Tecnológico Nacional de México Instituto Tecnológico de La Laguna INGENIERÍA QUÍMICA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 25EA Maestra: M.C. María Cristina García Carrillo Tarea 3.3. DESINFECTANTES UTILIZADOS EN AGUAS Y AGUAS RESIDUALES Alumna: Karla Guadalupe Cruz Carrillo No. De control: 18131103 Fecha: 23 de noviembre del 2022 Introducción La desinfección consiste en la destrucción selectiva de los organismos que causan enfermedades. No todos los organismos se destruyen durante el proceso, punto en el que radica la principal diferencia entre la desinfección y la esterilización, proceso que conduce a la destrucción de la totalidad de los organismos[3]. 1 Desinfectantes físicos y químicos utilizados en aguas y aguas residuales 1.1 Desinfectantes físicos • • • El calor: No es un medio factible, debido a su elevado coste de aplicación a grandes cantidades de A.R.. En cambio se emplea para la pasteurización del fango. La Luz solar: La luz solar es un buen desinfectante, pudiéndose utilizar, en especial, la radiación ultravioleta. La radiación UV: Tienen un efecto esterilizante. Tienen muy poca penetración y, en el caso de las A.R., la acción letal sólo puede ejercerse a través de unos pocos milímetros, debido a los Sólidos en Suspensión (SS) y turbidez. Su uso estaba limitado para aguas de la más alta calidad, tanto potables como efluentes residuales terciarios, aunque desde los años 80 se ha ampliado su campo de acción a los efluentes secundarios de EDARs [7]. Operación Los microorganismos patógenos encontrados en el agua tienden a presentarse como organismos individuales. Por tanto, los principios aplicables a la desinfección del agua son los que se refieren a la desvitalización de células individuales. Los agentes oxidantes inhiben la actividad enzimática o destruyen la pared de las células; el calor y la radiación alteran la Naturaleza coloidal del protoplasma y los rayos UV producen alteraciones en el ADN, evitando su multiplicación [7]. Equipos utilizados • • El calor: intercambiadores de calor, destiladores, etc. La Luz solar: el sol mismo, concentradores solare, etc. Concentrador solar: En el agua, si bien hay algunas bacterias con capacidad de esporular, lo que las hace particularmente resistentes al calor, en general puede afirmarse que la mayoría de las bacterias mueren entre los 40 y los 100 ºC, mientras que las algas, protozoarios y hongos lo hacen entre los 40 y los 60 ºC. Un concentrado solar es un dispositivo que concentra los rayos ultravioleta de la radiación solar sobre un absorbedor, tiene la finalidad de incrementar el flujo de radiación sobre los receptores, en este caso recipientes con agua que se coloca en contenedores que pueden estar parcialmente pintados de color negro (el efecto de la pintura hace que los rayos ultravioleta sean absorbidos con mayor intensidad) y se deja a la exposición de los rayos UV durante un cierto tiempo, le eficiencia dependerá de la radiación solar de cada zona y de la turbiedad del agua que no debe ser mayor a 30 NTU, puede usarse tanto vidrio como tereftalato de polietileno (PET) ya que son materiales apropiados para lograr una efectiva inactivación de microorganismos. Un estudio realizado con un concentrador solar (figura 1.1.1) en zonas rurales del estado de Chihuahua, encontraron que un tiempo de exposición de dos horas a 65 °C es suficiente para tener una desinfección total de microorganismos ya que no se detectaron coliformes totales ni Escherichia coli después del tratamiento. Figura 1.1.1. Concentrador solar para la desinfección de agua Según el CEPIS, 2002 se ha tomado como regla que para un agua cristalina (con turbiedad menor de 5 UTN) se puede asegurar un razonable nivel de seguridad en la desinfección con un tiempo de 30 minutos a 65 °C o 75 °C durante 15 minutos. Desde un punto de vista práctico y operativo estas condiciones de temperatura se aseguran en zonas soleadas con exposiciones de cuatro a cinco horas en el período de máxima radiación, un aspecto importante de la aplicación de esta técnica es que no se han reportado subproductos de desinfección. Diversos factores son implicados en la desinfección solar, estos son mostrados en la tabla 1.1.1 [4]. Tabla 1.1.1. Factores que actúan en la eficiencia de la desinfección solar • La radiación UV: Básicamente pueden considerarse dos tipos de reactores, según que las lámparas de rayos UV no estén en contacto con el fluido a desinfectar, por el contrario, estén introducidas en su seno. En el primer caso, el fluido circula por el interior de un tubo de teflón o de cuarzo, estando las lámparas montadas alrededor del mismo, exteriormente, como se muestra en la figura 1.1.2. Colocando, además, unos reflectores de forma adecuada, se consigue un campo de radiación muy intenso, más en el centro, de forma que el perfil de intensidad se adapte lo más posible al perfil del flujo del agua (flujo a desinfectar). Figura 1.1.2. Lámparas de rayos UV sin contacto con el fluido a desinfectar La principal ventaja es que las lámparas no se ensucian y no existen partes móviles, siendo únicamente necesario limpiar el tubo a intervalos que pueden llegar a 2 meses, para efluentes secundarios. Sin embargo, para A.R. es más empleado el segundo tipo de reactor, que puede ser en conducción cerrada o en canal, si bien es este último el más utilizado, ya que permite un desarrollo modular para adaptarse a caudales y estructuras diferentes, pudiendo ser equipados con el número ideal de lámparas. Dependiendo del tamaño del equipo completo, se montan varias lámparas en fila, formando un módulo. Los módulos se montan verticalmente en el canal, mediante consolas de apoyo, son variables en la dirección del flujo y pueden ser encendidas y apoyadas individualmente, como se pueden observar en la figura 1.1. [7]. Figura 1.1.3. Módulos de lámparas UV montados en un canal Concentraciones La acción germicida es una acción definida entre un número pequeño de partículas del producto utilizado y un centro vital considerado como una unidad molecular. Puede, por tanto, ser tratada como un proceso dinámico, dependiente del tiempo, con una reacción química. Según esto, el grado de eliminación de microorganismos dependerá de: • • • • • • • La naturaleza del organismo a desvitalizar La naturaleza del producto letal La concentración o intensidad del producto El tiempo de contacto La temperatura La naturaleza del medio El pH y otros [7]. Calor: Los quistes de amebas se destruyen en dos minutos en el agua a 50º C, mientras los de Giardia se inactivan de inmediato cuando son sometidos al agua hirviendo. Los virus también son inactivados luego de aproximadamente 1 a 3 minutos de exposición al agua en ebullición [4]. Radiación UV La desinfección de agua por radiación ultravioleta se basa en la capacidad de la luz ultravioleta de la banda C, que corresponde a una longitud de onda comprendida entre 240 y 280 nm, de actuar como potente germicida, es decir, de eliminar elementos patógenos. Esta radiación, especialmente la de 254 nm, al incidir sobre los microorganismos, causa daños a los ácidos nucleicos [5]. Siendo esta última, la longitud de onda la que utilizan las lámparas utilizadas en el tratamiento de aguas residuales [4]. Luz solar: La luz ultravioleta generados por la energía solar es la luz con longitudes de onda comprendidos entre 100 y 400 nm y se subdivide en UV-A (400-315 nm), UV-B (315-280 nm) y UV-C (280-100 nm), la inactivación de mayor efectividad ocurre en el rango UV-C Sin embargo, solo las ondas de UV-A y UV-B llegan a la superficie de la Tierra y la combinación de estas a altas temperaturas 50 a 60 °C, tienen el potencial de inactivar la mayoría de los contaminantes microbiológicos [4]. Ventajas y desventajas Las ventajas y desventajas de los desinfectantes físicos se muestran en la tabla 1.1.2. Tabla 1.1.2.ventajas y desventajas de los desinfectantes físicos Desinfectante El calor Ventajas Desventajas • Hervir el agua es un método • Debido a su alto costo, sólo se excelente para destruir todo practica para desinfectar tipo de microorganismos, ya volúmenes pequeños de agua a sean bacterias, quistes de nivel doméstico [4]. protozoarios, huevos de helminto o virus. • La Luz solar • • • La radiación UV • • • • Con frecuencia sirve para la fabricación de medicamentos y reactivos de laboratorio, donde el proceso es conocido como destilación [4]. No tiene costo No se introducen compuestos extraños en el agua, y el carácter físico y químico de ésta no queda significativamente afectado. No se afecta su capacidad de desinfección por los compuestos nitrogenados [1]. No se introducen compuestos extraños en el agua, y el carácter físico y químico de ésta no queda significativamente afectado. No se afecta su capacidad de desinfección por los compuestos nitrogenados. Se necesitan tiempos de contacto muy cortos La sobredosificación no produce efectos perjudiciales [1]. • • • • • • • Su empleo en lagunas hace que estas requieran una enorme área superficial, y por lo tanto es caro. Su efectividad es fluctuante y depende de las condiciones climáticas y las zonas donde estas se ubiquen. Las formas esporuladas, los quistes de protozoos y los virus son menos sensibles que las bacterias a la radiación uv. Se necesita un pretratamiento exhaustivo para evitar que componentes del agua absorban las radiaciones. No genera desinfección residual Se producen gastos elevados de energía eléctrica y se requieren equipos caros. Se requiere mantenimiento frecuente y caro de las lámparas [1]. 1.2 Desinfectantes químicos Operación y concentraciones o dosis Se utilizan fuertes agentes oxidantes, aunque no necesariamente todo oxidante es un buen desinfectante, sin embargo todos los halógenos son desinfectantes. La acción desinfectante, teóricamente se realiza en dos etapas; primero penetran la pared celular y luego reaccionan con las enzimas, paralizando el metabolismo de la glucosa y provocando con ello la muerte del organismo. La eficiencia depende del tipo de microorganismo involucrado, lo que parece estar determinado por la resistencia de su membrana celular y por la concentración del reactivo algunos ejemplos, así como su funcionamiento y sus dosis utilizadas se muestran en la tabla 1.2.1[4]. Tabla 1.2.1. Operaciones y concentraciones de los desinfectantes quimicos desinfectante Operación Yodo El yodo es el de mayor peso atómico y por su bajo poder oxidante resulta el más estable; por esta razón sus residuales se conservan mucho más tiempo que los del cloro. El mecanismo de desinfección es similar al del cloro pues al contacto con el agua produce ácido hipoyodoso. Bromo Su poder es menor que el del cloro o el yodo. Las reacciones son también similares y forma ácido hipobromoso y bromoaminas, asimismo reacciona con compuestos orgánicos. Las bromoaminas también son agentes desinfectantes. Dosis o concentración de uso Con una dosis de 0.5 mg/L se destruye el 99.99 por ciento de Escherichia coli en un minuto y de quistes de amebas en 100 minutos. 2 OZONIFICACIÓN Operación y equipos utilizados El ozono es un gas ligeramente azulado, de olor picante e inestable. Al igual que el dióxido de cloro, el ozono se genera en el punto en el que se va a utilizar. La mezcla de ozono-aire que se obtiene se aplica al agua que se desea desinfectar inyectándola en una cámara de mezcla, adonde llega el agua. El ozono se produce in situ (con las celdas generadoras de ozono, que podemos observar en detalle en la figura 1.2.1), y no requiere envío ni manipulación, eliminando así complicaciones de seguridad y medioambientales asociados a la manipulación de productos químicos. Inmediatamente después de ser producido se lleva al tanque de contacto. El tanque tiene que ser de acero inoxidable o de otro material que no se corroa por la acción del ozono. El ozono se introduce en el tanque de contacto por diversos métodos. Los dos más comunes son: Difusores de burbuja fina y agitación mecánica. Dado el poder oxidante del ozono el tiempo de contacto necesario para desinfectar es menor que se utiliza cloro. Normalmente con 10 o 20 minutos es suficiente [2]. Figura 1.2.1. Detalle de las celdas generadoras de ozono Debido a su elevado potencial de oxidación, el ozono degradará eficazmente microbios y virus, causando la ruptura de la membrana celular y la descomposición de compuestos biomoleculares esenciales en, por ejemplo, bacterias. El ozono puede ser utilizado para oxidar los hidrocarbonos de las bicapas celulares lipídicas para matar microbios contaminantes El tratamiento con ozono también previene el crecimiento de nuevos microorganismos siempre y cuando los otros procesos implicados en el proceso de desinfección hayan sido eficaces en reducir las partículas presentes en la corriente de aguas residuales [6]. ventajas y desventajas Las ventajas y desventajas del uso del ozono se presentan en la tabla 2.1.1. Tabla 1.2.1. Tabla de ventajas y desventajas del ozono • • • ventajas Facilidad de producción de ozono desde aire u oxígeno por descargas eléctricas. • desventajas El ozono es altamente corrosivo y tóxico. • Facilidad de reacción con compuestos orgánicos e inorgánicos debido a su alta reactividad y potencial de reducción. El coste inicial del equipamiento es alto, y los generadores requieren mucha energía. • El ozono debe ser generado “in situ” por problemas en el almacenamiento y transporte. El ozono reduce el TOC, color, olor y turbidez del agua tratada. • La vida media del ozono en el sistema de distribución es de 25 minutos a temperatura ambiente, con lo que la ozonización no asegura la limpieza del agua potable, siendo necesario añadir cloro. • Se forman DBPs en presencia de bromo, aldehídos, cetonas, etc. • Son necesarios filtros activados para la eliminación de carbono orgánico biodegradable. • El ozono oxida hierro, manganeso y sulfuros. • El uno de los desinfectantes químicos más eficientes, ya que requiere un tiempo de contacto pequeño. • En ausencia de bromo, no se forman DBPs. • Ozono es más efectivo que cloro, cloroaminas y dióxido de cloro para la inactivación de virus, Cryptosporidium y Giardia. Concentraciones La ozonización proporciona protección contra prácticamente todos los microbios tóxicos y nocivos no deseados. En la tabla 2.1.2 se enumeran los valores CT para una serie de gérmenes [6]. Tabla 1.2.2. valores de CT de ozono para una serie de gérmenes microorganismo Bacillus Clostridium botulinum spores Dosis requerida, CT (mg.min/L) 0.1 0.4 Cryptosporidium 7 E. coli Encephalomyocarditis virus 0.5 0.25 Giardia cycts 0.5 Legionella pneumophila 0.1 Polio virus type 1 0.5 Pseudomonas 1.5 – 2 Salmonella 0.1 – 0.4 Staphulococcus 1.5 – 2 Streptococcus 0.1 3 Bibliografía [1] CIDTA. (2022). Desinfección con Radiación UV. Obtenido de CIDTA: Desinfección con Radiación UV [2] CIDTA. (2022). Capítulo 5. Otros métodos de desinfección. Sección 2. Desinfección con Ozono. Obtenido de CIDTA: https://cidta.usal.es/cursos/etap/modulos/principal/principal.htm [3] CIDTA. (1 de octubre de 2022). DESINFECCIÓN. Obtenido de CIDTA: https://cidta.usal.es/cursos/etap/modulos/libros/DESINFECCION.pdf [4] CONAGUA. (2007). Desinfección para Sistemas de Agua Potable y Saneamiento. Obtenido de Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento: https://files.conagua.gob.mx/conagua/mapas/SGAPDS-1-15-Libro23.pdf [5] NATUREMA. (7 de julio de 2016). DESINFECCIÓN DE AGUA POR RADIACIÓN ULTRAVIOLETA. Obtenido de NATUREMA: https://naturema.com/es/tratamientos/aguas-de-abastecimiento/desinfeccion-deagua/desinfeccion-de-agua-por-radiacion-ultravioleta/ [6] OZONETECH. (s.f.). Desinfección de agua con ozono. Obtenido de OZONETECH: https://www.ozonetech.com/es/aplicaciones/tratamiento-de-agua/desinfeccion-deagua-con-ozono/ [7] wiki. (2007). Ingenieria de aguas residuales. Madrid. Obtenido de https://elibro.net/es/ereader/itlalaguna/35813?page=150.
