV de baja presión, siendo este tipo de lámparas las que se ven mayormente
afectadas por el problema de la reactivación.
La capacidad de reactivación depende, en gran medida, del tipo de daño UV provocado
y del nivel de organización biológica de los microorganismos. El mecanismo de reparación
no es universal y no existen características bien definidas que determinen que especies
pueden repararse a sí mismas y cuáles no. Las partes de las células más vulnerables al daño
33
por luz ultravioleta son el ADN y el ARN. Esto es debido a su función como material
genético de la célula y, también, a la alta complejidad de su estructura y gran tamaño.
Para comenzar la reactivación (tanto la luminica como a oscuras) estas enzimas
primero deben ser activadas por una fuente de energía. En el caso de la fotoreactivación
esta energía es suministrada por la luz visible (300-500 nm) y en la reparación a oscuras se
realiza a partir de nutrientes presentes en el interior de la célula. En ambos casos, la
reactivación se logra mediante enzimas que reparan el ADN dañado y que permiten que el
proceso de replicación vuelva a comenzar.
Emisiones de luz UV con una intensidad de 1 mJ/cm2 pueden dar lugar hasta 3.0004.000 dímeros de timina producidos por la fusión de bases timina adyacentes Las cepas
más comunes de E.coli contienen alrededor de 20 enzimas fotoliasa capaces de reparar
hasta cinco dímeros de timina por minuto cada una, esto significa que en una sola célula
pueden reparar hasta 100 dímeros por minuto. De modo que el daño provocado por 1
mJ/cm2 de UV puede repararse en sólo 30 minutos. También hay que tener presente que la
fotoreactivación tiene tasas de supervivencia más elevadas y menores tiempos de
reactivación que la reparación a oscuras.
Definición de la dosis UV.
Un aspecto fundamental en la dosificación y dimensionamiento de este tipo de sistemas
es conocer la dosis necesaria para la desinfección. Las siguientes formulas permiten
conocer dicha dosis:
D=Ixt
Donde:
D = dosis UV (mJ/cm2 = mW·s/cm2)
I = intensidad UV (mW/cm2)
t = tiempo de exposición (segundos)
La dosis UV se puede variar cambiando la intensidad UV o el tiempo de exposición.
Los fabricantes de sistemas de desinfección UV, utilizan modelizaciones matemáticas
para conocer las diferentes intensidades en los distintos puntos del sistema de desinfección,
ya que la intensidad se atenúa con la distancia desde la lámpara y se ve influenciada por el
comportamiento hidráulico a su paso por las lámparas.
34
Figura 15. Modelización fluido-dinámica de reactor cerrado de lámparas de media presión.
Por otro lado la ley de Watson y Chick permite conocer la resultante, valorada como el
número final de microorganismos, después de la dosificación de una determinada dosis de
luz UV.
N = N 0 · e-kD
Donde:
D : dosis efectiva (W·s/m2 ; J/m2 ; µWs/cm2)
k : tasa que depende del microorganismo
N : número de microorganismos a tiempo t
N 0 : número de microorganismos inicial
Partes de un sistema de desinfección por luz UV.
La desinfección con luz ultravioleta (UV) se utiliza en todos los tipos de agua para
reducir la cantidad de microorganismos tales como bacterias, virus, protozoos, hongos,
esporas y algas, siendo uno de los métodos más utilizados de desinfección en aguas
residuales (Huffman et al., 2000; Kashimada et al., 1966).
Los componentes principales del sistema de desinfección con luz UV son:
- lámparas de vapor mercurio
- balastos electrónicos y centro de control
- reactor o bastidor
- sistemas de control de caudal y/o nivel
Lámparas de vapor de mercurio.
Para la emisión de la luz UV se utilizan lámparas de vapor de mercurio, configuración
en tubo y de distintas longitudes. El vapor de mercurio es un gas, que al ser sometido a
ciertas intensidades de corriente es capaz de emitir luz UV en el rango de los UV-B y C,
que es la parte con mayor poder germicida.
35
La emisión de luz UV depende de la concentración de átomos de mercurio, existiendo
dos tipos de lámparas dependiendo de la presión de vapor de mercurio dentro de la
lámpara, son las de baja y media presión.
Imagen 6. Lámpara de vapor de mercurio.
Lámparas de baja presión producen esencialmente luz monocromática, alrededor de los
253,7 nm, muy cerca de la longitud de onda con mayor poder germicida 254 nm y con
mayor absorción en los microorganismos (Figura 16).
En este tipo de lámparas, el mercurio se introduce en la lámpara trabajando a una
presión de 0,001-0,01 mmHg (85% de la luz emitida en UV) y la temperatura de trabajo
está sobre los 40-60ºC. Las longitudes estándar de las lámparas de baja presión son de 0,75
y 1,5 metros, y sus diámetros van de 19 a 28 mm.
Entre las lámparas de baja presión existen dos tipos de baja intensidad y de alta
intensidad, las primeras solo utilizan mercurio, mientras que las segundas utilizan una
amalgama de mercurio-indio. Las ventajas que ofrecen estas últimas frente a las primeras,
es que mantienen un nivel constante de átomos de mercurio lo que proporciona una mayor
estabilidad de la radiación, cerca de los 254 nm, y una mayor vida útil de la lámpara.
Figura 16. Longitud de onda de las lámparas de baja presión
Lámparas de media presión producen luz UV en un amplio espectro, policromática, y
con una mayor intensidad, aunque con menor poder germicida relativo (figura 17).
En este tipo de lámparas, el mercurio se encuentra a una presión de vapor de 13 kPa
(44% de la luz emitida es UV). Este tipo de lámparas se utiliza en instalaciones de mayor
tamaño y su intensidad germicida es aproximadamente 15 a 20 veces mayor que las
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lámparas de baja presión, lo que hace que el tiempo de exposición se reduzca, por lo que
estas lámparas son usadas para tratar caudales mayores. Su temperatura de funcionamiento
es mucho más alta con un mayor consumo de energía eléctrica.
Figura 17. Longitud de onda de las lámparas de media presión
En la siguiente tabla se resumen las características más importantes de ambos tipos de
lámparas:
Lámpara de baja presión
Lámpara de media presión
Eficiencia ~ 40%
Bajas potencias: 80-300 wh/lámpara
Vida de lámpara: 12.000 horas
Temperatura de lámpara: 40-60ºC
Ningún enfriamiento antes del re-arranque
Mercurio en estado sólido
Ninguna solarización de la manga de cuarzo
Eficiencia ~ 12%
Potencias más altas: 2-4 kwh/lámpara
Vida de lámpara: 3.000 - 5.000 horas
Temperatura de lámpara: 600-900ºC
Requiere enfriar antes del re-arranque
Mercurio en estado líquido
Solarización de la manga de cuarzo
Tabla 12. Comparativa de los dos tipos
Las lámparas UV de media presión dan lugar a longitudes de onda más amplías, con
varios picos de máxima absorbancia que permiten dañar distintas estructuras celulares:
proteínas, ADN, etc.
Figura 18. Longitudes de onda de las lámparas de baja y media presión
37
Todas las lámparas se montan dentro de fundas de cuarzo, totalmente estancas. Estas
fundas son de diferentes diámetros y longitudes, y pueden ser con apertura en ambos
extremos o solo en uno de ellos, dependiendo del fabricante.
Para solucionar el problema antes mencionado de la reactivación, el uso de lámparas
UV de media presión, que dan lugar a longitud de ondas más amplias, pueden dañar tanto
el ADN como la membrana plasmática o proteínas presentes en el citoplasma o en
orgánulos membranosos.
Otra solución aceptada e implantada en algunas EDAR pasa por el uso combinado de
luz UV de baja presión junto con una dosificación mínima de hipoclorito sódico, que
aporta un agente desinfectante que evita además recontaminaciones. La acción sinérgica de
ambos desinfectantes permite abarcar un amplio rango de patógenos dado que el
hipoclorito sódico permitirá la eliminación de bacterias no formadoras de esporas, como
por ejemplo Escherichia coli o enterococos fecales, mientras que la luz UV permitirá la
eliminación de bacteriofagos, enterovirus y oocistos de Cryptosporidium.
Balastos electrónicos y centro de control
Los balastos son los componentes encargados de encender y apagar las lámparas UV,
tanto de baja presión como media presión, proporcionan el voltaje de inicio para el
encendido de las lámparas y mantiene una corriente continua. Existen de dos tipos: los de
bobina sólida y los electrónicos que son los más usados. Según sea su configuración estos
pueden regular la intensidad de las lámparas o no. De forma muy usual, cada balasto suele
controlar una pareja de lámparas y, según fabricante y modelo del balasto, ante un fallo de
una de las lámparas este puede apagar la otra o no, por lo cual podemos tener un falso fallo
de lámpara.
Imagen 7. Cuadro eléctricos con balastos.
38
Destacamos estos elementos, debido a que son una parte clave en el correcto
funcionamiento de la instalación UV, y pueden llegar a ser un consumible importante, y
por su coste individual, llegar a ser una parte económica del mantenimiento de este equipo
a tener en cuenta.
Estos elementos son muy sensibles tanto a las temperaturas altas, a alteraciones de la
corriente eléctrica, como a la presencia de ambientes corrosivos, ambientes que pueden
darse en una EDAR, por esto es muy importante contar con una correcta refrigeración de
los cuadros y un buena gestión del aire que entra en los cuadros, siendo muy conveniente
que la electrónica cuente con una protección adicional ante ambientes corrosivos como es
la tropicalización total del balasto.
Centro de control: casi todos los equipos, cuentan con una unidad de control que vigila
todos los parámetros de funcionamiento del equipo. Las dos principales señales de
seguridad que suelen tener los equipos UV son la sonda de intensidad y sonda de nivel.
Imagen 8. Cuadro eléctricos y pantalla de control.
Con la sonda de intensidad el centro de control puede regular la intensidad de la
lámpara entre el 30% y el 100%, según distintos fabricantes. Para ajustar mejor la dosis,
muchos equipos cuentan con una entradas adicionales de datos, por ejemplo el caudal que
pasa por el equipo y así ajustar la intensidad de las lámparas a la dosis objetivo marcada.
La sonda de nivel, tiene el único objetivo de apagar el equipo, cuando el nivel del agua
este por debajo del límite de cubrición de la lámpara más alta y evitar excesos de Tª.
Además de los parámetros anteriores otros parámetros importantes que se controlan
son: el número de horas de funcionamiento de las lámparas, número de encendidos y
apagados, ciclos de limpieza, estado individual de cada lámpara on/off, nivel del agua,
nivel de la compuerta de control de nivel, intensidad mínima de alarma, intensidad
objetivo, etc.
Estos centros de control suelen llevar puertos de salida de datos, siendo muy
conveniente que se conecten con el scada de planta, y poder llevar un mejor control de
funcionamiento, ya que en la mayoría de los casos estos centros solo permiten ver la
información. Una vez enviada la información en el scada es más sencillo realizar históricos
39
de funcionamiento, con intensidades, dosis, caudales, potencia consumida, horas de
funcionamiento, encendidos y apagados, etc.
Reactor o bastidor
Existen dos tipos de configuraciones de reactor para el sistema de desinfección
mediante luz UV: de contacto y sin contacto. En ambos casos, el agua residual puede fluir
en forma perpendicular o paralela a las lámparas.
En los reactores sin contacto, las lámparas de luz UV se encuentran instaladas en una
cámara separada del conducto que transporta el agua residual que va a ser desinfectada.
Esta configuración no es nada común, en el tratamiento de aguas residuales, debido a la
menor transparencia de estas aguas.
En el caso del reactor de contacto, las habitualmente usadas en desinfección de aguas
residuales, las lámparas de mercurio están recubiertas con mangas o fundas de cuarzo para
minimizar los efectos de enfriamiento del agua residual y garantizar la estanqueidad. El
agua nunca debe entrar en contacto con la lámpara, ya que, en tal caso la lámpara se
fundiría.
Imagen 9. Reactores sin contacto
Imagen 10. Reactores con contacto
Entre los reactores de contacto, dos son las configuraciones más usadas, en reactor
cerrado o en canal abierto. A su vez en ambos casos, las lámparas pueden estar instaladas
de forma paralela al flujo del agua o de forma perpendicular.
Figura 19. Reactor cerrado flujo longitudinal
40
Figura 20. Reactor cerrado flujo transversal
Figura 21. Canal abierto lámparas horizontales
Figura 22. Canal abierto lámparas verticales
En canal abierto, la configuración más común, es que las lámparas estén dispuestas de
forma paralela al flujo de caudal, aunque también pueden estar en vertical, y las lámparas
son de mayor longitud que cuando están en paralelo.
Figura 23. Configuraciones de lámparas en canales abiertos.
Los reactores cerrados suelen ser tuberías de distintos tamaños de acero inoxidable.
Dentro se instalan las fundas de cuarzo en cuyo interior van las lámparas. En el interior de
la tubería se monta todo el sistema de sujeción de las fundas así como del sistema de
limpieza mecánico, quedando en un extremo, el accionamiento mecánico del sistema de
limpieza, las conexiones eléctricas con las lámparas y el acceso tanto a las lámparas como
a las fundas de cuarzo.
Imagen 11. Reactor cerrado, conexiones eléctricas
lámparas.
41
Imagen 12. Reactor cerrado, accinonamiento eléctrico
del sistema de limpieza de las fundas.
Las lámparas de media presión, se instalan siempre en reactores cerrados, y de forma
perpendicular al flujo del agua, debido a que se necesitan menos lámparas instaladas.
Los sensores de intensidad y de nivel en el caso de reactor cerrado, se instalan sobre la
tubería, y en el caso de canal abierto estos sensores se instalan en uno de los bastidores que
componen un banco.
Imagen 13. Canal abierto.
Imagen 14. Reactor cerrado.
Importancia de los sistemas automáticos de limpieza de las fundas de cuarzo:
Los primeros sistemas UV, no contaban con sistemas automáticos de limpieza, la
experiencia demuestra que es vital contar con este tipo de sistemas de limpieza mecánica,
sobre todo con aguas duras o altas concentraciones de sales disueltas.
Las diferencias de temperatura entre el interior y exterior de la funda, hace que
precipiten compuestos inorgánicos, sobre todo de compuestos cálcicos. En los casos que el
funcionamiento no es en continuo, también pueden formarse biopelículas. Sea como fuere,
cualquier suciedad sobre la funda de cuarzo hace que la radicación UV reduzca su eficacia
germicida.
Imagen 15. Sustitución funda de cuarzo en reactor cerrado.
42
Los sistemas UV que no cuentan con sistemas de limpieza automáticos, necesitan
muchas horas de mantenimiento para su limpieza manual. Estas operaciones además de
laboriosas son muy delicadas, debido a que las fundas de cuarzo son muy frágiles. Las
limpiezas manuales se realizan utilizando un ácido débil para eliminar las precipitaciones
acumuladas en la superficie. Con las limpiezas manuales, muchas son las horas que el
equipo estará fuera de servicio.
Imagen 16. Comparación de fundas sucias y fundas limpias.
Los sistemas de limpieza mecánicos son unos anillos que rodean la funda y que
realizan ciclos de rascado de la superficie a lo largo de toda la longitud de la funda. En el
caso de reactores cerrados, los anillos rascadores, se montan sobre un disco que envuelve
todas las lámparas y va de un extremo a otro de la funda, el accionamiento suele ser
mecánico mediante un tornillo que es accionado desde el exterior mediante un
motorreductor eléctrico, instalado en la zona de las conexiones de las lámparas. Para el
caso de canales abiertos, cada bastidor cuenta con un sistema parecido de rascado pero el
accionamiento es neumático, instalado en la zona superior del bastidor.
Imagen 17. Sistema de limpieza en reactor
cerrado.
43
Imagen 18. Sistema de limpieza en canal abierto.
Existen también sistemas automáticos más complejos, que permiten la extracción de las
lámparas y su limpieza, sin la necesidad de ninguna manipulación manual por parte de
personal de la planta, como el de la foto de abajo, pero no son habituales en las
instalaciones.
Imagen 19. Sistema automático de extracción de lámparas.
Sistemas de control de caudal y/o nivel
Los sistemas de control de nivel o caudal, son fundamentales para garantizar la dosis
objetivo de desinfección. En el caso de instalaciones de canal abierto, al final del canal, se
instalan vertederos de salida, con el objetivo de mantener el nivel del agua entre un nivel
máximo y mínimo. Estos límites deben mantenerse, por encima del mínimo para evitar que
las lámparas queden fuera del agua y sufran de altas temperaturas, y por debajo del
máximo para evitar que la distancia de la lámina de agua sobrepase la distancia de acción
de las lámparas situadas más arriba en el bastidor y que no se sumerjan componentes del
equipo que quedarían dañados como el sistema de limpieza o los contactos de las sondas
de intensidad.
En instalaciones de gran capacidad estos vertederos suelen ser móviles, en
instalaciones más pequeñas los vertederos son fijos. Dos son los sistemas móviles más
extendidos, compuerta de bisagra con contrapesos y compuerta de vertedero con control
neumático o eléctrico y sonda de nivel.
Imagen 20. Compuerta motorizada con sonda nivel / Compuerta de bisagra de contrapesos / Vertedero tubular fijo.
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Para el caso de reactores cerrados, normalmente el caudal que pasa por ellos es
previamente bombeado, por lo que el caudal es regulado en los equipos de bombeo,
mediante variador y caudalímetro, y en el caso de funcionamiento por gravedad, la
regulación es mediante válvula automática y caudalímetro. En la instalación de reactores
cerrados hay que tener la precaución de hacer la instalación garantizando que siempre
estén inundadas las lámparas, y funcionando a sección llena, mediante la instalación en
sifón.
Factores que afectan a la desinfección UV.
Muchos son los factores que influyen sobre el buen funcionamiento de la desinfección
por luz UV. Estos factores pueden estar relacionados con las características del agua a
desinfectar o con el diseño del sistema UV elegido. La efectividad del proceso de
desinfección UV depende de un gran número de variables como son: características del
sistema de desinfección UV, la hidráulica general del sistema, la presencia de partículas,
características de los microorganismos, las características químicas del agua y el
mantenimiento que se lleve a cabo del sistema. Estos son los factores que influyen en
mayor medida sobre la dosis de radiación, debido a que son los que influyen sobre los dos
constituyentes de la dosis, la intensidad y el tiempo de exposición.
Hidráulica general
del sistema UV
Características
del sistema UV
Características físicoquímicas del agua
Efectividad
UV
Mantenimiento general
de la instalación
Características de los
microorganismos
Presencia de
partículas
Figura 24. Factores que inciden en el diseño y dimensionamiento de un reactor UV
Hidráulica general del sistema UV: uno de los más serios problemas para un correcto
funcionamiento de los sistemas UV es este, encontrándonos con menores rendimientos de
los esperados. Los sistemas de canal abierto suelen tener una hidráulica más deficiente que
los de reactor cerrado.
Estos problemas son: la presencia de corrientes o flujos preferenciales. Este problema
suele ser muy común en los canales abiertos, siendo muy perjudiciales si sucede en la parte
inferior o superior en su paso por cada banco, ya que la distancia a la lámpara es mayor.
Otra condición es la inapropiada entrada y salida que generan perfiles de velocidad
irregulares, normalmente la salida de los canales se realiza por la parte superior lo que hace
que las velocidades en la parte superior sean mayores que en la inferior, además en los
sistemas móviles de control de nivel si estos son muy bruscos pueden generar variaciones
de caudal grandes que afectan al tiempo de contacto. Y por último, la creación de zonas
muertas dentro del reactor.
45
Para evitar estos problemas se pueden tomar varias medidas, instalación de una placa
perforada delante de cada banco, o entre las lámparas para romper las zonas con diferentes
velocidades, perfilar las esquinas de los canales en el fondo, deflectores de caudal en los
laterales para forzar romper líneas de corriente preferenciales, en definitiva cualquier
elemento que haga que el régimen sea lo más turbulento posible y haga que el tiempo de
exposición sea el mayor posible y que nunca puedan existir líneas de corriente de agua sin
recibir la dosis adecuada. Hacer que un sistema de desinfección con luz UV tenga un flujo
uniforme con un movimiento axial suficiente (mezcla radial) para lograr una máxima
exposición a la radiación, es muy difícil, por esto se deben tomar estas precauciones.
Imagen 21. Modelización fluido – dinámica, velocidades del agua dentro de un reactor cerrado y líneas de flujo.
La trayectoria que un organismo toma en el reactor determina la cantidad de radiación
a la cual es expuesto antes de la desactivación. Un reactor se debe diseñar para eliminar el
flujo en cortocircuito y/o las zonas estancadas o estáticas que puedan dar lugar al uso
ineficaz de la energía y la reducción del tiempo de contacto.
Figura 25. Reactor mal diseñado
Figura 26. Reactor eficiente
Características del sistema UV: el propio diseño de los equipos definirán la eficiencia
de la desinfección y su respuesta ante variaciones de las condiciones del agua, por ejemplo,
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si cuenta con sistema de limpieza automática o no, la distancia entre lámparas, la presencia
o no de placas perforadas, nivel de automatización electrónica y, en general, todas aquellas
condiciones que no pueden ser modificadas en el sistema en funcionamiento.
Cuando nos encontramos con este tipo de limitaciones, una posible opción es realizar
recirculaciones del agua para lograr radiar la dosis adecuada, aunque lógicamente esto
reduce la capacidad de la instalación.
Características físico-químicas del agua residual: estas incluyen cualquier parámetro
físico-químico que reduzca la radiación, los sólidos suspendidos y coloidales, la densidad
bacteriana inicial y los compuestos químicos disueltos en el agua. La concentración de
sólidos suspendidos y la concentración de microorganismos asociados a partículas
determinan la cantidad de luz UV que en última instancia llega al organismo para ser
eliminado. Mientras más altas sean estas concentraciones, menor será la luz UV que es
absorbida por los organismos y por lo tanto menor la desinfección. Las características del
agua residual y su efecto sobre la desinfección mediante luz UV se relacionan a
continuación:
COMPUESTO
EFECTO EN LA DESINFECCIÓN MEDIANTE LUZ UV
DBO 5 , DQO, COT
No tienen mucho efecto, a no ser que los compuestos húmicos sean elevados, entonces
la transmisión de luz UV podría verse reducida
Compuestos
Húmicos
Grasas y aceites
SST
Alcalinidad
Dureza
Amoniaco
Nitritos
Nitratos
Hierro
Manganeso
pH
Vertidos
Industriales
Aguas pluviales
Adsorben la radiación UV
Pueden adherirse a las fundas de cuarzo y adsorber la radiación UV
Adsorbe la luz UV y protege a las bacterias incorporadas en los sólidos
Pueden afectar a la solubilidad de los metales que pueden adsorber la radiación UV
Calcio, magnesio y otras sales, puede generar precipitados sobre las fundas de cuarzo,
especialmente a altas temperaturas
Efectos menores
Efectos menores
Efectos menores
Fuerte adsorbente de radiación UV, puede precipitar sobre las fundas de cuarzo, puede
adsorber SST.
Fuerte adsorbente de radiación UV
Afecta a la solubilidad de los metales y carbonatos
Según su naturaleza puede afectar, por ejemplo colorantes, pueden adsorber la
radiación UV.
Según los componentes que arrastren, como hidrocarburos, pueden adsorber la
radiación UV.
Tabla 13. Características del agua residual que afectan a la desinfección mediante luz UV
En última instancia, todos estos compuestos afectan a la transmitancia del agua, o su
capacidad a ser atravesada por la luz UV a un espesor determinado de la misma. Este
parámetro se mide mediante espectrofotómetro ajustado a 254 nm. La medición de este
parámetro es importante para determinar la facilidad que tiene el agua para ser
desinfectada con radiación UV.
Mantenimiento general de la instalación: aunque como cualquier parte integrante de
una instalación de tratamiento de aguas, el grado de mantenimiento debe ser el adecuado
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para garantizar su correcto funcionamiento, en la desinfección UV, tiene gran importancia,
sobre todo porque las horas operario que se necesitan, son elevadas.
Entre las operaciones más importantes son las relacionadas con las limpiezas de todos
sus componentes sobre todos los ópticos, como son las fundas de cuarzo. Aunque cuente
con sistema automático físico de limpieza, cada cierto tiempo es necesario realizar
limpiezas químicas, que en el caso de los reactores cerrados puede ser in situ, pero en los
canales abiertos debe ser manual, utilizando algún ácido débil. Todas las superficies entre
la radiación UV y los microorganismos deben estar limpias. La limpieza inadecuada es una
de las causas más comunes de la ineficacia de los sistemas de desinfección mediante luz
UV. La frecuencia de limpieza es individual y muy específica para cada caso, ya que
algunos sistemas necesitan ser limpiados más frecuentemente que otros.
La limpieza química se realiza comúnmente con ácido cítrico o ácido fosfórico. Otros
agentes de limpieza incluyen soluciones de vinagre y hidrosulfito de sodio. La
combinación de los agentes de limpieza debe de ser probada antes de un uso frecuente,
para encontrar el agente más conveniente y que más se ajusta a las características del agua
residual sin producir productos peligrosos o tóxicos.
Los procedimientos operacionales deben de establecerse de tal modo que se reduzcan
los ciclos de encendido y apagado de las lámparas puesto que la vida útil de las lámparas
se reduce con la repetición de estos ciclos. El balastro debe ser compatible con las
lámparas y se debe ventilar para protegerlo del calor excesivo, lo cual puede reducir su
vida útil.
Otro serio problema encontrado en los sistemas UV es el desarrollo de biofilms en las
superficies de exposición del reactor. Este problema es especialmente serio en los sistemas
de canal abierto. Estos canales están expuestos a otras fuentes de luz, esto hace que sobre
las superficies de los canales se desarrolle un biofilm compuesto fundamentalmente de
hongos, algas y bacterias filamentosas. El problema con la presencia de biofilms es que
albergan y protegen grandes colonias de bacterias. Cuando este biofilms alcanza suficiente
grosor, se desprende y pasa el sistema UV, incluso puede llegar a afectar a los sistemas de
limpieza automática. Los biofilms se forman incluso en reactores cerrados, y para el caso
de reactores con lámparas de media presión, hay que tener especial cuidado, debido a que
el rango de luz que emiten es más amplio llegando incluso al visible, lo que hace que el
crecimiento de biofilm pueda ser mayor.
Por esto, otra labor fundamental de mantenimiento es la limpieza de estos canales
usando algún agente desinfectante como el hipoclorito sódico.
48
Imagen 22. Algas en interior reactor cerrado con una
lámpara superior fundida.
Imagen 23. Interior reactor cerrado sin lámparas
fundidas, algas en zona superior.
Imagen 24. Biofilm en canal abierto.
En las fotografías de arriba, puede observarse, la aparición de algas, en zonas que
donde la luz UV no índice de manera correcta, como puede ser el caso de una lámpara
fundida en la primera foto, o en la segunda foto, donde en la parte superior del reactor, se
ha podido acumular aire. Es muy importante, realizar comprobaciones de la aparición o no
de estos biofilm, para evitar reservorios de bacterias y o desperfectos mecánicos sobre los
sistemas de limpieza.
El control de la edad de las lámparas, es otra parte fundamental del mantenimiento. El
operador debe llevar un seguimiento de la desinfección y relacionarlo con las horas de
funcionamiento de las lámparas. Además debe realizar una adecuada gestión de la
sustitución de las lámparas, controlando individualmente las horas de cada una de las
lámparas. Entre todo el conjunto de lámparas, las que más importancia tienen son las que
están más cercanas al sensor de intensidad, que controla el funcionamiento de todo el
sistema, por estos la edad de estas lámparas debe ser representativas de todo el conjunto.
Características de los microorganismos: la efectividad de los procesos de
desinfección UV depende de las características de los microorganismos. Al igual que
sucede con las dosis necesarias de desinfectantes clorados, tanto el tipo de microorganismo
como si estos proceden de un tratamiento biológico con mayor o menor edad de fango, las
dosis necesarias pueden ser muy distintas. Incluso diversos investigadores no se ponen de
acuerdo, para calcular las dosis para inactivar un mismo microorganismo en las mismas
condiciones.
49
El conocimiento concerniente a las dosis necesarias para la inactivación de patógenos
específicos, está cambiando continuamente, por la mejora de los métodos de análisis
utilizados. Por ejemplo, antes los estudios sobre infección decían que dosis de menos de
200 mJ/cm2, no eran efectivos para eliminar Cryptosporidium parvum y Giardia lamblia,
sin embargo, estudios más recientes han encontrado que ambos protozoos son inactivados
con dosis extremadamente bajas, entre 5-15 mJ/cm2.
Presencia de partículas: dejando aparte las condiciones hidráulicas, los
microorganismos pueden estar dispersos en el agua de forma individual o asociados a
partículas, otras células o restos de estas. Bacterias dispersas en el agua son fáciles de
inactivar, pero cuando la eficiencia del sistema de desinfección UV no es total, está casi
siempre asociada a la presencia de la unión de bacterias en partículas, ya sea en su
superficie o incluso en su interior (Oliver y Cosgrove, 1975; Severin, 1980; Ho y Bohm,
1981; Qualls et all., 1983; Qualls y Johnson, 1985; Cairns, 1993; Emerick y Darby, 1993;
Darby et al., 1995; Emerick et al., 1999; Emerick et al., 2000). Las bacterias pueden estar
asociadas de tal manera que queden protegidas de la radiación UV (Scheible, 1987; Parker
y Darby, 1995).
El tamaño de partícula mínimo que puede realizar acciones de barrera está en torno a
las 10 µm para las aguas residuales (Emerick et al., 2000). Debido a la naturaleza porosa
inherente a las partículas en aguas residuales, y con tamaños más pequeños a este tamaño,
son incapaces de reducir la intensidad de la radiación UV y microorganismos incrustados
en partículas más pequeñas se inactivan igual que si estuvieran libres en el agua. Partículas
mayores de 10 µm pueden proteger a los coliformes fecales, que son los grupos donde se
encuentras la mayor cantidad de bacterias patógenas de las aguas residuales. Estas
bacterias se encuentran normalmente en el exterior de las partículas, no suelen encontrarse
en el interior de partículas de mayor tamaño, aunque puede darse.
Figura 27. Efecto de las partículas.
Las partículas producen un efecto sombra que provocan la necesidad de aumentar la
dosis UV, una correcta filtración reduce la presencia de estas partículas, sobretodo las de
mayor tamaño y evita que los microorganismos puedan ocultarse o queden protegidos.
50
mWs/cm2
Figura 28. Comparación de curvas de dosis UV, entre efluente secundario y filtrado a 8 micras.
En un primer momento se pensó que la acción de las partículas sobre el rendimiento de
la desinfección de los sistemas UV, podría ser superado incrementando la intensidad de la
luz UV. Desafortunadamente, esto no es así, no se puede incrementar la intensidad lo
suficiente para superar el efecto de sombreado que realizan las partículas, como puede
verse en el gráfico.
Figura 29. Efecto de sombreado de partículas grandes sobre la desinfección efectiva a diferentes intensidades
relativas.
Se puede ver, como incrementando la intensidad UV 10 veces tiene poco efecto en la
reducción del número de coliformes que para SST = 20 mg/l, parece que se encuentran
asociados a las partículas, y un tamaño critico de estas partículas, 10 µm, protegerán
eficazmente a estos microorganismos (Emerick et al., 2000). Además, dado que las
partículas grandes tienen poco efecto sobre la medida de la turbidez, efluentes con medidas
de turbidez baja < 2 NTU, pueden ser difícil de desinfectar bien, debido a la presencia de
partículas de gran tamaño, por esto es esencial realizar una buena filtración previa al
tratamiento de desinfección UV.
51
Figura 30. Histograma que ilustra la distribución del tamaño de partículas de un efluente secundario tras ser
filtrado en distintos tamaños de filtro
La siguiente tabla recoge el nivel de desinfección conseguido en diversas instalaciones
en función de la transmitancia (UVT), los sólidos suspendidos totales (SST) y el tamaño de
partículas presentes en el agua a desinfectar:
Tabla 14. Tipos de efluentes y grados de desinfección esperados con dosis UV adecuada
Recomendaciones y consideraciones generales
Para evitar la entrada de objetos extraños, en los reactores cerrados, que puedan dañar
los sistemas de limpieza o las fundas de cuarzo, se recomienda la instalación de un “filtro
caza piedras”.
Imagen 25. Caza piedras previo a reactor cerrado UV.
52
Estos son los efectos que tiene la entrada de objetos extraños en el reactor, la placa de
limpieza de las fundas puede ser doblada, y rotura de fundas de cuarzo.
Imagen 26. Placa de limpieza de las fundas doblada por entrada de cuerpo extraño.
Imagen 27. Funda de cuarzo rota por entrada de cuerpo extraño.
Los cuerpos extraños que pueden llegar al reactor son algas, grandes trozos de biofilm
desprendido, o trozos de equipamiento, como tornillos por descuido del operador.
El principal problema que actualmente tienen los equipos de desinfección UV que
actualmente están en funcionamiento, es su deficiente diseño partida, especialmente al
adoptar valores equivocados respecto de la transmitancia del agua a tratar. Normalmente se
diseña para transmitancias superiores al 60%, cuando el valor más común que nos
encontramos no supera el 55%.
Para la selección de los equipos, se recomienda incluir en los pliegos de condiciones de
los concursos las siguientes indicaciones:
- Establecer cara al diseño de los equipos de luz UV, una transmitancia no
superior al 50%, salvo que se conozca el valor real medido.
- Exigir un cumplimiento de E. coli del percentil 90, como mínimo.
- Sistema de limpieza automático.
53
Conviene instalar sondas para medir las propiedades ópticas del agua para transmitir la
luz UV a 254 nm. La sonda más adecuada sería un sensor de transmitancia que incluso se
puede utilizar para operar los equipos, con esta información se obtendría un
funcionamiento más eficaz de los equipos. En la actualidad se utilizan los propios sensores
de intensidad con los que cuentan los equipos, pero estas sondas son caras de mantener y
además se ven influenciadas por diferentes factores, como es la edad de las lámparas más
cercanas con respecto al resto, etc.
Sobre los costes de los sistemas de desinfección con luz UV, este depende del
fabricante, del caudal tratado en planta y de las características del agua residual a ser
desinfectada. Los costes totales de desinfección mediante luz UV pueden ser competitivos
respecto a la desinfección con cloro cuando ésta incluye el coste del procedimiento de
decloración, en condiciones normales son más caros que la desinfección con cloro.
Los costes operacionales anuales para la desinfección con luz UV incluyen: el consumo
de energía, los productos químicos y de limpieza, la sustitución de las lámparas, la
sustitución de balastos y de fundas de cuarzo, más los requerimientos de personal para
todas estas operaciones. Los costes han disminuido en los últimos años debido a las
mejoras en el diseño de las lámparas y de los sistemas.
La inactivación del número de microorganismos depende únicamente de la dosis, y por
lo tanto se puede compensar un menor tiempo de exposición con una mayor irradiación. La
dosis necesaria para conseguir inactivaciones del 99%, 99,9% y 99,99% son,
respectivamente: 2, 3 y 4 veces la dosis efectiva 10 (D10) para un 90% de inactivación o
un 10% de supervivencia.
La eficacia del sistema de desinfección con luz UV depende de las características del
agua residual, la intensidad de radiación, el tiempo de exposición de los microorganismos a
la radiación y la configuración del reactor. La tecnología de desinfección con luz UV ha
ganado un enorme interés desde que se demostró su efectividad en la eliminación de
quistes de Giarda y huevos de Cryptosporidium (Hijnen et al., 2006).
Ventajas e inconvenientes
Se puede resumir que las ventajas e inconvenientes en la utilización de este sistema de
desinfección son:
Ventajas:
- No añade productos químicos y no deja residuos en el agua de los compuestos
que se hayan formado tras la reacción, como cloraminas y trialometanos.
- La desinfección con luz UV es eficaz para la desactivación de la mayoría de
los virus, esporas y quistes.
- La desinfección con luz UV es un proceso físico lo que permite eliminar la
necesidad de generar, manejar, transportar o almacenar productos químicos
tóxicos, peligrosos o corrosivos.
- La desinfección con luz UV es de uso fácil para los operadores.
54
- La desinfección con luz UV tiene un periodo de contacto más corto en
comparación con otros desinfectantes.
- El equipo de desinfección con luz UV requiere menos espacio que otros
métodos.
Inconvenientes:
- Si se produce una baja dosificación es probable que no se produzca una
desactivación efectiva de algunos virus, esporas y quistes.
- No mantiene un efecto residual de desinfección en el agua.
- Algunos microorganismos son capaces de recuperarse del daño producido por
la radiación UV (reactivación).
- Un programa de mantenimiento exhaustivo, es necesario para controlar la
acumulación de sólidos en la parte externa de los tubos de luz, paredes de
reactor y del canal.
- La turbidez y los sólidos suspendidos totales (SST) en el agua residual hacen
que la desinfección con la luz UV sea ineficaz. El uso de la desinfección
con lámparas UV de baja presión es poco efectivo en el caso de efluentes
secundarios con niveles de SST mayores a 30 mg/l.
- Mayores gastos de explotación que el cloro.
4. DESINFECCIÓN MEDIANTE LAGUNAS
Uno de los medios que más a mano tiene el ser humano, para la desinfección del agua,
es la luz del sol, incluso para el consumo humano. Un ejemplo de un método usado para
desinfectar el agua de consumo, es muy sencillo y al alcance de la mayoría de las personas.
Figura 31. Esquema desinfección solar agua potable / Procedimiento de exposición / Ejemplo de instalación
Tras ver esta aplicación, en zonas del planeta donde el acceso al agua potable es un
lujo, debido a que carecen de los medios más elementales para su potabilización, nos
podemos apoyar en el potencial de desinfección que el sol ejerce sobre aguas cargadas de
microorganismos.
Reducción del contenido bacteriano en lagunas.
Este tipo de reducción bacteriana puede denominarse reducción natural del contenido
microbiológico de las aguas. El principal mecanismo de la reducción microbiana es la
55
acción germicida de la luz solar, por esto si se logra poner en contacto los
microorganismos presentes en el agua con la luz solar durante el tiempo suficiente esta
puede llegar a quedar desinfectada. Esto se logra principalmente, mediante el uso de
lagunas de suficiente extensión y reducido calado.
El conocido sistema de depuración por lagunaje, utiliza las lagunas de maduración con
este objetivo de reducir la carga microbiana, lagunas muy extensas con poca profundidad
(1-1,5 metros). Si contamos con efluentes depurados a falta de desinfección, este tipo de
lagunas pueden suponer una buena alternativa, sobre todo porque estas tienen unos costes
de explotación muy reducidos.
El principal elemento a tener en cuenta, es la transparencia del agua para que el poder
de penetración del haz de luz llegue a la máxima profundidad posible, si se cuenta con la
suficiente superficie para lograr unos adecuados tiempos de contacto el sistema puede ser
apto para desinfectar.
En numerosos estudios sobre depuración por lagunaje, ya indican que estos pueden
llegar a eliminar el 99,9% de E. coli (Rojo, 1988).
Organismo
% de reducción
Escherichia coli
Estreptococos fecales
Salmonela sp.
Enterovirus
99-99,9
99-99,9
99-99,5
85-95
Tabla 15. Reducción de patógenos en sistemas de lagunaje (Rojo, 1988)
Cuando su funcionamiento es dentro del sistema de lagunaje, no suelen tener grandes
rendimientos en desinfección, debido a que tienen aguas muy cargadas de sólidos, algas y
microbiología, lo que hace que sean muy turbias y opacas al paso de la luz solar, por lo que
necesitan dimensionamiento bastante generosos.
Factores que influyen sobre la desinfección en lagunas.
- Temperatura
- pH
- Disponibilidad de nutrientes
- Radiación solar UV
- Organismos depredadores
Efecto de la temperatura
A lo largo de los años, diferentes autores han estudiado el comportamiento de la
reducción microbiana en lagunas por el efecto de la temperatura, y en diferentes lugares
del mundo. Autores como Slanetz et al. (1970) o Marais (1974), correlacionan la
mortandad bacteriana con la temperatura, observaron que en el verano tenía lugar una
elevada reducción de coliformes fecales y una reducción menor durante el invierno. En
56
Australia, la reducción observada era igual y se veía muy poco influenciada por las
variaciones estacionales (Parker, 1972). Moeller y Calkins (1980), indicaron que no existía
relación alguna entre la reducción que experimentaban los coliformes fecales y la
temperatura del agua de la laguna.
Con estas evidencias se puede indicar que no hay una relación clara de temperatura con
la variación bacteriana en el agua, por si sola, los rangos de temperaturas entre los que se
mueve el agua en una laguna, no es suficiente para explicar la acción germicida de las
lagunas.
Efecto del Ph
En general, los microorganismos toleran mal tanto los pH altos como bajos. En la
bibliografía se maneja a título de ejemplo los siguientes valores (Rojo, 1988):
pH < 4
Letal para enterobacterias
pH > 10
Letal para enterobacterias y virus.
Normalmente el pH de las aguas tratadas y almacenadas en laguna, está dentro de este
rango, salvo vertidos.
Disponibilidad de nutrientes
Muchas bacterias fecales requieren fuentes orgánicas de carbono y nitrógeno, las cuales
obtienen de las aguas residuales. Cuando escasean en el medio, se produce una
competencia por los nutrientes y como consecuencia de esto muchas bacterias mueren de
inanición (Gloyna, 1973), de aquí la importancia de un correcto tratamiento de las aguas
residuales.
En sistemas de lagunaje, cuando la concentración de DBO 5 disminuye en sucesivas
lagunas, la concentración bacteriana disminuye (Rojo, 1988).
Efecto de la sedimentación
En un medio acuoso, las bacterias tienen cierta tendencia a conglomerarse y adherirse a
partículas formando floculos que sedimentan. En el caso de las aguas residuales, la
sedimentación se ve favorecida por la presencia de sólidos orgánicos e inorgánicos en
suspensión. Cuando estas partículas sedimentan, arrastran en su caída a las partículas
adheridas a ellas, eliminándose de esta forma una parte de los microorganismos (Gloyna,
1973).
Efecto de la radiación UV
Ya en 1967, Gameson y Saxon demostraron la relación entre radiación UV y
eliminación de bacterias coliformes, sumergieron en el mar y a diferentes profundidades,
botellas que contenían concentraciones conocidas de bacterias coliformes, observando que
57
existía una relación entre muerte bacteriana y la intensidad de la radiación con la
profundidad, indicando que la tasa de mortandad se reducía durante los días nublados en 2
órdenes de magnitud. Moeller y Calkins (1980) y Ellis (1983) demostraron que existía una
clara relación exponencial entre el porcentaje de radiación UV y la tasa de supervivencia
asociada a los coliformes fecales.
Aunque la radiación UV penetra profundamente en aguas claras, la profundidad de
penetración se ve inhibida en gran medida por la presencia de sólidos en suspensión y más
concretamente, con la materia particulada (Ellis, 1983). Moeller y Calkins (1980)
estudiaron una laguna de maduración que presentaba estratificación, observando la tasa de
supervivencia de las bacterias coliformes a 10 cm de la superficie era tan sólo del
0,0002%, y por debajo de los 30 cm la supervivencia era casi completa. Por lo que la
presencia de sólidos y la transparencia del agua son fundamentales para asegurar una
correcta desinfección.
La mezcla que origina la acción del viento aumenta la capacidad de la radiación UV
sobre las bacterias.
Influencia de los organismos depredadores
Las bacterias que pueblan las aguas residuales son un eslabón más de la cadena trófica
alimentaria, siendo consumidas en grandes cantidades por los protozoos y otras formas
más elevadas de vida natural. Se ha observado que los microorganismos filtradores poseen
un gran contenido de patógenos en el intestino (Tortell, 1979) lo cual confirma su papel de
depredadores. Algunos Cladóceros como Moina y Daphnia eliminan E. coli (EPA, 1971) y
aunque estos crustáceos son capaces de reducir las bacterias presentes en el sistema, los
protozoos y los rotíferos son más eficaces (Ellis, 1983).
En este escenario de supervivencia, si garantizamos las correctas condiciones de
calidad de agua, estamos fomentando esta eliminación por depredación natural.
Lagunas de maduración como tratamiento de desinfección en pequeñas EDAR.
Con la entrada en vigor del RD 1620/2007 de Reutilización, se ha potenciado la
inclusión de procesos de regeneración de las aguas residuales depuradas para disponer de
una fuente adicional de recursos hídricos. En este sentido, en medianas y grandes EDAR,
se ha aportado por sistemas de desinfección avanzados (radiación UV, cloraciones, etc.)
para garantizar la calidad microbiológica del efluente exigido según los casos.
En las pequeñas EDAR es necesario buscar sistemas alternativos, que permitan la
desinfección de los efluentes depurados con un coste de implantación y explotación
asumibles. En este sentido, las lagunas de maduración descritas, constituyen una opción
viable para la desinfección de los efluentes procedentes de un tratamiento secundario.
En este tipo de lagunas es posible reducir de 3 a 5 unidades logarítmicas las
concentraciones de E. coli (Reinoso et al., 2008; Anceno et al., 2007; Von Sperling et al.,
2005), siendo los factores descritos anteriormente, los que contribuyen a lograr mayores o
58
menores eliminaciones, pH, radiación solar UV, decantaciones, depredación, temperatura,
etc. En general, se trata de conseguir unas condiciones desfavorables para la supervivencia
de los microorganismos patógenos.
Se muestra un esquema de tratamiento que incluye un humedal artificial y una laguna
de maduración, como ejemplo de tratamiento para pequeñas poblaciones.
Figura 32. Esquema de tratamiento con laguna de maduración para desinfectar.
Además de los niveles de desinfección que alcanzan, las lagunas de maduración
suponen un reservorio de agua regenerada, a la vez que permiten homogeneizar la calidad
del vertido final.
En el dimensionamiento de estas lagunas debe garantizarse un tiempo de residencia
superior a 5 días, a caudal punta.
Entre las ventajas de la aplicación de estas lagunas en cola de tratamiento, además del
grado de desinfección alcanzado, se encuentra la elevada integración paisajística. Como
principales desventajas, cabe destacar, la superficie requerida para su implantación y la
proliferación en las lagunas de microalgas, que se traduce en un incremento de los sólidos
en suspensión en el efluente final, que puede llegar a comprometer la reutilización del
mismo.
Regeneración ambiental
En determinados casos donde se han mejorado las instalaciones de depuración, por
ejemplo, con la construcción de modernas EDAR de aireación prolongada, y su efluentes
se vierten sobre estas lagunas de maduración, debido a que suelen ser puntos donde se
localizan los puntos de reutilización para riego.
59
Estas lagunas se han convertido incluso en reservas medio ambientales muy
interesantes para las aves acuáticas, llegando a obtener la calificación de espacios
protegidos RAMSAR. Algunos autores llegan a recomendar que se debiera evitar la
presencia de patos o aves acuáticas, ya que un pato puede llegar a excretar unos 1010
coliformes al día, aunque otros indican que en un ecosistema lagunar bien equilibrado no
tienes apenas influencia. En el seguimiento que se realiza en algunas lagunas con interés
RAMSAR, la presencia de E. coli es casi nula, como por ejemplo sucede en las lagunas de
Campotejar en Molina de Segura (Murcia).
Figura 33. Grafico E. coli de salida en laguna con influente desinfectado previamente.
Imagen 28. Imágenes de lagunas de maduración donde se vierte agua desinfectada, espacio RAMSAR.
Las lagunas de maduración, en unos casos reciben aguas desinfectadas, como en el
caso anterior, y en otros, aguas tras un tratamiento secundario. En los primeros, la
desinfección se mantiene tras muchos días almacenada el agua, y en el segundo reduce la
cantidad de e. coli a la salida de las lagunas. Por lo que estas lagunas tienen dos funciones,
una la de almacenamiento y homogeneización del agua tratada para su posterior
reutilización, y una segunda, la reutilización medioambiental, al generar espacios donde se
están reproduciendo especies en vías de extinción como la malvasía cabeciblanca y la
cerceta pardilla.
60
Figura 34. Grafico E. coli de salida en laguna con influente sin desinfectar previamente, solo tratamiento
secundario.
Imagen 29. Imágenes de lagunas de maduración donde se vierte agua sin desinfectar previamente tras
tratamiento secundario.
Lo que lo hace interesante son los reducidos costes de explotación que tienen estos
sistemas de desinfección, lo que los hace ideales para pequeños núcleos, donde las
superficies necesarias son menores.
Para poderlos utilizar en estos núcleos pequeños, hay que garantizar una correcta
depuración de las aguas, tanto en eliminación de materia orgánica como nutrientes, y sobre
todo con la turbidez del efluente. A estas lagunas solo puede llegar el efluente depurado y
no tener conectados los bypass de la planta, que en caso de exceso de caudal alivien a esta
laguna.
Los resultados de desinfección de estos sistemas son normalmente buenos, pero al ser
sistemas sobre los que no se tiene un control instantáneo, algunas muestras pueden ser
altas, sin conocer los motivos exactos de valores tan altos.
61
5. OTRAS TECNOLOGÍAS DE DESINFECCIÓN
5.1. OZONO
El ozono es un excelente desinfectante, debido a su elevado potencial redox, es un
oxidante químico muy potente, esta propiedad puede ser utilizada también para la
degradación de compuestos contaminantes. Su uso en tratamiento de aguas está ligado casi
en exclusiva a la potabilización.
La gran desventaja que presenta este tipo de sistemas, es que el ozono es relativamente
inestable en disoluciones acuosas. La corta vida media del ozono (tanto en fase gas como
en disolución acuosa) no permite su almacenamiento y distribución como cualquier otro
gas industrial, sino que debe generarse “in situ”. La reacción global de formación de ozono
a partir del oxígeno sigue la siguiente estequiometria:
3 O 2 ↔ 2 O 3 ∆Hº = + 284,5 kJ/mol
Se observa que la reacción es altamente endotérmica y no espontánea. El mecanismo
descrito para la formación del ozono mediante descargas eléctricas (el método más
habitual) involucra la generación de radicales atómicos de oxígeno, éstos reaccionan con el
oxígeno molecular para formar el ozono:
O + O 2 + M ↔ O 3 + M*
Siendo M un intermediario que retira el excedente de energía de la reacción.
Los componentes de un sistema de desinfección mediante ozono incluyen: la
preparación del gas de alimentación, la generación de ozono, el sistema de contacto con el
ozono y un sistema de destrucción del ozono excedente. El aire o el oxígeno puro se utiliza
como fuente de oxígeno en el gas de alimentación, el cual es transmitido al generador de
ozono a una tasa establecida de flujo.
Los principales métodos para la generación del ozono son:
- Electrolisis: consiste en la electrolisis del ácido sulfúrico. El rendimiento es mediocre y
no se utiliza habitualmente (el consumo de energía es 2-5 veces mayor que en el
método de descargas eléctricas).
- Generación fotoquímica: consiste en la reacción del oxígeno con la luz ultravioleta a
una longitud de onda de 140-190 nm. Este procedimiento no se utiliza industrialmente
debido al bajo rendimiento de generación de ozono (concentraciones inferiores a 1
g/m3) y al alto consumo energético (del orden de 3 kWh/g).
- Descarga eléctrica de alto voltaje: la técnica de plasma frío es el método que se emplea
habitualmente. En esta técnica se hace pasar oxígeno (o aire desecado) a través de un
campo eléctrico (generado entre un electrodo de media tensión, con una diferencia de
potencial de 10 a 20 kV, y un electrodo de masa), generándose distintas especies
químicas que acaban dando lugar al ozono. Para evitar la formación de arcos eléctricos
(que provocarían un aumento de la temperatura perjudicial para la producción de
ozono) se sitúa un dieléctrico de espesor uniforme junto a uno de los electrodos. Los
62
electrodos deben refrigerarse con aire o agua. Es de especial importancia la sequedad
del gas de partida, ya que la presencia del vapor de agua provoca una disminución de la
producción de ozono, y en el caso de usar aire, produce corrosión del ozonizador. Otras
impurezas, como algunos hidrocarburos (CFCs) y el hidrógeno, tienen una influencia
negativa sobre la producción de ozono, mientras que la presencia de trazas de CO
incrementa ligeramente el rendimiento de la reacción. El gas de partida usado puede ser
aire filtrado y seco u oxígeno puro. Este último tiene varias ventajas respecto al aire:
menor consumo energético (aproximadamente la mitad) y mayor rendimiento en la
generación del ozono (6% en peso con O 2 y 3% con aire).
Los principales mecanismos de introducción del ozono generado en el reactor son:
- Difusores de burbujas: material poroso cerámico. Es el método más usado.
- Inyectores tipo Venturi.
Los tipos de cámara de contacto de burbujas difusas comúnmente utilizados (bien sea
en dirección del flujo o a contracorriente) son los de inyección de presión positiva, de
presión negativa (Venturi), de agitación mecánica y las torres de lecho fijo. Debido a que el
ozono se consume rápidamente, debe proveerse un contacto uniforme en una cámara de
flujo en pistón (tubular). Los principales factores que afectan a la transferencia del ozono
al reactor son:
- tamaño de las burbujas del gas
- agitación del medio acuoso
- tiempo de contacto ozono-agua.
Los gases de escape de la cámara de contacto deben ser tratados para destruir cualquier
ozono restante antes de ser liberados a la atmósfera. Los principales métodos de
destrucción del ozono residual de salida del reactor son:
- Destrucción térmica: calentamiento a 300-350ºC durante un corto periodo de
tiempo, usualmente menos de 5 segundos. Este método es el más utilizado
en Europa.
- Destrucción termocatalítica: catalizadores basados en paladio, manganeso u
óxidos de níquel. Los catalizadores metálicos pueden operar a temperaturas
tan bajas como 29ºC, mientras que los óxidos metálicos operan a
temperaturas entre 50 y 70ºC. La presencia de óxidos de nitrógeno,
compuestos clorados y sulfuros pueden desactivar el catalizador.
- Adsorción y reacción sobre carbón activo granular (GAC): no es un método
recomendable ya que el carbón se consume en una combustión lenta que
provoca la formación de partículas finas carbonosas que pueden ocasionar
riesgos de explosión en condiciones de operación.
- Reutilización de ozono residual de la cámara principal de ozonización en otra
cámara de contacto; por ejemplo, utilizar el ozono residual de la
63
postozonización para un paso previo de preozonización en cabeza de
tratamiento.
En disolución acuosa, el ozono puede reaccionar con varios sustratos de dos maneras
distintas:
- Mecanismo directo: reacción directa entre el ozono molecular y el sustrato.
- Mecanismo indirecto: reacción indirecta a través de las especies radicales
generadas a partir de la descomposición del ozono en el agua.
Las reacciones por vía molecular son procesos selectivos donde el ozono molecular
puede actuar principalmente como dipolo (cicloadición de Criegee sobre especies
insaturadas) o como agente electrófilo (en sitios de alta densidad electrónica,
especialmente en sus anillos). Presentan cinéticas de segundo orden y reaccionan de esta
forma hidrocarburos insaturados e hidrocarburos aromáticos activados con grupos dadores
de electrones (OH-, NH 2 ).
La vía indirecta deriva de la formación de radicales hidroxilo por acción del ozono,
presentan cinéticas de segundo orden y las reacciones son muy rápidas y no selectivas. Los
factores que determinan que se tome una u otra vía son:
- Factores que favorecen la vía molecular inhibiendo la descomposición del
ozono: medio acido, CO 3 2-, HCO 3 -, etc.
- Factores que favorecen la vía indirecta: medio básico, presencia de H 2 O 2 ,
radiación UV (253,7 nm), ácido fórmico, Fe2+, etc.
Además, el ozono como gran oxidante, puede ser útil para la eliminación de
microcontaminantes orgánicos. Esta eliminación puede ocurrir por vía directa o indirecta:
- Vía directa: reaccionan los compuestos que tengan en su estructura centros
nucleófilos (átomos de O,N,S,P y carbonos nucleófilos) y compuestos
insaturados. Destacan por su gran reactividad con el ozono molecular los
compuestos aromáticos activados en orto por sustituyentes dadores de
electrones (OH, OCH 3 , CH 3 , NH 2 ).
- Vía indirecta: compuestos que no tengan en su estructura centros nucleófilos.
En el siguiente esquema se muestra un ejemplo de un sistema de dosificación de ozono
aplicado a la industria papelera donde el oxígeno excedente se emplea para un proceso de
biofiltración:
64
Figura 35. Diagrama de flujo del sistema de ozonización-biofiltración
La inactivación de los microorganismos mediante ozono sigue la ley de Watson y
Chick:
Ln Nt/No = -K·Cn·t
Obteniendo Cn·t (mg/l·min) de la siguiente expresión:
Cn·t = - (Ln·Nt/No)/K
Donde:
No : contenido inicial de microorganismos
Nt : contenido de microorganismos supervivientes después de tiempo t
C : concentración de desinfectante
n : coeficiente de dilución
t : tiempo requerido para llegar al nivel de desinfección dado de un microorganismo
expuesto bajo condiciones definidas
K : constante de inactivación para cada microorganismo
La constante de inactivación K depende del potencial de oxidación y de la difusibilidad
molecular del desinfectante. En la siguiente tabla se compara la constante k para el 99% de
inactivación a 20ºC y pH=7 de distintos agentes desinfectantes:
Desinfectante
E.coli
Poliovirus 1
Entamoeba Histolítica
Ozono
Cl 2 (HOCl)
ClO 2
2300
120
16
920
4,6
2,4
3.1
0,23
---
Tabla 16. Constante de inactivación para distintos desinfectantes
65
Como se observa en la anterior tabla el ozono tiene el coeficiente de inactivación K
más alto y por lo tanto para conseguir el mismo efecto el ozono necesita cantidades
inferiores y tiempos de contacto más cortos.
Los parámetros de operación incluyen:
- Abastecer al generador de ozono con un gas limpio de alimentación que tenga
un punto de condensación igual o menor a -60ºC. Si el gas alimentado tiene
humedad, la reacción del ozono y la humedad puede provocar una
condensación muy corrosiva en el interior del ozonizador.
- Mantener el flujo requerido del enfriador del generador (aire, agua u otro
líquido).
- Operar el generador dentro de los parámetros de diseño. Examinar y limpiar
regularmente el ozonizador, el suministro de aire y los ensamblajes
dielétricos, y monitorizar regularmente la temperatura del generador de
ozono.
- Monitorizar el sistema de alimentación y distribución de ozono para asegurar
que el volumen necesario tenga suficiente contacto con las aguas residuales.
- Mantener los niveles ambientales de ozono por debajo de los límites de las
regulaciones de seguridad aplicables.
Entre las ventajas que presenta este tipo de sistemas encontramos:
- El ozono es más eficaz que la utilización del cloro para la desinfección o
destrucción de virus y bacterias.
- El proceso de ozonización utiliza un periodo corto de contacto.
- El ozono se genera dentro de la planta, existiendo así muy pocos problemas de
seguridad industrial asociados con el envío y el transporte.
- El proceso de ozonización eleva la concentración de oxígeno disuelto en la
corriente de agua receptora.
Entre las desventajas de este tipo de sistemas encontramos:
- El proceso de ozonización es una tecnología más compleja que la cloración o
la desinfección con luz ultravioleta, por lo que se requieren equipos
complicados y sistemas de contacto eficientes.
- El ozono es muy reactivo y corrosivo, requiriendo así de materiales resistentes
a la corrosión tales como acero inoxidable.
- El proceso de ozonización no es económico para las aguas residuales con
elevada concentración de SS, DBO 5 , DQO o COT.
- El coste de tratamiento puede ser relativamente alto en cuanto a la inversión
de capital y la demanda de energía eléctrica.
El tratamiento con ozono tiene la capacidad de lograr niveles más altos de desinfección
que los tratamientos con cloro o con luz ultravioleta; sin embargo, los costes de inversión
así como los gastos de mantenimiento no son competitivos con estas alternativas. Por lo
66
que el ozono se emplea con poca frecuencia, principalmente en casos especiales en los
cuales otras alternativas no son efectivas.
5.2. ELECTRO - OXIDACIÓN
En el tratamiento mediante electro-oxidación, el efluente a tratar fluye en un reactor
heterogéneo, entrando en contacto con ánodo y cátodo, en los que tiene lugar
respectivamente las reacciones de oxidación y reducción. La diferencia de potencial
aplicada genera una corriente eléctrica continua que circula entre los electrodos,
ocasionando daños directamente sobre los poros de la membrana celular, electroporación,
o siendo capaz de generar especies de alto poder oxidante en la superficie del ánodo, como
son los radicales hidroxilo OH-, o bien favorecer la generación de oxidantes en el medio
acuoso como hipoclorito (ClO-) o peroxodisulfato (S 2 O 8 2-) en función del anión. Estas
especies se encargan de oxidar la materia orgánica hasta dióxido de carbono.
Por lo tanto es posible distinguir dos mecanismos básicos de electro-oxidación en
medio acuoso: oxidación directa o electroporación y oxidación indirecta. Su extensión
depende del material electródico, del potencial aplicado y del electrolito soporte empleado
(Simond y Comninellis, 1997; Chian et al., 1995). En la siguiente figura podemos ver
algunas de las reacciones que acontecen en un proceso de electro-oxidación:
Figura 36. Reacciones que acontecen durante el proceso de electro-oxidación
Además, las características del afluente a tratar, como concentración de materia
orgánica, pH, temperatura, velocidad lineal de circulación y configuración del reactor
afectan de forma notable a la extensión de cada uno de estos mecanismos.
La selección del material que componen los electrodos es crucial en el proceso de
electro-oxidación. Uno de los materiales que más ha destacado es el diamante dopado con
boro debido a su alta estabilidad anódica y amplia ventana electroquímica (Iniesta et al.,
2001; Chen, 2004) así como poder operar con elevada eficiencia energética, bajo las
condiciones de operación adecuadas, dado que dificulta la generación de oxígeno como
producto principal de la oxidación en al ánodo (Panizza et al., 2001; Chen, 2004).
67
Figura 37. Diseño comercial de equipo de electrooxidación con ánodo de diamante dopado con
boro
Figura 38. Equipo de electro-oxidación modular con
ánodos de diamante dopado con boro
Entre las ventajas de los sistemas de electro-oxidación encontramos:
- Genera fuertes oxidantes que evitan los procesos de reactivación.
- Desinfecta sin la necesidad de añadir químicos.
- Tratamiento rápido.
- Inactivación de bacterias (Legionella spp, E.coli, etc) y virus.
- Eliminación de materia orgánica (DQO y COT) y de nitrógeno amoniacal.
- Instalación por módulos.
Entre las debilidades de la tecnología, el uso de electrodos de baja eficiencia (Polcaro
et al., 2006), los costes de inversión (Cañizares et al., 2006) y especialmente el consumo
de energía por volumen de agua tratada (Cañizares et al., 2002). Aunque los últimos
diseños permiten obtener unos costes relativamente bajos pero variables, estableciendo
estos costes entre 0,020-0,090 kWh/m3.
El consumo energético va a ser un factor relevante en el uso de los equipos de electrooxidación, son muchos los estudios que han ido encaminados a reducir la corriente
aplicada en la eliminación de E.coli. La siguiente figura muestra el nivel de eliminación de
E.coli expresado como porcentaje de supervivencia, en un sistema de desinfección
electroquímico al que se le aplica una densidad de corriente desde 0 hasta 100 mA·cm2. Se
observa que las intensidades de corriente altas disminuyen la supervivencia de E.coli, pero
la densidad de corriente aplicada no muestra una relación proporcional con la eliminación
del patógeno (Jeong et al., 2007).
68
Figura 39. Efecto de la densidad de corriente en el ánodo sobre el porcentaje de supervivencia de E.coli
usando un electrodo de plata ( [E.coli] 0 = 103 CFU ml-1; [KH 2 PO 4 ] 0 =0,2 M)
Cañizares et al. (2007) han llevado a cabo un proceso de oxidación electroquímica de
varios de los tintes, disolventes y surfactantes empleados en distintas industrias. Como
ánodo usaron diamante dopado con boro y como cátodo acero inoxidable (AISI 304). Para
todos los compuestos estudiados, este tipo de oxidación permitía alcanzar una eliminación
elevada del COT del residuo con gran eficiencia.
Figura 40. Eliminación de la DQO procedente del
azul de metileno (•) y la rodamina (□) mediante
un tratamiento de electro-oxidación
Figura 41. Eliminación de la COT procedente del
azul de metileno (•) y la rodamina (□) mediante
un tratamiento de electro-oxidación
Como ya hemos comentado anteriormente la eficiencia obtenida va a depender de la
densidad de corriente aplicada y de la naturaleza de los aniones que contiene el agua.
Resulta de interés que el uso de esta tecnología incluso permita llevar a cabo la oxidación
del amonio de las aguas residuales (Chen et al., 2007) con porcentajes relativamente altos
(48,6 %) aplicando una densidad de corriente de 10 mA/cm2.
En las siguientes figuras se muestra el diseño externo e interno de un equipo comercial
de electro-oxidación empleado en procesos de desinfección.
69
Figura 42. Diseño externo de un sistema comercial
de electro-oxidación
Figura 43. Diseño interno de un sistema de electrooxidación
Este tipo de tecnología, tiene gran interés en aguas donde sus propiedades ópticas,
bajas transmitancias, y valores altos de nitrógeno, hacen que la desinfección por UV y
cloración sean ineficaces. En este sentido se han realizado pruebas con buenos resultados
por parte de ESAMUR, siendo la eliminación de E. coli total a unos costes energéticos
muy bajos 0,02 Kwh/m3.
Figura 44. Equipo piloto probado en efluente EDAR, fuente ESAMUR.
Esta experiencia se realizó en el efluente de una EDAR con un 35% de transmitancia.
Durante el desarrollo de las pruebas se comprobó además, que la reacción no es inmediata
y que necesita de un tiempo de contacto, de entre 15 y 20 minutos para que la desinfección
sea total.
Caudal
(m3/h)
10
15
20
Eliminación
E. coli (%)
94,09
98,10
99.97
Cloro
Libre
0.14
0.09
0.02
Consumo
Electrico (kwh/m3)
0.02
0.12
0.10
Tabla 17. Resultados prueba de campo en efluente filtrado, fuente ESAMUR.
70
Una variante de esta tecnología es la utilización de estos electrodos como reactor de
electrolisis, utilizando una batería de placas de ánodos y cátodos de la misma composición,
para permitir cambios de polaridad, evitando la formación de precipitados sobre las placas,
y la utilización del titanio como parte de los electrodos para aprovechar su poder como
catalizador en la generación de compuestos oxidantes, especialmente radicales hidroxilo.
Imagen 30. Reactor de electrolisis, placas de ánodos y cátodos del mismo material (izq), reactor funcionando (der).
5.3. FOTOCATÁLISIS
La fotocatálisis heterogénea es una técnica que consiste en aplicar energía radiante, luz
solar o luz de lámpara, para conseguir la degradación de los contaminantes por oxidación
utilizando un fotocatalizador.
El fotocatalizador, absorbe energía radiante (visible o UV) y en la interfase entre el
catalizador excitado y la disolución se producen las reacciones de degradación y/o
eliminación de los contaminantes. La interacción entre un semiconductor y la luz
ultravioleta produce una serie de pares electrón-hueco en la superficie del mismo. Estos
puntos cargados reaccionan tanto con compuestos orgánicos como con el agua. En el
primer caso las reacciones redox son las que producen la destrucción del compuesto
orgánico, mientras que en el segundo caso se generan radicales OH- que reaccionan con el
compuesto orgánico. El tratamiento se lleva a cabo en un reactor irradiado que contiene el
semiconductor (ZnS, TiO 2 , CdS y WO 3 son los más utilizados), ya sea en suspensión o
soportado.
Los fotocatalizadores más investigados hasta el momento son óxidos metálicos
semiconductores de banda ancha, particularmente TiO 2 , económico, estable biológica y
químicamente y apto para trabajar en un amplio rango de pH. Los elementos que serían
necesarios para el desarrollo de este tipo de desinfección serían: luz solar o lámpara
ultravioleta, aire o H 2 O 2 como agente oxidante y un fotocatalizador como TiO 2 .
71
La radiación UV cuyo espectro de emisión es inferior a 380 nm es absorbida por el
dióxido de titanio generando pares electrón/hueco tal y como se muestra en la siguiente
ecuación:
TiO 2 → TiO 2 (e- + h+)
En presencia de especies redox adsorbidas en la estructura del semiconductor y bajo
iluminación, se producen de forma simultánea reacciones de oxidación y de reducción en
la superficie del semiconductor. Los huecos fotogenerados dan lugar a las reacciones de
foto-oxidación, mientras que los electrones de la banda de conducción dan lugar a las
reacciones de foto-reducción.
Los huecos, después de migrar a la superficie, reaccionan con sustancias adsorbidas, en
particular con agua o con iones OH-, generando radicales OH+.
TiO 2 (h+) + H 2 O ad → TiO 2 + OH+ ad + H+
TiO 2 (h+) + OH- ad → TiO 2 + OH+ ad
En aplicaciones ambientales, los procesos fotocatalíticos se llevan a cabo por norma
general en ambientes aerobios, con lo cual el oxígeno adsorbido es la principal especie
aceptora de electrones.
TiO 2 (e-) + O 2 → TiO 2 + O-2
Los radicales hidroxilo generados serán los encargados de la oxidación de los
contaminantes orgánicos adsorbidos en la superficie de las partículas de dióxido de titanio.
El potencial de oxidación de los radicales hidroxilo generados es muy elevada (2,8 V),
sólo superada por el fluor (3,03 V). Esto hace que este sistema sea válido para la
desinfección de aguas y también para la eliminación de contaminantes emergentes de
difícil oxidación. En muchos casos se produce una completa mineralización del carbón
orgánico a dióxido de carbono y la vida de muchos de los radicales formados es del orden
de nanosegundos por lo que su utilización es segura.
Figura 45. Proceso de fotocatálisis heterogénea
72
Los diseños comerciales más utilizados son: cuando la fuente de luz son lámparas UV
estas se instalan en un reactor construido en óxido de titanio, y cuando la fuente luminosa
es la luz solar, el óxido de titanio puede estar soportado de forma fija o dosificarlo en
suspensión en el agua.
En ambos casos, lo que más afecta para que la desinfección sea correcta, es que la
radiación lumínica llegue a la superficie que tiene el óxido de titanio con la intensidad
adecuada.
En reactores cerrados de óxido de titanio con lámparas UV, influye mucho que la
distancia de las lámparas a la pared del reactor sea la correcta, debido a que aguas con baja
transmitancia pueden reducir de forma drástica la generación de radicales hidroxilo
responsables de la desinfección es este tipo de tecnologías.
Cuando la radiación es solar, que se utilizan mangas de cuarzo para que esta incida
sobre el agua a desinfectar, lo que más influye es la forma de poner en contacto el óxido de
titanio. El TiO 2 puede dosificarse al caudal de agua como un reactivo, con lo cual no se
recupera, o colocarlo fijo en varios puntos del circuito, entre las dos formas la forma más
efectiva, es la primera, pero más costosa, en la segunda, los resultados no son tan fiables.
Este sistema necesita de labores de limpieza interna, tras algunas semanas de
funcionamiento, dentro de las fundas proliferan las algas, siendo necesaria su limpieza con
hipoclorito, esto afecta negativamente sobre la radiación del sol en las partículas de TiO 2 .
Figura 46. Diseño comercial de un reactor fotocatalítico solar, parte anterior y posterior
Figura 47. Diseño comercial de un reactor fotocatalítico UV de TiO 2
73
Como decíamos, entre los factores más importantes a la hora de diseñar un reactor
fotocatalítico, es conseguir un buen contacto entre el agua y el catalizador (elevada área
superficial de catalizador por unidad de volumen del reactor), es igualmente necesario
lograr una exposición eficiente del catalizador a la luz útil para el proceso (distribución
óptima de luz dentro del reactor). Además hay que considerar los parámetros
convencionales tales como distribución de flujo, mezclado e interacción entre reactivos y
catalizador, transferencia de masa, etc, que juegan un papel muy importante.
Uno de los aspectos fundamentales en relación al coste de explotación de este tipo de
equipos es la concentración de TiO 2 necesaria para la eliminación de E.coli. La
concentración óptima de TiO 2 depende principalmente del tipo de afluente, compuestos
orgánicos presentes, y de la geometría del reactor. La concentración óptima de TiO 2
presente en la literatura, para desinfección, comprende valores desde 0,1 a 2 g/l. En
estudios de campo realizados se confirman estas concentraciones.
Porcentaje eliminación (%)
Eliminación Contaminación Fecal-TiO2
100
80
0,2 grTiO2/l
60
0,5 grTiO2/l
40
20
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Tiempo (horas)
Figura 48. Efecto de la concentración de TiO 2 en la eliminación de bacterias fecales, fuente ESAMUR.
También se pone de manifiesto que el tiempo requerido para la eliminación aumenta
cuanto menor es la concentración de TiO 2 .
Como ventajas más importantes del sistema de fotocatálisis mediante TiO 2
encontramos:
- Energéticamente competente pudiéndose obtener un consumo comprendido
entre 0,010-0,020 kWh/m3.
- En muchas ocasiones se produce la completa mineralización del carbono
orgánico difícilmente biodegradable a dióxido de carbono.
- Eliminación de compuestos no biodegradables.
- El TiO 2 es un material de bajo coste.
Como principales inconvenientes presenta:
- Ensuciamiento del catalizador.
- Ensuciamiento de las mangas transparentes.
74
- Pérdida de eficacia del proceso por adsorción de materiales en el catalizador.
6. MEDICIÓN EN CONTINUO DE MICROBIOLOGÍA.
Hasta el momento, el control en continuo de la desinfección se realiza de forma
indirecta, midiendo, por ejemplo, el cloro residual o la dosis de radiación UV aplicada.
En la actualidad, ya existen analizadores de microbiología en “continuo”, como E. coli
o coliformes totales. Estos equipos no miden instantáneamente, pero pueden llegar a dar un
número bastante alto de mediciones al día, aportando una detección rápida de la
contaminación microbiológica, acortando así los tiempos de reacción. Por lo que son
sistemas de alerta temprana.
El seguimiento de la carga microbiana en los efluentes, se realiza mediante muestreos
puntuales de forma continuada y periódica, en laboratorios externos a las EDAR o en la
propia EDAR, con un periodo de retardo de los resultados de entre 24 - 48 horas en el
mejor de los casos. La ventaja principal que aportan los sistemas de monitorización en
línea, es una detección más veloz, acortando considerablemente los tiempos de reacción.
Estos sistemas son sistemas de determinación complementarios a los métodos estándar
oficialmente aprobados. Abren una posibilidad de un control y monitorización más
exhaustiva de los puntos de control o vertido.
El sistema necesita de una comparación con un método de referencia, ya que no
siempre ofrecerá los mismos resultados que los métodos normalizados del laboratorio, de
conteo microbiológico UFC/100 ml. Los resultados obtenidos, se basan normalmente en la
medición de sustancias relacionadas con la presencia bacteriana, como es la actividad
enzimática, la cual manifiesta presencia de microorganismos, pero no indica si están en
condiciones de multiplicarse, de aquí la necesidad de relacionar las mediciones de estos
equipos con resultados de laboratorio con métodos normalizados.
Uno de los principios de medida, suele ser, por la detección de la actividad enzimática
con el análisis de la fluorescencia de la acción bioquímica, sin incubación de las bacterias,
y se realiza dentro de un reactor calefactado con óptica LED fluorescente, y filtración
previa de la muestra. Por ejemplo, existen equipos que miden la β-Glucuronidasa para
detección de presencia de E. coli, o β-Galactosidasa para detección de coliformes totales.
Figura 49. Equipo de medida y esquema de funcionamiento
75
Una vez correlacionado con los valores reales, aportan, histórico de datos con mayor
sensibilidad y gran relevancia estadística, que te permiten un mejor análisis con los
parámetros cambiantes en una EDAR, caudales, transmitancia, operaciones de
mantenimiento, intensidades, concentración de cloro libre, etc.
Pueden ser integrados en cualquier scada o sistema de control de la EDAR, siendo uno
de los parámetros de control de la planta y su gestión como una alarma de límite de
vertido.
Este control continuo te permite evaluar la eficacia de los sistemas de desinfección,
incluso caracterizar la carga microbiana presente en distintos puntos de la EDAR.
Repetimos que, estos sistemas deben ser calibrados o correlacionados con los valores
analizados con métodos estándar normalizados, y esta comprobación debe ser periódica. A
continuación se presentan los ensayos de campo realizados en una EDAR gestionada por
ESAMUR.
Imagen 31. Equipo experimental(izq) y bomba alimentación (der) utilizada en el ensayo de campo.
En este caso el equipo era portátil, y fue instalado en tres puntos de la línea de agua,
influente, salida decantación secundaria y salida desinfección. Los resultados obtenidos
durante 10 días, fueron los siguientes:
Figura 50. Valores de E. coli en influente, salida decantación secundaria y tras desinfección, medidos con equipo de
medición en continuo.
76
Para comprobar la fiabilidad del equipo, ser realizo un muestreo en paralelo a la
tomada por el equipo, para el análisis de E. coli en laboratorio con método normalizado
(filtración de 100 ml de muestra, incubación a 44-45 ºC en medio selectivo, y transcurridas
24 horas se hace el recuento de colonias), comprobándose una relación directa entre los
resultados obtenidos.
Figura 51. Comparativo de resultados entre resultados del equipo de medida en continuo y resultados de
laboratorio.
Como se observa en el gráfico, el equipo de medición en continuo detectó un mayor
número de bacterias, esto se debe a que el método enzimático es más sensible, detectando
bacterias que aunque tengan daños en el ADN, todavía tienen actividad enzimática, aunque
hayan perdido su capacidad de multiplicarse.
En este ensayo, se observó que existe una buena correlación entre los datos de
laboratorio y los del sistema de medición en continuo, a través de esta medida se podrían
automatizar la dosificación de reactivos, radiación UV o cualquier otro sistema de
desinfección, y este método puede asegurar el cumplimiento de la legislación de
reutilización al menor coste posible.
7. CONCLUSIONES
El reciente RD 1620/2007, de 7 de diciembre, sobre reutilización de aguas residuales,
ha convertido en protagonista central de la desinfección de aguas regeneradas, a la bacteria
patógena, Escherichia coli, causante de enfermedades como cistitis, meningitis, peritonitis,
mastitis, septicemia, infecciones del apareto excretor o infecciones de las vías urinarias.
Imagen 32. Escherichia coli
77
En este tema, nos hemos centrado en la descripción de los métodos de desinfección
más utilizados en el tratamiento de aguas residuales, además de otras tecnologías, de
menor uso, pero con buenas propiedades en la desinfección de aguas residuales.
La necesidad de estos tratamientos de desinfección, se convierte en obligada, cuando
aparecen problemas de salud para la población, con la presencia de cursos de agua
cargados de microorganismos causantes de enfermedades. Este punto se manifiesta,
cuando se rompe el equilibrio natural, de autodepuración en los ecosistemas acuáticos.
Cuando el destino de los efluentes depurados es su posterior reutilización, los
tratamientos de desinfección también son indispensables.
Ya sea en el primer caso, proteger la salud de la población, o en el segundo, reutilizar
el agua, lo más importante en la elección de un sistema de desinfección, es que sea eficaz.
Y que convierte un sistema de depuración en eficaz, que alcance los requerimientos de
desinfección exigidos legalmente, a un coste reducido y sobre todo que su mantenimiento a
lo largo del tiempo sea sencillo. Si alguno de estos puntos, no lo cumple el sistema de
desinfección elegido, el sistema será sustituido por otro.
Por esto, en el presente tema, nos hemos centrado en los tratamientos más extendidos y
con mayores referencias en el tratamiento de aguas residuales, analizando su
funcionamiento, y presentando las diferentes ventajas e inconvenientes desde diferentes
puntos de vista.
La desinfección con compuestos de cloro, lleva realizándose desde hace muchísimos
años, siendo un sistema sencillo y práctico, con amplia experiencia, con los inconvenientes
de manipular sustancias químicas peligrosas y la generación de sustancias peligrosas para
las personas, aunque este punto pierde importancia ya que la reutilización nunca puede ser
para consumo humano.
La luz UV, es una tecnología madura, en aguas residuales, aunque debido a las guerras
comerciales en la venta de equipos, existen muchas instalaciones mal dimensionadas, que
han provocado una mala imagen de estos equipos. Estos detalles hacen que sea muy
importante trasladar la experiencia adquirida en explotación de EDAR a los encargados de
construir y diseñar las plantas de tratamiento, y que pueden incluir en los pliegos de bases,
obligaciones claras a cumplir por estos equipos, como son no diseñar a transmitancias no
superiores a 55% y cumplimiento del percentil 90 para eliminación de microorganismos.
Con el interés creciente en la reutilización en origen de un recurso escaso como es el
agua, incluso para pequeños núcleos, se ha dedicado un punto a describir la desinfección
mediante lagunas, como un sistema económico y con baja dedicación, además de tener una
gran cualidad y es su integración medioambiental.
También se han presentado otras opciones, como el ozono, por su gran poder oxidante,
aunque su principal inconvenientes es su complejidad y su elevado coste, pero puede ser
una alternativa cuando el cloro y la luz UV, no funcionen.
78
Y por último, se han descrito dos tecnologías, ensayadas en campo, que se presentan
como buenas alternativas a los sistemas anteriores, sobre todo por tener un reducido
consumo eléctrico y costes ajustados.
Como final del tema, se ha querido mostrar una experiencia de medición en continuo
en el agua de E. coli, como ejemplo, del grado de control que puede darse sobre la calidad
de las aguas. Estos equipos, actualmente, son muy costosos, pero como cualquier
tecnología naciente, si interesa al mercado, los costes venta se ajustaran con el paso del
tiempo.
Un sistema de desinfección bien dimensionado, necesita de una adecuada explotación
para su correcto funcionamiento, un sistema de desinfección mal dimensionado, necesita
de la experiencia del explotador para encontrar la mejor alternativa. Con la información
aportada en este temario, se ha pretendido dar estas alternativas.
8. BILIOGRAFÍA
Alamancos, J.M., Lloréns Pascual, M., Sáez, J., “Diseño de sistemas de depuración de
aguas residuales por lagunaje”. Edición DM librero-editor 1999.
Asano, T. (1987). “Irrigation with reclaimed municipal wastewater”. Geojournal. 15,
273-282
Asano, T., Leong, L., Rigby, M. y Sakaji, R. (1992). “Evaluation of the California
wastewater reclamation criteria using enteric virus monitoring data”. Water Science and
Technology. 26, 1513-1524
Asano, T. y Levine, D. (1998). “Wastewater reclamation, recycling and reuse: an
introduction. In wastewater reclamation and reuse”. Edited by Takashi Asano.
Technomic Publishing. Lancaster. 1528 pags.
Bergendahl, J.A y Stevens, M.S. Oxidation potencial as a mesure of disinfection
effectiveness for chlorination of wastewater, Environmental Progress 2005; 24(2):214222.
Block, S.S. Disinfection, sterilization and preservation. Philadelphia. Pennsylvania:
Lea and Febirger, 1991.
Calmer, J.; Neethling J.B. y Murbach, D. Nitrification effects on chlorination and
disinfection. Proc. Conf. Disinfection 98. Baltimore, 19-22 April 1998:59-70.
CEDEX XXVIII (2011). Curso sobre tratamiento de aguas residuales y explotaciones
de estaciones depuradoras.
Chen, G. Electrochemical technologies in wastewater treatment (2004). Sep. Purif.
Technol. 38,11.
Chen, W.; Shi, H. Y Lu, J. Electrochemical treatment of ammonia in wastewater by
RuO 2 -IrO 2 -TiO 2 /ti electrodes. J. Appl. Electrochem. 2007b;37:1137-1144.
Chiang, L.C., Chang, J.E., Wen, T.C.(1995). Indirect oxidation effect in electrochemical
oxidation treatment of landfill leachate. Water Resource. 1995. 36, 123.
Cañizares, P., Diaz, M., Domínguez, J.A., García-Gómez, J., Rodrigo, M.A.
Electrochemical oxidation of aqueous phenol wastes on synthetic diamond thin-film
electrodes. Ind. Eng. Chem. Res. 2002. 41, 4187.
Cañizares, P., Sáez, C., Lobato, J., Rodrigo, M.A. Detoxification of synthetic industrial
wastewaters using electrochemical oxidation with boron-doped diamond anodes. J. Chem.
Tech. Biotechnology. 2006. 81, 352.
79
Cañizares, P., Díaz, M., Domínguez, J.A., García-Gómez, J., Rodrigo, M.A.
Electrochemical treatment of the effluent of a fine chemical manufacturing plant. J.
Hazard. Mater. 2006. 138, 173.
Environmental Proteccion Agency (1992). “Guidelines for water reuse”. EPA/625R/92/004
Environmental Proteccion Agency (1999). “Guías tecnológicas de aguas residuales”.
EPA-832-F-99-062, EPA-832-F-99-064.
Domínguez et al., (2008). Electro-Oxidación Solar Fotovoltaica. (ESOF) de aguas
residuales con carga orgánica. Memoria de tesis doctoral para doctorado por la
Universidad de Cantabria.
González, R., Estudio de eliminación de contaminantes emergentes y contaminación
fecal mediante fotocatálisis solar con dióxido de titanio soportado. RED CONTROL.
Ponencia en las IX Jornadas Técnicas de Saneamiento y Depuración de ESAMUR,
2013, “Investigación e Innovación Tecnológica en el tratamiento de aguas residuales
urbanas”.
Hontoria, E; Gómez, M.A.; González, F.J. y Moreno, B. Reutilización de las aguas
residuales urbanas. Edit. Plácido Cuadros, S.L., 2003.
Huffman, D.E.; Slifko, T.R y Rose, J.B. Inactivation of bacteria, virus and
Crystosporidium by a point-of-use device using pulse broad spectrum white light.
Water Research 2000; 34-2491-2498.
Ibañez, J., Desinfección electroquímica sin productos químicos ni sal. GEODESIC.
Ponencia en las IX Jornadas Técnicas de Saneamiento y Depuración de ESAMUR, 2013,
“Investigación e Innovación Tecnológica en el tratamiento de aguas residuales urbanas”.
Jeong, J., Yeon J., Cho M., Choi W., Yoon J. Inactivation of Escherichia coli in the
electrochemical disinfection process using a Pt anode. Chermosphere 67 (2007) 652659.
King, C.H; Shots, E.B.; Wooley, R.E; Porter, K.G. Survival of coliforms and bacterial
pathogens within protozoa during chorination. Appl. Envirom. Microbial. 1998; 54,
12:3023-3033.
Lardín, C. y Pacheco, S., Helmintos: Manual para la identificación y recuento de
huevos de helmintos parásitos en las aguas residuales urbanas, Entidad de
Saneamiento y Depuración de la Región de Murcia (ESAMUR) 2010.
Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino. “Manual para la implantación de
sistemas de depuración en pequeñas poblaciones”. Centro de publicaciones, Gobierno de
España.
National Water Research Institute and American Water Works Association Research
Foundation, “Ultraviolet Disinfection Guidelines for Drinking Water and Wastewater
Reclamation”. NWRI and AWWARF, 2000.
Organización Mundial de la Salud (1989). “Directrices sanitarias sobre el uso de aguas
residuales en agricultura y acuicultura”. Serie de informes técnicos 778. Ginebra. 90 pags.
Panizza, M., Michaud, P.A., Cerisola, G., Comninellis, C. Electrochemical treatment of
wastewater containing organic pollutants on boron-doped diamond electrodes. Prediction
of specific energy consumption and required electrode area. Electrochem. Commun, 2001.
3, 336
Rosal R., Gonzalo M., Boltes K., Letón P., Vaquero J., García-Calvo E. Identification
of intermediates and assessment of ecotoxicity in the oxidation products generated
80
during the ozonation of clorofibric acid. Journal og Hazardous Materials 172 (2009)
1061-1068.
Salas, J.J.; Pidre, J.R.; Sánchez, L. (2007). Manual de Tecnologías no Convencionales para
la Depuración de Aguas Residuales. Capítulo IV.- Humedales Artificiales. Centro de las
Nuevas Tecnologías del Agua. CENTA.
Salas, J.J.; Pidre, J.R.; Sardón, N. (2007). Manual de Tecnologías no Convencionales
para la Depuración de Aguas Residuales. Capítulo III.- Lagunaje. Centro de las
Nuevas Tecnologías del Agua. CENTA.
Salcedo, I.; Andrade, J.A.; Quiroga, J.M. y Nebot, E. Photoreactivation and dark repair in
UV-Treated microorganisms: Effect of temperature. J. Environ Sci. Helath part A
2007;75,5:1594-1600.
Simond, O., Comninellis, C. Anodic oxidation of organics or Ti/IrO2 anodes using
Nafion as electrolyte. Electrochim. Acta, 1997. 42, 2013.
Solano, Y., Control en continuo de sistemas de desinfección. ACCIONA AGUA. Ponencia
en las IX Jornadas Técnicas de Saneamiento y Depuración de ESAMUR, 2013,
“Investigación e Innovación Tecnológica en el tratamiento de aguas residuales urbanas”.
81