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LA DESINFECCIÓN EN LA REGENERACIÓN DE EFLUENTES DEPURADOS.

Manuel Abellán Soler Ingeniero Agrónomo Responsable de Explotación Zona I Entidad de Saneamiento y Depuración de la Región de Murcia

ESAMUR

1. INTRODUCCIÓN. 1.1.Definición de desinfección en aguas residuales. 1.2.La desinfección según el RD 1620/2007, de 7 de diciembre, sobre reutilización de aguas residuales. 1.3.Métodos de desinfección más comunes en aguas residuales depuradas. 1.4.Factores que influyen en la desinfección. 1.5.Aspectos previos. 2. DESINFECCIÓN MEDIANTE COMPUESTOS DE CLORO. 3. DESINFECCIÓN MEDIANTE LUZ ULTRAVIOLETA. 4. DESINFECCIÓN MEDIANTE LAGUNAS. 5. OTRAS TECNOLOGÍAS DE DESINFECIÓN. 5.1. Ozono. 5.2. Electro – oxidación. 5.3. Fotocatálisis. 6. MEDICIÓN EN CONTINUO DE MICROBIOLOGÍA. 7. CONCLUSIONES. 8. BIBLIOGRAFÍA.

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1. INTRODUCCIÓN El agua, además de ser una sustancia imprescindible para la vida, por sus múltiples propiedades, es ampliamente utilizada en actividades diarias tales como agricultura, ganadería, industria y su uso doméstico, entre otras, convirtiéndose en uno de los recursos más apreciados en el planeta. De ahí la importancia de conservar y mantener la calidad de las fuentes naturales, de manera que se garantice su sostenibilidad y aprovechamiento para futuras generaciones. El impacto de las aguas residuales no tratadas en las fuentes de agua de uso común, se han manifestado con la presencia de diversas problemáticas de salud, seguridad y de impactos ambientales. Los problemas de salud para la población se evidencian con la presencia en los cursos de agua de microorganismos causantes de enfermedades. Los principales organismos potencialmente problemáticos en el agua residual doméstica y que pueden afectar a la salud humana y animal se pueden clasificar en tres grandes grupos: bacterias, virus y parásitos (protozoos y helmintos). En la tabla 1 resume los microorganismos más comunes que se encuentran en el agua residual doméstica y los tipos de enfermedades humanas asociadas con los mismos.

Grupo

Bacterias

Virus

Protozoos

Helmintos

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Organismo Patógeno

Enfermedad Causada

Escherichia coli Leptospira spp. Salmonela (unas 1700 esp.) Salmonela typhi Shigella (4 ssp) Vibrio cholerae Enterovirus (72 tipos, por ejemplo, polio, echo, coxsachie) Hepatitis A Adenovirus (31 tipos) Parvovirus (2 tipos) Rotavirus Balantidium coli Cryptosporidium parvum Entamoeba histolytica Giardia lamblia Ascaris lumbricoides Ancylostoma duodenale Necator americanus Taenia spp Trichuris trichiura Enterobius vermicularis Dipylidium caninum

Gastroenteritis Leptospirosis Salmonelosis Fiebre tifoidea Shigelosis (disentería bacilar) Colera Gastroenteritis, anomalías cardiacas y meningitis Hepatitis de tipo infeccioso Enfermedades respiratorias Gastroenteritis Gastroenteritis Balantidiasis (disentería) Cryptosporidiasis Amebiasis (disentería amébica) Giardiasis Ascariasis Anquilostomiasis Necatoriasis Teniasis Tricuriasis Enterobiasis Dipilidiasis

Hymenolepis nana Hymenolepis diminuta Diphyllobothrium latum Fasciola hepática Paragonimus spp Dicrocoelium dentriticum Schistosoma haematobium Schistosoma intercalatum Schstosoma mansoni Opisthorchis spp. Clonorchis sinensis Capillaria spp. Enterobius vermicularis Toxocara canis / T. cati

Himenolepiasis Himenolepiasis Difilobotriasis Fascioliasis Paragonimiasis Hepatomegalia o cirrosis Esquistosomiasis Esquistosomiasis Esquistosomiasis Opistorquiasis Clonorquiasis Capilariasis Entorobiasis Toxocariasis

Tabla 1. Principales agentes infecciosos presentes en aguas residuales domésticas y las enfermedades asociadas. Fuente: EPA, M. Salgot, C. Lardin, S. Pacheco.

Como respuesta a estas preocupaciones, la desinfección se ha convertido en uno de los mecanismos principales para la desactivación o destrucción de los organismos patógenos. Para que cualquier agente desinfectante sea eficaz, el agua residual debe ser tratada adecuadamente, antes de realizarse las actividades de desinfección. En este tema se relacionan y describen los principales sistemas utilizados para la desinfección de aguas residuales en las EDAR y/o ERAR, para su posterior reutilización, con un enfoque práctico.

1.1. Definición de desinfección en aguas residuales. La desinfección, a grandes rasgos, consiste en la eliminación o destrucción de microorganismos que causan enfermedades. En este proceso, no todos los microorganismos son eliminados, punto en el que radica su diferencia con la esterilización. No debe perderse de vista que el objetivo no es obtener un agua estéril, sino agua que esté libre de patógenos, o en su caso por debajo de los límites fijados en el RD 1620/2007 de 7 de diciembre, sobre reutilización de aguas residuales, según sea el uso posterior del agua regenerada. En la siguiente tabla se muestra la concentración promedio de los indicadores de contaminación fecal presentes en el agua residual: Parámetro UFC/100 (log)

Coliformes fecales 6,99

E.coli

Estreptococos

7,27

6,07

Clostridium perfringens 5,44

Fagos somáticos 6,35

Fagos F+ 5,58

Giardia spp. 3,03

Tabla 2.Concentración promedio de los indicadores de contaminación fecal en aguas residuales. INCO 2001

Los valores mostrados en esta tabla, son típicos de núcleos de población residenciales donde las aguas residuales son generadas por una actividad humana asimilable a doméstica. Es muy importante indicar, que estos valores pueden variar por muchos factores en el origen de las aguas residuales, por ejemplo, aguas industriales, actividad ganadera, achiques de aguas del subsuelo, pluviometría, etc.

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Antes de llegar al tratamiento de desinfección, el agua residual debe ser depurada eliminando la mayor cantidad de contaminación, con el objetivo de evitar impactos medioambientales negativos, y cumpliendo la legislación sobre vertido y tratamiento de aguas residuales. Los diferentes sistemas de depuración son capaces de reducir la presencia de estos microorganismos, antes de llegar a la etapa de desinfección, aunque de forma limitada y mínima. Los sistemas de tratamiento de aguas residuales tienen como base procesos físicos, químicos y biológicos que reproducen en corto tiempo, y en un espacio reducido, las etapas que ocurren en los procesos naturales de autodepuración de los sistemas acuáticos. Los diferentes tipos de tratamiento, previos a la desinfección, tienen una estimación de reducción con gran variación de tipos y concentraciones de organismos patógenos tal y como se muestra en la siguiente tabla:

Eliminación (log) Tipo de proceso Sedimentación primaria Tratamiento primario físico-químico Fangos activos Biofiltración Lagunas aireadas

Bacterias 0-1 1-2 0-2 0-2 1-2

Huevos helmintos 0-2 1-3 0-2 0-2 1-3

Virus

Quistes

0-1 0-1 0-1 0-1 1-2

0-1 0-1 0-1 0-1 0-1

Tabla 3.Eliminación esperada de microorganismos mediante varios sistemas de tratamiento de aguas residuales municipales. EPA, 1992

El tratamiento primario tiene sólo un efecto limitado en la eliminación de microorganismos. Sólo los organismos de mayor peso y tamaño, tales como los huevos de helmintos y los quistes de los protozoos decantarán durante el tratamiento primario, así como los microorganismos asociados a partículas sólidas sedimentables. Los procesos de tratamiento tales como filtros percoladores, fangos activados y lagunaje, reducen la concentración de microorganismos presentes en el agua pero no llegan a una eliminación completa, esta reducción se basa en mecanismos de adsorción y predación. De la tabla anterior se deduce que la eliminación de patógenos es muy baja en los tratamientos previos a la desinfección. Los desinfectantes más corrientes usados para regenerar aguas residuales son el cloro y luz UV, de estos el más representativo es el cloro dado la amplia difusión de su uso, la luz UV también está ampliamente extendida su instalación, sobre todo en EDAR de reciente construcción, pero tiene una serie de limitaciones, fundamentalmente que no mantiene efecto residual y su coste es mayor. La localización de la acción de los desinfectantes en las células se realiza por tres vías: en la membrana citoplasmática, sobre las enzimas que intervienen en las cadenas respiratorias y en la síntesis de proteínas, y sobre los ácidos nucleicos (ADN y ARN).

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1.2. La desinfección según el RD 1620/2007, de 7 de diciembre, sobre reutilización de aguas residuales. En el mundo de la depuración y el saneamiento de aguas residuales, estamos acostumbrados a cumplir con límites de vertido impuestos por las diferentes legislaciones o por los distintos organismos de control, normalmente Confederaciones Hidrográficas de las distintas cuencas u organismos de control de costas. De forma general, en las autorizaciones de vertido dadas a las instalaciones de depuración, no recogen el cumplimiento de parámetros microbiológicos, salvo casos particulares que el vertido se realice en zonas concretas que tengan especial protección, como zonas de marisqueo, baño, etc. El tratamiento de desinfección en España, viene íntimamente ligado con el cumplimiento del RD 1620/2007 sobre Reutilización de aguas depuradas, así que, cuando se tiene que desinfectar es porque el agua regenerada va a ser reutilizada en un uso posterior, que queda regulado en este RD, por lo que los sistemas de desinfección pueden diseñarse según el uso posterior de esta agua regenerada. En este Real Decreto se entiende por reutilización de las aguas, “la posible aplicación, antes de su devolución al dominio público hidráulico, al marítimo terrestre así como a azarbes y elementos de desagüe, para un nuevo uso privativo de las aguas que, habiendo sido utilizadas por quién las derivó, se han sometido a un proceso o procesos de depuración establecidos en la correspondiente autorización de vertido y a los necesarios para alcanzar la calidad requerida en función de los usos a que se van a destinar, marcando en algunos de ellos límites para patógenos tales como nemátodos intestinales y Escherichia coli.” La reutilización de aguas procedentes de aguas residuales regeneradas requerirá de concesión administrativa. En las siguientes tablas se ven los usos y valores máximos admisibles que contempla este RD. 1. URBANO 1.1. Usos residenciales: Riego jardines privados; Descarga de aparatos sanitarios 1.2. Servicios urbanos: Riego de zonas verdes; Baldeo de calles; Sistemas contra incendios; Lavado industrial de vehículos

2. AGRÍCOLA

3. INDUSTRIAL

2.1. Contacto directo del agua con partes comestibles

3.1.a, b. Aguas de proceso y limpieza excepto industria alimentaria; Otros usos industriales

2.2. Productos cuyo consumo se realiza después de un tratamiento posterior; Pastos para consumo de animales productores de leche o carne; Acuicultura 2.3. Cultivos leñosos; Flores ornamentales, viveros e invernaderos; Cultivos industriales, viveros, forrajes ensilados, cereales y semillas oleaginosas

3.1.c. Aguas de proceso y limpieza de la industria alimentaria 3.2. Torres de refrigeración y condensadores evaporativos

4. RECREATIVO

5. AMBIENTAL

4.1. Riegos de campos de golf

5.1. Recarga de acuíferos por percolación a través del terreno

4.2. Estanques, caudales circulantes ornamentales a los que está impedido el acceso del público al agua

5.2. Recarga de acuíferos por inyección directa 5.3. Riego de bosques y zonas verdes; Silvicultura 5.4. Otros usos ambientales: mantenimiento de humedales; caudales mínimos y similares.

Tabla 4. Usos recogidos en el RD de Reutilización del 8 de diciembre de 2007.

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Valor máximo admisible Uso URBANO AGRÍCOLA

INDUSTRIAL RECREATIVO

AMBIENTAL

Calidad 1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 3.1.a y b 3.1.c 3.2 4.1 4.2 5.1 5.2 5.3 5.4

Nemátodos intestinales (huevo/10 l) 1 1 1 1 1 No se fija límite 1 1 1 No se fija límite No se fija límite 1 No se fija límite Se estudiará caso por caso

E.coli (UFC/100 ml) 0 200 100 1.000 10.000 10.000 1.000 0 200 10.000 1.000 0 No se fija límite Se estudiará caso por caso

Tabla 5. Exigencias respecto a patógenos recogidas en el RD de Reutilización del 8 de diciembre de 2007.

1.3. Métodos de desinfección más comunes en aguas residuales depuradas. De forma general, los agentes desinfectantes pueden clasificarse en agentes físicos y químicos, con más detalle la clasificación sería: - Físicos: Calor Radiación Filtración Calor Las células vegetativas mueren entre 60-70 ºC, mientras que las esporas requieren 120ºC. A mayor temperatura más rápido mueren los organismos, y cuanto mayor tiempo de contacto mayor número de microorganismos mueren. Por ejemplo, en el agua potable no hay enfermedades que se contagien por bacterias formadoras de esporas, por lo que se considera una buena práctica hervir el agua durante unos minutos como método de potabilización. Radiación Cuanto más intensa sea la radiación, más efectiva será la eliminación de microorganismos. Se pueden utilizar radiaciones ionizantes y no ionizantes. Las primeras (rayos X, rayos g) son letales para los microorganismos, pero resulta difícil trabajar con ellas al ser nocivas y caras. Entre las no ionizantes, se encuentra la luz ultravioleta UV, es

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un agente muy común por su fácil y segura manipulación, tiene su mayor poder de desinfección trabajando sobre los 254 nm. Filtración Se pueden utilizar filtros con tamaños de poro inferior al tamaño de los microorganismos a eliminar, por ejemplo, existen tecnologías de tratamiento de micro y ultrafiltración en depuración, que cada vez son más usados como tratamiento. En la figura pueden apreciarse cual serian, a grandes rasgos, los microorganismos retenidos para las diferentes filtraciones. Coloides

Bacterias

Polen

100 µm

Levadura

Pelo

Globulos rojos

Sales disueltas

Macromoléculas Orgánicas

1

10

Virus

0,1

0,01

Pequeños micro-organismos

0,001

0,0001

Ósmosis inversa Nanofiltración Ultrafiltración

Filtro arena Microfiltración

Diámetro del poro: 0.035 µm

Figura 1. Microorganismos retenidos según diferentes filtraciones.

- Químicos: Oxidantes Iones metálicos Ácidos y álcalis Tensioactivos Alcoholes Aldehídos Fenol y sus compuestos

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Se deben de observar de forma secuencial o simultanea una serie de efectos de estos agentes químicos sobre los microorganismos, del tipo: a) Daño en la pared celular: cuando la pared celular es dañada, el protoplasma soporta menos el ataque del medio, por ejemplo, la lisozima ataca la pared de las bacterias, degradándola, o la penicilina que impide la síntesis de pared celular en las nuevas células en crecimiento. b) Alteración de la permeabilidad de la membrana celular: la membrana celular es selectiva y regula el transporte a través de ella, si se altera la permeabilidad puede haber vaciamiento de la célula. c) Ocupación de centros activos de la membrana celular: puede haber sustratos análogos a los de algunas enzimas, que la enzima confunde y se interrumpe la síntesis. d) Alteración de las características coloidales de la membrana: al producirse la coagulación de las proteínas del protoplasma se consigue la muerte celular. e) Inhibición de actividades enzimáticas: se realiza sobre grupos sulfhidrilo de las enzimas por parte por ejemplo de metales pesados o por oxidación. Oxidantes Debe considerarse el hecho de que la capacidad oxidante no es sinónimo de capacidad desinfectante ya que hay varios mecanismos en juego, más allá que el propio potencial redox de la reacción agente – microorganismo. Los principales agentes oxidantes usados en desinfección: - Halógenos (Cl 2 , I2 ): El cloro es el más extensamente utilizado, su acción es principalmente por oxidación del protoplasma. El Iodo es un agente germicida, usado bajo forma de solución alcohólica o como iodoformo, tiene una buena acción contra las esporas e interacciona con enzimas. - Ozono (O 3 ): su principal propiedad es que es un fuerte oxidante, con un gran poder de desinfección, y además añade una serie de ventajas, suele eliminar el olor y el color del agua, no deja residuos, no altera el pH y compatible con otros tratamientos. - Permanganato de Potasio (KMnO 4 ): fuerte oxidante, con propiedades desinfectantes y desodorantes, pero puede aportar color al agua. - Peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ): fuerte oxidante, puede sustituir al uso del cloro, pero normalmente se usa en combinación con otro agente desinfectante como la luz UV. Iones metálicos (Ag+, Cu2+) Actúan por inhibición de las enzimas uniéndose a grupos sulfhidrilos. Ag+ es un buen bactericida, Cu2+ es un buen alguicida y se usa frecuentemente cuando hay algas en cursos de agua cuyo destino es la potabilización. Ácidos y álcalis Se considera que no hay microorganismo que sobreviva a ph inferiores a 3 ni superiores a 11.

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Tensioactivos Actúan alterando la permeabilidad de la membrana celular, fundamentalmente son efectivos los catiónicos, si bien todo tensioactivo es un buen desinfectante. Alcoholes Actúa coagulando las proteínas. Por ejemplo el alcohol etílico es buen desinfectante pero no es esterilizante. Aldehídos Del tipo de glutaraldehídos y similares, es un potente bactericida, se usa como desinfectante en frio de equipos médicos y científicos. Fenol y sus compuestos Actúa alterando la permeabilidad de la membrana celular y por desnaturalización de las proteínas. Tras repasar los diferentes agentes desinfectantes utilizados en distintas aplicaciones nos centramos en los usados en la desinfección de aguas depuradas. En la siguiente tabla se muestran los rendimientos obtenidos por los sistemas más usados tanto en eliminación de E. coli como en huevos de nematodos: Eliminación Tipo de proceso Físico-químico convencional Físico-químico lastrada Filtración por arenas Filtración por anillas Microfiltración Ultrafiltración Luz UV Hipoclorito sódico Ozono

Huevos de nemátodos (%) 80 85 95 95 100 100 -

E.coli (log) 1-2 ≥2