See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/331559226 APLICACIÓN DE TRATAMIENTOS DE RADIACIÓN ULTRAVIOLETA PARA LA DESINFECCIÓN DE AGUAS DE LASTRE Presentation · January 2009 DOI: 10.13140/RG.2.2.22207.97449 CITATIONS READS 0 11 1 author: Paola Duque-Sarango Universidad Politécnica Salesiana (UPS) 11 PUBLICATIONS 1 CITATION SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: ESTUDIO INTEGRAL DEL RECURSO HÍDRICO EN EL BOSQUE PROTECTOR AGUARONGO, ANÁLISIS CONSECUENTE DE ADAPTABILIDAD AL CAMBIO CLIMÁTICO. View project All content following this page was uploaded by Paola Duque-Sarango on 06 March 2019. The user has requested enhancement of the downloaded file. FACULTAD DE CIENCIAS DEL MAR Y AMBIENTALES MÁSTER EN GESTIÓN INTEGRAL DEL AGUA TRABAJO DE FIN DE MÁSTER APLICACIÓN DE TRATAMIENTOS DE RADIACIÓN ULTRAVIOLETA PARA LA DESINFECCIÓN DE AGUAS DE LASTRE PAOLA JACKELINE DUQUE SARANGO CURSO 2009/2010 ESQUEMA DE PRESENTACIÓN 1. INTRODUCCIÓN OBJETIVOS 2. METODOLOGÍA 2.1 MATERIAL 2.2 MÉTODOS Parámetros Físico Químicos y Microbiológicos, Principios y Metodología Metodología de Experimentación: Detalle de los ensayos a cumplir los objetivos Ensayo para evaluar la Influencia del agua de mar en la cepa E. coli y en bacterias naturales de E. coli y Enterococcus Descripción del ensayo para evaluar la Influencia de estrés mecánico del sistema en la cepa y en bacterias naturales de E. coli y Enterococcus Metodología de Estudio de la cinética de inactivación en aguas marinas y su relación con la dosis UV, de cepa E. coli ATCC 11229 y en bacterias naturales de E. coli y Enterococcus, tras los tratamientos 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1 caracterización del agua de mar usada en los ensayos 4.2 comportamiento de la cepa E. coli ATCC 11229 y de cepas salvajes de E. coli y Enterococcus frente a la salinidad del agua marina y estrés mecánico 4.3 Cinética de inactivación en aguas marinas y su relación con la dosis UV, de la cepa E. coli ATCC 11229 y cepas salvajes de E. coli y Enterococcus, tras los tratamientos. 5. CONCLUSIONES INTRODUCCIÓN El transporte marítimo es un elemento fundamental para el comercio mundial. La descarga descontrolada de aguas de lastre en los puertos destinos es un problema que impacta el ambiente marino, la seguridad sanitaria y salud de los seres humanos. Los organismos foráneos que se desplazan a través de los océanos agua de lastre de los buques problemas para el medio marino composición biológica, en particular enterobacterias (E. coli y Enterococcus). Con la radiación ultravioleta, se desactivan los microorganismos presentes en el agua, como resultado del daño fotoquímico generado en sus ácidos nucleicos ADN y ARN “El estudio de la eliminación de microorganismos presentes en aguas de lastre mediante tratamiento ultravioleta ” OBJETIVOS Estudio del comportamiento de una cepa comercial de E. coli y de cepas salvajes de E. coli y Enterococcus contenidas en efluentes de depuradora de Aguas Residuales Urbanas, en las aguas marinas. Estudio de la cinética de inactivación en aguas marinas y su relación con la dosis UV, de la cepa comercial de E. coli y las cepas salvajes de E. coli y Enterococcus intestinales, tras los tratamientos. METODOLOGÍA MATERIAL MÉTODOS Parámetros Físico Químicos y Microbiológicos, Principios y Metodología Parámetros físico Parámetros químicos microbiológicos Transmitancia a 254 nm Turbidez Conductividad Escherichia coli (EC): medio cromogénico Tryptone Bile Glucuronic Agar (TBX). Enterococus: se usó el medio selectivo Agar SlanetzBartley Técnica de Filtración con Membrana METODOLOGÍA DE EXPERIMENTACIÓN: DETALLE DE LOS ENSAYOS A CUMPLIR LOS OBJETIVOS Se usaron cepas de Escherichia coli ATCC 11229. El blanco = evaluar el patógeno en agua milli-Q esterilizada. El agua de mar se la obtuvo de la playa la Caleta, coordenadas: 36º 29´ 47´´ y 6º 16´ 14´´, la cual se le dio un tratamiento previo de filtración (filtro de Ø 45 µm) Ensayo para evaluar la Influencia del agua de mar en la cepa E. coli y en cepas salvajes de E. coli y Enterococcus Estudiar la influencia de la alta conductividad de las aguas marinas en la supervivencia de los microorganismos El ensayo duró dos horas, tomando intervalos cada 15 min, hasta el minuto 60 y luego cada media hora, hasta llegar a los 120 min Descripción del ensayo para evaluar la Influencia de estrés mecánico del sistema en la cepa y cepas salvajes de E. coli y Enterococcus Objetivo determinar el porcentaje de disminución debido al estrés mecánico y descartarlo de los valores posteriores que se determinen con la lámpara uv en funcionamiento. Para lo cual se realizó un ensayo tanto con la cepa y con el agua residual, ambos duraron 30 min. y se tomaron muestras cada 5 min. ESTUDIO DE LA CINÉTICA DE INACTIVACIÓN Y SU RELACIÓN CON LA DOSIS UV, DE CEPA E. COLI ATCC 11229 Y CEPAS SALVAJES DE E. COLI Y ENTEROCOCCUS. Los ensayos se realizaron en la planta piloto, situada en los laboratorios del DTMA, con una lámpara UV de baja presión de 10 W, contenida en una carcasa de cuarzo y un sistema de bombeo a través de la bomba centrifuga. Se llevaron a cabo en total cinco ensayos válidos; tres de cepa E. Coli ATTCC 11229 en agua marina y dos de agua residual en agua marina. Cada ensayo tuvo una duración 180 minutos tomándose muestras a los 10, 20, 40, 60, 90, 120, 150 y 180 min. RESULTADOS Y DISCUSIÓN CARACTERIZACIÓN DEL AGUA DE MAR USADA EN LOS ENSAYOS Coordenadas Hora de muestreo Hora pleamar Hora bajamar Altura de marea PARÁMETROS Temperatura pH Conductividad Salinidad % Saturación de oxígeno Oxígeno disuelto Turbidez Color Muestra 1 (17/05/2010) Muestra 2 (16/06/2010) 36º 29´ 47´´ 6º 16´ 14´´ 36º 27´ 47´´ 6º 16´14´´ 10:20 horas 11 horas 06:50 horas 07:10 horas 12:30 horas 12:10 horas Pleamar 128,5; Bajamar -134,8 Pleamar 143,6; Bajamar -125,8 VALOR OBTENIDO UNIDADES VALOR DE REFERENCIA 17 de mayo 20010 16 de junio 2010 Parámetros fisico-químicos ºC 19 21 --Unidades de ph 8,19 8,13 Entre 6-9 (Orden 14/02/97) mS/cm 47,8 47,1 --Entre 0,9 y 1,1 por la media normal del --36,2 35,6 parámetro en la zona no afectada por el vertido (Orden 14/02/97) --99,5 80 70% (Orden 14/02/97) mg/L 9,34 7,1 --UNT 1,63 2,15 --mg/L Pt-Co 33,4 36,06 Media normal +10 (Orden 14/02/97) Sólidos en suspensión Nitritos Nitratos mg/L ug/L NOˉ2 ug/L NOˉ3 22,6 5,07 40,43 12,4 < 1,24 27,49 1,2 por la media normal (Orden 14/02/97) 600 ug/L (Orden 14/02/97) 1000 ug/L (Orden 14/02/97) Amonio ug/L NH4 144,33 144,33 1000 ug/L (Orden 14/02/97) Fosfatos COT ug/L PO4 mg/L < 0,01 < 0,01 5,435 2,161 Parámetros microbiológicos 5 1100 600 ug/L como P total (Orden 14/02/97) 3mg/L (Orden 14/02/97) Coliformes totales UFC/100 mL E. coli UFC/100 mL 0 895 500 (R.D. 1341/2007) Enterococos UFC/100 mL 0 15 185 (R.D. 1341/2007) --- Influencia del agua de mar en la cepa E. coli ATCC 11229 1,2 TIEMPO (min) E. coli/100ml Superviviencia EC (%) 0 1,29E+07 100 20 7,95E+06 61 35 7,60E+06 59 50 7,57E+06 59 65 7,50E+06 58 95 4,88E+06 38 125 3,94E+06 30 E. coli/100ml normalizado 1 0,8 y = 0,8108e-0,006x R² = 0,8111 0,6 0,4 Infuencia salina cepa 0,2 Muestra control 0 0 50 100 TIEMPO (min) 150 Comportamiento de E. coli ATCC 11229 en agua marina y % de supervivencia. Los resultados muestran una disminución de un orden de magnitud al final de los 120 minutos de ensayo y una constate cinética K= –0.006. 1,2 1,2 1 1 Entero/100ml normalizado E. coli/100ml normalizado Influencia del agua de mar en las cepas salvajes de E. coli y Enterococcus 0,8 y = 1,0499e-0,003x R² = 0,9759 0,6 0,4 0,8 y = 0,9828e-0,001x R² = 0,9558 0,6 0,4 0,2 0,2 Infuencia salina Entero ARU Infuencia salina E coli ARU Muestra control Muestra control 0 0 0 50 100 TIEMPO (min 150 200 0 50 100 TIEMPO (min 150 En este caso, los resultados demuestran que estas bacterias naturales son menos sensibles al estrés osmótico, ya que su disminución no llega a ser de un orden de magnitud y sus constantes cinéticas son K E. coli= 0.003 y K = -0.001. 200 Evidencian la alta sensibilidad de la cepa utilizada, y mayor resistencia de los Enterococcus a factores medioambientales adversos. Además tomar en cuenta la adaptabilidad de las bacterias en el medio marino. Así, cuando las bacterias entéricas llegar a ambientes marinos costeros, su suerte depende de varios procesos, lo que lleva bien sea hacia su desaparición o a una alteración en su estado fisiológico De estos factores, el principal es la salinidad; expresada como la causa de procesos de osmosis. POR LO TANO: un porcentaje inicial de supervivencia debido a la salinidad, para E. coli ATCC 11229 que será del 30%, para E. coli 57% y para Enterococcus del 80% de la población inicial. Influencia de estrés mecánico por el sistema de desinfección UV en la cepa E. coli ATCC 11229 y cepas salvajes de E. coli y enterococcus. 1,2 1,00 E. coli/100ml normalizado E. coli/100ml normalizado 1,20 0,80 0,60 y = -0,0097x + 0,9791 R² = 0,9336 0,40 0,20 1 0,8 0,6 y = -0,01x + 0,9203 R² = 0,748 0,4 0,2 0 0,00 0 10 20 30 40 0 10 20 30 estrés mecánico = > bacterias debido al diseño del equipo experimental es menos significativa que la debida a salinidad. Para la cepa ATCC 11229 hay una disminución al cabo de los 30 minutos de ensayo, de alrededor del 30% y del 40% para E. coli proveniente de agua residual 40 CINÉTICA DE INACTIVACIÓN EN AGUAS MARINAS Y SU RELACIÓN CON LA DOSIS UV, DE LA CEPA E. COLI ATCC 11229 Y CEPAS NATURALES DE E. COLI Y ENTEROCOCCUS, TRAS LOS TRATAMIENTOS. FECHA 27/07/2010 29/07/2010 03/08/2010 ENSAYO 1 UV: C+SW 2 UV: C+SW 3 UV: C+SW TIEMP O (min) Ph Turbidez (UNT) Conductivid Transmitan ad (S/cm) cia (%/cm) 0 7,94 1,33 44,40 95,60 90 7,86 1,27 31,10 95,30 180 7,98 1,56 44,50 95,70 0 8,09 1,63 44,60 93,20 90 8,10 1,70 44,90 92,70 180 8,13 2,07 45,00 93,20 0 7,98 1,26 40,70 92,50 90 8,01 1,33 41,70 93,30 180 7,99 1,41 40,05 93,70 Promedio transmi (%) 95,53 93,03 93,17 los datos de turbidez, conductividad, pH y transmitancia son homogéneos en todos los muestreos de los ensayos estudiados El valor de la transmitancia en todos los ensayos: rango del 93 al 95% aproximadamente La turbidez, también resultan ser bajo, alrededor de 1 a 3 UNT. la conductividad, rangos entre: 30 al 45 mS/cm CINÉTICA DE INACTIVACIÓN DE E. COLI ATCC 11229 EN AGUAS MARINAS Y SU RELACIÓN CON LA DOSIS UV. Alta eficacia del proceso de desinfección UV para la cepa, con rendimientos del 99,97% a la salida, y una disminución en el numero de microorganismos de hasta 8 UL en 3h de ensayo, con una dosis final de 2949,2 mWs/cm2 Se requiere una dosis aproximada de 145 mWs/cm2 para la inactivación de 1 log de E. coli. 0,0000 0,0000 0 1000 2000 3000 0 4000 -2,0000 -2,0000 -4,0000 -4,0000 3000 -8,0000 -8,0000 y = -0,0028x - 1,462 R² = 0,8539 -10,0000 y = -0,0025x - 2,4221 R² = 0,7528 -12,0000 Dosis uv (mWs/cm2) Dosis uv (mWs/cm2) 0,0000 -1,0000 0 1000 2000 3000 -2,0000 -3,0000 Ln Nt/No -12,0000 2000 -6,0000 -6,0000 -10,0000 1000 Ln Nt/No Ln Nt/No -4,0000 -5,0000 -6,0000 -7,0000 -8,0000 -9,0000 y = -0,002x - 1,6979 R² = 0,781 Dosis uv (mWs/cm2) 4000 4000 Dosis uv (mWs/cm2) 0,0000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 -1,0000 -2,0000 Ln Nt/No -3,0000 -4,0000 ´´´´ -5,0000 -6,0000 -7,0000 Nt/No = -0,0024 dosis UV - 1,8682 R2 = 0,7551 -8,0000 -9,0000 Cepa+SW Influencia salina -10,0000 Figura . Comparación del comportamiento de la cepa E. coli ATCC 11229 ante la aplicación de dosis UV e influencia salina. el factor salinidad influye en la supervivencia de la cepa, al representarlo en la gráfica da cuenta en la disminución de un logaritmo. CINÉTICA E. COLI Y ENTEROCOCCUS, Y SU RELACIÓN CON LA DOSIS UV. DE INACTIVACIÓN DE EN AGUAS MARINAS Las concentraciones bacterias fueron relativamente bajas (entre 3 y 4 unidades log). Dosis uv (mWs/cm2) 0 -1 Para la disminución de -1,966 uni. Log se requiere alrededor de 292 mWs/cm2. 0 1000 2000 3000 0 1000 2000 3000 4000 -2 -2 -4 Ln Nt/No Ln Nt/No -3 -4 -5 -6 Dosis uv (mWs/cm2 0 4000 y = -0,0018x - 1,3178 R² = 0,8397 -6 -8 -10 -7 y = -0,0026x - 3,488 R² = 0,7443 -12 -8 Dosis uv (mWs/cm2) 0 -1 0 1000 2000 3000 4000 -2 -3 -4 Ln Nt/No Para Escherichia coli: Se requiere alrededor de 140 a 150 a mWs/cm2 para la disminución de un logaritmo. -5 -6 -7 y-8 = -0,0023x - 2,7184 -9 R² = 0,6897 -10 Figuras. Comportamiento de E. coli natural durante la aplicación de dosis UV: a) ensayo 1, b) ensayo 2, c) ensayo 3. Dosis uv (mWs/cm2) 2 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Ln Nt/No -2 E. coli (Ln Nt/No) -4 Influencia salina Strees mecánico muestra de control -6 -8 -10 y = -0,0022 dosis uv - 2,5081 R² = 0,5847 -12 Figura . Comparación del comportamiento de E. coli natural ante la aplicación de dosis uv, influencia salina y estrés mecánico. Las concentraciones de Enterococcus fueron entre 2,64E+03 y 5,90E+03/100 ml en los tres ensayos. Dosis uv (mWs/cm2) 0,000 -1,000 Se requiere una dosis de alrededor de 144 mWs/cm2 para la inactivación cercana a 1 log de E. coli. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 -2 -2,000 -3,000 -4 Ln Nt/No Ln Nt/No -4,000 -5,000 -6 -6,000 -7,000 Dosis uv (mWs/cm2) 0 -8 y = -0,0024x - 1,5104 R² = 0,8411 -8,000 y = -0,0025x - 2,3547 R² = 0,7223 -10 -9,000 -10,000 -12 Dosis uv (mWs/cm2 0 0 1000 2000 3000 4000 -2 -4 Ln Nt/No rendimientos de desinfección del 99,99% a la salida, así como una disminución en el numero de micro. de hasta 9 UL en 3h, con una dosis final de 2936 mWs/cm2 . -6 -8 -10 -12 y = -0,0023x - 3,1465 R² = 0,7692 Figuras: Comportamiento de Enterococcus durante la aplicación de dosis uv: a) ensayo 1, b) ensayo 2, c) ensayo 3. Dosis uv (mWs/cm2) 2 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Ln Nt/No -2 -4 y = -0,0024 dosis uv - 2,3372 R² = 0,735 Enterococcus (Ln Nt/No) Influencia salina muestra de control -6 -8 -10 Figura . Comparación del comportamiento de E. coli natural ante la aplicación de dosis uv, influencia salina y estrés mecánico. CONCLUSIONES Los traslados de grandes volúmenes de agua de mar de un lugar a otro, ha sido y es un problema que internacionalmente ha acaparado la atención de numerosos países y organismos como las Naciones Unidas, que a través de la Organización Marítima Internacional (OMI), dedica grandes esfuerzos a su control y mitigación de los efectos perjudiciales que estas causan u originan en el medio marino donde son vertidas. Un factor principal de desinfección es la salinidad del agua marina, responsable de una disminución de la mortalidad bacteriana a causa del estrés del medio receptor que fue para E. coli ATCC 11229 del 30%, para E. coli natural 57% y para Enterococcus del 80% de la población inicial. Mientras que la influencia en la mortalidad debida al estrés mecánico que sufren las bacterias es menos significativa que la salinidad. Los resultados obtenidos y contrastados con la literatura, sobre la cinética de inactivación de la desinfección con radiación UV, demuestran que el proceso es eficaz contra los microorganismos: E. coli y Enterococus, contenidos en agua de mar y como proyección de uso como agua de lastre. La inactivación de los microorganismos por los rayos UV puede describirse con una cinética de primer orden. Los parámetros que se utilizaron para describir la inactivación son los k tasa de inactivación constante. La cepa dentro de los tres ensayos presentó valores de sensibilidad muy altos, con un rendimiento óptimo de desinfección. Hay una resistencia mayor al UV, por las bacterias del medio ambiente proveniente del agua residual utilizada en los ensayos, en comparación con la cepa de laboratorio ATCC 11229. Esto significa que se necesitarán altos flujos de energía UV para obtener la inactivación. De forma general para la cepa E. coli ATCC 11229 se requiere una dosis de 145 mWs/cm2, para E. coli natural una dosis de 150 mWs/cm2 y para Enterococus de 144 mWs/cm2 para la inactivación de 1 log en cada caso. Se deberá realizar estudios adicionales a la desinfección uv, para obtener una mejor comprensión de la suerte de entérica bacterias en agua de mar, un mejor conocimiento de la adaptación previa fenómenos podría constituir una nueva base para la reflexión acerca de los tratamientos de aguas de lastre. Para su aplicación en desinfección de aguas de lastre, la aparición de la fotoreactivación y reactivación en oscuridad, de los microorganismos estudiados es un tema para futuras investigaciones. Que permitan una evaluación precisa de la influencia de la reactivación en los sistemas de UV para el tratamiento de aguas de lastre. BIBLIOGRAFÍA Blatchley E. R. (1993) Desinfection and antimicrobial processes. Wat. Environ. Res. 65, 353-360. Cairns W. L. 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