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''Año de la universalización de la salud" UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA. E.A.P. DE INGENIERÍA CIVIL – FILIAL ICA

AGUA TRATADA POR PURIFICACIÓN POR OZONO

CATEDRÁTICO

: ING. CESAR ANTONIO UGAZ LA ROSA

CÁTEDRA

: Abastecimiento de Agua

ESTUDIANTES

: RAMOS CABRERA, Sebastian Enrique

Filial

: Ica

Código de alumno: 2017112817 CICLO

: VII

Ica – PERÚ 2020

TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE POR OZONO ¿Qué es el Tratamiento de Agua Potable? El abastecimiento de agua para uso y consumo humano con calidad adecuada es fundamental para prevenir y evitar la transmisión de enfermedades gastrointestinales y otras, para lo cual se requiere establecer límites permisibles en cuanto a sus características microbiológicas, físicas, organolépticas, químicas y radiactivas. Con el fin de asegurar y preservar la calidad del agua en los sistemas, hasta la entrega al consumidor, se debe someter a tratamientos de potabilización a efecto de hacerla apta para uso y consumo humano.

MARCO LEGAL QUE APRUEBA REGLAMENTO DE LA CALIDAD DEL AGUA PARA CONSUMO HUMANO Según el Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano, aprobado mediante D. S. N°031-2010-SA del Ministerio de Salud DE FECHA 24 de septiembre del 2010. Transcribiré parte del reglamento antes mencionado (TITULO IX y Anexos I, II y III): TÍTULO IX REQUISITOS DE CALIDAD DEL AGUA PARA CONSUMO HUMANO CON DECRETO SUPREMO N°031-2010-SA – MINISTERIOS DE SALUD Artículo 59°.- Agua apta para el consumo humano Es toda agua inocua para la salud que cumple los requisitos de calidad establecidos en el presente Reglamento. Artículo 60°.- Parámetros microbiológicos y otros organismos Toda agua destinada para el consumo humano, como se indica en el Anexo I, debe estar exenta de: 1. Bacterias coliformes totales, termotolerantes y Escherichia coli, 2. Virus; 3. Huevos y larvas de helmintos, quistes y ooquistes de protozoarios patógenos; 4. Organismos de vida libre, como algas, protozoarios, copépedos, rotíferos y nemátodos en todos sus estadios evolutivos; y 5. Para el caso de Bacterias Heterotróficas menos de 500 UFC/ml a 35°C. Artículo 61°.- Parámetros de calidad organoléptica El noventa por ciento (90%) de las muestras tomadas en la red de distribución en cada monitoreo establecido en el Plan de Control, correspondientes a los parámetros químicos que afectan la calidad estética y organoléptica del agua para consumo humano, no deben exceder las concentraciones o valores señalados en el Anexo II del presente Reglamento. Del diez por ciento (10%) restante, el proveedor evaluará las causas que originaron el incumplimiento y tomará medidas para cumplir con los valores establecidos en el presente Reglamento. Artículo 62°.- Parámetros inorgánicos y orgánicos Toda agua destinada para el consumo humano, no deberá exceder los límites máximos permisibles para los parámetros inorgánicos y orgánicos señalados en la Anexo III del presente Reglamento.

Artículo 63°.- Parámetros de control obligatorio (PCO) Son parámetros de control obligatorio para todos los proveedores de agua, los siguientes: 1. Coliformes totales; 2. Coliformes termotolerantes; 3. Color; 4. Turbiedad; 5. Residual de desinfectante; y 6. pH. En caso de resultar positiva la prueba de coliformes termotolerantes, el proveedor debe realizar el análisis de bacterias Escherichia coli, como prueba confirmativa de la contaminación fecal.

TRATAMIENTO DE AGUA POR OZONO DESCRIPCIÓN Y FUNCIONANMIENTO TRATAMIENTO DE AGUA

DE

LA

OZONIZACIÓN

EN

EL

La ozonización es ampliamente utilizada en el tratamiento de las aguas, tanto potables como residuales. Permite la eliminación de compuestos tanto orgánicos como inorgánicos, reduciéndose el TOC, olor, color, sabor y turbidez de las aguas, así como compuestos refractarios (sustancias tóxicas y compuestos farmacéuticos). Aunque es necesaria su generación “in situ” (mediante “descargas eléctricas silenciosas”) y su coste inicial es alto, es un potente desinfectante debido a su alta reactividad y poder de reducción. La ozonización se incluye dentro de los Procesos de Oxidación Avanzada (AOPs), que se definen como “procesos de oxidación que implican la generación de radicales hidroxilo en cantidad suficiente para interaccionar con los compuestos orgánicos del medio”. La molécula de ozono es una forma alotrópica triatómica del oxígeno termodinámicamente inestable, descomponiéndose espontáneamente a oxígeno. Es un oxidante fuerte, segundo después de los radicales hidroxilo libres, capaz de participar en numerosas reacciones químicas con sustancias inorgánicas y orgánicas. Las reacciones con ozono se pueden producir por dos mecanismos: las reacciones directas son reacciones son muy selectivas, atacando a dobles enlaces y algunos grupos funcionales; y las reacciones indirectas son consecuencia de la acción de los radicales hidroxilos resultantes de la descomposición del ozono en el agua. El método más ampliamente utilizado para la generación de ozono para el tratamiento de aguas son las descargas en corona, o también conocido como “descargas eléctricas silenciosas” (Figura). Consiste en pasar oxígeno en forma gaseosa a través de dos electrodos separados por un dieléctrico y un hueco de descargas. Se aplica un voltaje a los electrodos, causando que un electrón fluya a través del hueco de descargas. Esos electrones suministran la energía para disociar las moléculas de oxígeno, produciéndose así la formación de ozono. USOS DEL OZONO EN EL TRATAMIENTO DE AGUA HISTORIA DEL USO DEL OZONO EN DESINFECCIÓN DE AGUA Tras el descubrimiento de la capacidad del ozono como desinfectante en 1886, la empresa alemana Siemens & Halske fue contactada por oficiales prusianos quienes estaban interesados en probar el ozono en aplicaciones de desinfección de agua. En respuesta a esta petición fue construida una planta piloto en Martinikenfelde, Alemania. En la planta piloto se demostraron que el ozono era efectivo contra las bacterias. Años más tarde, en 1893, fue instalada la primera planta de tratamiento de agua potable a gran escala en Oudshoorn, Holanda. Por su parte, el químico francés Marius Paul Otto, quien realizó sus estudios doctorales sobre el tema de ozono, funda la primera compañía especializada en construir e instalar equipos de ozonificación en 1897. Esta notoria tendencia hacia la aplicación del ozono en plantas potabilizadoras se redujo considerablemente en los primeros años del siglo XX, en parte, por las investigaciones sobre gases

venenosos realizadas durante la primera guerra mundial. Esta situación estimuló el uso de cloro en aplicaciones de desinfección de agua y frenó severamente el desarrollo de la tecnología del ozono. No fue sino hasta después de la segunda guerra mundial que el interés por el uso del ozono en aplicaciones de desinfección de agua volvió a niveles iniciales. A pesar de que la cloración ha sido el método predominante de desinfección en plantas potabilizadoras alrededor del mundo, la ozonización ha sido ampliamente usada en Francia, Alemania y Canadá (Töpfer, 2016). CARACTERÍSTICAS FÍSICO QUÍMICAS DEL OZONO El uso de ozono como desinfectante en el tratamiento de agua requiere un entendimiento de sus características físicas y químicas, ya que un complejo número de factores afectan su 10 solubilidad, reactividad y su estabilidad. La molécula de ozono está formada por tres átomos de oxígeno. La razón de sus particularidades radica en el hecho, de que las fuerzas de atracción entre átomos (enlace covalente) son muy pequeñas, lo cual hace a la molécula de ozono muy inestable. Dicha inestabilidad aumenta con el incremento de la temperatura y presión, llegando a su inestabilidad total por encima de los 200 ºC. Esta es la razón por la cual el ozono no puede ser almacenado y debe ser generado en el lugar de su aplicación. Por otro lado, su inestabilidad da al ozono la característica de ser muy oxidante, ya que fácilmente cede uno de sus átomos a otros compuestos oxidándolos, razón por la cual es empleado como desinfectante y germicida. En el cuadro 2 se presenta la comparación entre las propiedades del ozono y las del oxígeno molecular (Laphan, 2011).

En el cuadro 3 se presenta el tiempo de vida media del ozono en fase gas y residual en el agua debido al efecto de la temperatura. Estos datos fueron obtenidos sin considerar efectos de agentes catalizadores.

PROPIEDADES DEL OZONO Según menciona la propiedad más importante del ozono y por la que más aplicaciones se le atribuyen son sus propiedades oxidantes, puede ser considerado como uno de los agentes microbicidas más rápido y eficaz que se conoce. Su acción posee un amplio espectro que engloba la eliminación de microorganismos (Hidretec, 2015). El ozono es una forma alotrópica del oxígeno, conformada por tres átomos de oxígeno (O3), se encuentra en forma diluida con el aire u oxígeno. Otras propiedades es su solubilidad en agua, pero debido a su baja presión parcial dificulta obtener una concentración mayor por miligramos en condiciones normales de temperatura y presión. La reacción del ozono en el agua, se realiza bajo dos mecanismos: primero en forma directa debido a su triple valencia, es capaz de oxidar muchos compuestos orgánicos e inorgánicos en forma lenta; el segundo, en forma rápida, por la formación de ion hidroxilo, agente oxidante de mayor poder que el mismo ozono (Zamora, 2011). 12 el ozono, por ser un gas inestable que se descompone rápidamente, debe de ser fabricado en el punto de uso. Su olor es característico y fácilmente detectable a concentraciones superiores a 0.02 ppm de ozono en el aire. Tiene un poder fuertemente oxidante y es un gran agente desinfectante, ya que inactiva las células de las bacterias y virus oxidando sus cadenas de DNA y RNA. Por su poder oxidante es ampliamente utilizado en sistemas de tratamiento de agua. Es soluble en agua, 10 a 20 veces más soluble que el oxígeno a 20 ºC, su solubilidad decrementa con el incremento de la temperatura. El ozono en dosis adecuadas, tiene una acción oxidante, bactericida, germicida, y fungicida (Laphan, 2011).

GENERACIÓN DE OZONO El ozono se forma cuando se aplica la energía suficiente a la molécula de oxígeno para disociarla y formar radicales libres de oxígeno; de esta forma se cumple la condición para formar una reacción entre una molécula y un átomo de oxígeno y obtener la molécula de ozono. En la siguiente figura se muestra el proceso de formación de la molécula de ozono

La formación del ozono se describe como una reacción endotérmica, la cual se expresa como:

Las formas o métodos más utilizados para generar ozono son: descargas eléctricas, radiación ultra violeta y electrólisis. De estos tres métodos el más destacado, por el desempeño de su eficacia e implementación, es el método de la descarga corona. Molécula de oxígeno Átomo de oxígeno Molécula de oxígeno Átomo de oxígeno Molécula de ozono Energía EFECTO CORONA El efecto corona se debe a la acumulación de cargas eléctricas en los conductores, si esta acumulación de cargas eléctricas llega a la saturación, el aire circulante se vuelve ligeramente conductor y las cargas eléctricas escapan produciendo un sonido característico y emitiendo luz. Para que el efecto corona sea posible con el aire seco al nivel del mar, se necesita un potencial de 3000000 de voltios por metro (CDTI, 2016)

Las lámparas para efecto corona son elementos que permiten una concentración de altos voltajes en su interior, facilitando las descargas eléctricas hacia una malla metálica conectada a tierra, la cual cubre el cuerpo de la lámpara. Estas descargas de alto voltaje destruyen las moléculas de oxígeno y producen ozono. ACCIÓN MICROBICIDA DEL OZONO En el tratamiento de agua, el ozono actúa como el agente oxidante natural más rápido y efectivo que existe. Es un poderoso bactericida, virulicida y fungicida. El ozono destruye los microorganismos rompiendo por oxidación su capa protectora (lípidos). El ozono es 12 veces más soluble en el agua que el oxígeno. Los productos químicos actúan por envenenamiento enzimático de los centros vitales, por lo que el ozono resulta ser miles de veces más rápido que los mencionados agentes químicos. Se considera el tratamiento más usado ampliamente en el en la desinfección del agua para consumo humano (Laing et al., 2010). a. Efecto bactericida La inactivación de bacterias con ozono es considerada como una reacción de oxidación. La membrana de la bacteria es el primer lugar de ataque de ozono, las vías de acceso pueden ser dos, por el camino de las glicoproteínas o glicolípidos, o a través de los aminoácidos. El ozono también rompe la actividad enzimática de la bacteria al actuar sobre los grupos de sulfhídrilos en ciertas enzimas. En este momento la bacteria pierde su capacidad de degradar azúcares y producir gases. El deshidrogenado de fosfato-6 de glucosa es afectado del mismo modo que el sistema enzimático. La muerte de la bacteria puede ser debido a los cambios en la permeabilidad celular, posiblemente seguido de una lisis celular. b. Efectos sobre virus Los virus son microorganismos acelulares, compuestos solamente de ácido nucleico y una proteína que lo encierra llamada cápside. Los virus son organismos parásitos que solo pueden reproducirse dentro de una célula huésped. El primer objetivo del ataque del ozono sobre el virus es la ruptura del cápside. Si las concentraciones de ozono son altas el cápside será destruido totalmente. De esta forma el ácido nucleico es liberado dejándolo desprotegido del ozono, quien lo acabará de eliminar. c. Efectos sobre otros organismos Existen reportes de que el ozono tiene capacidad de inactivar a las esporas bajo condiciones de esterilización clínica. Sin embargo, no se reporta exactamente el mecanismo de actuación sobre ellas. EQUIPOS PARA SISTEMA DE OZONIZACIÓN Un sistema de ozonización del agua comprende fundamentalmente tres instalaciones o equipos : Generación de ozono (ozonizador), contacto del ozono con el agua (contactor) que suele realizarse bien por difusores de burbuja o mediante inyectores del tipo Venturi y el destructor del ozono residual liberado o desprendido de las cámaras de mezcla que se suele realizar por destrucción térmica o bien por destrucción catalítica con catalizadores de paladio, oxido de niquel o manganeso.

 

        CÁMARA DE CONTACTO CON DEFLECTORES

DIFUSOR DE TURBINA

 OZONIZADORES En la producción industrial de ozono puede partirse de aire u oxigeno puro. Cuando se utiliza aire, la concentración de ozono a la salida del ozonizador varía entre el 1 y el 4 por ciento y si se emplea oxigeno puro, la concentración suele oscilar entre el 4 y el 12 por ciento en peso. En cualquier caso, el ozono en su empleo industrial, ya sea  partiendo del aire o del oxigeno puro, se obtiene por descarga eléctrica alterna de alta tensión y/o frecuencia, para evitar la formación de un arco eléctrico (descarga eléctrica silenciosa), entre dos electrodos separados  por un medio dieléctrico, generalmente vidrio. En los ozonizadores industriales, los dos electrodos son tubos concéntricos, el exterior de acero inoxidable y el interior  un tubo de vidrio, que consta de una fina capa metálica depositada en la cara interna.   

                  

           

ALGUNAS VENTAJAS DE USAR OZONO PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS 1) Efectividad frente a un amplio rango de microorganismos Se puede decir que el ozono actúa indiscriminadamente, ya que no se han determinado límites en el número o especies de microorganismos que puede eliminar: bacterias, virus, protozoos, nemátodos, hongos, agregados celulares, esporas, cistos… Esta universalidad se explica por la forma de acción del gas: al contrario que los halógenos utilizados comúnmente, el ozono no presenta efecto inhibidor reversible en los enzimas intracelulares o, lo que es lo mismo, los microorganismos no desarrollan resistencia frente a él. 2) Acción efectiva rápida a bajas concentraciones para un rango amplio de pH El ozono necesita menor concentración y tiempo de contacto que otros biocidas para lograr el mismo grado de desinfección que estos; ello se explica por su alto poder oxidante, así como por su mecanismo de acción. Por otra parte, y a diferencia de otros desinfectantes, su acción es

independiente del pH del agua (a niveles de pH entre 6 y 9), ya que en condiciones ácidas predomina la oxidación directa por el ozono molecular, mientras que en condiciones básicas el ozono da lugar a la generación de radicales libres de hidroxilo, altamente reactivos y aún más potentes como oxidantes que la propia molécula de ozono. 3) Baja persistencia El ozono no es vertido al medio, sino que se mezcla con el agua a medida que se produce, de manera que todo el ozono generado pasa a estar disuelto. Su vida media es muy corta, por lo que no deja residuales. 4) Facilidad y seguridad de manejo y aplicación. El ozono es un agente irritante en su forma gaseosa y está clasificado como nocivo. Sin embargo, en las condiciones de aplicación propuestas, éste no presenta peligrosidad alguna, ya que se utiliza disuelto en el agua, y el agua ozonizada no presenta toxicidad por contacto. Por otra parte, al generarse in situ, se hace innecesaria su manipulación, almacenamiento o transporte, lo que redunda en una disminución muy significativa de los riesgos derivados de estas actividades (irritaciones y corrosiones, accidentes graves por vertidos de sustancias peligrosas). 5) Bajo coste El tratamiento con ozono conlleva las ventajas económicas que suponen la reducción de costes por accidentes laborales debido a su baja peligrosidad, el ahorro de agua que representa el permitir ciclos de concentración mayores por su rápida descomposición y la reducción de costes de mantenimiento de las instalaciones al resultar el ozono sumamente efectivo en la eliminación del biofilm y en la prevención de incrustaciones. La ozonización se puede efectuar de forma no catalítica o catalítica. En el primer caso, la ozonización de realiza en medio alcalino para aumentar la velocidad de descomposición del ozono, incrementando así la velocidad de generación de radicales hidroxilo. La generación de radicales hidroxilo puede ser aumentada con la adición de peróxido de hidrógeno (H2O2), ampliando la concentración de los mismos en el agua. En el segundo caso, la actividad catalítica está directamente relacionada con la capacidad de descomposición de ozono disuelto y la consiguiente generación de radicales hidroxilo, aunque el mecanismo implicado en la ozonización catalítica es aún motivo de discusión. Los principales catalizadores que se utilizan en ozonización son los óxidos de metales de transición (manganeso, titanio, aluminio), metales u óxidos soportados (cobre u óxido de titanio sobre alúmina), carbón activo (GAC) y sistemas mesoporosos, como los silicatos MCM o SBA. El tratamiento de aguas mediante ozonización presenta una serie de ventajas y desventajas que se resumen en la siguiente tabla:

VENTAJAS de producción de ozono desde aire u oxígeno por descargas eléctricas.

       El

            Facilidad

de reacción con compuestos orgánicos e inorgánicos debido a su alta reactividad y potencial de reducción.

       El

            El

       El

            Facilidad

ozono reduce el TOC, color, olor y turbidez del agua tratada.             El

DESVENTAJAS ozono es altamente corrosivo y

tóxico. coste inicial del equipamiento es alto, y los generadores requieren mucha energía. ozono debe ser generado “in situ” por problemas en el almacenamiento y transporte.

ozono oxida hierro, manganeso y

sulfuros.

       La

uno de los desinfectantes químicos más eficientes, ya que requiere un tiempo de contacto pequeño.

vida media del ozono en el sistema de distribución es de 25 minutos a temperatura ambiente, con lo que la ozonización no asegura la limpieza del agua potable, siendo necesario añadir cloro.

            En

       Se

            El

DBPs.

forman DBPs en presencia de bromo, aldehídos, cetonas, etc.

            Ozono

       Son

ausencia de bromo, no se forman

es más efectivo que cloro, cloroaminas y dióxido de cloro para la inactivación de virus, Cryptosporidium y Giardia.

necesarios filtros activados para la eliminación de carbono orgánico biodegradable.

APLICACIÓN DE LA OZONIZACIÓN Las principales aplicaciones de la ozonización en el campo del tratamiento de aguas:    En el caso de las aguas potables, el ozono es típicamente empleado en una pre-desinfección para el control de algas e inactivación de bacterias y virus, y como pre- oxidación y/o oxidación intermedia de la materia orgánica e inorgánica para eliminación de compuestos  que proporcionan sabor, olor y color al agua. Además, es utilizado para la eliminación de la turbidez, iones metálicos y reduce los niveles de trihalometanos (THM) y precursores orgánicos relacionados.  En el tratamiento de las aguas residuales, el ozono se emplea en la desinfección (reutilización), oxidación de compuestos inorgánicos (eliminación de sustancias tóxicas como el cianuro), oxidación de compuestos orgánicos (oxidación parcial del TOC y sustancias tóxicas) y la eliminación de partículas.  

 Actualmente, la ozonización también es empleada para la eliminación de contaminantes emergentes (compuestos farmacéuticos, POPs, PTBs, PPCPs…).

Bibliografia      

http://bvs.minsa.gob.pe/local/MINSA/1590.pdf http://repositorio.lamolina.edu.pe/bitstream/handle/UNALM/3229/P10-C334-T.pdf? sequence=4&isAllowed=y https://www.cosemarozono.com/soluciones/tratamiento-aguas/ https://www.iagua.es/blogs/fernando-sanchez/purificador-agua-base-ozono-es-estafa https://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/2008/01/16/82477 http://www.elaguapotable.com/ozonizacion.htm