Desinfeccion e book by GEORGE DIAMANDIS

ELEARNI NG CONTRI BUCI ON DE LOS OPERADORES EN LA GESTI ON DE LAS AQUAS RESI DUALES

TOMO 2. 6

2.6 Desinfecci贸n

INTRODUCCIÓN Se considera la desinfección como el mecanismo primario para la desactivación/ destrucción de los organismos patógenos con el fin de evitar la propagación de enfermedades transmitidas por el agua a los usuarios y al medio ambiente. Es importante que las aguas residuales sean tratadas de manera adecuada antes de la desinfección para que los desinfectantes sean efectivos. La tabla que sigue presenta una relación de algunos microorganismos comunes que se encuentran en las aguas residuales domésticas y las enfermedades relacionadas con éstas. 1- Agentes infecciosos generalmente presentes en aguas residuales domésticas no tratadas Organismo

Enfermedad causada

Bacteria Escherichia coli (enterotoxigénica)

Gastroenteritis

Leptospira (spp.)

Leptospirosis (enfermedad de Weil)

Saimonelia typhi

Fiebre tifoidea

Salmonella (=2.100 serotipos)

Salmonelosis

Shigella (4 spp.)

Shigelosis (disentería bacilar)

Vibrio cholerae

Cólera

Protozoos Baiantidium coli

Balantidiasis

Cryptosporidium parvum

Criptosporidiosis

Entamoeba histolytica

Amebiasis (disentería amebiana)

Giardia lamblia

Giardiasis

Helmintos Ascaris lumbricoides

Ascariasis

T. solium

Teniasis

Trichuris trichiura

Trichuriasis/Trichurosis

Virus Enterovirus (72 tipos, por ej., polio, echo, y virus coxsackie)

Gastroenteritis, anomalías cardíacas, meningitis

Virus de la Hepatitis A

Hepatitis infecciosa

Agente Norwalk

Gastroenteritis

Rotavirus

Gastroenteritis

(Tchobanoglous G., 1998) Los procesos de tratamiento preliminares y primarios usados en el tratamiento de aguas residuales (por ej., tamices de agregado grueso y fino, filtros de arena, y clarificadores primarios) son capaces de quitar o de destruir un gran número de bacterias. Los diferentes grados de eficacia de eliminación para las diversas operaciones de

tratamiento en una depuradora de aguas residuales se presentan en la tabla siguiente. 1- Extracción o destrucción de bacterias según los diferentes procesos de tratamiento Proceso Tamices de agregado grueso Tamices de agregado fino Filtros de arena Sedimentación estática Precipitación química Filtros biológicos Depuración biológica por fangos activos Cloración (Eddy, 1999)

Porcentaje de eliminación 0-5 10-20 10-25 25-75 40-80 90-95 90-98 98-99,999

Se suele llevar a cabo la desinfección usando: 1) Agentes químicos. 2) Agentes físicos. 3) Medios mecánicos. 4) Radiación. Los agentes químicos más comunes usados en la desinfección son el cloro y sus compuestos, el ozono es altamente eficaz pero no deja efectos residuales. Los ácidos y los álcalis suelen usarse ya que el pH 11 o el pH 3 son tóxicos para la mayoría de las bacterias. El bromo, el yodo, los fenoles, los alcoholes, y el peróxido de hidrógeno son otros agentes químicos comunes de la desinfección. El calor y la luz (especialmente la luz ultravioleta) son agentes físicos eficaces para la desinfección. Sin embargo, el uso de calor y de luz ultravioleta para desinfectar una gran cantidad de efluentes es altamente costoso. La presencia de materia en suspensión en los efluentes también puede reducir la eficacia de la radiación ultravioleta. Una encuesta llevada a cabo en 1998 muestra la siguiente distribución del uso de la tecnología de desinfección en los Estados Unidos: 1- Porcentaje de los sistemas de tratamiento de aguas que usan diversas técnicas de desinfección para los servicios municipales de los E.E.U.U. (1998) % de sistemas para más de 10.000 habitantes

% de sistemas para menos de 10.000 habitantes

Gas de cloro

Hipoclorito de sodio

Generación de hipoclorito de sodio in situ

Hipoclorito de calcio (en forma de polvo)

Dióxido de cloro

Proceso de desinfección

Ozono

Radiación ultravioleta

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003)

2.6.1 DESINFECCIÓN CON CLORO 2.6.1.1 Introducción La desinfección del agua por cloración, introducida a gran escala y a nivel mundial a principios del siglo XX, supuso una revolución tecnológica en el ámbito del tratamiento de aguas residuales complementando al ya conocido y usado proceso de filtrado. La clave de este éxito era el fácil acceso en casi todos los países del mundo, su coste razonable y la capacidad de oxidación (el mecanismo para destruir la materia orgánica y el efecto residual).

Aunque el cloro y las sustancias relacionadas con éste no sean desinfectantes perfectos, cuentan con una serie de características que los hacen muy valiosos: • Cuentan con una potencia germicida de espectro amplio. • Cuando se produce una reutilización de aguas residuales tratadas, muestran un buen grado de persistencia en los sistemas de distribución de agua. Sus propiedades residuales fácilmente mensurables pueden supervisarse en los sistemas de distribución de agua después del tratamiento y/o entregada a los usuarios. • El sistema de alimentación es simple, fiable y barato. Al nivel de las pequeñas comunidades, también existen una serie de “dispositivos de tecnología apropiada” que los operadores locales pueden manejar fácilmente. • El cloro y los compuestos basados en el cloro se encuentran fácilmente, incluso en áreas remotas de países en vías de desarrollo. • Este método es económico y rentable. Los siguientes compuestos basados en el cloro pueden encontrarse en el mercado: • cloro gaseoso. • cal clorada. • hipoclorito de sodio. • hipoclorito de calcio. La cantidad de desinfectante que se necesitará dependerá de la corriente de agua a tratar, de la dosificación requerida según la calidad del agua y de los estándares sobre las aguas residuales tratadas del país en cuestión. 2.6.1.2 Efectos del cloro sobre la salud The reaction of the human body to chlorine depends on the concentration of chlorine present in air, and on the duration and frequency of exposure. Effects also depend on the health of an individual and the environmental conditions during exposure. When small amounts of chlorine are breathed in during short time periods, this can

affect the respirational system. Effects vary from coughing and chest pains, to fluid accumulation in the lungs. Chlorine can also cause skin and eye irritations. These effects do not take place under natural conditions. When chlorine enters the body it is not very persistent, because of its reactivity. Pure chlorine is very toxic, even small amounts can be deadly. During World War I chlorine gas was used on a large scale to hurt or kill enemy soldiers. The Germans were the first to use chlorine gas against their enemies. Chlorine is much denser than air, causing it to form a toxic fume above the soil. Chlorine gas affects the mucous membrane (nose, throat, eyes). Chlorine is toxic to mucous membranes because it dissolves them, causing the chlorine gas to end up in the blood vessels. When chlorine gas is breathed in the lungs fill up with fluid, causing a person to sort of drown. Exposure for 30 to 60 min in atmospheric air, containing from 40 to 60 ppm chlorine is dangerous and in higher concentrations (approximately 1000 ppm) is immediately lethal. 2.6.1.3 Productos comerciales comunes Los productos clorados comerciales se obtienen por diferentes vías, que determinan su concentración de cloro activo, presentación y estabilidad. El “cloro activo” es el porcentaje de peso molecular de cloro que presenta una molécula del compuesto. Si, por ejemplo, una solución contiene un 10% de cloro activo, esto equivale a 10 g de gas de cloro burbujeado (y completamente absorbido) en 100 ml (100 g) de agua sin pérdida, de ahí el “10 %”. La palabra “activo” implica que ese cloro está listo para ser usado; está preparado y “esperando” para atacar la materia orgánica o cualquier otra sustancia que sea capaz de oxidarse.

La siguiente tabla comparativa muestra las propiedades principales de cada producto comercial clorado: 1- Propiedades principales de los productos comerciales clorados más comunes Nombre y formulación

Gas de cloro Cl2

Nombre común comercial

Características % Cloro activo

Cloro líquido. Gas licuado bajo presión Gas de cloro.

99,5%

Estabilidad a lo largo del tiempo

Seguridad

Contenedor habitual

Muy buena.

Gas altamente tóxico

Cilindros de 40 a 70 kg. Contendedores de 1 a 5 toneladas

cal clorada, polvo Cal clorada blanqueador, CaO.2CaCl2O. hipoclorito de 3H2O cal, cloruro de cal

Polvo blanco seco

De 15 a 35%

Medio. Se deteriora rápidamente cuando está expuesto a temperaturas altas, humedad y/o luz del sol. Pérdida de un 1% mensual.

Un máximo de 1 Baja. Pérdida a 15%. de un 2-4% al Hipoclorito de Solución líquida Concentraciones mes; más si la sodio, líquido amarillenta por encima de temperatura blanqueador. 10% son supera los Hipoclorito de inestables. 30°C sodio NaClO Producción in situ de Solución líquida 0,1-0,6% Baja. hipoclorito de amarillenta sodio por electrólisis.

Hipoclorito de calcio Ca(ClO)2.4H2 O

HTH

Polvo, gránulos y tabletas. Blanco sólido

Corrosivo

Latas de 1,5 kg Tambores de 45 - 135 kg. Bolsas de plástico o papel de 25 - 40 kg. Otros

Corrosivo

Botellas de plástico de diferentes tamaños y botellones

Oxidante

Cualquier formato

Corrosivo. Polvo: 20-35% Latas de 1,5 Buena. Inflamable Granulado: 65 kg. Tambores Pérdida de un en presencia 70% de 45 - 135 kg. 2 a un 2,5% al de ciertas Tabletas: 65 Cubos de año sustancias 70% plástico ácidas

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003) 2.6.1.4 Mecanismos de acción desinfectante

El hecho de añadir cloro al agua causa la formación de ácido hipocloroso (HOCL), lo cual es un indicador directo del poder desinfectante. MORE Main reactions take place when adding chlorine in water are given bellow. a.First stage The reaction in the case of gaseous chlorine is as follows: CL2 + H2O  HCL + HOCL For sodium hypochlorite (NaOCl), the reaction that takes place is: NaOCl + H2O  Na+ + OH- + HOCl With calcium hypochlorite and the active portion of chlorinated lime, the reaction is as

follows: Ca(OCl)2 + 2H2O  Ca++ + 2OH- + 2HOCl When ammonia is present in the water, chemical disinfection produces compounds such as chloramines, dichloramines and trichloramines. The chloramines serve as disinfectants also, but they react very slowly. b.Second stage The disinfecting agent is hypochlorous acid (HOCl), which splits into hydrogenous ions (H+) and hypochlorite (OCl-) and takes on its oxidizing properties: HOCl  H+ + OClHypochlorous acid (HOCl) and hypochlorite (OCl-) as strong oxidizing agents, cause destruction of microorganisms (acts by oxidation of sulfhydryl groups). 2.6.1.5 Parámetros que afectan a la acción desinfectante

Mezcla inicial Debe destacarse la importancia de la mezcla inicial del proceso de desinfección. Ha quedado demostrado que la aplicación del cloro en un régimen altamente turbulento (Rn≥104)1 dobla su eficacia comparado a cuando el cloro es añadido separadamente a un reactor de mezclado rápido convencional bajo condiciones similares. Tiempo de contacto Dependiendo de las características y del tipo de microorganismos que deben ser eliminados, se necesitan diferentes tiempos de contacto. 1- Tiempo de desinfección para varios tipos de microorganismos patógenos con agua clorada, conteniendo una concentración de cloro de 1 mg/L (1 ppm) donde pH = 7,5 y T = 25 °C Agente contaminador fecal Bacteria E. coli 0157 H7 Virus de la Hepatitis Parásito Giardia Cryptosporidium

Tiempo de contacto requerido < 1 minuto Alrededor de 16 minutos Alrededor de 45 minutos Alrededor de 7 días

Se sabrá cuál es la dosificación de cloro al verificar la cantidad de cloro necesitada y la concentración de cloro residual prevista, generalmente indicada por los estándares de calidad de los efluentes de aguas residuales tratadas de cada país. Con respecto a ésto y tomándolo como referencia, se considera que una concentración de 2 mg/l de cloro residual libre en el efluente de agua residual tratada después de un periodo de contacto

de 60 minutos es garantía suficiente para una desinfección satisfactoria. Nivel de pH El ácido hipocloroso (HOCl) y los iones hipoclorito (OCl-) está presentes en cierta medida cuando el pH del agua residual se sitúa entre 6 y 9. Cuando el valor del pH del agua clorada es de 7,5, un 50% de la concentración de cloro consistirá en ácido hipocloroso no disuelto y el otro 50% consistirá en iones hipoclorito. Las diferentes concentraciones de ambos suponen una diferencia considerable en las propiedades bactericidas del cloro, ya que estos dos compuestos tienen diferentes propiedades germicidas. De hecho, la eficiencia del HOCl es 80 veces más alta que la del OCl-. Ésta es la razón por la que, cuando se esté supervisando el cloro, es recomendable supervisar también el nivel de pH, porque nos informará sobre el potencial bactericida real de los desinfectantes que están presentes. Es necesario mencionar que la OMS recomienda un pH < 8 para una desinfección apropiada con cloro. Turbidez La turbidez es otro elemento importante de la desinfección. Una turbidez excesiva reducirá la efectividad de la absorción del cloro y al mismo tiempo protegerá a las bacterias y a los virus de su efecto oxidante. Es por esto que la OMS recomienda una turbidez inferior a 5 UNT, considerando 1 UNT como la cantidad ideal. Temperatura La temperatura del agua que va a ser desinfectada puede tener un efecto significativo en la eficacia del cloro. El tiempo que se necesita para la desinfección aumenta cuanto más baja sea la temperatura del agua. Hay una diferencia notable en el índice de eliminación de bacterias entre los 2 y 20°C. Materia orgánica Algunos tipos de compuestos orgánicos, cuando se encuentran en el agua, ejercen una alta demanda de cloro, lo que afecta negativamente al proceso de cloración. Además, cuando el agua que se va a desinfectar contiene materiales orgánicos conocidos como “precursores” (materia orgánica, ácidos húmicos, etc.) se podrían producir los subproductos de la desinfección (DBPs, por sus siglas en inglés). Los componentes más característicos de la cloración DBPs son los trihalometanos (THM) y los ácidos haloacéticos (HAAs). La formación DBPs despierta gran preocupación debido al gran impacto de estos compuestos en la salud pública y en el medio ambiente. Los THM (derivados del metano) son considerados cancerígenos según la directiva 98/83/CE del Consejo de la Unión Europea. MORE 1- Representative disinfection byproducts resulting from the chlorination of wastewater containing organic and selected inorganic constituents

(Eddy, 1999) 2.6.1.6 Kinetic disinfection by chlorination

Considering that all of the previous parameters affecting disinfection are stable, disinfectant action of chlorine depents only by contact time and residual chlorine concentration in the outlet of chlorination tank. For the calculation of required chlorine dosage, the following equation of CollinsSelleck (White, 1978) is used : N/No=(1+0,23 Ct)-3 Where, N=Fecal coliforms in the inlet of chlorination tank No=Fecal coliforms in the outlet of chlorination tank C=concentration of residual chlorine in the outlet of chlorination tank (mg/L) t=contact time of chlorine in chlorination tank (min) 1- Typical chlorine dosages, based on combined chlorine unless otherwise indicated, required to achieve different effluent total coliform disinfection standards for various wastewaters based on a 30-min contact time

(Eddy, 1999) 2.6.1.7 Selección del método y equipo de cloración

El tipo de dosificador de cloro o de alimentador dependerá de tres factores: • Las características del producto clorado que se usará.

• La dosis de cloro que se añadirá. • El flujo de aguas residuales tratadas que se disinfectarán. 1- Equipos para cloración más usados

Clasificación

Gas de cloro

Dispositivo de alimentación

Presurizado (directo) Vacío (venturi o eyector)

Producto

Gas de cloro Gas de cloro

Alcance del servicio (habitantes) De 5.000 habitantes a grandes ciudades

Bajo presión atmosférica, de carga constante Sistema de válvula con flotador en tanque Hipoclorito de Na or Ca Hipoclorito de Na or Ca < 20.000 Sistema de tubo en flotador con Hipoclorito de Na or Ca orificio Sistema vaso/botella Solución

Bajo presión positiva o negativa Bomba de diafragma (positiva) Hipoclorito de Na or Ca [2.000 - 300.000] Alimentador de succión (negativa) Hipoclorito de Na or Ca

Sólido

Generador de hipoclorito de sodio in-situ

< 5.000 hab.

Dosificador de erosión Hipoclorito de calcio Otros dispositivos de dosificación Cal clorada

[2.000 - 50.000] < 2.000

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003). Gas de cloro La desinfección por cloro gaseoso es un método barato y la tecnología más utilizada del mundo. Los dosificadores de gas de cloro se ciñen a dos principios: funcionamiento al vacío por inyección en tubería y funcionamiento a presión por difusión en canales abiertos o tuberías. El más común es el de funcionamiento al vacío. Clorador de gas de funcionamiento al vacío Este sistema consiste en un cilindro de gas, un regulador con un rotámetro (indicador de tasas de alimentación) y un eyector. Funciona gracias al vacío que se produce en el eyector Venturi que expulsa una mezcla de agua y gas en el punto de aplicación, donde

el gas se difunde y se disuelve. El sistema debe estar equipado con válvulas antirretorno para evitar que el agua entre en las tuberías de cloro y que corroa el equipo en el caso de que la operación sea interrumpida. 1- Clorador de gas de funcionamiento al vacío1

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003). 1- Clorador de gas 2

Regulator + Rotameter, Chlorine cylinder, Deep well pump, Booster pump, Injector (venturi): Regulador + Rotámetro, Cilindro de cloro, Bomba de pozo profundo, Bomba reforzadora, Eyector (venturi). Yoke clamp, Cylinder valve, Inlet valve, Fiberglass filter, Vent line, Manually adjuested rate valve, Vacuum line, Ejector assembly with check valve, Ejector discharge, Water supply, Flow rate indicator, Regulating diaphragm assembly, Lead gasket, Chlorine gas, Chlorine liquid: Prensayugo, Válvula cilíndrica, Válvula de entrada, Filtro de fibra de vidrio, Tubería de ventilación, Regulador de caudal manual, Tubería de vacío, Dispositivo de eyección con válvula antirretorno, Descarga del eyector, Abastecimiento de agua, Indicador de corriente, Dispositivo regulador del diafragma, Junta de plomo, Gas de cloro, Cloro líquido.

(John M. Stubbart, 2006 ) 1- Clorador de solución al vacío 3

Control module: vacuum relief, Vacuum relief valve, Vacuum gauge, Heater, Gas inlet, V-nocht variable orifice, Manual rate adjuster, Rotameter, Differential regulating valve, Injector vacuum gauge, Solution discharge, Combination injector & disphragm check valve, Injector water supply. Legend: gas, water, solution: Módulo de control: entrada de aire, válvula de entrada de aire, Galga de entrada de aire, calentador, Entrada de gas, Orificio variable V-nocht, Órgano de reglaje manual, Rotámetro, Válvula de regulación diferenciada, Galga inyectora al vació, Caudal de solución, Inyector de combinación & válvula de control del diafragma, Inyector de abastecimiento de agua. Leyenda: gas, agua, solución.

(Office of Water Programms, College of Engineering and Computer Science, California State University, 2008) Cloradores de gas a presión Suele recomendarse el uso de este tipo de cloradores cuando no existe la posibilidad de emplear un diferencial de presión o cuando no hay una corriente eléctrica para hacer funcionar una bomba reforzadora que podría producir el diferencial de presión necesario para hacer funcionar los cloradores al vacío. El sistema consiste en un diafragma que se activa con un regulador a presión y en un rotámetro que indica la tasa de flujo del cloro. Un regulador controla el paso del gas de cloro al difusor. 1- Equipo de alimentación de gas de cloro a presión 4 4

Regulator + Rotameter, Chlorine cylinder, Canal de Feeding channel, Diffuser: Regulador + Rotámetro, Cilindro de cloro, Canal de dosificación, Difusor.

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003). Instalación de cloradores de gas y requisitos de instalación Para instalar un sistema de cloración de gas, es necesario determinar cuál es el tipo de clorador más adecuado. Los factores que determinan cuál es el que hay que elegir son la capacidad de suministrar la cantidad de cloro necesario por unidad de tiempo (kg/h) y la flexibilidad operacional. MORE The typical feeding rates for the smallest vacuum chlorinators range from approximately 10 to 100 g/h. The most common devices have maximum operating capacities of 2 kg/h, 5 kg/h and 10 kg/h, making it possible to serve medium-sized to large cities. The smallest pressurized chlorinators have a capacity of between 10 to 150 g/h. The maximum continuous feeding rate must be calculated according to the lowest environmental temperature forecast because the pressure of the chlorine gas in the cylinder varies according to that temperature. The environmental temperature must be above –5 °C for a continuous chlorine gas feeding rate of 120 g/h. As for the installation requirements and precautions, since the most precise way to determine the effective chlorine gas feeding rate being dosed is by measuring the weight of the chlorine consumed, appropriate scales must be used. Correct weighing will make it possible to calculate the exact amount of chlorine being dosed over a given period of time and also

when and how soon the cylinders should be replaced. All chlorine gas installations must be equipped with chains or other anchoring devices well attached to a wall to keep the chlorine cylinders from being accidentally tipped over. Since chlorine is a dangerous gas, it must be handled carefully. For most safety and economy, gas chlorination systems must be designed and installed by experienced personnel and located far away from laboratories, storage areas, offices, operating areas, etc., to avoid contamination from possible leakage. El gráfico siguiente muestra un plano típico de una pequeña planta de cloración con gas. 1- Plano típico de una pequeña planta de cloración con gas 5

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003) Los cilindros de cloro deben almacenarse en una habitación separada diseñada específicamente para ello y protegida de la luz del sol para evitar su calentamiento. Las instalaciones deben estar correctamente ventiladas, siempre a nivel de suelo dado que el cloro es más pesado que el aire. Dado que los cilindros (de una tonelada de peso) están colocados en posición horizontal, se debe disponerse de grúas para su reemplazo y de un sistema de anclaje para evitar que rueden.

Ventilation at ceiling level, Fixed vent at floor level, Scale, Leak detector, Empty cylinders, Chlorine cylinders, Leak detector, Fixed vent at floor level, Cart, Booster pump, Doors equipped with safety locking device, External light and fan switches: Ventilación a nivel de techo, Abertura fija a nivel del suelo, Balanza, Detector de fugas, Cilindros vacíos, Cilindros de cloro, Detector de fugas, Abertura fija a nivel del suelo, Carrtea, Bomba reforzadora, Puertas equipadas con dispositvos de cierre de seguridad, Interruptores de la luz y ventiladores externos.

MORE In the case of pressurized chlorination systems, it is important for the contact chamber, whether channel or tank, to be designed to carry a minimum water head of 0.5 meters over the diffuser to ensure that all of the chlorine gas is dissolved and avoid its loss in the air. Since the pressure of the chlorine gas in the cylinder itself activates this type of chlorinator, there is no need for external electric power. This is an advantage when there is no source of hydraulic or electric power to produce the pressure differential required by a vacuum chlorinator. Relatively little electric power is needed to operate vacuum chlorinators, only enough to introduce the water flow through the ejector (venturi). The needed water flow and differential pressure can be produced by electric or hydraulic means with the aid of a small 1 to 1.5 HP auxiliary (booster) pump. In choosing electrically-operated equipment, the reliability and stability of the power source is an important consideration. In both systems, as a safety measure, a manual pressure relief valve is inserted between the chlorinator and the diffuser to discharge (outside the building) any remaining chlorine gas when cylinders are replaced. In this connection, all large treatment plants must always have a leak detection system and a stock of chlorine neutralizing products on hand. Care must be taken with the materials used in chlorination equipment because they react differently to oxidation. The following table shows the resistance of some of the most common materials. 1-Resistance of some materials to different forms of chlorine

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003) Operación y mantenimiento de los cloradores de gas Los cloradores de funcionamiento al vacío deben pasar inspecciones y recibir mantenimiento de manera continua por parte de operadores cualificados. Deben seguirse las instrucciones del fabricante para que el clorador funcione correctamente y así poder evitar reparaciones costosas y accidentes. Este tipo de sistema suele ser de larga duración y, en general, suele estar libre de problemas. Deben tomarse precauciones extremas para mantener la humedad fuera del cloro gaseoso en el sistema de alimentación, porque si no el gas húmedo de cloro podría corroer o destruir rápidamente el equipo: las piezas plásticas, herrajes de metal, válvulas, conexiones flexibles, etc. Los materiales usados en el sistema de cloración, incluyendo recambios y accesorios, deben ser apropiados para el manejo del cloro gaseoso húmedo y seco.

MORE Ferric chloride scaling on the pipes, generally due to impurities in the chlorine, must be removed regularly. An appropriate quantity of spare parts must be available at all times. Flexible connections must be replaced as recommended by the manufacturer. Lead gaskets between the cylinder and the chlorinator should be used only once. When the joints between cylinder and chlorinator must be opened to replace cylinders, or for any other reason, the gaskets must be replaced by new ones recommended by the manufacturer. The reuse of used gaskets is probably the most common cause of chlorine gas leakage. The same care must be taken with pressurized chlorination equipment. It is also necessary to keep in mind that a counter pressure of more than 10 m of water column will cause problems in the diffusion of the chlorine in the pipes; in that case, vacuumtype chlorinators should be chosen. It is common practice for an operator to check and, if necessary, adjust the chlorine gas dose three or four times during an eight-hour shift. Care should be taken not to extract more than 18 kg of chlorine gas a day from a single cylinder; more will result in the freezing of the cylinder due to a rapid fall in pressure, known as the “Joule- Thompson effect.” An experienced operator should take less than 15 minutes to routinely replace an empty cylinder with a full one. For safety reasons, at least two operators should be present for this operation. Because of its extreme toxicity and corrosiveness, strict safety regulations govern the use of gaseous chlorine. In the case of fire, the tanks or cylinders should be removed first because their fire resistance is guaranteed only up to 88 °C (with a 30-bar internal pressure). Because steel will burn in the presence of chlorine, care must be taken not to crack the containers (by not using a hammer to unblock or unfreeze valves). Moist chlorine is highly corrosive: a chlorine leak will cause external corrosion and the entry of water into pipes carrying chlorine will cause them to corrode inside. Gas masks must be used when handling the containers in any of the areas where chlorine is stored and it should be recalled that masks with carbon filters have a limited service life. Soluciones cloradas Todos los productos clorados, excepto el gas de cloro, son líquidos o, en el caso de ser sólidos, pueden disolverse y usarse como una solución. La desinfección por hipoclorito es el método más popular usado en el ámbito rural. Es simple, sencillo, barato y se pueden encontrar un gran número de dispositivos que usan la tecnología adecuada. Existen varias maneras de alimentar una solución y los dosificadores pueden clasificarse dependiendo de su fuerza de impulsión, que puede ser de dos tipos: los de presión atmosférica y los de presión atmosférica positiva o negativa.

Alimentadores de presión atmosférica Algunos de los dispositivos que funcionan bajo presión atmosférica han sido diseñados con carga variable (por ejemplo, el dosificador de paletas en canal o la rueda de Arquímedes). Sin embargo, los dispositivos más populares son aquellos que funcionan bajo el principio de “carga constante”, que son más precisos y fiables. Un sistema de carga constante está compuesto de dos elementos: un tanque de carga constante y una reserva de solución que es dosificada en un mecanismo de regulación. Tres de los sistemas más recomendados que se pueden construir con materiales que pueden obtenerse fácilmente en el ámbito local son el Sistema de válvula con flotador en tanque, el Sistema de tubo en flotador con orificio y el Sistema vaso/botella. Sistema de válvula con flotador en tanque El corazón de este sistema es una válvula similar a la que se usa en las cisternas de los inodoros. Uno o dos tanques contienen una reserva de solución que será dosificada y una válvula con flotador que se colocará en un pequeño tanque. El sistema, aunque sencillo y barato, es bastante exacto. 1-Sistema de válvula con flotador 6

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003). Sistema de tubo en flotador con orificio El elemento básico es un tubo de PVC con uno o varios orificios. El tubo está sujeto a un dispositivo flotante. El orificio debería estar situado a varios centímetros por debajo del nivel de solución para que la solución entre en el tubo y fluya a la tasa deseada de 6

Water level, Float valve, To application point, Stock solution tank, Bottom discharge: Nivel del agua, Válvula de flotador, Al punto de aplicación, Tanque de reserva de solución, Descarga de fondo.

alimentación hacia el punto de aplicación. 1- Sistema de tubo en flotador con orificio 7

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003). Sistema vaso/botella Consiste en un tanque que contiene una reserva de solución, un elemento dosificador, conexiones y una válvula reguladora. El sistema es preciso, barato y sencillo de construir y manejar. El rango de dosificación es de 2 a 10 l/h, lo que lo hace perfecto para las pequeñas comunidades de hasta 20.000 habitantes.

Water level, Float, Hole in the tube: Nivel del agua, Flotador, Orificio en el tubo.

1- Dispositivo dosificador vaso/botella 8

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003). 1- Típicos mezcladores para la adición de cloro: (a) mezclador de turbina en línea (b) bomba de inyección 9

Filter, Tank with solution, Bottle/glass, Regulating valve: Filtro, Tanque de solución, Vaso/botella, Válcula reguladora.

9 (a) Chlorine mixer, Effluent, Cl diffuser, Contact chamber: Mezclador de cloro, efluente, difusor del Cl, Cámara de contacto. (b) Wastewater to be disinfected, Disinfectant supply, Jet nozzle assembly, Pump, Reactor tube, Turbulent zone, Treated effluent: Aguas residuales que se desinfectarán, Fuente desinfectante, Montaje de boquilla de impulsión, Bomba, Tubo del reactor, Zona turbulenta, Efluente tratado.

(Eddy, 1999) 1- Típicos difusores usados para inyectar la solución de cloro: (a) inyector único para tubo pequeño, (b) inyector doble para tubo pequeño, (c) a través del difusor de tubo para los tubos mayores de 0,9 m (3 pies) de diámetro, (d) sistema difusor para grandes conductos, (e) difusor único "a través del canal", y (f) típico difusor de cloro de boquilla colgante para canales abiertos. 10

10 (a) Inyector, Chlorine solution: Inyector, solución de cloro. (b) Inyector, Chlorine solution: Inyector, solución de cloro. (c) 100-mm chlorine solution piping, 100-mm perforated PVC, Flexible connection (rubber or teflon), 150-mm steel insert connection, 150-mm steel sleeve, Blind flange, Continuous weld: tubería de solución de cloro de 100 mm, PVC perforado de 100 mm, conexión flexible (goma o teflón), conexión de inserción de acero de 150 mm, boquilla de acero de 150 mm, persilla ciega, soldadura continua. (d) Approximately 1/3 pipe diameter, Insert connection, Diffusers, Cl2 gas, Water supply, Injector, Chlorine solution: aproximadamente 1/3 del diámetro de la tubería, conexión de inserción, difusores, gas de Cl2, abastecimiento de agua, inyector, solución de cloro. (e) Chlorine solution, Plan, Water level, Typical diffuser, Section: solución de cloro, plano, nivel del agua, típico difusor, sección. (f) 75- 0r 100-mm chlorine solution line PVC or other material, Hose clamps (typical), Minimum submergence 450 mm, Typical diffuser nozzle, Flexible hose 38 mm: líneas de PVC o de otro material de 75 o 100 mm de solución de cloro, abrazaderas de manguera (típico), inmersión mínma de 450 mm, Típica boquilla de difusión, manguera flexible de 38 mm.

(Eddy, 1999) Instalación de alimentadores de solución de cloro y requisitos de instalación Estos sistemas deben construirse con materiales que son resistentes a la corrosión causada por una fuerte solución de hipoclorito. El tanque de la solución puede estar hecho de polietileno de alta densidad (PEHD), fibra de vidrio y fibrocemento. El flotador puede ser de PVC o de madera. No deberían usarse el aluminio, el acero, el cobre, o el acero inoxidable porque se destruyen rápidamente. Este dispositivo, al igual que todos los demás sistemas de carga constante, es fácil de instalar. Su uso se limita a los casos en los que la solución de hipoclorito puede fluir por gravedad hacia el lugar de mezcla, la cámara/canal de contacto del cloro, o directamente hacia el tanque de almacenamiento. La instalación debería incluir un espacio de aire situado en la tubería

de descarga para evitar un posible sifonaje. El sistema también debería diseñarse de manera que no haya posibilidad de que el contenido del tanque de la solución se vierta de golpe y accidentalmente en el canal de mezcla o la cámara de contacto si se rompe un accesorio o tubería o si ocurre otro tipo de derrame. El diseño de la instalación debería facilitar el manejo de los compuestos de cloro, la mezcla de soluciones y el ajuste de dosificación. Debería colocarse en un lugar conveniente un grifo de agua para usarlo en la preparación de soluciones almacenadas y para el higiene en general. Manejo y mantenimiento de los alimentadores de solución de cloro Estos dispositivos son fáciles de manejar, de mantener y de reparar y no necesitan del cuidado de operadores especializados. Éstos pueden ser fácilmente entrenados en poco tiempo. Sin embargo, se necesita una vigilancia constante para asegurarse de que el equipo (sobre todo el de orificio sumergido) esté limpio, de que la dosificación sea la adecuada, de que la solución del tanque no se haya agotado o que su concentración no se haya debilitado, de que no se hayan producido cambios en el caudal, etc. Por esta razón, deberá limpiarse periódicamente y se deberá usar un filtro para retener el material particulado. Se debe tener mucho cuidado cuando se esté preparando a mano una solución de hipoclorito, tal como se ha explicado anteriormente. Cuando se esté usando hipoclorito de calcio, la concentración de la solución debe ser de entre 1% y 3% del cloro disponible para impedir una formación excesiva de depósitos y de sedimentos de calcio. Las soluciones de hipoclorito de sodio pueden ser de hasta un 10%. No son aconsejables las concentraciones más altas ya que pierden rápidamente su fuerza y si son demasiado altas pueden cristalizarse. Alimentadores de presión Sistema de alimentación de bomba de diafragma Los alimentadores de presión positiva trabajan presurizando la solución de cloro por encima de la presión atmosférica. Después se inyecta en una tubería de agua. El sistema de presión positiva más importante es la popular bomba de alimentación de diafragma. Por otro lado, los alimentadores de presión negativa o bombas de succión se basan en el hecho de que la solución de cloro es succionada por un vacío creado por un venturi o al conectar el alimentador a una tubería de aducción. El venturi es el sistema de presión negativa más usado. Se instala en la misma tubería presurizada de abastecimiento de agua o en una línea alterna, tal como se expondrá más adelante. Estas bombas están equipadas con un cámara con dos válvulas unidireccionales, una en el punto de entrada y la otra en el punto de salida. La solución es añadida a la cámara a través de una válvula de admisión mientras que el diafragma, activado por un motor eléctrico, se expande, y la solución es expulsada fuera de la cámara a través de la válvula de salida mientras que el diafragma se contrae. El diafragme flexible está hecho

con un material resistente a los efectos corrosivos de las soluciones de hipoclorito. 1- Dispositivo de dosificado con una bomba de diafragma en una tubería bajo presión negativa (tubería de aducción) 11

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003). Alimentadores de succión (de tipo venturi) El alimentador de succión más utilizado utiliza un dispositivo venturi que posibilita la alimentación de soluciones cloradas a las tuberías presurizadas. Este tipo de clorador se basa en el mismo principio que el eyector usado en los cloradores de gas. El vacío creado por el flujo de agua a través de la tubería venturi succiona la solución de hipoclorito y la vierte directamente en la corriente de agua principal o en una secundaria. La alimentación se regula ajustando un válvula de aguja instalada entre el dispositivo venturi y el rotámetro. 1- Típica instalación de un sistema alimentador de succión de tipo venturi 12

11 Feeding pump, Solution for feeding, Filter, Pump, Water level, Filter: bomba de alimentación, solución a alimentar, filtro, bomba, nivel del agua, filtro. 12 Venturi and rotameter: Water, Venturi, Needle valve, Rotameter, Antisiphon valve, Hypochlorite solution: venturi y rotámetro: agua, venturi, válvula de aguja, rotámetro, válvula antisifón, solución de hipoclorito. Typical installation of the system: Venturi feeder, Filter, Solution tank, Pump: instalación típica del sistema: alimentador de venturi, filtro, tanque de solución, bomba.

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003). 1-Típico sistema de cloración de pozo profundo 13

13 Well pump, check valve, diffuser in pipeline, booster centrifugal pump, strainer, union, water pressure gauge, solution outlet line, emergency overflow tubing, PE gas vacuum line, chlorination regulator, gas cylinder, exhaust fan, sleeve or opening near ceiling, insect screen, PE vent tubing to outside, weighing scales, scale pit with coping angles, scale pit drain, gas cylinder storage, cabinet for emergency breathing apparatus: bomba de agua, válvula de control, difusor en tubería, bomba centrífuga de aumento de presión, tamiz, unión, indicador de presión de agua, línea de desagüe de solución, tubería de desbordamiento de emergencia, línea de gas al vacío PE, regulador de cloración, cilindro de gas, rejilla de ventilación, apertura cerca del techo, filtro de insectos, tubería PE de ventilación hacia afuera, balanza de peso, fosa de restos de metal con ángulos de adaptación, desagüe de fosa de restos de metal, almacenamiento de cilindro de gas, armario para aparatos respiratorios de emergencia.

(John M. Stubbart, 2006 ) 1- Sistema de cloración de hipoclorito de calcio 14

14 Diaphragm pump usually, occasionally plunger type metering pump, well pump (can be other water source), hypochlorite powder mixed with water to form solution of desired strength in plastic drum, chlorine solution feed: bomba de diafragma (generalmente), a veces bomba de medición, bombeo de agua (puede haber otra fuente de agua), polvo de hipoclorito mezclado con agua para forma una solución con la fuerza deseada en el tambor de plástico, alimentación de solución de cloro.

(David H.F. Liu, Bela G. Liptak, 1999) Instalación de un alimentador con bomba de diafragma y requisitos de instalación Las bombas de diafragma suelen ser accionadas por motores eléctricos; por otro lado, las bombas accionadas hidráulicamente son menos comunes. Éstas últimas pueden usarse cuando no se puede contar con una fuente de energía eléctrica fiable. Una ventaja de este sistema es que la velocidad de alimentación del hipoclorito se puede calibrar con la velocidad de la corriente usando un dispositivo especial. Una desventaja de usar energía hidráulica es su complejidad mecánica, que causa a menudo problemas de funcionamiento y de mantenimiento. Se necesita bastante poca potencia, generalmente de ¼ a ¾ HP, para hacer funcionar el hipoclorador. Al elegir este tipo de clorador, es importante considerar la fiabilidad y la calidad de la fuente de energía que se utilizará. Una instalación bien diseñada protegerá los productos químicos contra los efectos de la luz del sol y proporcionará las condiciones necesarias para una fácil gestión y la mezcla de soluciones químicas. También debería estar bien ventilada y deberían evitarse las temperaturas altas y la humedad. La instalación debe ser diseñada para facilitar su operación y mantenimiento y para reducir los riesgos potenciales del cloro. Se recomienda usar una sala separada para almacenar el hipoclorito debido a su naturaleza corrosiva y reactiva. El siguiente gráfico muestra el diagrama de una típica instalación de cloración con hipoclorito de calcio. 1- Típica instalación de cloración con hipoclorito de calcio 15

15 Ventilation at ceiling level, Ventilation at floor level, Barrels containing hypochlorite solution, Pump, Cylinders of calcium hypochlorite: ventilación a nivel del techo, ventilación a nivel del suelo, Barriles de solución de hipoclorito, bomba, tambores de hipoclorito de calcio.

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003) Operación y mantenimiento de un alimentador con bomba de diafragma La capacidad de las bombas de diafragma puede regularse para ajustar la alimentación de la solución de hipoclorito ajustando la frecuencia o la longitud del movimiento de la bomba. La mayoría de los hipocloradores utilizan motores de velocidad variable para regular la frecuencia o la longitud del movimiento de la bomba. Algunos emplean medios mecánicos para ajustar su longitud y algunos utilizan los dos métodos. El control de frecuencia del movimiento de la bomba parece ser el método que eligen la mayoría de los pequeños sistemas de abastecimiento del agua debido a su simplicidad. El arranque y la parada, así como la potencia de alimentación, suele ser controlado manualmente, aunque el arranque y la parada se puedan también controlar automáticamente usando un interruptor magnético conectado directamente al regulador de la bomba de agua. Los complicados sistemas de control que ajustan el nivel de entrada automáticamente no suelen recomendarse para las pequeñas comunidades. Los cloradores de esta clase son fáciles de usar y mantener, pero requieren un mantenimiento continuo y apropiado. La alimentación puede ser exacta y uniforme si las válvulas del equipo se mantienen libres de precipitados y depósitos. Se recomienda una concentración del 1 al 3% para las soluciones de hipoclorito de calcio con el fin de alcanzar un equilibrio económico entre los costes de bombeo y de prevenir la precipitación de calcio en las válvulas de control y la cámara del diafragma. Se debe tener especial cuidado cuando el agua es dura, con un alto contenido de sólidos en suspensión, o al usar cal clorada disuelta. Se recomienda el uso de soluciones de hipoclorito de sodio con una concentración de menos del 10% para evitar los precipitados y mantener la estabilidad del cloro. Dado que la bomba de diafragma se compone de pedazos de metal, éstas se pueden corroer y ver reducida su vida útil. Por esta razón, la bomba debe substituirse periódicamente. Las válvulas de retención están expuestas a la deposición del calcio, por lo que deben limpiarse con una solución ácida para evitar un funcionamiento deficiente y reemplazarlas con frecuencia debido a una

pérdida de elasticidad como resultado de la oxidación. Las soluciones de hipoclorito deben manejarse con cuidado. Dado que son altamente corrosivas, las herramientas y los envases usados para prepararlas deben ser de plástico o de cerámica o de otros materiales resistentes a la corrosión. El personal debe estar entrenado para poder hacer frente a derrames y para seguir las instrucciones de uso y de mantenimiento del equipo. Instalación de un alimentador de succión de tipo venturi y requisitos de instalación El dispositivo venturi funciona eficientemente dentro un rango de operación relativamente estrecho. Por esa razón, se debe tener cuidado al elegirlo y asegurarse de que los requisitos hidráulicos del dispositivo concuerdan con las características del sistema de abastecimiento del agua (flujo máximo y mínimo). Los dispositivos Venturi no deben utilizarse para las fluctuaciones amplias de flujo y de presión fuera de su rango de operación. Deben también ser resistentes a las soluciones fuertes de hipoclorito, cuyo potencial oxidante podría atacar y deteriorar rápidamente el dispositivo. Los dispositivos Venturi se pueden instalar en la pared o directamente en los tubos, dependiendo de su diseño. Su instalación es tan simple que no se precisa la intervención de un especialista. Todos los tubos plásticos flexibles se deben instalar adecuadamente para facilitar la operación y el mantenimiento de los dispositivos. Debe instalarse de antemano un filtro en el dispositivo y debe estar dispuesto de tal manera que el dispositivo venturi pueda quitarse fácilmente para limpiar cualquier precipitado o depósito que pueda obstruirlo. Como en el caso de todos los hipocloradores, deben tomarse precauciones especiales al diseñar las instalaciones de cloración y de almacenamiento debido a la naturaleza reactiva de las soluciones de cloro. El dispositivo venturi no requiere mucha presión de agua para funcionar. Sin embargo, en algunos casos será necesaria una fuente fiable de energía eléctrica para limpiar una pequeña cantidad de agua a través del dispositivo venturi para crear el vacío necesario. Operación y mantenimiento de un alimentador de succión de tipo Venturi Los hipocloradores Venturi no son muy exactos, particularmente cuando el flujo es muy variable, ya que se vuelve necesario ajustar con frecuencia la alimentación. Los dispositivos venturi acrílicos son mejores porque le permiten al operador determinar visualmente cuándo hay que limpiar y además, es resistente al hipoclorito. Todos los dispositivos venturi son sensibles a los depósitos de calcio que se producen debido a la solución de hipoclorito o a la presencia de agua dura. Deben limpiarse a menudo y, en caso de necesidad, con ácido para quitar los depósitos más duros y otros precipitados o sedimentos. La mayoría de los empaques de las juntas, válvulas de rentención y las juntas se deterioran con el tiempo debido al contacto con el hipoclorito; deben, por lo tanto, ser substituidas periódicamente. Estos recambios deben realizarse con materiales apropiados y siempre estar a mano. Cloro sólido Alimentadores de hipoclorito de calcio sólido

Los alimentadores de hipoclorito de calcio se fabrican tanto para flujos grandes, como para flujos pequeños. Los anteriores son alimentadores volumétricos o gravimétricos que vierten una cantidad medida (en volumen o peso) en un pequeño tanque de disolución (acompañado siempre de agitación/mezcla), donde se disuelve y es dosificado más adelante en el punto de aplicación. El uso de estos dispositivos no es popular, porque el gas de cloro es siempre la primera opción para tratar grandes flujos. Para desinfectar los pequeños flujos (típicos en comunidades medianas y pequeñas), se suelen elegir los dispositivos que actúan por medio de la erosión de tabletas o que suministran directamente hipoclorito de calcio sólido bajo forma de pastillas. La concentración de cloro activo en estas presentaciones está entre un 65 y un 70%, a diferencia de la concentración del 33% que presenta el hipoclorito de calcio en polvo, comercializado por diversas marcas. Alimentador por erosión de tabletas y pastillas Los alimentadores por erosión usan tabletas de hipoclorito de calcio de alta concentración (HTH) pueden ser obtenidas a través de distribuidores o pueden ser preparadas localmente mediante compresión del hipoclorito de calcio pulverizado. Este sistema se ha hecho con un lugar importante en la desinfección de sistemas de abastecimiento de agua para las pequeñas comunidades y hogares. Los dispositivos son fáciles de manejar y de mantener y además, son baratos y durables. Las tabletas son más seguras que las soluciones de hipoclorito y que el cloro gaseoso, y son más fáciles de manejar y de almacenar. Los alimentadores por erosión disuelven gradualmente las tabletas de hipoclorito a una tasa predeterminada mientras que una corriente de agua fluye alrededor de ellas. Este mecanismo proporciona la dosis necesaria de cloro para desinfectar el agua. Cuando las tabletas se disuelven, éstas son substituidas por las nuevas que bajan a la cámara por gravedad. La solución de cloro concentrada alimenta un tanque, un canal abierto o un depósito, de acuerdo con las circunstancias. 1- Alimentadores por erosión de tabletas de hipoclorito de calcio 16

16 1.- Erosion feeder, Water intake, Solution chamber, Tablets, To the application point: alimentador de erosión, entrada de agua, cámara de solución, tabletas, al punto de aplicación. 2.- Feeder, Cistern, To the distribution system: alimentador, cisterna, a la red de distribución.

(Felipe Solsona, Juan Pablo MĂŠndez, 2003). 1- Alimentador de pastillas de hipoclorito de calcio 17

17 Pill container, pump, well: contenedor de pastillas, bomba, pozo.

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003). Se pueden encontrar muchos alimentadores por erosión o de pastillas en el mercado. 1- Alimentador por erosión de tabletas de hipoclorito de calcio– Modelo comercial

Instalación de alimentadores de cloro sólido y requisitos de instalación Sólo se necesita un mínimo de entrenamiento especializado para poder instalar estos alimentadores. En la mayoría de los casos, es suficiente con darle a un operador un entrenamiento básico de fontanería y canalización. Sin embargo, aunque los dispositivos de alimentación estén hechos de materiales anticorrosivos y no tengan ninguna pieza movible, se deben seguir las instrucciones del fabricante para asegurar su durabilidad y correcta operación de acuerdo con las especificaciones. También se debe prestar atención a la temperatura del agua, de la cual depende la solubilidad de las tabletas. Operación y mantenimiento de los alimentadores de cloro sólido Los alimentadores por erosión de tabletas y de pastillas son fáciles de manejar. El equipo se puede calibrar fácilmente aunque de manera poco precisa ajustando la profundidad de inmersión de la columna de tabletas o de la velocidad o flujo que se hace pasar por la cámara de disolución. No se necesitará prestar demasiada atención al equipo una vez que éste haya sido calibrado, si además no hay grandes variaciones en el flujo, excepto para asegurarse de que el depósito esté lleno de tabletas para que la dosificación sea continua. El mecanismo de alimentación de tabletas debe inspeccionarse con regularidad para detectar obstrucciones. Debe limpiarse bien, ser colocado en la posición correcta y calibrado. La inspección y el rellenado de tabletas

dependerá del tipo de instalación, de la dosificación de cloro y del volumen de agua tratada. Debido a la sencillez de operación del equipo, se puede entrenar al personal rápidamente. En cuanto a la seguridad, en general, las tabletas de hipoclorito son más fáciles y seguras de manejar y almacenar que otros compuestos de cloro; aún así, es necesario tomar una serie de precauciones mínimas. 2.6.1.8 Comparación de los diferentes métodos de cloración

1- Tabla comparativa de las ventajas y desventajas de los diferentes métodos de cloración Clasificaci ón

Gas de cloro

Alimentado

• Al vacío • Presurizado

Ventajas Tecnología extendida. Porducción de gas de cloro en casi todos los países. Producto químico barato. Cloración a presión, no necesita energía eléctrica.

Desventajas Sistema costoso para ciudades muy pequeñas. Necesita equipo auxiliar. Los operadores requieren entrenamiento. Si el sistema no es gestionado correctamente el sistema puede ser peligroso porque el gas es venenoso. No recomendado para sistemas que tratan menos de 500 m3 al día. La cloración al vacío necesita energía eléctrica.

Bajo presión atmosférica de carga constante

Válvula con flotador en tanque

Tubo en flotador con Soluciones orificio de cloro Sistema vaso/botella

Extremadamente fácil de manejar y mantener. Muy barato. Puede ser construido localmente. Fiable. No necesita energía eléctrica. Permite alimentación para flujos mínimos. Puede ser utilizado en cualquier situación, excepto en pozos perforados cerrados.

Alimentaciones poco exactas. Error alrededor del 10%. Las variaciones de la alimentación requieren control constante. El material se puede corroer.

Carga constante. Extremadamente simple. Muy barato. Puede ser construido localmente. Fiable. No necesita energía eléctrica.

Dependiendo de la manera en la que el sistema fue construido, puede haber un error de dosificación de hasta el 20%.

Extremadamente simple. Muy Debe mantenerse limpio. barato. Puede ser construido localmente. Ideal para las pequeñas comunidades. Error de dosificado de menos del 10%. No necesita energía eléctrica.

Bajo presión positiva o negativa Bomba de diafragma (positiva)

Altamente fiable. Muy popular. Fácil de usar. Uno de los pocos sistemas que trabaja bajo presión. Puede introducir hasta 6,0 kg/cm2 de solución directamente en los

El personal debe estar entrenado en su manejo y mantenimiento. Coste intermedio/alto para un sistema rural. Necesita energía eléctrica. Debe ser supervisado. El cloro

tubos de agua a presión. Extremadamente simple. La Alimentador de solución más barata para la succión alimentación en tuberías (negativa) presurizadas.

Cloro sólido

Dosificador de erosión

Extremadamente simple. Ideal para las pequeñas comunidades. Una de las mejores soluciones para dosificar en la entrada de un tanque. No necesita energía eléctrica.

puede producir corroer el motor de la bomba. Vigilancia y mantenimiento necesarios para evitar la obstrucción del dispositivo venturi.

Coste intermedio. Error de dosificación de alrededor el 10%. Tabletas necesarias. En algunos alimentadores, las tabletas (si se producen localmente) tienen a adherirse o a formar cavernas y no caen en la cámara de disolución.

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003) 2.6.1.9 Ventajas y desventajas de la desinfección por cloración

Ventajas 1. La cloración es una tecnología largamente implantada. 2. El cloro es más rentable que la desinfección ultravioleta o que el ozono (menos cuando se requieren la desinfección con cloro y el cumplimiento de los requisitos del código de incendios). 3. Los residuales del cloro que siguen estando en el efluente de las aguas residuales puede prolongar la desinfección incluso después del tratamiento inicial y se puede medir para evaluar la eficacia. 4. Método fiable y eficaz contra una amplia gama de organismos patógenos. 5. La cloración cuenta con un control de dosificación flexible. 6. La cloración puede eliminar ciertos olores nocivos y desagradables del efluente de las aguas residuales. Desventajas 1. El cloro residual, incluso en bajas concentraciones, es tóxico para la vida acuática y puede necesitar descloración. 2. Todas las formas de cloro son altamente corrosivas y tóxicas. Por ello, el almacenamiento, el envío y su manejo requieren altas medidas de seguridad. El cloro produce subproductos peligrosos (DBPs), por ej. trihalometanos. 3. El nivel total de sólidos en suspensión aumenta en el efluente tratado. 4. El cloro no es eficaz contra ciertos tipos de organismos patógenos como cryptosporidium parvum, quistes, Giardia lamblia y huevos de gusanos parásitos. 2.6.1.10 Designing a chlorination system

Data

Maximum inflow : 0,1 m3/sec Effluent to be disinfected : secondary treatment effluent Fecal coliforms in tank inlet : 106 /100 mL Required Fecal coliforms in tank outlet : 102 /100 mL Contact time in chlorination tank : 30 min Disinfectant to be used : sodium hypochlorite (NaCLO), chlorine concentration 15% w.w., specific weight 1,20 kg/L (Office of Water Program Operations, US EPA) Answer Net chlorination tank volume : 0,1 m3/sec x 30 min (60 sec/min) = 180 m3 Chlorination tank design : Parameters of design Minimum required tank’s length to width ratio : > 40/1 Acceptable tank’s depth : 0,8 – 2 m Meandering path of effluent in the tank Considering • tank’s depth equal to 1,5 m • 8 channels, 1,5 meters wide each Minimum channel’s length • 180 m3 / (1,5 m x 1,5 m x 8 channels) =10 m • Choosen length of each channel : 10 m Tank’s length to width ratio • 8 channels x 10 m / 1,5 m = 53,33/1 > 40/1 Chlorine dose : N/No=(1+0,23 Ct)-3 Solving to Residual Chlorine concentration C, C = 2,98 mg/L Solving to Initial Chlorine concentration Co, according to following equation, C = 0,7 Co e-0,003 t Co = 4,65 mg/L Solving to sodium hypochlorite (NaCLO) maximum demand per hour Q NaCLO (kg/hr) = 0,1 m3/sec x 4,65 mg/L / 15% w.w. = 11,16 kg/hr or

Q NaCLO (L/hr) = 11,16 kg/hr / 1,20 kg/L= 9,3 L/hr 2.6.1.11 Troubleshooting guide â&#x20AC;&#x201C; chlorination 1- Troubleshooting guide â&#x20AC;&#x201C; chlorination INDICATOR/O BSERVATION 1.Low chlorine gas pressure at chlorinator.

2.No chlorine gas pressure at chlorinator.

3.Chlorinator will not feed chlorine.

PROBABLE CAUSE

CHECK OR MONITOR

SOLUTION

1a.Insufficient number of cylinders connected to system. Supply valve closed or partly closed.

1a. Reduce feed rate and note if pressure rises appreciably after short period of time. If so, 1a. is the cause.

1a. Connect enough cylinders to the system so that chlorine feed rate does not exceed the withdrawal rate from the cylinders. Icing or very cold conditions can be noted at the cylinder/ container valve if inadequate supply is the problem.

1b. Stoppage or flow restriction between cylinders and chlorina-tors. Gas pressurereducing valve closed/ malfunctioning. 2a. Chlorine cylinders empty, not connected to system, or supply valve closed. 2b. Plugged or damaged pressurereducing valve.

1b. Reduce feed rate and note if icing and cooling effect on supply lines continues.

1b. Valve out, evacuate line then disassemble chlorine header system to point where cooling begins, locate stoppage and clean with solvent.

2a. Visual inspection of system gauges.

2a. 1. Replace empty cylinders. 2. Connect cylinders. 3. Open supply valve.

2b. Inspect valve. High chlorine pressure upstream of valve, low pressure downstream. 3a. Check chlorine supply and pressure gauges.

2b. Repair the reducing valve after shutting off supply valves, evacuating gas in the header system.

3a. No chlorine supply.

3a. 1. Restore chlorine supply to chlorinator. 2. Check chlorine pressure-reducing valve (CPRV) on evaporator on chlorine supply header. 3b. 1. Start injector supply pump, obtain proper output in flow and psi.

3b. 1. Inadequate injector vacuum.

3b. 1. Check injector supply pump for proper output.

2. Injector diaphragm ruptured.

2. Injector diaphragm.

2. Replace injector diaphragm, adjust injector to obtain proper vacuum for operating chlorina-tion system.

3c. Air leak in chlorinator.

3c. Check chlorinator components for

3c. Retighten connections, replace faulty diaphragms, or ruptured tubing, defective seals, or O-rings.

3d. Plugged diffuser.

4. Chlorine gas escaping from chlorine pressurereducing valve (CPRV). 5. Inability to maintain chlorine feed rate without icing of chlorine system.

6. Chlorine evaporator system unable to maintain water bath

3e. V-notch orifice of chlorinator (chlorine) out of adjustment/ disengaged. 4a. Main diaphragm of CPRV ruptured due to improper assembly or fatigue.

secureness and proper connections. 3d. Check back pressure on chlorine water supply to contact basin.

3d. Clean diffuser.

3e. Travel of Vnotch orifice.

3e. Adjust or reconnect orifice, lubricate stem.

4a. Place ammonia bottle near termination of CPRV vent line to confirm leak.

4a. Disassemble valve and diaphragm; reassemble correctly.

5a. Check chlorine supply header pressure gauge.

5a. Add more cylinders to meet chlorine feed demand.

5b. Insufficient evaporator capacity.

5b. Check evaporator temperature and in/out pressure.

5c. 1. CPRV dirty (supply manifold). 2. Restriction in line. 3. Withdrawal rate too high.

5c. 1. Check chlorine pressure downstream of CPRV. 2. Chlorine system supply line pressures. 3. Feed rate.

5b. 1. Place another evaporator in service. 2. If operating a chlorina-tion system with separate prechlorination and postchlorina-tion unitsâ&#x20AC;&#x201D;place presystem on gas from cylinder supply, leave post-system on evaporators. 3. Clean water bath on evaporator, ensure evaporator power is ON, ensure heater element is functioning properly, ensure solenoid is not malfunctioning and allowing water to circulate through evaporator. 5c. 1. Clean CPRV. 2. Locate and remove restriction. 3. Lower withdrawal rate or place more chlorine containers on line.

6a. Heating element malfunction.

6a. Evaporator water bath temperature.

5a. Insufficient supply.

6a. Remove and replace heating element.

temperature sufficient to keep external CPRV open.

7. Wide variation in chlorine residual produced in effluent.

6b. Solenoid valve mal function 7a. Variation in chlorine demand.

6b. Solenoid valve.

6b. Repair/replace defective solenoid.

7a. Analyze chlorine demand of plant effluent to determine demand during various flow periods. 7b. 1. Determine detention time for various portions of day. 2. Dye test basin at peak flows. 3. Solids deposit in basin. 4. Sample location

7a. Program postchlorina-tion feed rates during day to meet chlorine demand and supply desired chlorine residual to meet disinfection requirements.

7c. Chlorine diffuser.

7c. Chlorine diffuser for blockage, damage, and proper location for even chlorine dispersion.

7c. 1. Clean diffuser orifices. 2. Replace broken or damaged parts on diffuser. 3. Change location or style of diffuser for better mixing of chlorine with effluent.

7d. Inadequate feed rate adjustment of postchlorinators.

7d. Monitor effluent for chlorine residual.

7d. Reprogram chlorine feed rates to meet demand conditions.

7e. Flowproportioning chlorine control devices not working properly.

7e. 1. Check flowmeter output. 2. Check flowmeter proportioning output device. 3. Check chlorinator controller for in/out response. 7f. Verify that chlorinator feed rate is what is required at given

7e. 1. Recalibrate flowmeter to correctly measure plant flow. 2. Maintain equipment so that flowmeter reading is correctly transmitting to chlorinator controller equivalent readings by mechanical cam, air, or electronic signals. 3. Adjust chlorinator controller so that chlorinator follows plant flow signal.

7b. Chlorine contact basin.

7f. Malfunction of auto control.

7b. 1. Maintain minimum of thirty minutes of chlorine contact time with effluent in basin. 2. Baffle basin or mix to prevent shortcircuiting. 3. Clean contact basin to avoid solids resuspending during peak flows and increasing chlorine demand. 4. Sample other locations for best application point.

7f. Repair control system. May require manufacturer's field service personnel to perform repairs.

8.Chlorine residual analyzer recorder controller does not control chlorine residual properly.

8a. Electrodes fouled.

8b. Insufficient potassium iodide being added for amount of residual being measured. 8c. Buffer additive system malfunctioning.

8a. Clean electrodes.

8b. Potassium iodide dosage.

8b. Adjust potassium iodide feed to correspond with residual being measured.

8c. See if pH of sample going through cell is maintained. 8d. Disconnect analyzer cell and apply a simulated signal to recorder mechanism. 8e. Set chlorine feed rate at constant dosage and analyze a series of grab samples for consistency. 8f. Check tube range to see if it gives too small or too large an incremental change in feed rate.

8c. Repair buffer additive system.

8g. Loop time too long.

8g. Check loop time.

9a. Chlorine residual too low..

9a. Chlorine residual.

8g. Reduce loop time by doing the following: 1. Move injector closer to point of application. 2. Increase velocity in sample line to analyzer cell. 3. Move cell closer to sample point. 4. Move sample point closer to point of application. 9a. 1. Increase chlorine feed rate. 2. Increase chlorine contact time.

9b. Inadequate chlorine residual control.

9b. Continuously record residual in effluent.

9b. Use chlorine residual analyzer to monitor and control the chlorine dosage automatically.

8d. Malfunctioning of analyzer cell.

8e. Poor mixing of chlorine at point of application.

8f. Chlorinator rotameter tube range is improper size.

9. Coliform count fails to meet required standards for disinfection

flow. 8a. Visual inspection.

8d. Call authorized service personnel to repair electrical components.

8e. Install mixing device to cause turbulence at point of application.

8f. Replace rotameter tube with a proper range of feed rates.

10. Chlorine residual too high in plant effluent to meet requirements.

11. BREAKOUT (breakaway) OF CHLORINE

9c. Inadequate chlorination equipment capacity. 9d. Solids buildup in contact chamber. 9e. Shortcircuiting in contact chamber.

9c. Check capacity of equipment.

9c. Replace equipment as necessary to provide treatment based on maximum flow through plant

9d. Visual inspection

9d. Clean contact chamber to reduce solids buildup.

9e. Contact time.

9e. 1. Install baffling in contact chamber. 2. Install mixing device in contact chamber.

9f. Coliform regrowth in piping/sample station. 9g. High chlorine demand, effluent appears low in solids.

9f. Effluent coliform sampling station.

9f. Modify system as needed to provide adequate chlorine residual to prevent regrowth.

9g. Nitrite lock. or 9g. Breakpoint chlorination.

10a. Chlorine feed rate too high.

10a. Chlorine residual.

9g. 1. Reduce level of nitrification. 2. Add supplemental alkalinity. 9g. 1. Increase chlorine until breakpoint is reached. 2. Decrease chlorine until chlorine:ammonia-N ratioisbelow5:1. 10a. Reduce chlorine feed rate.

10b. Malfunctioning chlorine residual control. 11a. Overfeeding chlorine.

10b. Operation of residual control system/ analyzer.

10b. Repair/calibrate chlorine feed/residual control loops.

11a. Chlorine feed rate.

11a. Decrease chlorine feed rate to minimize breakout and maximize application efficiency.

11b. Insufficient injector water flow.

11b. Injector flow or supply/ pump system.

11c. Excess mixing.

11c. Chlorine mixer speed.

11d. Inadequate mixing.

11 d. Chlorine mixer speed.

11e. Inadequate diffuser submergence.

11e. Depth of diffuser at application point.

11f. Inadequate diffuser size

11f. Diffuser size/design,

11b. Adjust injector to maximum water flow. Place additional pumps on line to provide maximum capacity for dissolving chlorine 11c. Decrease mixer speed if variable speed, if not, turn unit off. Excess mixing may cause release of chlorine under breakout conditions. 11 d. Increase mixer speed to encourage dispersion of chlorine solution and increase dissolution capacity of flow stream. 11e. Lower diffuser to increase flow level over diffuser discharge point and provide additional contact between flow and chlorine solution. 11f. Install a larger diffuser to disperse chlorine solution over a larger flow area.

CHLORINE SUPPLY SYSTEM (must be performed by trained and qualified operators) 12. Discoloration 12. Chlorine 12. Check suspect 12. Disassemble and repair/replace at joint, cadmium leak. area with fumes of defective joint as quickly as possible. plating gone. ammonia solution. Green or reddish colored deposits. 13. Small drop of liquid on joint.

13. Chlorine leak/condensation.

13. Check suspect area with fumes of ammonia solution.

13. If chlorine leak confirmed, repair/replace defective joint as quickly as possible.

14. Corrosion at gas gauges or pressure switches

14. Chlorine leak/condensatio n

14. Check suspect area with fumes of ammonia solution.

14. If chlorine leak confirmed, repair/replace defective gauges/ pressure switches as quickly as possible.

(Office of Water Program Operations, US EPA)

2.6.2 DESINFECCIÓN POR RADIACIÓN ULTRAVIOLETA 2.6.2.1 Introducción

Las aplicaciones prácticas de la radiación ultravioleta comenzaron en 1901 cuando se consiguió producir esta luz artificialmente. Se pensó en esta técnica para la desinfección del agua destinada al consumo cuando se comprobó que el cuarzo era una de los pocos materiales que eran prácticamente transparentes a la radiación ultravioleta, por lo que fue usado como envoltura protectora para lámparas. La popularidad del cloro y de sus derivados, junto a su bajo coste, retrasaron la producción de equipos hasta la década de 1950, e incluso hasta la década de los 70 cuando las lámparas se volvieron fiables y de larga duración. La aparición de los subproductos de la desinfección (DBP), sobre todo aquellos asociados a la cloración, hicieron que numerosos sistemas de agua se pasaran a la luz ultravioleta. La gran ventaja de la luz ultravioleta frente a los subproductos es que no deja ningún desinfectante residual en el agua tratada lo que permite hacer frente a futuras contaminaciones en las redes de distribución o en las viviendas. 2.6.2.2

Efectos de la radiación ultravioleta sobre la salud

Small amounts of UV are beneficial for people and essential in the production of vitamin D. UV radiation is also used to treat several diseases, including rickets, psoriasis, eczema and jaundice. On the contrary, prolonged human exposure to UV radiation may result in acute and chronic health effects on the skin, eye and immune system. Over the longer term, UV radiation induces degenerative changes in cells of the skin, fibrous tissue and blood vessels leading to premature skin aging, photodermatoses and actinic keratoses. Another

long-term effect is an inflammatory reaction of the eye. In the most serious cases, skin cancer and cataracts can occur. 2.6.2.3 Mecanismos de acción desinfectante

El mecanismo de desinfección se basa en un fenómeno físico por el que la radiación ultravioleta de onda corta incide sobre el material genético (ADN) de los microorganismos y de los virus, destruyéndolos rápidamente sin producir ningún cambio físico o químico importante en el agua tratada. La radiación ultravioleta es la radiación electromagnética cuya longitud de onda está comprendida entre los 100 y los 400 nanómetros de largo (entre la radiografía y los espectros de luz visible). Según su longitud de onda, se distinguen varios subtipos de rayos ultravioleta: rayos ultravioleta (100-200 nanómetros), rayos ultravioleta de onda corta (UVC (200-280 nanómetros)), rayos ultravioleta de onda media (UVB (280-315 nanómetros)) y rayos ultravioleta de onda larda (UVA (315-400 nanómetros)). En términos de efectos germicidas, la gama ultravioleta óptima está entre los 245 y los 285 nanómetros. La desinfección ultravioleta utiliza tanto: lámparas de baja presión que emiten una energía máxima con una longitud de onda de 253,7 nanómetros; lámparas de media presión que emiten una energía con una longitud de onda de 180 a 1370 nanómetros; o las lámparas que emiten en otras longitudes de onda con una intensidad alta de manera "pulsada". Se cree que la inactivación por luz ultravioleta se produce debido a la absorción directa de la energía ultravioleta por el microorganismo, produciendo una reacción fotoquímica intracelular que cambia la estructura bioquímica de las moléculas (probablemente de las nucleoproteínas) que son esenciales para la supervivencia del microorganismo. Ha sido demostrado que independientemente de la duración y de la intensidad de la dosificación, una aplicación de la misma energía total producirá el mismo grado de desinfección. La mayoría de los equipos de desinfección ultravioleta utilizan una exposición mínima (en las aguas residuales) de 60 mWs/cm2. Esto es suficiente para inactivar la mayoría de las bacterias patógenas y los virus, pero quizás no es suficiente para ciertos protozoos patógenos, quistes de protozoos y huevos de nemátodos, que pueden necesitar hasta 200 mWs/cm2 para su inactivación total. MORE… The following tables contain a summary of published data of UV radiation dosages for the elimination of some pathogens, indicators, or other microorganisms that give an idea of the range and order of the exposure magnitude. 1- UV doses for multiple Log reductions for various spores

(Harold Wright, Gail Sakamoto, / Revised and expanded by Gabriel Chevrefils, Eric Caron, 2006) 1- UV doses for multiple Log reductions for various bacteria

(Harold Wright, Gail Sakamoto, / Revised and expanded by Gabriel Chevrefils, Eric Caron, 2006) Table 1-13 continued

(Harold Wright, Gail Sakamoto, / Revised and expanded by Gabriel Chevrefils, Eric Caron, 2006) 1- UV doses for multiple Log reductions for various protozoa

(Harold Wright, Gail Sakamoto, / Revised and expanded by Gabriel Chevrefils, Eric Caron, 2006) Como se ha indicado anteriormente, la luz ultravioleta tiene la capacidad de tratar el agua sin producir cambios físicos o químicos importantes en el agua tratada. Este proceso de desinfección no añade ninguna nueva sustancia al agua, por lo tanto, elimina el riesgo de la formación de DBPs. La dosificación y la frecuencia usadas para la desinfección tampoco producen ninguna sustancia relacionada. Por otro lado, la sobredosificación de luz ultravioleta no produce ningún efecto dañino. Sin embargo, el operador del equipo de desinfección de luz ultravioleta debe utilizar gafas y ropa

protectoras para evitar la exposición al alto poder de radiación característica de la luz ultravioleta. 2.6.2.4 Parámetros que afectan a la acción desinfectante

Las longitudes de onda ultravioleta son muy similares a las de la luz del sol. Puesto que la radiación ultravioleta es energía en forma de ondas electromagnéticas, su eficacia no se encuentra limitada por los parámetros químicos de la calidad del agua. Por ejemplo, parece ser que el pH, la temperatura, la alcalinidad, y el carbono inorgánico total no afectan a la eficacia de la desinfección ultravioleta. Los parámetros más importantes que afectan a la desinfección del agua por radiación ultravioleta son: Loongitud de onda El rango germicida se encuentra entre los 240 y los 280 nanómetros, obteniéndose la máxima eficiencia desinfectante cerca de los 260 nanómetros. Estos límites se encuentran dentro del rango denominado UVC (100-280 nanómetros), que se diferencia de los UVA (315-400 nanómetros) y de los UVB (280-315 nanómetros). Intensidad de la radiación Cuanto más cercano está el punto de emisión del agua, más intensa es la radiación y, por consiguiente, más eficiente es la desinfección. La norma general indica que la profundidad del agua no debe ser de más de 75 milímetros para asegurarse de que los rayos ultravioleta alcanzan correctamente cada parte de ésta. Temperatura Mientras que la temperatura del agua tiene escasa o ninguna influencia sobre la eficacia de la desinfección ultravioleta, afecta a la capacidad operativa de una lámpara ultravioleta cuando está sumergida en agua. Se alcanza la energía radiante máxima estimada cuando la temperatura de la lámpara ultravioleta alcanza alrededor de 41ºC. Sólidos suspendidos, turbiedad, compuestos químicos El agua absorbe la energía ultravioleta, aunque los sólidos en suspensión o disueltos, la turbiedad y el color la absorben aún más. La concentración de sólidos en suspensión no debe superar los 10 PPM, nivel al cual el agua comienza a experimentar problemas para absorber la luz ultravioleta. La turbiedad del agua debe ser lo más baja posible y las turbiedades superiores a los 5 NTU deben evitarse a toda costa. También hay muchos tipos de compuestos químicos (proteínas, fenoles, etc), que absorben la energía ultravioleta, reduciendo la radiación disponible para la destrucción de microorganismos y de virus. Sólidos disueltos, pH Aunque los sólidos en suspensión totales y el pH parecen no tener un impacto directo en el proceso de desinfección ultravioleta, a largo plazo, terminan creando depósitos sobre las lámparas ultravioleta, reduciendo la intensidad de radiación y por lo tanto la eficacia de la desinfección. En consecuencia, es necesario limpiar las lámparas ultravioleta más

a menudo. Tamaño de partícula Comparando una cantidad similar de partículas suspendidas, cuanto mayor es el tamaño de la partícula promedio, más baja es la eficacia de la desinfección por radiación ultravioleta. Estudios relacionados (Ho, 1981), demostraron que el índice de desinfección era más alto para los efluentes primarios y secundarios que para los efluentes secundarios tratados por el método de lodos activados. Se produce un índice de desinfección más alto para los efluentes primarios y secundarios debido a que el efluente de lodo activado contiene partículas con un diámetro más grande. Compuestos férricos Ha quedado demostrado que el hierro absorbe cantidades significativas de radiación ultravioleta, y contribuye a la creación de depósitos en las lámparas ultravioleta, reduciendo la intensidad de radiación ultravioleta y por lo tanto, la eficacia de la desinfección. Se recomienda fervientemente que la concentración de hierro ferroso en el agua a desinfectar no superer los 0,5 ppm. Tipo de microorganismos La radiación ultravioleta se mide en microvatios por centímetro cuadrado (μWs/cm2) y la dosis en microvatios segundo por centímetro cuadrado (μWs/cm2) (radiación x tiempo). La resistencia a la radiación dependerá del tipo de microorganismo. No obstante, la dosificación de luz ultravioleta necesaria para destruir los microorganismos más comunes (coliformes, pseudomonas, etc.) varía entre los 6.000 y los 10.000 μWs/cm2. Los diferentes estándares de dosificación de luz ultravioleta de los diferentes países varía de 16.000 a 38.000 μWs/cm2. Tiempo de exposición Como en el caso de cualquier otro desinfectante, el tiempo de exposición es esencial para asegurar un buen funcionamiento. No es fácil determinar el tiempo exacto de contacto (pues éste depende del tipo de flujo y de las características del equipo usado), pero el periodo de tiempo debe relacionarse con la dosificación necesaria (recuerde el concepto de C x T y la explicación dada). En todo caso, el tiempo de exposición normal es de 10 a 20 segundos. Exposición al sol Muchos microorganismos poseen la habilidad de poder repararse a sí mismos de los efectos dañinos causados por la radiación ultravioleta, cuando están expuestos a la luz del sol. Se conoce este fenómeno como “fotoreparación” y ha quedado demostrado que los microorganismos dañados tienen el habilidad para aumentar su población hasta un 1 en la escala de magnitud, cuando se produce el proceso de fotoreparación (Harris, 1987). Subproductos de la desinfección por radiación ultravioleta La radiación ultravioleta de onda continua, dosificada y con las longitudes de onda generalmente empleadas con el agua potable, no cambia perceptiblemente la química

del agua y el agua no interactúa significativamente con las sustancias químicas que se encuentran en el agua (USEPA, 1996). Por lo tanto, las características fisioquímicas no naturales del agua no cambian y no se introduce ningún agente químico en el agua. Además, la radiación ultravioleta no produce efectos residuales. Como consecuencia, la formación de THM o de DBPs es mínima con la desinfección ultravioleta. 2.6.2.5 Cálculos de la desinfección por radiación ultravioleta

El nivel al cual se produce la destrucción o la inactivación de microorganismos por radiación ultravioleta está directamente relacionado con la dosis de radiación ultravioleta. Se calcula la dosificación ultravioleta del siguiente modo: D=Ixt Donde: D = Dosis de radiación ultravioleta, mW×s/cm2 I = Intensidad, mW/cm2 t = Tiempo de exposición, s Las investigaciones indican que cuando los microorganismos se exponen a la radiación ultravioleta, una fracción constante del microorganismo está desactivada durante un periodo de tiempo determinado. Esta relación de dosis-respuesta, en lo que al efecto germicida se refiere, indica que la energía ultravioleta de alta intensidad durante un corto período de tiempo proporcionaría la misma desinfección que una energía ultravioleta de una intensidad más reducida en un periodo de tiempo proporcionalmente más largo. La dosis ultravioleta requerida para una inactivación eficaz está determinada, a cada ocasión, por la calidad del agua y la suciedad retirada. MORE Based on first order kinetics, the survival of microorganisms can be calculated as a function of dose and contact time. For high removals, the remaining concentration of organisms appears to be solely related to the dose and water quality, and not dependent on the initial microorganism density. Tchobanoglous (Tchobanoglous, 1997) suggested the following relationship between coliform survival and UV dose: N = f x Dn Where: N = Effluent coliform density, /100mL D = UV dose, mW×s/cm2 n = Empirical coefficient related to dose f = Empirical water quality factor The empirical water quality factor reflects the presence of particles, color, etc. in the water. For water treatment, the water quality factor is expected to be a function of turbidity and transmittance

(or absorbance). UV demand of water is measured by a spectrophotometer set at a wavelength of 254 nm using a 1 cm thick layer of water. The resulting measurement represents the absorption of energy per unit depth, or absorbance. Percent transmittance is a parameter commonly used to determine the suitability of UV radiation for disinfection. The percent transmittance is determined from the absorbance (A) by the equation: Percent Transmittance = 100 x 10-A Typical absorbance values for various wastewaters at 254 nm are given bellow. 1- Typical absorbance values for various wastewaters at 254 nm Effluent type

Absorbance

Primary effluent Secondary effluent Nitrified Secondary effluent Filtered Secondary effluent Microfiltered Secondary effluent Reverse Osmosis effluent (Eddy, 1999)

0,5 – 0,8/ cm 0,3 – 0,5/ cm 0,25 – 0,45/ cm 0,2 – 0,4/ cm 0,15 – 0,3/ cm 0,05 – 0,2/ cm

Percent Transmittance 15-30 % 30-50 % 35-55 % 40-65 % 50-70 % 65-90 %

The National Science Foundation’s (NSF) Standard 55 for ultraviolet water treatment systems recommends that UV disinfection systems should not be used if the UV transmittance is less than 75 percent (NSF, 1991). For UV doses greater than 10 mJ/cm2, (i.e. as is typically applied for wastewater disinfection) the following equation can be used for modeling the log-linear inactivation of disperce coliform bacteria in a batch system. (Qualls B.G., 1985) : Nt=No x e-kIt Where: Nt = total number of surviving disperse coliform bacteria at time t No = total number of disperse coliform bacteria prior to UV light application (at time 0) k = inactivation rate coefficient, cm2/mJ I = average intensity of UV light in bulk solution, mW/cm2 t = exposure time, sec However, previus equation is applicable only to disperse organisms, assuming perfectly mixed conditions, and therefore the fact that all organisms receive the same intensity of UV light. Emerick et al. (Emerick, 2000) demonstrated the applicability of the following modeling equation for describing the inactivation of both disperce and particle associated coliform bacteria when knowledge of the applied intensity to the bulk liquid medium is known: Nt=No x e-kIt+

(1-e-kIt)

Where: Nt = total number of surviving disperse coliform bacteria at time t No = total number of disperse coliform bacteria prior to UV light application (at time 0) Npo = total number of disperse coliform bacteria prior to UV light application containing at least one coliform bacterium (at time 0) k = inactivation rate coefficient, cm2/mJ I = average intensity of UV light in bulk solution, mW/cm2 t = exposure time, sec 2.6.2.6 Selección del método y del equipo de desinfección ultravioleta

Lámparas ultravioleta La producción de radiación ultravioleta requiere electricidad para accionar las lámparas ultravioleta. Las lámparas que generalmente se usan en la desinfección ultravioleta consisten en un tubo de cuarzo lleno de un gas inerte, como el argón, y pequeñas cantidades de mercurio. Los balastros controlan el flujo de corriente de las lámparas ultravioleta. Las lámparas ultravioleta funcionan de la misma manera que las lámparas fluorescentes. La radiación ultravioleta resulta en un flujo de electrones hacia el vapor de mercurio ionizado para producir energía ultravioleta en la mayoría de las unidades. La diferencia entre las dos lámparas es que la bombilla de la lámpara fluorescente está cubierta de fósforo, que convierte la radiación ultravioleta en luz visible. La lámpara ultravioleta no está revestida, así que transmite la radiación ultravioleta generada por el arco. Lámparas ultravioleta de baja y media presión Las lámparas de baja y media presión están disponibles para tareas de desinfección. Las lámparas de baja presión emiten su energía máxima en una longitud de onda de 253,7 nanómetros, mientras que las lámparas de media presión emiten una energía con una longitud de onda que va desde los 180 hasta los 1370 nanómetros. La intensidad de las lámparas de media presión es mucho mayor que la de las lámparas de baja presión. Es por ello que se necesitan menos lámparas de media presión para una dosificación equivalente. Para los sistemas pequeños, el sistema de presión media puede consistir en una única lámpara. Aunque ambos tipos de lámparas sean igual de eficaces para la inactivación de organismos, se recomiendan las lámparas ultravioleta de baja presión para los pequeños sistemas debido a la fiabilidad asociada a las lámparas de baja presión múltiples. Lámparas ultravioleta con camisa de cuarzo y de teflón Generalmente, las lámparas de baja presión están metidas dentro de una camisa de cuarzo para separar el agua de la superficie de la lámpara. Esta colocación es necesaria para mantener la temperatura de funcionamiento de la superficie de la lámpara cerca de su temperatura óptima de 40ºC. Aunque las camisas de teflón sean una alternativa a las camisas del cuarzo, las camisas de cuarzo sólo absorben el 5 % de la radiación ultravioleta, mientras que las camisas del teflón absorben el 35 %. Por lo tanto, no se

recomienda usar camisas de teflón. Vida útil Aunque es raro que las lámparas se quemen, éstas suelen sustituirse cuando han perdido de un 25% a un 30% de la luz ultravioleta que eran capaces de producir cuando eran nuevas. Las lámparas de baja presión tienen una duración de 10.000 horas mientras que las lámparas de media presión tienen una duración de 5.000 horas, que, en la práctica y viendo la necesidad de reemplazarlas cuando han alcanzado de un 70 a un 75% de su intensidad normal, cuentan con una vida útil que oscila entre los nueve meses y el año y de cuatro a seis meses cuando han sido usadas de manera ininterrumpida. La vida útil de la camisa de cuarzo ronda los 4-8 años. Diseño del reactor de radiación ultravioleta La mayoría de los reactores ultravioleta convencionales que están disponibles son de dos tipos: de canal cerrado sin contacto (sistema de presión) y de canal abierto (sistema gravitacional). También se distinguen dos tipos de reactores ultravioleta de canal abierto para exponer el agua a la radiación ultravioleta: los que se sumergen en el agua y los que permanecen fuera de ésta. Las lámparas de los reactores ultravioleta de canal cerrado se sumergen siempre en el agua. La lámpara sumergida del equipo de desinfección ultravioleta puede tener dos configuraciones básicas para el flujo del agua: en paralelo o en perpendicular a la longitud de las lámparas. 1- Reactor ultravioleta de canal cerrado - flujo paralelo a la longitud de las lámparas 18

18 Inlet, wiper, chamber, outlet, flow, quartz sleeve, UV lamp, drain, wiper rod, transformer and ballast: entrada, limpiador, cámara, salida, flujo, camisa de cuarzo, lámpara ultravioleta, drenaje, varilla del limpiador, transformador y balastro.

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003)

1- Reactor ultravioleta de canal abierto: (a) flujo paralelo a la longitud de las lámparas y (b) flujo vertical a la longitud de las lámparas 19

19 (a) UV horizontal lamp module with support racks, automatic level control, flow, UV bank 1, UV bank 2, Note: a UV bank is composed of a number of UV modules: módulo de lámpara horizontal ultravioleta con soportes, control de nivel automático, flujo, banco ultravioleta 1, banco ultravioleta 2, nota: un banco ultravioleta se compone de varios módulos ultravioleta. (b) Flap gate level control, flow, UV vertical lamp module with support rack: control de nivel de la trampilla, flujo, módulo de lámpara vertical ultravioleta con soportes.

(Tchobanoglous G., 1998) 1- Reactor ultravioleta de canal abierto: flujo paralelo a la longitud de las lรกmparas: modelo comercial

1- Reactor ultravioleta de canal abierto: flujo paralelo a la longitud de las lรกmparas: modelo comercial 20

20 UV lamps, UV sensor, quartz sleeves, sleeve wiping system, reactor chamber, control panel with visual displays and alarms, power supply (ballasts): lรกmparas ultravioleta, sensor ultravioleta, camisas de cuarzo, sistema de limpieza de las camisas, cรกmara del reactor, panel de control con pantalla de visualizaciรณn y alarma, fuente de alimentaciรณn (balastros).

1- Disposición de los módulos en bancos

Un sistema de desinfección ultravioleta moderno puede incluir los elementos siguientes: • • • • • • • • • •

Una cámara anticorrosiva que alberga el sistema. Lámparas ultravioleta. Limpiadores mecánicos, limpiadores ultrasónicos o cualquier otro sistema autolimpiador. Sensores conectados a un sistema de alarma para supervisar la intensidad de la luz ultravioleta. Interruptor de seguridad en caso de gran o poca cantidad de flujo, baja o alta intensidad de las lámparas o de una alta temperatura de los componentes del sistema. Dispositivo de lámparas apagadas. Balastros eléctricos. Sistemas de telemetría para instalaciones remotas.

Se puede ver un sistema de desinfección ultravioleta moderno en el siguiente vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=o_g1led_2Vw

2.6.2.7 Instalación del sistema de desinfección ultravioleta y requisitos de instalación

La instalación de un sistema de desinfección ultravioleta típico se muestra en los gráficos anteriores. La lámpara está instalada en el interior de una camisa protectora de cuarzo. Con los sistemas antiguos, era difícil mantener la lámpara o las camisas limpias debido a los depósitos del carbonato de calcio, los sedimentos, los materiales orgánicos o el hierro que limitan la penetración y el poder germicida. Hoy en día, casi todos los sistemas tienen limpiadores de camisa para reducir este problema. La energía eléctrica es un requisito esencial. El consumo varía según la condición del agua a tratar. 22 vatios/hora por metro cúbico de agua tratada se considera una cantidad óptima. Ya que la luz ultravioleta no deja efecto residual, la fuente de energía eléctrica debe ser extremadamente fiable durante todo el tiempo que tarda el agua en atravesar la unidad de desinfección. Las comunidades que no disponen de una fuente fiable de energía eléctrica deben instalar una fuente de emergencia independiente para asegurarse de que en ningún momento se detiene el proceso de desinfección. El sistema se puede instalar dentro o fuera de un recinto que lo proteja contra condiciones climáticas adversas y actos de vandalismo. Tal como se describe en el caso anterior, un recinto ayudaría a proteger el equipo de las temperaturas extremas o de otras condiciones que podrían dañarlo o afectar a su funcionamiento. El equipo de desinfección ultravioleta no necesita mucho espacio porque el tiempo necesario de contacto/exposición es muy corto. Aunque sea uno de los sistemas de desinfección que ocupa menos espacio, se debe dejar un espacio suficiente para poder substituir las lámparas y para almacenar un cantidad de lámparas suficientes para dos años de operación. 2.6.2.8 Operación y mantenimiento del sistema de desinfección ultravioleta

Los requisitos de operación y de mantenimiento de los sistemas de desinfección ultravioleta son mínimos, pero cruciales para una producción adecuada. Las camisas de cuarzo o los tubos de teflón deben mantenerse libres de sedimentos o de otros depósitos que reducirían la radiación, contribuyendo así a la deposición de partículas. En los pequeños sistemas, limpiados generalmente a mano, la camisa de cuarzo debe limpiarse por lo menos una vez al mes y, en circunstancias especiales, de dos a tres veces por semana. Las lámparas se deben substituir a intervalos regulares para garantizar siempre por lo menos 30.000 microvatios-segundo/cm2 de área de exposición. Ésta variará de una lámpara a otra, pero generalmente están programadas para un intervalo promedio cuando su intensidad desciende a menos del 70% de su potencial nominal. Las lámparas pueden necesitar ser substituidas con más frecuencia cuando se trabaja con agua fría.

Dado que la luz ultravioleta no deja restos de ningún desinfectante, se debe desinfectar a fondo todo el sistema con un desinfectante químico apropiado antes de activar la unidad por primera vez. Cualquier contaminación externa del sistema de distribución producida por el sifonaje de retorno o por una conexión cruzada, deberá ser solucionada y desinfectada antes de volver a poner el sistema en funcionamiento. 2.6.2.9 Ventajas y desventajas de la desinfección por radiación ultravioleta

Ventajas 1. La desinfección ultravioleta es eficaz para desactivar la mayoría de los virus, de las esporas, y de los quistes. 2. La desinfección ultravioleta es más un proceso físico que un desinfectante químico, por lo que elimina la necesidad de generar, de manejar, de transportar, o de almacenar las sustancias químicas tóxicas/peligrosas o corrosivas. 3. No hay efecto residual que pueda ser dañino para los seres humanos o para la vida acuática. 4. La desinfección ultravioleta es fácil de usar por los operadores. 5. El equipo de desinfección ultravioleta requiere menos espacio que otros métodos. Desventajas 1. A veces los organismos pueden repararse e invertir los efectos destructivos de la radiación ultravioleta a través de un “mecanismo de reparación,” conocido como fotoreactivación, o en ausencia de la luz a través de un mecanismo conocido como “reparación oscura.” 2. Es necesario un programa de mantenimiento preventivo para controlar la obstrucción de los tubos. 3. La turbiedad y los sólidos suspendidos totales (SST) presentes en las aguas residuales pueden volver la desinfección ultravioleta ineficaz. 4. La desinfección ultravioleta con lámparas de baja presión no es tan eficaz para los efluentes secundarios con niveles de SST por encima de los 30 mg/l. 5. La desinfección ultravioleta no es tan rentable como la cloración, pero los costes son bastante competitivos cuando se utiliza la desinfección con cloro y es necesario respetar los códigos de incendio. 2.6.2.10 Designing a UV disinfection system

Data Minimum inflow : 0,07 m3/sec Maximum inflow : 0,245 m3/sec Effluent to be disinfected : Filtered Secondary effluent Minimum transmittance : 55% Minimum design dose

(in the end of UV lamps service life) : 60 mJ/cm2 Answer 1. • • • • • • • • • •

Selection of system characteristics Horizontal lamp configuration System headloss coefficient per bank= 1,8 (from manufacturer) Lamp/sleeve diameter = 20 mm Lamp/sleeve length = 1500 mm UV lamps maximum axial distance = 75 mm UV Lamp inpout power = 85 W UV Lamp outpout power at 254 nm = 30 W UV Lamp flow range = 0,3 to 1,4 L/sec (from manufacturer) Construction of a 2 channel system is recommended, with 2 banks in each channel The system should be capable of applying minimum dose of 60 mJ/cm2 in the end of UV lamps service life,within the range of 0,07 to 0,245 m3/sec

2. Calculation of number of UV lamps required - For Minimum transmittance equal to 55% and the geometry of UV lamps mentioned above, initial intensity of UV light is given bellow : Ii=17,52 mW/cm2 -

Considering a 20% loss of power in the end of UV lamp service life, final intensity of UV light is given bellow :

If=14,01 mW/cm2 -

For Minimum design dose of 60 mJ/cm2, minimum exposure time t, is given bellow:

t=4,28 sec -

For Minimum exposure time t of 4,28 sec, minimum net volume of the 2 channel system Vn, is given bellow:

Vn=1,05 m3 -

Equivalent Volume of water per UV lamp:

Vd=7,5 cm x 7,5 cm x 150 cm – π x 12 x 150 = 7966 cm3 or 7,966 L -

Minimum number of UV lamps required:

UV lamps=Vn/Vd = 132 UV lamps -

Minimum number of UV lamps per channel required:

66 UV lamps -

Check that the design falls within the manufacturer recommended range:

Minimum inflow = 70 L/sec /132 UV lamps = 0,53 L/sec/ UV lamp Maximum inflow = 245 L/sec /132 UV lamps = 1,85 L/sec/ UV lamp At maximum inflow, hydraulic loading rate falls outside the manufacturer’s recommended range, so a greater number of UV lamps is necessary to be installed. -

Check that the design falls within the manufacturer recommended range for 192 UV lamps installation : Minimum inflow = 70 L/sec /192 UV lamps = 0,36 L/sec/ UV lamp

Maximum inflow = 245 L/sec /192 UV lamps = 1,27 L/sec/ UV lamp Both of the above hydraulic loading rates falls within the manufacturer’s recommended range for the UV disinfection system. -

Configure the UV disinfection system :

Typically 4, 8 or 16 UV lamps per module are available. For an 8 lamp module, 6 modules are required per bank, for a total of 48 lamps per bank or 96 lamps per channel or 192 lamps in total. -

Estimation of hydraulic losses through the UV system : Each Channels net width : 6 x 7,5 cm = 45 cm Each Channels net depth : 8 x 7,5 cm = 60 cm Each Channels cross-sectional area : 0,45 m x 0,60 m = 0,27 m2 Each Channels net cross-sectional area substracting cross-sectional area of quartz sleeves =0,27 m2 - π x (0,01 m)2 x 48 = 0,255 m2 Maximum velocity in each channel :

uc= 0,245 m3/sec / 2 / 0,255 m2 = 0,48 m/sec Headloss per UV channel : hc= 1,8 -

= 21,1 mm Summarize system configuration : Minimum required system utilizes two channels, with each channel containing 2 banks of lamps in series. Each bank contains 6 modules, each of which contains 8 lamps.

2.6.3 OZONIZACIÓN 2.6.3.1 Introducción

El ozono (O3), conocido desde hace más de 100 años, es un gas alótropo del oxígeno. A temperatura y presión normales, es un gas inestable que se descompone rápidamente para volver a la molécula del oxígeno (O2). Debido a esta característica, no puede ser almacenado o envasado, por lo que debe ser generado in situ y utilizado inmediatamente. Generalmente, la ozonización se utiliza cuando su propiedad más importante es indispensable: su gran potencial oxidante le permite eliminar los compuestos orgánicos que le dan al agua un color, sabor y olor desgradables y además, desactivar los patógenos del agua. Una característica importante de la ozonización es la ausencia de un efecto residual, lo cual es beneficioso, ya que la presencia continua de ozono en el agua le daría un gusto desagradable; por otro lado, también es una desventaja porque, tal como se ha indicado, es necesario que exista algún desinfectante residual para que asegure la calidad del agua hasta que llegue al consumidor. A pesar de sus excelentes propiedades, su uso queda restringido a las grandes ciudades con fuentes de agua altamente contaminadas; las pequeñas y medianas comunidades lo utilizan muy poco. Las desventajas principales de la ozonización son sus gastos iniciales y de explotación, así como los problemas que aparecen durante su operación y mantenimiento. Sin embargo, cuando las fuentes de agua más accesibles están altamente contaminadas (biológica y químicamente), la ozonización puede ser el método más recomendable para oxidar las sustancias orgánicas y para la desinfección primaria, a condición de que se lleve a cabo una desinfección secundaria con cloro para mantener el efecto residual durante la distribución del agua. El ozono también es tóxico para los seres humanos. La concentración máxima permitida en el aire por un período de 8 horas es de 0,1 ppm. 2.6.3.2 Mecanismos de acción desinfectante

La ozonización consiste en la adición, lo más rápido posible, de suficientes cantidades de ozono a la fuente de agua, para satisfacer la demanda y mantener el residual de ozono durante un periodo de tiempo suficientemente largo como para asegurar la inactivación o la destrucción del microorganismo. La mayoría de los sistemas de abastecimiento de agua requieren una mayor cantidad de ozono que de cloro, debido a su alto potencial oxidante. Generalmente, se suele fijar el objetivo de mantener un efecto residual mínimo de 0,4 a 0,5 ppm después de 10-20 minutos de contacto con el agua. La ozonización se basa en la alta capacidad del ozono como oxidante general de células, convirtiéndolo en un eficiente destructor de bacterias. Ha quedado demostrado que es igual de eficiente contra virus, esporas, bacterias resistentes y quistes. MORE The mechanisms of disinfection using ozone include: • • •

Direct oxidation/destruction of the cell wall with leakage of cellular constituents outside of the cell. Reactions with radical by-products of ozone decomposition. Damage to the constituents of the nucleic acids (purines and pyrimidines).

When ozone decomposes in water, the free radicals hydrogen peroxy (HO2) and hydroxyl (OH) that are formed have great oxidizing capacity and play an active role in the disinfection process. It is generally believed that the bacteria are destroyed because of protoplasmic oxidation resulting in cell wall disintegration (cell lysis). 2.6.3.3 Parámetros que afectan a la acción desinfectante

Dosificación del ozono La capacidad de desinfección del ozono, a diferencia de la del cloro, no depende tanto de la cantidad de tiempo que se mantiene en el agua (aunque sí influye), sino de la dosificación administrada (en la fórmula de C x T, el valor de “C” tiene más peso). La razón de esto es que su alto potencial oxidante lo hace extremadamente inestable, incluso en agua destilada; esto significa que sólo cuando el material ya haya sido oxidado, permanecerá un poco de ozono y además sólo por un corto periodo de tiempo. Si no, es muy posible que no se haya satisfecho completamente la demanda de ozono. Material orgánico Cuando el material orgánico está presente, la química es aún más compleja y la descomposición del ozono se acelera. Con un potencial oxidante de 2,07 voltios, el ozono puede oxidar, en teoría, la mayoría de los compuestos orgánicos y transformarlos en dióxido de carbono y agua. Sin embargo, dado que el ozono es selectivo con aquellas sustancias que oxida rápidamente, la cinética de las reacciones del ozono con muchos compuestos será demasiado lenta para convertirlos en dióxido de carbono durante el proceso de tratamiento de aguas. Ya que la demanda total de ozono es casi siempre más

larga que su suministro, estas reacciones cesarán mucho antes de que todas las sustancias orgánicas se hayan oxidado totalmente. A la hora de tratar sustancias orgánicas, el ozono se ha utilizado principalmente para romper los vínculos múltiples como tratamiento preliminar a la filtración y como un apoyo a la coagulación. Turbiedad, sólidos en suspensión Otro punto que se deberá tener en cuenta es que la eficacia del ozono, como el de otros desinfectantes, depende de su contacto con los microorganismos; por lo tanto, debe hacerse un esfuerzo para evitar que se agrupen y se protejan (si el agua está turbia). También debería utilizarse un sistema para aumentar el contacto con el ozono antes de que el gas se disipe. Subproductos de la desinfección con ozono La concentración de ozono necesaria para desinfectar el agua potable no tiene ningún efecto nocivo sobre la salud. Sin embargo, al igual que el cloro, el ozono puede producir subproductos, como bromatos, ácido bromoformo, ácido bromoacético, aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos. De éstos, los aldehídos son probablemente los más preocupantes para la salud humana. MORE 1- Impact of wastewater constituents on the use of ozone for wastewater disinfection

(Eddy, 1999)

2.6.3.4 Cálculos de la desinfección por ozonización

Las instalaciones de tratamiento de aguas residuales pueden introducir el ozono, conteniendo una mezcla de aire o oxígeno, producido por el generador de ozono (1% o 2% del ozono), en el agua inyectándola o disolviéndola en una cámara de mezclado, rociando el agua en una atmósfera rica en ozono, o descargando el ozono en un depurador. La concentración de ozono necesaria para la desinfección depende de las sustancias químicas, de los contaminantes presentes en el agua y de la concentración de microorganismos. Para la desinfección de efluentes biológicos terciarios de la depuradora de aguas residuales, será suficiente una dosificación de 6 ppm. Para el efluente secundario, se necesitarán 15 ppm. Esta dosificación también reduce el BOD y el COD. Los modelos que se han desarrollado para describir el proceso de la desinfección con cloro, también se han adaptado para el ozono con algunas modificaciones (Eddy, 1999): N/No=[U/q]-n Donde: N=Número de organismos que permanecen después de la desinfección. No=Número de organismos presentes antes de la desinfección. U=Dosis de ozono transferida, mg/l. n=pendiente de la curva de respuesta a la dosis. q=valor de x cuando N/No=1 ó log N/No=0. MORE The required ozone dosage must be increased to account for the transfer of the applied ozone to the liquid .The required dosage can be computed with the following equation : D=U x Where: D= total required ozone dosage, mg/L U=transferred ozone dose, mg/L TE=ozone transfer efficiency (vary from 80 to 90%) 1- Typical ozone dosages required to achieve different effluent coliform disinfection standards for various wastewaters based on a 15-min contact time

(Eddy, 1999) 2.6.3.5 Selección del método y equipo de ozonización

Los sistemas de ozonización cuentan con cinco componentes básicos: la unidad de preparación de gas (aire u oxígeno puro); el generador de ozono, la fuente de energía eléctrica, el contactor y la unidad para la eliminación del gas sobrante. En la mayoría de los casos, se añade un desinfectante secundario al ozono para asegurar un desinfectante residual duradero en el sistema de distribución. 1- Diagrama del proceso de ozonización 21

21 Preparation of the gas, dry air or oxygen, ozone generator, power source, ozone, water, contactor, disinfected water, destruction of excess ozone: preparación del gas, aire seco u oxígeno, generador de ozono, fuente de energía, ozono, agua, contactor, agua desinfectada, destrucción del ozono sobrante.

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003) El propósito del dispositivo de preparación de gas es secar y enfriar el gas que contiene el oxígeno. Los generadores de tipo descarga de corona utilizan aire seco u oxígeno puro como fuente de oxígeno que se va a convertir en ozono. MORE Production of ozone by dry air When air is used, it is vital to dry it to a point of condensation of –65 °C to maximize the effect of the ozone and reduce to a minimum the formation of nitrogen oxides that accelerate electrode corrosion. The air should also be cooled because the ozone rapidly decomposes into oxygen at temperatures of over 30 °C. Chemical driers can also be used instead of refrigeration to dry the air. The cost is a little higher and varies considerably from place to place. But in the case of small systems, the simplicity of their operation and maintenance can offset that cost. Zeolite towers that act like a molecular screen have been used successfully to produce pure oxygen by eliminating the nitrogen in the air. Continuous improvements are being made to increase the ozone yield. Production of ozone by pure oxygen This method of production is based on the fission of molecular oxygen in atomic

oxygen, and the formation of ozone according with the following reaction. O2  O + O O2 + O  O3 While the installation of the ozone system does not require much power, the air drying does. The combined power consumption is 25 and 30 kilowatts-hour of electricity per kilogram of ozone generated in the oxygen and air-fed systems, respectively. Generador de ozono Los sistemas de ozonización usados para el tratamiento de aguas generan el ozono en el lugar del uso y casi todos lo hacen por medio de una descarga de corona producida por el paso de oxígeno o aire seco entre dos dieléctricos. 1- Generador dieléctrico de ozono 22

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003) 1- Configuración básica del ozonizador 23 22 Power, 8000-20000 volts, metallic silver coating, glass electrode, spacing 1-3 mm, air or oxygen, ozonized gas product, stainless steel electrode (grounded), heat dissipation by water: energía, 8000-20000 voltios, revestimiento metálico de plata, electrodo de vidrio, espaciamiento 1-3 mm, aire u oxígeno, producto de gas ozonizado, electrodo de acero inoxidable (con toma de tierra), disipación del calor con agua.

La corriente de gas generada por el aire contendrá aproximadamente de 0,5 a 3,0% de ozono por peso, mientras que el oxígeno puro que se formará, será aproximadamente de dos a cinco veces esta concentración. Fuente de energía eléctrica Las fuentes de energía eléctrica más usadas son de baja frecuencia (de 50 a 60 herzios) y de alto voltaje (> 20,000 voltios). Los avances tecnológicos han dado lugar a dispositivos que operan en alta frecuencia (de 1.000 a 2.000 herzios) y 10.000 V, que se utilizan para los grandes sistemas de agua. Contactores Los sistemas de ozonización utilizan contactores para transferir el ozono que se ha generado al agua para la desinfección. El tipo de contactor elegido depende del objetivo específico de la ozonización. Éstos se pueden analizar en objetivos de reacción rápida: por ejemplo inactivación de microorganismos, oxidación de hierro, magnesio y sulfuros, mejora de la floculación. Y por otro lado las de reacciones lentas: la oxidación de sustancias más difíciles, como plaguicidas, sustancias orgánicas volátiles y otras sustancias orgánicas complejas que por razones cinéticas tienden a requerir tiempos de reacción más largos. Los fracasos de los sistemas de desinfección con ozono se deben generalmente a fallos y a defectos del inyector, y al diseño y la construcción del contactor. Hay dos diseños básicos del contactor: el de cámaras con difusores de burbujas y el reactor agitado por 23 Heat, electrode, dielectric, O2, discharge gap, O3: calor, electrodo, dieléctrico, O2, hueco de la descarga, O3.

turbina. En el primero, puede haber una serie de cámaras separadas por deflectores o tabiques, o las cámaras pueden estar situadas paralelamente, por lo que el dispositivo recibe entonces el nombre “de varias columnas”. Los estudios han revelado que el difusor de burbujas de columnas múltiples produce una transferencia más eficiente. Las columnas o cámaras de contacto (llenas generalmente de los pedazos irregulares de material plástico para alargar el período de intercambio y para dispersar las burbujas), los mezcladores estáticos y difusores de hélice o turbina se pueden utilizar para acelerar la solución del gas de ozono y para ayudar a asegurar la mezcla y el contacto. Todo tipo de contacto utiliza la contracorriente, en la cual el agua fluye hacia abajo y las burbujas de aire suben para maximizar el tiempo de contacto. 1- Contactor de cámaras separadas con deflectores y difusores 24

(Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003) Destrucción del ozono sobrante El ozono disuelto alcanzará una concentración directamente proporcional a la presión parcial ejercida por el ozono sobre el agua. Como consecuencia, incluso con una eficacia de transferencia del 90% (una de las más logradas), el gas que se escapa puede contener de 500 a 1.000 ppm de ozono. El gas sobrante del ozono suele hacerse recircular a un proceso de unidad anterior para mejorar la oxidación o la floculación 24 Water without ozone, gas release, water with ozone, contact chamber, flowmeter, valve, air with ozone: agua sin ozono, liberación de gas, agua con ozono, cámara de contacto, medidor de flujo, válvula, aire con ozono.

para poder utilizarlo al máximo. A pesar de la recirculación, el ozono (sobrante) suele encontrarse en el escape de los gases y se debe destruir o diluir lo suficiente por razones de seguridad. En pequeñas plantas de tratamiento, el ozono se puede diluir con aire, pero las grandes plantas de tratamiento utilizan uno de los tres métodos siguientes para destruir el ozono sobrante: 1) descomposición térmica aumentando la temperatura del agua por encima de los 300 °C. 2) descomposición catalítica atravesando metales u óxidos metálicos. 3) absorción en carbono activado granular húmedo. 1- Típico organigrama del uso del ozono para la desinfección 25

(Eddy, 1999) 2.6.3.6

Operación y mantenimiento

El equipo de ozonización suele precisar un grado de mantenimiento medio o bajo. El sistema de preparación de aire requiere una atención frecuente para limpiar/cambiar el filtro de aire y para asegurarse de que el desecante esté secando el aire correctamente. Sin embargo, ambas son generalmente operaciones simples. Dos factores que afectan a la operación y al mantenimiento del generador de ozono son la eficacia del sistema de preparación de aire y el periodo de tiempo durante el cual el generador funciona a máxima capacidad. El mantenimiento de los generadores de ozono suele estar programado una vez al año. Sin embargo, muchas plantas realizan este mantenimiento cada seis meses. Generalmente, se necesita una semana de trabajo para darle el mantenimiento necesario a una unidad individual de generación de ozono de tubo 25 Liquid oxygen storage tank, vaporization unit, ozone generators, liquid to be treated, ozone contact reactor, off-gas to thermal destruction unit, treated effluent, ozone diffuser: tanque de almacenamiento de oxígeno líquido, unidad de vaporización, generadores del ozono, líquido a tratar, reactor de contacto con el ozono, gas sobrante dirigido a la unidad de destrucción térmica, efluente tratado, difusor de ozono.

horizontal. El tener que reemplazar el dieléctrico debido a fallos así como a roturas producidos durante el mantenimiento tiene una probabilidad tan baja como del 1 o del 2%. Se puede estimar que un tubo tiene una vida útil media de 10 años si se mantienen durante 60' el punto de rocío del gas alimentado y si el generador de ozono no está obligado a funcionar a su capacidad prevista durante un largo periodo de tiempo. Los generadores de ozono de tipo planta usan ventanas de vidrio como dieléctricos. Sin embargo, se presta la misma atención a la preparación del aire como a los tubos de vidrio o cerámica más costosos para evitar tiempos de mantenimiento igualmente costosos. El manejo y el mantenimiento de los contactores de ozono también requieren atención. Las turbinas necesitan electricidad para accionar los motores impulsores, mientras que los difusores porosos requieren inspección y mantenimiento regulares para asegurar una distribución del gas rico en ozono en la cámara de contacto. Es necesario mencionar que existen serios problemas de seguridad relacionados con el manejo de estas unidades. Por ejemplo, incluso después de purgar las cámaras de contacto con aire, el personal de mantenimiento que entre en dichas cámaras debería estar equipado con equipos de respiración autónomos, dado que la densidad del ozono es más pesada que el aire y por lo tanto es difícil de eliminar totalmente mediante una purga de aire. 2.6.3.7 Ventajas y desventajas de le desinfección por ozonización

Ventajas 1. Desde el punto de vista de la eficacia biocida, el ozono es el desinfectante más potente usado en sistemas de abastecimiento del agua. 2. Los tiempos de contato y las concentraciones para desactivar o eliminar los patógenos flotantes son mucho más bajos que los del cloro libre o de los de cualquier otro desinfectante. 3. No hay materiales residuales dañinos que necesiten ser eliminados después de la ozonización porque el ozono se descompone rápidamente. 4. Después de la ozonización, no se produce un nuevo crecimiento de microorganismos, a excepción de aquellos protegidos por las macropartículas en la corriente de aguas residuales. 5. El ozono se genera in situ, y es por ello, que hay menos problemas de seguridad asociados a su envío y manejo. 6. La ozonización eleva la concentración del oxígeno disuelto del efluente. El aumento del oxígeno disuelto puede eliminar la necesidad del reaeration y también aumenta el nivel de oxígeno disuelto en la corriente receptora. Desventajas 1. Un aspecto importante de la desinfección por oxidación es que gran parte del ozono será consumido por otras sustancias que suelen estar presentes en el agua y que esta demanda debe ser satisfecha antes de que pueda asegurarse la desinfección. 2. Su desventaja principal es que el ozono no proporciona un residual estable. Por lo tanto, será necesario añadir un desinfectante secundario para proporcionar un desinfectante residual. 3. Por estas razones y dado que su coste es relativamente alto, el ozono se utiliza

relativamente poco para únicamente la desinfección; se utiliza más bien cuando se deben mejorar otros aspectos del tratamiento de aguas junto con la desinfección, gracias al poder oxidante de la ozonización. 4. La ozonización es una tecnología más compleja que el cloro o que la desinfección ultravioleta, necesitándose equipos complicados y efiientes sistemas de contacto. 5. El ozono es muy reactivo y corrosivo, por lo que se precisa un material resistente a la corrosión como el acero inoxidable. 6. El ozono es extremadamente irritante y posiblemente tóxico, por lo que los gases de escape del contactor deben destruirse para prevenir que el trabajador quede expuesto a éstos. Resumen Debido a las limitaciones anteriormente expuestas, el ozono tiende a combinarse con otros desinfectantes (desinfectantes secundarios) que tienen residuales más débiles pero más duraderos, para impedir el resurgimiento de microorganismos en el sistema de distribución. En términos económicos, el ozono se puede utilizar para otros propósitos además de la desinfección, por ejemplo, para descomponer sustancias orgánicas sintéticas, eliminar fenoles, evitar la formación de trihalometanos, mejorar la floculación y para otros propósitos similares. Tal como se indicó anteriormente, el ozono es un oxidante tan fuerte que casi siempre se utiliza para diferentes propósitos en el tratamientos de los suministros de agua, en vez de únicamente como desinfectante.

2.6.4 DESINFECCIÓN CON DIÓXIDO DE CLORO 2.6.4.1 Introducción

El dióxido de cloro (ClO2) es un desinfectante con una capacidad biocida más fuerte que la del cloro y de los compuestos de cloro. Sus calidades oxidantes selectivas hacen de su uso una alternativa para aquellos casos donde no sólo el agua deberá ser desinfectada sino también cuando las calidades organolépticas del agua tengan que ser mejoradas. Suele tener más efecto destruyendo aquellas sustancias orgánicas que colorean el agua o que son precursoras del trihalometano (THM). Sin embargo, su uso como desinfectante en las depuradoras de aguas residuales es limitado debido a la complejidad y a la sensibilidad de su producción y a su coste relativamente alto. 2.6.4.2 Mecanismos de la acción desinfectante

El dióxido de cloro existe en el agua como ClO2 (poca o ninguna disociación) y, por lo tanto, puede pasar a través de las membranas celulares bacterianas y destruir dichas células. Sus acciones contra los virus incluyen la absorción y la penetración de la capa de proteína de la cápside viral y la reacción con el ARN viral, dañando así la capacidad genética del virus. El dióxido de cloro produce un efecto microbicida menor que el ozono, pero es un desinfectante más fuerte que el cloro. Subproductos de la desinfección con dióxido de cloro

Mientras que los desinfectantes del cloro reaccionan con diversas sustancias a través de la oxidación y de la substitución electrofílica, el dióxido de cloro sólo reacciona a través de la oxidación. Por eso el uso del dióxido de cloro puede disminuir la formación de THM en agua tratada. La producción de niveles de THM en aguas tratadas con dióxido de cloro se puede atribuir generalmente al mal funcionamiento del generador de dióxido de cloro, generalmente debido al exceso de cloro, una sustancia que participa considerablemente en la formación de THM. Sin embargo, no puede negarse la existencia de DBP y los productos formados por la reacción del dióxido de cloro con el material orgánico presente en el agua incluyen los clorofenoles y los ácidos maleicos, fumáricos y oxálicos. Un estudio de los subproductos del dióxido de cloro en un tratamiento experimental reveló la presencia de más de 40 SPD, la mayor parte de ellos de toxicidad desconocida. Durante la oxidación del material orgánico, el dióxido de cloro se reduce al ión clorito. El clorito y los cloratos son los SPDs más importantes producidos por el uso de este desinfectante. 2.6.4.3 Método y equipo de desinfección

El dióxido de cloro es un gas verde amarillento estable y relativamente soluble en el agua hasta alcanzar concentraciones de hasta un 2%. El dióxido de cloro no puede comprarse sino que tiene que producirse in situ. Además, se utiliza solamente como desinfectante primario y su generación y manejo son procedimientos complejos y arriesgados. Es por estas razones que no se recomienda su uso en las pequeñas instalaciones. MORE Two mechanisms are usually used to generate chlorine dioxide: by reacting sodium chlorite with chlorine gas (two chemical compounds system) or by reacting sodium chlorite with sodium hypochlorite and sulphuric acid (three chemical compounds system). 2NaClO2 + Cl2  2ClO2 + 2NaCl (two compounds) 2NaClO2 + NaOCl + H2SO4  2ClO2 + NaCl + Na2SO4 + H2O (three compounds) There is no industrial standard for the performance of chlorine dioxide generators. Generator efficiency is defined not only in terms of the conversion of sodium chlorite into chlorine dioxide, but also of the generating of by-products such as chlorate ion, free chlorine and surplus chlorite. If the generator fails to operate properly, it can produce these by-products in excessive amounts and reduce the expected results. Poor generator performance will also result in higher operating costs than desired. For information about the installation, operation & maintenance of an Chlorine dioxide disinfection system, see the relative bibliography (California State University, 2008) (Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez, 2003).

2.6.4.4 Ventajas y desventajas de la desinfección con ClO2

Ventajas 1. Su potencial bactericida es relativamente independiente del pH entre 4 y 10. 2. Es más efectivo que el cloro para tratar las esporas. 3. Necesita poca tiempo de contacto. 4. Es muy soluble. 5. No se produce ninguna corrosión en altas concentraciones, reduciendose así los costes de mantenimiento. 6. Mejora la coagulación. 7. Es mejor que el cloro para quitar el hierro y el manganeso. 8. Mientras que los desinfectantes del cloro reaccionan con diversas sustancias a través de la oxidación y de la substitución electrofílica, el dióxido de cloro reacciona solamente mediante la oxidación. Por eso el uso del dióxido de cloro puede dar lugar a una formación reducida de THM en agua tratada. 9. No se ve afectado por las variaciones del pH. Desventajas 1. El dióxido de cloro tiene propiedades residuales limitadas. Por esta razón, el cloro se utiliza generalmente como desinfectante secundario para asegurar la protección adicional del sistema de distribución del agua. 2. Método de compleja aplicación. 3. Cuesta más que el cloro. 4. Se forman los subproductos clorito y clorato. 5. Debe ser generado in situ. 6. Requiere a trabajadores especializados para su manejo y mantenimiento. 7. Difícil de analizar en el laboratorio.

2.6.5 COMPARACIÓN ENTRE LOS MÉTODOS DE DESINFECCIÓN 1- Mecanismos de desinfección usando cloro, radiación ultravioleta y ozono Cloro

Ozono

Radiación ultravioleta

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1. - Oxidación. 2. - Reacciones con el cloro disponible. 3. - Precipitación de la proteína. 4. - Modificación de la permeabilidad de la pared celular. 5. - Hidrólisis e interrupción mecánica.

1. - Oxidación/destrucción directa de la pared celular con salida de componentes celulares fuera de la célula. 2. - Reacciones con los subproductos radicales de la descomposición del ozono. 3. - Daño a los componentes de los ácidos nucleicos (purinas y pirimidinas). 4. - Ruptura de las uniones carbononitrógeno que lleva a la despolimerización.

1. - Daño fotoquímico al ARN y al ADN (por ej., formación de enlaces dobles) dentro de las células de un organismo. 2. - Los ácidos nucléicos presentes en los microorganismos absorben eficientemente la luz ultravioleta en una longitud de onda de 240-280 nanómetros. 3. - Dado que tanto el ADN como el ARN contienen la información genética para la reproducción, el daño a estas sustancias puede desactivar eficazmente la célula.

(Eddy, 1999) Los cuatro métodos de desinfección que se han descrito anteriormente, se comparan en la tabla siguiente. 1- Comparación de los métodos de desinfección Método de desinfección Parámetro Cloro

Ozono

Radiación ultravioleta

Dióxido de cloro

Sólidos suspendidos (SS (mg/l))

<20

<15

<10

<20

Demanda bioquímica de oxígeno (BOD (mg/l))

<20

Turbiedad (NTU)

<10

Alta

Media

Alta

Baja

Alta

Desconocido

Media

Alto

Ninguno

Medio

Todas las plantas

Mediana a Grande

Todas las plantas

Mediana a Grande

Alta

Media

Baja

Alta

Calidad recomendada del agua residual

Eficacia contra Bacterias Virus Parásitos Efecto residual

Sentido práctico Tamaño de la planta de tratamiento de aguas residuales Área requerida

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Control del proceso

Bien desarrollado

En desarrollo

Complejidad

Baja a Media

Alta

Baja a Media

Media

Mantenimiento y limpieza

Bajo a Medio

Medio a Alto

Alto

Medio

Estabilidad

Alta (excepto gas de cloro)

Baja

Alta

Media

Dependencia de la temperatura

Media a Alta

Baja

Baja a Media

Media

Alta

Media

Alta

Bajo a Medio

Medio

Alto

Bajo a Medio

Medio a Alto

Bajo a Medio

Alto

Medio a Alto

Medio

Ninguno

Alto

Medio

Emisiones peligrosas

Ninguno (excepto gas de cloro)

Escape potencial de O3

Ninguno

Medio

Riesgos de transporte

Alto

Ninguno

Alto

Bajo a Medio

Medio

Bajo

Alto

Ninguno

Alto

Potencial Alto

Desconocido

Potencial Alto

Ninguno

Sí

Ninguno

Bajo a Medio

Medio

Alto

Bajo a Medio

Fiabilidad

Costes Operación Construcción (instalación pequeña-mediana) Construcción (instalación mediagrande) Alto consumo de energía Efectos adversos

Riesgos in situ Contaminación acuática sobre peces y macroinvertebrados Formación de subproductos tóxicos Disposición de los productos de limpieza Probabilidad de nuevo crecimiento patógeno

2.6.6 PREGUNTAS Y RESPUESTAS Preguntas 77

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1. ¿Cuál es el propósito de la desinfección? ¿Por qué es tan importante? 2. ¿Por qué se utiliza el cloro para la desinfección? 3. ¿Qué sucede cuando se añade cloro a aguas que contienen amoníaco y porqué es ésto importante? 4. ¿Cómo se determina la demanda de cloro? 5. ¿Cómo se determina la eficacia del proceso de desinfección con cloro para una planta en particular? 6. ¿Cómo puede controlarse la alimentación del gas de cloro? 7. ¿Cuáles son los riesgos que presenta el gas de cloro? 8. ¿Qué tipo de aparato respiratorio se recomienda utilizar para reparar un escape de cloro? 9. ¿Por qué el dióxido de cloro no ha sido muy utilizado para tratar aguas residuales? 10. ¿Por qué deben los cloradores estar en un cuarto separado? 11. ¿Por qué es importante una ventilación en el cuarto del clorador? 12. ¿Por qué la desinfección por cloración debe ser continua? 13. ¿Cuál es el mejor material para las tuberías que transportan el gas de cloro o el cloro líquido? 14. ¿Por qué los efluentes de algunas instalaciones de tratamiento no contienen cloro? 15. ¿Qué sucede cuando la radiación ultravioleta es absorbida por las células de los microorganismos? 16. ¿Cómo se determina el número de bancos ultravioleta por canal? 17. ¿Qué clase de daño puede producir a los operadores la luz de una lámpara ultravioleta? 18. ¿Por qué factores se ve afectada la intensidad de la luz ultravioleta cuando alcanza a los organismos patógenos presentes en las aguas residuales? 19. ¿Por qué los operadores deben prestar una atencón constante a los procesos de limpieza del sistema ultravioleta? 20. ¿Por qué los sistemas ultravioleta requieren extensos sistemas de alarma? 21. ¿De qué factores depende la vida útil de las lámparas ultravioleta? 22. ¿Por qué el ozono se genera in situ? 23. ¿De qué factores depende la eficacia de la ozonización? 24. ¿Cuáles son las pautas clave a seguir para la ozonización? 25. La presencia de compuestos orgánicos en el agua no afecta al proceso de desinfección con cloro. ¿Verdadero o falso? 26. Deben tomarse medidas especiales de seguridad en una planta de desinfección con gas de cloro. ¿Verdadero o falso? 27. Los alimentadores de tabletas y de pastillas por erosión de los sistemas de cloración exigen energía eléctrica. ¿Verdadero o falso? 28. La cloración es una tecnología establecida. ¿Verdadero o falso? 29. Todas las formas de cloro son altamente corrosivas y tóxicas. ¿Verdadero o falso? 30. En la cloración, el nivel de sólidos en suspensión totales aumenta en el efluente tratado. ¿Verdadero o falso? 78

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31. La desinfección ultravioleta es, a nivel ambiental, menos agresiva que el cloro. ¿Verdadero o falso? 32. La concentración de los sólidos en suspensión de un efluente afecta positivamente al proceso de desinfección ultravioleta. ¿Verdadero o falso? 33. El hierro absorbe cantidades significativas de radiación ultravioleta, por lo tanto afecta negativamente al proceso de desinfección ultravioleta. ¿Verdadero o falso? 34. La dosificación de la radiación ultravioleta es irrelevante para tiempo de exposición. ¿Verdadero o falso? 35. Una gran cantidad de microorganismos tienen la capacidad de repararse a sí mismos contra los efectos dañinos causados por la radiación ultravioleta, cuando están expuestos a la luz del sol. ¿Verdadero o falso? 36. La desinfección ultravioleta no tiene ningún efecto residual que pueda ser dañino para los seres humanos o para la vida acuática. ¿Verdadero o falso? 37. El ozono es el desinfectante más fuerte usado en los sistemas de abastecimiento de agua. ¿Verdadero o falso? 38. La ozonización es una tecnología más compleja que el cloro o que la desinfección ultravioleta. ¿Verdadero o falso? 39. El dióxido de cloro (ClO2) es un desinfectante con una capacidad biocida más débil que la del cloro. ¿Verdadero o falso? Respuestas 1. El propósito de la desinfección es destruir los organismos patógenos. Esto es importante para prevenir la extensión de enfermedades que tienen su origen en el agua. 2. El cloro se utiliza para la desinfección porque es relativamente fácil de obtener y barato de fabricar. Incluso en dosificaciones bajas, el cloro es extremadamente eficaz. 3. Puesto que el amoníaco está presente en todas las aguas residuales nacionales, la reacción del amoníaco con el cloro es de gran importancia. Cuando se añade cloro al agua que contiene amoníaco, el amoníaco reacciona con el ácido hipocloroso (HOCL) y forma cloraminas: monocloramina, dicloramina, y tricloramina. La monocloramina y la dicloramina tienen poderes definidos de desinfección y son de interés como residuales del cloro. La dicloroamina tiene un poder más eficaz de la desinfección que la monocloroamina. 4. La demanda de cloro es igual a la dosis de cloro menos el residual de cloro, o sea: Demanda de cloro = dosis de cloro - residual de cloro 5. La última medida de la eficacia de la cloración es el resultado bacteriológico. El cloro residual que da resultados bacteriológicos satisfactorios en una planta particular debe ser detectado y utilizado como control en dicha planta. 6. La alimentación del gas de cloro puede controlarse con un circuito de regulación manual: arranque/parada, dosis, sincronización de programas, proporción de flujo, cloro residual, y compuestos. 79

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7. El gas de cloro es extremadamente tóxico y corrosivo en atmósferas húmedas. 8. Mientras se esté reparando un escape de cloro, se recomienda usar aparatos respiratorios autónomos o con sistema de suministro de aire. Los equipos respiratorios autónomos y los equipos respiratorios asistidos deben ajustarse y ser usados correctamente. Los sistemas de presión-demanda y los rebreather podrían resultar más seguros. Los respiradores de presión-demanda usan más aire procedente de la botella de oxígeno, lo que reduce el tiempo que una persona pueda trabar en un escape. Existen ciertas limitaciones físicas a la hora de usar protección respiratoria. Infórmese de los requisitos contactando con la agencia reguladora de la seguridad local. 9. Debido a lo peligroso que es manejar clorito de sodio, el dióxido de clorito no ha sido muy utilizado para tratar aguas residuales. 10. Los cloradores deben estar en un cuarto separado porque los escapes de gas de cloro pueden dañar el equipo y además, son peligrosos para el personal. 11. Es importante mantener una ventilación adecuada en el cuarto del clorador para eliminar cualquier fuga de gas de cloro. 12. La desinfección por cloración debe ser continua para la protección de los usuarios consumidores del agua. 13. El mejor material para las tuberías que transportan el gas de cloro o el cloro líquido es el acero sin alear. 14. Los efluentes de algunas plantas de tratamiento eliminan el cloro para proteger a los peces y otros organismos acuáticos de los residuales tóxicos del cloro. 15. Cuando la radiación ultravioleta es absorbida por las células de los microorganismos, el material genético queda dañado de tal manera que los organismos ya no son capaces de crecer o de reproducirse, por lo que son inmediatamente eliminados. 16. El número de bancos ultravioleta por canal es determinado por la dosificación ultravioleta necesaria para alcanzar la calidad del efluente meta. 17. La luz de una lámpara ultravioleta puede causar quemaduras serias a los ojos y a la piel de los operadores. 18. La intensidad de la luz ultravioleta que alcanza a los organismos patógenos presentes en las aguas residuales se ve afectada por la condición de las lámparas ultravioleta y por la calidad de las aguas residuales. 19. Los operadores deben prestar una atención constante a los procesos de limpieza del sistema ultravioleta para asegurar un funcionamiento adecuado de la acción limpiadora de los bancos y del proceso de limpieza. 20. Los sistemas ultravioleta requieren extensos sistemas de alarma para asegurar un desinfección continua y completa del agua tratada. 21. La vida útil de las lámparas ultravioleta depende de: a. El nivel de sólidos suspendidos en el agua que va a ser desinfectada y del nivel de coliformes fecales que se deberá alcanzar. b. La frecuencia de encendido/apagado de los ciclos. c. La temperatura de funcionamiento de los electrodos de la lámpara. 22. El ozono se genera in situ porque es inestable y porque se descompone en oxígeno elemental al poco tiempo de generarse. 80

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23. La eficacia de la ozonizaci贸n depende de la susceptibilidad de los organismos objetivo, del tiempo de contacto, y de la concentraci贸n del ozono. 24. Las pautas clave a seguir para la ozonizaci贸n son la dosis, la mezcla y el tiempo de contacto. 25. Falso. 26. Verdadero. 27. Falso. 28. Verdadero. 29. Verdadero. 30. Verdadero. 31. Verdadero. 32. Falso. 33. Verdadero. 34. Falso. 35. Verdadero. 36. Verdadero. 37. Verdadero. 38. Verdadero. 39. Falso.

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