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USO DE OZONO Y OTROS
PRODUCCTOS
DESINFECCION PARA AGUAS
PARA CONSUMO HUMANO
PROPIEDADES QUÍMICAS
 Derivado alotrópico del O2
 Gas a temperatura ambiente
 Poco soluble
 Incoloro o azulado – corrosivo – tóxico
 Olor picante. Detectado a 0.02 ppm
 Oxidante más poderoso
 Se descompone espontáneamente en agua
PROPIEDADES QUÍMICAS
 El proceso no es bien conocido
 Genera radicales OH• libres más reactivos
que el ozono
 Vida media muy corta
PROPIEDADES QUÍMICAS
USOS PRIMARIOS
DESINFECCION
 Poderoso oxidante
 Menor tiempo de contacto
 Menor concentración
 Solo como primario
Mecanismos de inactivación
BACTERIAS
 Actúa por oxidación
 Ataca la pared celular
 Distorsiona la actividad enzimática
 Rompe ADN
Mecanismos de inactivación
VIRUS
 Destruye proteínas de la cápside
 Disgrega en varias piezas
 Libera e inactiva ARN
PROTOZOOS
 Rompe membranas celulares
 Daña membranas plasmáticas y ribosomas
Parámetros de desinfección
pH
 Independiente
 Altos pH destruyen ozono
Temperatura
 Independiente
 Altas temperaturas bajan solubilidad
Materia suspendida
 No protege microorganismos
 Consume ozono
CT
BACTERIAS
 E. Coli, Pseudomonas, Estafilococos
4 log en 1 min, 0.009 mg/L
 Legionella: 2 log en 5 min, 0.21 mg/L
 Estreptococos: 2xt E. Coli
Reducción de 1 log = 90% de inactivación
Reducción de 2 log = 99% de inactivación
Reducción de 3 log = 99,9% de inactivación
Reducción de 4 log = 99,99% de inactivación
LRV = log10 (C0/Ct)
Valor de reducción logarítmica
CT
VIRUS
CT
PROTOZOOS - Giardia
USOS PRIMARIOS
 Oxidación de Fe y Mn
 Reduce gusto y olor
 Controla precursores de THM’s
– pH < 7.5
– Alcalinidad
 Mejora biodegradación orgánica
 Mejora coagulación y filtración
USOS PRIMARIOS
Puntos de aplicación
En el ingreso a la planta o después del sedimentador
SPD
 Formaldehído – B1
 Acetaldehído
 Glyoxal
 Metil glyoxal
 Ácido oxálico
 Ácido succínico
 Ácido fórmico
 Ácido acético
 Ácido pirúvico
 Carbono orgánico asimilable
Reduce compuestos orgánicos a otros de menor peso molecular
 ozono
SPD
 Bromato – B2
 Bromoformo – B2
 Ácidos acéticos brominados
 Bromopicrinas
 Acetonitrilos brominados – C
 Bromuro de cianógeno (*)
 Bromaninas (*)
(*) en presencia de HN3
En presencia de bromuro
SPD
Principales reacciones
SPD
Formación de bromatos
Control de SPD
Factores primarios
1. Concentración de Br -
 < 80 µg/L no produce bromatos
2. pH
 A > pH favorece control de orgánicos
 A < pH favorece control de bromatos
3. Concentración de COT
Control de SPD
Factores primarios
 La producción de bromatos disminuye con
1. Baja concentración de ozono
2. Baja temperatura
3. Menor tiempo de contacto
4. Alcalinidad
5. Inyectando NH3
 El COA se controla con filtración biológica
GENERACION
 Se produce en el sitio
 O2 + e- = 2 [O] + calor
 2 [O] + 2 O2 = 2 O3
 3 O2 = 2 O3 , con liberación de calor
 Temp. 40 ºC, límite
 Descarga corona – silenciosa
 Aplicación de UV
GENERACION
GENERACION
Componentes básicos del sistema
 Alimentador de gas
 Generador
 Contactor
 Destructor
GENERACION - Esquema
ALIMENTADOR DE GAS
 Produce una corriente con 8 a 14% O3
 Provistos en tubos o cilindros
 Generado in situ
– Proceso criogénico
– Tamiz molecular
 Se necesita equipo: evaporador, filtros,
válvulas reguladoras
SISTEMA CON OXÍGENO
ALIMENTADOR DE GAS
 Produce una corriente con 3 a 5% O3
 Se requiere más equipo
 Limpio y seco
 Punto de rocío < - 60ºC
 Libre de contaminantes: aceite,
hidrocarburos
 Filtrado hasta 1 µm
SISTEMA CON AIRE
ALIMENTADOR DE GAS
 Filtros desecadores: sílica gel o alúmina
 Si el aire está a baja presión, regenerados
por calor
 Si está a alta presión, regenerados por aire
seco
 Compresores: recíprocos, tornillo, lóbulos,
centrífugos, anillo líquido.
SISTEMA CON AIRE
ALIMENTADOR DE GAS
SISTEMA CON AIRE - esquema
GENERADOR
Geometría
 Cilindros concéntricos – tubos generadores
 Verticales - horizontales
 Placas paralelas
Frecuencia
 Baja: 50 – 60 Hz
 Alta: 60 – 1000 Hz
GENERADOR
Voltaje Aplicado
 8.000 a 25.000 V
Consumo de energía
 14 a 18 Wh / g O3
Producción
 50 a 100 g /m2 h
 0.25 a 10 kg / h
 Aumenta con frecuencia
GENERADOR
Frecuencia
 > período de ionización, > O3
 > tiempo en la zona de descarga, destruye
O3
 > frecuencia, < deterioro del dieléctrico
 < rendimiento de potencia en alta frecuencia
GENERADOR
 Pérdida por calor: 85% de la energía
 Exceso de calor destruye ozono
 Voltaje aplicado: f(presión, h)
 Rendimiento
– Aumenta con el voltaje
– Área del electrodo
– El caudal de gas
– La frecuencia
– Con el menor ancho del dieléctrico
GENERADOR
Esquema de electrodo cilíndrico
GENERADOR HORIZONTAL
GENERADOR VERTICAL
DETALLES OPERATIVOS
Tubos de recambio en almacén
Chequear generación diariamente
Circular aire seco antes de arrancar
Circular aire seco luego de paradas
Cambio periódico de secadores
Limpiar tubos si cae generación
Chequear pérdidas
CONTACTOR
DISUELVE EL OZONO EN EL AGUA
 El exceso se ventea
 Transferencia > 80%
TIPOS DE CONTACTORES
 Burbujeadores
 Inyectores
 turbina
CONTACTOR
Esquema de un burbujeador
CONTACTOR
Características
 Alta eficiencia en transferencia – 85 a 95%
 Operación sencilla
 No tiene partes móviles
 2 a 3 cámaras
 Alturas de 5 a 6 m
 Difusores cerámicos o de acero
inoxidable
 Flujo pistón
CONTACTOR
Características
 Se calcula el volumen con dosaje
aplicado, residual y tiempo de contacto.
 Caída de presión: 0.5 psig
 Porosidad: 35 a 45%
 Los burbujeadores se tapan
 Canalización vertical
CONTACTOR
Esquema de un inyector
CONTACTOR
CONTACTOR
Características
 Precisa relación aire-agua
 < 0.5 l/h aire / l/h agua
 Concentración de ozono > 6%
 Flujo pistón
 no tiene partes móviles
 Poca profundidad
 Mayor costo
 Cálculo del volumen ídem anterior
CONTACTOR
Esquema de turbina
CONTACTOR
CONTACTOR
Características
 Transferencia > 90%
 Altura: 1.8 a 4.5 m
 Motor exterior para mantenimiento
 Consume energía
 No se tapa
DESTRUCTOR
 [O3] en la purga es muy alta
 OSHA: 0.1 ppm
 Lo transforma en oxígeno
 Soplador en la descarga para tener un
pequeño vacío en el contactor.
DESTRUCTOR
FORMAS DE DESTRUCCIÓN
1. Calentado a t > 350 ºC
2. Calentado a t > 100 ºC sobre catalizador
3. Pasaje por GAC húmedo
INSTRUMENTACIÓN
PROTECCION PERSONAL Y EQUIPOS
 Detector de ozono en ambiente
 A la salida del generador
 A la salida del contactor
 A la salida del destructor
 Control punto de rocío
 Flujo de refrigeración
 Presión de gas ingreso al generador
Impactos con otros tratamientos
 Genera COA. Si > 100 µg/L, posible
recrecimiento. Se deben remover con filtros
biológicos.
 Reacciona con Cl2, ClO2 y ClNH2
 Forma óxidos insolubles que deben retirarse
 Reduce demanda y permite residuales más
bajos del desinfectante secundario.
FILTROS BIOLÓGICOS
1. Filtros de arena
 Lentos
 Rápidos
2. Filtros de carbón activado
 Mejor superficie para el desarrollo
3. Ventajas
 Efluente biológicamente estable
 Remoción de orgánicos (SPD) y precursores
MATERIALES
 Para ozono seco:
– Acero inoxidable serie 300
– Vidrio, cerámico
– Teflón, Hypalon
– concreto
 Para ozono húmedo (en contactor y
destructor)
– Acero inoxidable 316
SEGURIDAD
 Generadores en locales cerrados
 Separados del resto
 Ventilación adecuada (2 a 3 vol/min en
emergencias)
 Espacio para recambio de tubos
 Separados de los compresores
 Unidades de destrucción al exterior
SEGURIDAD
 Aparatos de respiración autónoma
 Señales de alarma en 2 posiciones
– Cuando alcanza 0.1 ppm
– Cuando alcanza 0.3 ppm
 Regulaciones
– OSHA : 0.1 ppm – 8 hs
– ANSI: 0.1 ppm – 8 hs; 0.3 ppm < 10 min
– ACGIH: 0.1 ppm – 8 hs o 40 semanales; 0.3 ppm < 15 min
METODOS ANALÍTICOS
 EN AGUA: medición de residual
– Colorimétrico DPD
– Titulación DPD – FAS
 EN GAS:
– Absorción UV 253.7 nm
– Iodométrico
– Titulación en fase gaseosa
– Quimiluminiscencia
 Bromato - cromatografía iónica
VENTAJAS
 Más efectivo que otros oxidantes
 Oxida Fe y Mn
 Mejora clarificación y turbiedad
 Controla colores, gustos y olores
 Bajísimo tiempo de contacto
 Independiente del pH
 Se descompone dando O2
 En ausencia de bromuro, no hay SPD
halogenados
DESVENTAJAS
 El costo inicial es alto
 Debe generarse en el lugar
 Requiere energía
 Es tóxico y corrosivo
 No deja residual
 Se descompone rápido con alto pH y
temperatura
 Forma bromatos, SPB brominados,
aldehídos y cetonas
U.V.
QUÍMICA (Fotoquímica)
 Los microorganismos absorben luz
 Se alteran los componentes celulares
 Desinfecta en cualquier grado
 Se absorbe y disipa en el agua sin dejar
residual
 Energía electromagnética 100 – 400 nm
QUÍMICA (Fotoquímica)
 UV vacío: 100 – 200 nm
 UV – C : 200 – 280 nm
 UV – B : 281 – 315 nm
 UV – A : 315 – 400 nm
Lámparas
 Baja presión: 253.7 nm
 Media presión: 180 – 1370 nm
QUÍMICA (Fotoquímica)
Reacciones
 La desinfección sigue una cinética de 1º
orden
 Dosis = Ixt
 I : intensidad en mW/cm2
 t : tiempo de acción en seg
 Análogo al CT
 Los tiempos normales 10 – 20 seg
Reacciones
 Independiente de N inicial
 N = f x D n
 N: coliformes/ 100 mL
 D: dosis = I x t
 f: calidad del agua
 n: relacionado con D, es empírico
Variables de proceso
 Independiente del pH, temperatura,
alcalinidad y COT
 Alta dureza opaca superficies
 Presencia de O3 mejora eficiencia
 Materia suspendida protege patógenos
 Fe, NO2
-, fenoles, sulfuros absorben UV
Variables de proceso
 No cambia componentes del agua
 Absorbancia a 254 nm, 1 cm =
demanda del agua
 Determinar para cada tipo de agua
 Transmitancia
 % T = 100 x 10 -Abs
Variables de proceso
Clasificación de la calidad del agua
En ningún caso la profundidad debe ser > 75 mm
Usos primarios
 Desinfectante primario
 No deja residual
 Luego de la filtración
 No impacta con otros tratamientos
Eficiencia de la desinfección
 Actúa en segundos
 Bueno para bacterias y virus
 Rotura irreparable del ADN
 Daño fotoquímico al ADN y ARN
 Esteriliza al microorganismo
 Producen mutantes
 Algunas bacterias pueden fotorreactivarse
Eficiencia de la desinfección
 Esquema de acción
Factores que afectan la
desinfección
 Films químicos y biológicos
 Orgánicos disueltos: aumenta Abs.
 Inorgánicos disueltos: aumenta Abs.
 Inorgánicos disueltos: incrustaciones
 Color
 Cortocircuitos en el reactor
Factores que afectan la
desinfección
 Agrupamiento de patógenos
 Turbiedad
Eficiencia de la desinfección
 Inactivación de virus y bacterias
 Las dosis son bajas
 Comparable al cloro
 Dosis 2 a 30 mWs/cm2
 Inactivación de protozoos
 Se requieren dosis muy altas
 Dosis 120 a 8000 mWs/cm2
SPD
 No forma SPD
 Puede generar O3 y OH• libres
 Se observaron muy bajos niveles de
formaldehído en aguas superficiales
GENERACIÓN
 Se produce con lámparas similares a
tubos fluorescentes
 Tubo de cuarzo con argón y vapor de
Hg
 La potencia se controla con balastos
 Temperatura óptima: 40 ºC
GENERACIÓN
Lámparas
 Encendido instantáneo
 Vibraciones y golpes
 Diseño estándar
 Baja presión: 253.7 nm
 Media presión: 180 – 1370 nm >
intensidad
GENERACIÓN
Balastos
 Electromagnéticos
 Baja frecuencia
 Electrónicos
 Alta frecuencia
 Mayor vida útil
 < consumo de energía
 < temp de operación
 < producción de calor
GENERACIÓN
Diseño del reactor
 Recipientes cerrados
 Pequeños
 Mínima polución del aire
 < exposición del personal
 Diseño modular
 Instalación simple
GENERACIÓN
GENERACIÓN
GENERACIÓN
GENERACIÓN
 Cámara de cuarzo – fibra óptica
GENERACIÓN
GENERACIÓN
Aspectos de diseño
 Sensores de UV
 Alarmas y sistemas de corte
 Ciclos de limpieza
 Sistemas telemétricos
GENERACIÓN
Aspectos de diseño hidráulico
 Flujo pistón: relación largo/ancho
 Turbulencia: sentido radial
 Volumen efectivo: zonas muertas
 Tiempo de residencia
 Caudal
GENERACIÓN
Diseños emergentes
 Microbarrido UV
 Contienen 2 cámaras con filtros de 2 µm
donde se retienen los quistes y reciben la luz
durante mucho tiempo.
 UV pulsátil
 Sistema de capacitores entregan pulsos a un
flash de xenón, 30 pulsos/seg. Cámaras con 5
cm diámetro. Irradiación de 75 mWs/cm2 a 2
cm.
Condiciones operativas
 Encender antes para calentar lámparas
 Si transmitancia < 75%, no usar UV
 Potencia disminuye con el tiempo
 Usar hasta 70% de capacidad
 Duración 8800 hs – baja presión
 Limpieza de los tubos
 Métodos físicos: ultrasonido, alta presión
 Métodos químicos: lavado ácido
Medición
 Fotodiodos sensores en rango germicida
 Transforman energía en señal
electrónica
 Lugar: cerca de la coraza y en lugares
alejados
 Avisos por baja intensidad y muy baja
intensidad
Ventajas y desventajas
 Sencillo y eficiente
 No usa químicos
 No modifica características del agua
 No genera SPD
 Mayores costos
 Consumo de energía
 Alta transparencia del agua
 No deja residual
MÉTODOS ALTERNATIVOS
Permanganato de potasio
Peroxono
Bromo
Yodo
Plata
Permanganato de potasio
 Química
Sólido violeta
Solubilidad: 6.4 g/ 100 mL
Oxidante fuerte: orgánicos e inorgánicos
Exotérmica
Producto final: MnO2
Velocidad de reacción: f( T, pH, conc)
Permanganato de potasio
 Aplicación
Solución 1 a 4 %
Batch – disolutor
Tolva de alimentación
Bombas dosificadoras
Permanganato de potasio
 Producto
Grado de pureza
 Puro: no higroscópico
 Técnico: higroscópico – forma tortas
 Técnico aditivado: antiaglutinantes
Manejo
 Contacto con ojos, piel, vías respiratorias
 Uso de equipo adecuado
Permanganato de potasio
 Usos primarios
Oxidación de Fe y Mn
 3Fe2+ + KMnO4 + 7H2O = 3Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5H+
 3Mn2+ + 2KMnO4 + 2H2O = 5MnO2 + 2 K+ +4 H+
Control de gusto y olor
Organismos molestos
Oxida compuestos orgánicos
Permanganato de potasio
 Desinfección
 Alto costo
 Oxida material celular – enzimas
 Adhesión en coloides
Bacterias: 2.5 mg /L , 2 hs - 20 mg / L , 24 hs
Virus: 5 mg/L, 33 min - 50 mg /L, 2 hs
Protozoos: no hay información
Permanganato de potasio
 SPD
 No forma SPD
 Remueve precursores
 Sobredosis causa ictericia y baja de presión
sanguínea
Permanganato de potasio
 Puntos de aplicación
 Entrada agua cruda
 Con coagulantes
 Antes de sedimentación y filtros
 No requiere mezcladores
 En cañerías: en el centro.
Permanganato de potasio
 Determinación
 Espectrofotometría de absorción atómica
 Colorimétrico: persulfato
Permanganato de potasio
 Consideraciones de operación
 Control sobredosis
 Reducido y removido
 Cambio de color
 Cañerías hogareñas
 No interfiere con otros tratamientos
Permanganato de potasio
 Ventajas y desventajas
 Oxida Fe y Mn
 Remueve olor y sabor
 Fácil de usar
 Controla formación de THM’s
 Controla organismos molestos
 No impacta en otros tratamientos
 Necesita largo tiempo de contacto
 Puede colorear el agua
 Tóxico e irritante
Peroxono
 Proceso de oxidación avanzado
 Mezcla de O3 + H2O2
 Mejora proceso indirecto
 Forma OH •
 Procesos alternativos
 O3 + U.V.
 O3 + alto pH
 H2O2 + U.V.
Peroxono
Peroxono
QUÍMICA
 O3 y OH• compiten
 Reacción con OH• más rápida y efectiva
 Mejor transferencia de O3 al agua
 Consumen OH•
 Alcalinidad
 Carbonatos
 Sustancias húmicas
Peroxono
Usos primarios
 Eliminar sustancias con sabor y olor
 Geosmina
 2 – metil isoborneol (2 – MIB)
 comp. fenólicos
 Tricloro etileno (TCE)
 Percloro etileno (PCE)
Peroxono
DESINFECCIÓN
 > O3
 H2O2/O3 < 0.2
 Mecanismo similar al ozono
 No deja residual medible. CT
 Se logra residual aumentando O3
 El H2O2 solo no actúa
Peroxono
Aplicación
 H2O2 + O3 : pre oxidación seguido de OH •
 Al mismo tiempo
 O3 + H2O2 : desinfecta y luego oxida
Peroxono
SPD
 Bromatos
 COA
 No forma compuestos halogenados, si no
hay bromuros
 disminuye THM’s en clorinación
Peroxono
Generación
 O3 según métodos estudiados
 H2O2 con bomba dosificadora
 Se provee al 35 , 50 y 75% p/p
Peroxono: comparación con ozono
Peroxono
Manejo
 H2O2 lastima por contacto
 Explota por calor o fuego
 Dentro de contenedores secundarios
 Tanques de polietileno
 Cañerías de Inoxidable 316, polietileno o
teflón
Peroxono
Determinación
 Titulación:
 Iodométrico
 Permanganato
 Colorimetría:
 Oxidación de Titanio (IV)
 Oxidación de Cobalto (II) y bicarbonato
Peroxono
Ventajas y desventajas
 Más rápida y reactiva que el ozono
 Oxida componentes más difíciles de remover
 Oxida compuestos halogenados
 Forma compuestos biodegradables
 Fácil dosificación del peróxido
 Muy peligroso su contacto
 Se deteriora en almacenamiento
 No se puede calcular CT
BROMO
 En CNPT es líquido
 Fácil de manejar
 Solubilidad : 16.8 g /L
 Corrosivo
 Vapores agresivos
 Propiedades alguicidas
 Conc. de uso: > 0.4 mg / L
BROMO
Química
Br2 + H2O = HBrO + Br - + H+
HBrO = BrO - + H+
BROMO
Acción desinfectante
 Se mantiene a pH elevados
 Menos activo que el cloro
 Penetra membranas celulares
 Inactiva enzimas
 Detiene el metabolismo
 Muerte del microorganismo
BROMO
SPD
 Agua bromada no tiene efectos cancerígenos
 Produce THM’s
 Produce bromoformo – B2
BROMO
Equipos
 Bomba dosificadora
Seguridad
 Similar al cloro
Monitoreo
 O - tolidina
BROMO
Ventajas y desventajas
 No deja olor
 No irrita los ojos
 Ventajas similares a la cloración
 Activo a altos pH
 Muy caro
 Difícil disponibilidad
YODO
 Sólido a T ambiente
 Fácil de manejar
 Baja solubilidad
 Menos agresivo
 Más efectivo si está unido a una molécula
orgánica
 Mas estable que el cloro
YODO
Química
I2 + H2O = HIO + I - + H+
YODO
Acción desinfectante
 Más efectivo como HIO
 Menos activo que el cloro
 Efectivo con bacterias
 Destruyen esporas, quistes y virus
 1 a 8 mg / L , 30 min – períodos cortos
 Tintura de yodo: 2 a 6 %
YODO
SPD
 I2
 REACCIÓN ALÉRGICA
 TIROIDES
 Fenol > 1 mg / L
 No produce iodaminas
 Bajo nivel de THM’s
YODO
Equipos
 Bomba dosificadora: solución saturada x
lecho
 Vapor sobre I2 sólido
Monitoreo
 Titulación amperométrica
 Colorimétrico: método LCV
BROMO
Ventajas y desventajas
 Residuales más estables
 Sencillo
 Emergencias
 Muy caro
 Difícil disponibilidad
 No se recomienda en largos períodos
PLATA
 Uso antiguo
 Efecto oligodinámico
 Uso de 25 a 75 µg /L
 No oxidante
 Interfieren materia coloidal, cloruros y
amoníaco
PLATA
Acción desinfectante
 Actúa en estado coloidal
 Buen bactericida
 Hongos consumidores de O2
 Acción enzimática
 Largo tiempo
 Bajo residual
PLATA
SPD
 Ag
 Argiriosis
 No produce otro SPD
 No agrega sabor, olor ni color
PLATA
Equipos
1. Equipo de contacto: paredes o pantallas
con pinturas de plata
2. Filtros domésticos: porcelana o carbón
activado revestido con AgCl
3. Dosificador solución diluida
4. Electrolítico: más práctico
1. Ánodo libera Ag+
2. Cátodo libera H2
PLATA
 Esquema electrolítico
PLATA
Monitoreo
 Electrodo selectivo
 Absorción atómica
 Amperaje
PLATA
Ejemplo de cálculo por amperaje
1 mol e- = 96500 coul = 108 g Ag+
Dosis: 50 µg Ag+ / L = 4.6 x 10-7 mol
96500x 4.6 x 10-7 = 0.045 coul
Si Q = 1 L/s (3600 l/h) , necesito 0.045 coul/s =
45 mA
PLATA
Ventajas y desventajas
 No deja SPD
 No imparte características organolépticas
 Mayor costo
 Difícil de controlar
 Bajo residual
 Poco efectivo con virus
Bibliografía
• Desinfección de Aguas – Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez – OPS – CEPIS
• Tratamiento de agua para consumo humano – Ada Barrenechea Martel, Lidia
Vargas – OMS-OPS-CEPIS
• Red Iberoamericana de potabilización de aguas – Cap 14
• Alternative Desinfectants y oxidants Guidance Manual – USEPA
• Microbial and disinfectios byproducts rules simultaneous compliance manual
- USEPA
• Manual del cloro y desinfectantes alternativos – Office of Drinking Water
– Canadá
• Guidelines for Drinking-Water Quality, 3º Ed. – WHO
• Ozone and Chlorine dioxide Tecnology - Katz
• Diario oficial de las comunidades europeas 98-83-CE
• Desinfectants and desinfectants by- products - WHO
• Guidelines for the design, construction and operation of water and
sewerage systems – Labrador – Canadá
• Documentos base WHO: cloro, dióxido de cloro, ozono, aspectos
microbiológicos, desinfección, estándares de calidad del agua potable
• The Nalco Water Handbook – 2º Ed
• Manual Técnico del Agua – Degrémont
• Standard Métodos for the examination of water and wastewater – 20º Ed
• Código Alimentario Argentino – Cap XII

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  • 1. USO DE OZONO Y OTROS PRODUCCTOS DESINFECCION PARA AGUAS PARA CONSUMO HUMANO
  • 2. PROPIEDADES QUÍMICAS  Derivado alotrópico del O2  Gas a temperatura ambiente  Poco soluble  Incoloro o azulado – corrosivo – tóxico  Olor picante. Detectado a 0.02 ppm  Oxidante más poderoso  Se descompone espontáneamente en agua
  • 3. PROPIEDADES QUÍMICAS  El proceso no es bien conocido  Genera radicales OH• libres más reactivos que el ozono  Vida media muy corta
  • 5. USOS PRIMARIOS DESINFECCION  Poderoso oxidante  Menor tiempo de contacto  Menor concentración  Solo como primario
  • 6. Mecanismos de inactivación BACTERIAS  Actúa por oxidación  Ataca la pared celular  Distorsiona la actividad enzimática  Rompe ADN
  • 7. Mecanismos de inactivación VIRUS  Destruye proteínas de la cápside  Disgrega en varias piezas  Libera e inactiva ARN PROTOZOOS  Rompe membranas celulares  Daña membranas plasmáticas y ribosomas
  • 8. Parámetros de desinfección pH  Independiente  Altos pH destruyen ozono Temperatura  Independiente  Altas temperaturas bajan solubilidad Materia suspendida  No protege microorganismos  Consume ozono
  • 9. CT BACTERIAS  E. Coli, Pseudomonas, Estafilococos 4 log en 1 min, 0.009 mg/L  Legionella: 2 log en 5 min, 0.21 mg/L  Estreptococos: 2xt E. Coli Reducción de 1 log = 90% de inactivación Reducción de 2 log = 99% de inactivación Reducción de 3 log = 99,9% de inactivación Reducción de 4 log = 99,99% de inactivación LRV = log10 (C0/Ct) Valor de reducción logarítmica
  • 12. USOS PRIMARIOS  Oxidación de Fe y Mn  Reduce gusto y olor  Controla precursores de THM’s – pH < 7.5 – Alcalinidad  Mejora biodegradación orgánica  Mejora coagulación y filtración
  • 13. USOS PRIMARIOS Puntos de aplicación En el ingreso a la planta o después del sedimentador
  • 14. SPD  Formaldehído – B1  Acetaldehído  Glyoxal  Metil glyoxal  Ácido oxálico  Ácido succínico  Ácido fórmico  Ácido acético  Ácido pirúvico  Carbono orgánico asimilable Reduce compuestos orgánicos a otros de menor peso molecular  ozono
  • 15. SPD  Bromato – B2  Bromoformo – B2  Ácidos acéticos brominados  Bromopicrinas  Acetonitrilos brominados – C  Bromuro de cianógeno (*)  Bromaninas (*) (*) en presencia de HN3 En presencia de bromuro
  • 18. Control de SPD Factores primarios 1. Concentración de Br -  < 80 µg/L no produce bromatos 2. pH  A > pH favorece control de orgánicos  A < pH favorece control de bromatos 3. Concentración de COT
  • 19. Control de SPD Factores primarios  La producción de bromatos disminuye con 1. Baja concentración de ozono 2. Baja temperatura 3. Menor tiempo de contacto 4. Alcalinidad 5. Inyectando NH3  El COA se controla con filtración biológica
  • 20. GENERACION  Se produce en el sitio  O2 + e- = 2 [O] + calor  2 [O] + 2 O2 = 2 O3  3 O2 = 2 O3 , con liberación de calor  Temp. 40 ºC, límite  Descarga corona – silenciosa  Aplicación de UV
  • 22. GENERACION Componentes básicos del sistema  Alimentador de gas  Generador  Contactor  Destructor
  • 24. ALIMENTADOR DE GAS  Produce una corriente con 8 a 14% O3  Provistos en tubos o cilindros  Generado in situ – Proceso criogénico – Tamiz molecular  Se necesita equipo: evaporador, filtros, válvulas reguladoras SISTEMA CON OXÍGENO
  • 25. ALIMENTADOR DE GAS  Produce una corriente con 3 a 5% O3  Se requiere más equipo  Limpio y seco  Punto de rocío < - 60ºC  Libre de contaminantes: aceite, hidrocarburos  Filtrado hasta 1 µm SISTEMA CON AIRE
  • 26. ALIMENTADOR DE GAS  Filtros desecadores: sílica gel o alúmina  Si el aire está a baja presión, regenerados por calor  Si está a alta presión, regenerados por aire seco  Compresores: recíprocos, tornillo, lóbulos, centrífugos, anillo líquido. SISTEMA CON AIRE
  • 27. ALIMENTADOR DE GAS SISTEMA CON AIRE - esquema
  • 28. GENERADOR Geometría  Cilindros concéntricos – tubos generadores  Verticales - horizontales  Placas paralelas Frecuencia  Baja: 50 – 60 Hz  Alta: 60 – 1000 Hz
  • 29. GENERADOR Voltaje Aplicado  8.000 a 25.000 V Consumo de energía  14 a 18 Wh / g O3 Producción  50 a 100 g /m2 h  0.25 a 10 kg / h  Aumenta con frecuencia
  • 31. Frecuencia  > período de ionización, > O3  > tiempo en la zona de descarga, destruye O3  > frecuencia, < deterioro del dieléctrico  < rendimiento de potencia en alta frecuencia
  • 32. GENERADOR  Pérdida por calor: 85% de la energía  Exceso de calor destruye ozono  Voltaje aplicado: f(presión, h)  Rendimiento – Aumenta con el voltaje – Área del electrodo – El caudal de gas – La frecuencia – Con el menor ancho del dieléctrico
  • 36. DETALLES OPERATIVOS Tubos de recambio en almacén Chequear generación diariamente Circular aire seco antes de arrancar Circular aire seco luego de paradas Cambio periódico de secadores Limpiar tubos si cae generación Chequear pérdidas
  • 37. CONTACTOR DISUELVE EL OZONO EN EL AGUA  El exceso se ventea  Transferencia > 80% TIPOS DE CONTACTORES  Burbujeadores  Inyectores  turbina
  • 38. CONTACTOR Esquema de un burbujeador
  • 39. CONTACTOR Características  Alta eficiencia en transferencia – 85 a 95%  Operación sencilla  No tiene partes móviles  2 a 3 cámaras  Alturas de 5 a 6 m  Difusores cerámicos o de acero inoxidable  Flujo pistón
  • 40. CONTACTOR Características  Se calcula el volumen con dosaje aplicado, residual y tiempo de contacto.  Caída de presión: 0.5 psig  Porosidad: 35 a 45%  Los burbujeadores se tapan  Canalización vertical
  • 43. CONTACTOR Características  Precisa relación aire-agua  < 0.5 l/h aire / l/h agua  Concentración de ozono > 6%  Flujo pistón  no tiene partes móviles  Poca profundidad  Mayor costo  Cálculo del volumen ídem anterior
  • 46. CONTACTOR Características  Transferencia > 90%  Altura: 1.8 a 4.5 m  Motor exterior para mantenimiento  Consume energía  No se tapa
  • 47. DESTRUCTOR  [O3] en la purga es muy alta  OSHA: 0.1 ppm  Lo transforma en oxígeno  Soplador en la descarga para tener un pequeño vacío en el contactor.
  • 48. DESTRUCTOR FORMAS DE DESTRUCCIÓN 1. Calentado a t > 350 ºC 2. Calentado a t > 100 ºC sobre catalizador 3. Pasaje por GAC húmedo
  • 49. INSTRUMENTACIÓN PROTECCION PERSONAL Y EQUIPOS  Detector de ozono en ambiente  A la salida del generador  A la salida del contactor  A la salida del destructor  Control punto de rocío  Flujo de refrigeración  Presión de gas ingreso al generador
  • 50. Impactos con otros tratamientos  Genera COA. Si > 100 µg/L, posible recrecimiento. Se deben remover con filtros biológicos.  Reacciona con Cl2, ClO2 y ClNH2  Forma óxidos insolubles que deben retirarse  Reduce demanda y permite residuales más bajos del desinfectante secundario.
  • 51. FILTROS BIOLÓGICOS 1. Filtros de arena  Lentos  Rápidos 2. Filtros de carbón activado  Mejor superficie para el desarrollo 3. Ventajas  Efluente biológicamente estable  Remoción de orgánicos (SPD) y precursores
  • 52. MATERIALES  Para ozono seco: – Acero inoxidable serie 300 – Vidrio, cerámico – Teflón, Hypalon – concreto  Para ozono húmedo (en contactor y destructor) – Acero inoxidable 316
  • 53. SEGURIDAD  Generadores en locales cerrados  Separados del resto  Ventilación adecuada (2 a 3 vol/min en emergencias)  Espacio para recambio de tubos  Separados de los compresores  Unidades de destrucción al exterior
  • 54. SEGURIDAD  Aparatos de respiración autónoma  Señales de alarma en 2 posiciones – Cuando alcanza 0.1 ppm – Cuando alcanza 0.3 ppm  Regulaciones – OSHA : 0.1 ppm – 8 hs – ANSI: 0.1 ppm – 8 hs; 0.3 ppm < 10 min – ACGIH: 0.1 ppm – 8 hs o 40 semanales; 0.3 ppm < 15 min
  • 55. METODOS ANALÍTICOS  EN AGUA: medición de residual – Colorimétrico DPD – Titulación DPD – FAS  EN GAS: – Absorción UV 253.7 nm – Iodométrico – Titulación en fase gaseosa – Quimiluminiscencia  Bromato - cromatografía iónica
  • 56. VENTAJAS  Más efectivo que otros oxidantes  Oxida Fe y Mn  Mejora clarificación y turbiedad  Controla colores, gustos y olores  Bajísimo tiempo de contacto  Independiente del pH  Se descompone dando O2  En ausencia de bromuro, no hay SPD halogenados
  • 57. DESVENTAJAS  El costo inicial es alto  Debe generarse en el lugar  Requiere energía  Es tóxico y corrosivo  No deja residual  Se descompone rápido con alto pH y temperatura  Forma bromatos, SPB brominados, aldehídos y cetonas
  • 58. U.V.
  • 59. QUÍMICA (Fotoquímica)  Los microorganismos absorben luz  Se alteran los componentes celulares  Desinfecta en cualquier grado  Se absorbe y disipa en el agua sin dejar residual  Energía electromagnética 100 – 400 nm
  • 60. QUÍMICA (Fotoquímica)  UV vacío: 100 – 200 nm  UV – C : 200 – 280 nm  UV – B : 281 – 315 nm  UV – A : 315 – 400 nm Lámparas  Baja presión: 253.7 nm  Media presión: 180 – 1370 nm
  • 62. Reacciones  La desinfección sigue una cinética de 1º orden  Dosis = Ixt  I : intensidad en mW/cm2  t : tiempo de acción en seg  Análogo al CT  Los tiempos normales 10 – 20 seg
  • 63. Reacciones  Independiente de N inicial  N = f x D n  N: coliformes/ 100 mL  D: dosis = I x t  f: calidad del agua  n: relacionado con D, es empírico
  • 64. Variables de proceso  Independiente del pH, temperatura, alcalinidad y COT  Alta dureza opaca superficies  Presencia de O3 mejora eficiencia  Materia suspendida protege patógenos  Fe, NO2 -, fenoles, sulfuros absorben UV
  • 65. Variables de proceso  No cambia componentes del agua  Absorbancia a 254 nm, 1 cm = demanda del agua  Determinar para cada tipo de agua  Transmitancia  % T = 100 x 10 -Abs
  • 66. Variables de proceso Clasificación de la calidad del agua En ningún caso la profundidad debe ser > 75 mm
  • 67. Usos primarios  Desinfectante primario  No deja residual  Luego de la filtración  No impacta con otros tratamientos
  • 68. Eficiencia de la desinfección  Actúa en segundos  Bueno para bacterias y virus  Rotura irreparable del ADN  Daño fotoquímico al ADN y ARN  Esteriliza al microorganismo  Producen mutantes  Algunas bacterias pueden fotorreactivarse
  • 69. Eficiencia de la desinfección  Esquema de acción
  • 70. Factores que afectan la desinfección  Films químicos y biológicos  Orgánicos disueltos: aumenta Abs.  Inorgánicos disueltos: aumenta Abs.  Inorgánicos disueltos: incrustaciones  Color  Cortocircuitos en el reactor
  • 71. Factores que afectan la desinfección  Agrupamiento de patógenos  Turbiedad
  • 72. Eficiencia de la desinfección  Inactivación de virus y bacterias  Las dosis son bajas  Comparable al cloro  Dosis 2 a 30 mWs/cm2  Inactivación de protozoos  Se requieren dosis muy altas  Dosis 120 a 8000 mWs/cm2
  • 73. SPD  No forma SPD  Puede generar O3 y OH• libres  Se observaron muy bajos niveles de formaldehído en aguas superficiales
  • 74. GENERACIÓN  Se produce con lámparas similares a tubos fluorescentes  Tubo de cuarzo con argón y vapor de Hg  La potencia se controla con balastos  Temperatura óptima: 40 ºC
  • 75. GENERACIÓN Lámparas  Encendido instantáneo  Vibraciones y golpes  Diseño estándar  Baja presión: 253.7 nm  Media presión: 180 – 1370 nm > intensidad
  • 76. GENERACIÓN Balastos  Electromagnéticos  Baja frecuencia  Electrónicos  Alta frecuencia  Mayor vida útil  < consumo de energía  < temp de operación  < producción de calor
  • 77. GENERACIÓN Diseño del reactor  Recipientes cerrados  Pequeños  Mínima polución del aire  < exposición del personal  Diseño modular  Instalación simple
  • 81. GENERACIÓN  Cámara de cuarzo – fibra óptica
  • 83. GENERACIÓN Aspectos de diseño  Sensores de UV  Alarmas y sistemas de corte  Ciclos de limpieza  Sistemas telemétricos
  • 84. GENERACIÓN Aspectos de diseño hidráulico  Flujo pistón: relación largo/ancho  Turbulencia: sentido radial  Volumen efectivo: zonas muertas  Tiempo de residencia  Caudal
  • 85. GENERACIÓN Diseños emergentes  Microbarrido UV  Contienen 2 cámaras con filtros de 2 µm donde se retienen los quistes y reciben la luz durante mucho tiempo.  UV pulsátil  Sistema de capacitores entregan pulsos a un flash de xenón, 30 pulsos/seg. Cámaras con 5 cm diámetro. Irradiación de 75 mWs/cm2 a 2 cm.
  • 86. Condiciones operativas  Encender antes para calentar lámparas  Si transmitancia < 75%, no usar UV  Potencia disminuye con el tiempo  Usar hasta 70% de capacidad  Duración 8800 hs – baja presión  Limpieza de los tubos  Métodos físicos: ultrasonido, alta presión  Métodos químicos: lavado ácido
  • 87. Medición  Fotodiodos sensores en rango germicida  Transforman energía en señal electrónica  Lugar: cerca de la coraza y en lugares alejados  Avisos por baja intensidad y muy baja intensidad
  • 88. Ventajas y desventajas  Sencillo y eficiente  No usa químicos  No modifica características del agua  No genera SPD  Mayores costos  Consumo de energía  Alta transparencia del agua  No deja residual
  • 89. MÉTODOS ALTERNATIVOS Permanganato de potasio Peroxono Bromo Yodo Plata
  • 90. Permanganato de potasio  Química Sólido violeta Solubilidad: 6.4 g/ 100 mL Oxidante fuerte: orgánicos e inorgánicos Exotérmica Producto final: MnO2 Velocidad de reacción: f( T, pH, conc)
  • 91. Permanganato de potasio  Aplicación Solución 1 a 4 % Batch – disolutor Tolva de alimentación Bombas dosificadoras
  • 92. Permanganato de potasio  Producto Grado de pureza  Puro: no higroscópico  Técnico: higroscópico – forma tortas  Técnico aditivado: antiaglutinantes Manejo  Contacto con ojos, piel, vías respiratorias  Uso de equipo adecuado
  • 93. Permanganato de potasio  Usos primarios Oxidación de Fe y Mn  3Fe2+ + KMnO4 + 7H2O = 3Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5H+  3Mn2+ + 2KMnO4 + 2H2O = 5MnO2 + 2 K+ +4 H+ Control de gusto y olor Organismos molestos Oxida compuestos orgánicos
  • 94. Permanganato de potasio  Desinfección  Alto costo  Oxida material celular – enzimas  Adhesión en coloides Bacterias: 2.5 mg /L , 2 hs - 20 mg / L , 24 hs Virus: 5 mg/L, 33 min - 50 mg /L, 2 hs Protozoos: no hay información
  • 95. Permanganato de potasio  SPD  No forma SPD  Remueve precursores  Sobredosis causa ictericia y baja de presión sanguínea
  • 96. Permanganato de potasio  Puntos de aplicación  Entrada agua cruda  Con coagulantes  Antes de sedimentación y filtros  No requiere mezcladores  En cañerías: en el centro.
  • 97. Permanganato de potasio  Determinación  Espectrofotometría de absorción atómica  Colorimétrico: persulfato
  • 98. Permanganato de potasio  Consideraciones de operación  Control sobredosis  Reducido y removido  Cambio de color  Cañerías hogareñas  No interfiere con otros tratamientos
  • 99. Permanganato de potasio  Ventajas y desventajas  Oxida Fe y Mn  Remueve olor y sabor  Fácil de usar  Controla formación de THM’s  Controla organismos molestos  No impacta en otros tratamientos  Necesita largo tiempo de contacto  Puede colorear el agua  Tóxico e irritante
  • 100. Peroxono  Proceso de oxidación avanzado  Mezcla de O3 + H2O2  Mejora proceso indirecto  Forma OH •  Procesos alternativos  O3 + U.V.  O3 + alto pH  H2O2 + U.V.
  • 102. Peroxono QUÍMICA  O3 y OH• compiten  Reacción con OH• más rápida y efectiva  Mejor transferencia de O3 al agua  Consumen OH•  Alcalinidad  Carbonatos  Sustancias húmicas
  • 103. Peroxono Usos primarios  Eliminar sustancias con sabor y olor  Geosmina  2 – metil isoborneol (2 – MIB)  comp. fenólicos  Tricloro etileno (TCE)  Percloro etileno (PCE)
  • 104. Peroxono DESINFECCIÓN  > O3  H2O2/O3 < 0.2  Mecanismo similar al ozono  No deja residual medible. CT  Se logra residual aumentando O3  El H2O2 solo no actúa
  • 105. Peroxono Aplicación  H2O2 + O3 : pre oxidación seguido de OH •  Al mismo tiempo  O3 + H2O2 : desinfecta y luego oxida
  • 106. Peroxono SPD  Bromatos  COA  No forma compuestos halogenados, si no hay bromuros  disminuye THM’s en clorinación
  • 107. Peroxono Generación  O3 según métodos estudiados  H2O2 con bomba dosificadora  Se provee al 35 , 50 y 75% p/p
  • 109. Peroxono Manejo  H2O2 lastima por contacto  Explota por calor o fuego  Dentro de contenedores secundarios  Tanques de polietileno  Cañerías de Inoxidable 316, polietileno o teflón
  • 110. Peroxono Determinación  Titulación:  Iodométrico  Permanganato  Colorimetría:  Oxidación de Titanio (IV)  Oxidación de Cobalto (II) y bicarbonato
  • 111. Peroxono Ventajas y desventajas  Más rápida y reactiva que el ozono  Oxida componentes más difíciles de remover  Oxida compuestos halogenados  Forma compuestos biodegradables  Fácil dosificación del peróxido  Muy peligroso su contacto  Se deteriora en almacenamiento  No se puede calcular CT
  • 112. BROMO  En CNPT es líquido  Fácil de manejar  Solubilidad : 16.8 g /L  Corrosivo  Vapores agresivos  Propiedades alguicidas  Conc. de uso: > 0.4 mg / L
  • 113. BROMO Química Br2 + H2O = HBrO + Br - + H+ HBrO = BrO - + H+
  • 114. BROMO Acción desinfectante  Se mantiene a pH elevados  Menos activo que el cloro  Penetra membranas celulares  Inactiva enzimas  Detiene el metabolismo  Muerte del microorganismo
  • 115. BROMO SPD  Agua bromada no tiene efectos cancerígenos  Produce THM’s  Produce bromoformo – B2
  • 116. BROMO Equipos  Bomba dosificadora Seguridad  Similar al cloro Monitoreo  O - tolidina
  • 117. BROMO Ventajas y desventajas  No deja olor  No irrita los ojos  Ventajas similares a la cloración  Activo a altos pH  Muy caro  Difícil disponibilidad
  • 118. YODO  Sólido a T ambiente  Fácil de manejar  Baja solubilidad  Menos agresivo  Más efectivo si está unido a una molécula orgánica  Mas estable que el cloro
  • 119. YODO Química I2 + H2O = HIO + I - + H+
  • 120. YODO Acción desinfectante  Más efectivo como HIO  Menos activo que el cloro  Efectivo con bacterias  Destruyen esporas, quistes y virus  1 a 8 mg / L , 30 min – períodos cortos  Tintura de yodo: 2 a 6 %
  • 121. YODO SPD  I2  REACCIÓN ALÉRGICA  TIROIDES  Fenol > 1 mg / L  No produce iodaminas  Bajo nivel de THM’s
  • 122. YODO Equipos  Bomba dosificadora: solución saturada x lecho  Vapor sobre I2 sólido Monitoreo  Titulación amperométrica  Colorimétrico: método LCV
  • 123. BROMO Ventajas y desventajas  Residuales más estables  Sencillo  Emergencias  Muy caro  Difícil disponibilidad  No se recomienda en largos períodos
  • 124. PLATA  Uso antiguo  Efecto oligodinámico  Uso de 25 a 75 µg /L  No oxidante  Interfieren materia coloidal, cloruros y amoníaco
  • 125. PLATA Acción desinfectante  Actúa en estado coloidal  Buen bactericida  Hongos consumidores de O2  Acción enzimática  Largo tiempo  Bajo residual
  • 126. PLATA SPD  Ag  Argiriosis  No produce otro SPD  No agrega sabor, olor ni color
  • 127. PLATA Equipos 1. Equipo de contacto: paredes o pantallas con pinturas de plata 2. Filtros domésticos: porcelana o carbón activado revestido con AgCl 3. Dosificador solución diluida 4. Electrolítico: más práctico 1. Ánodo libera Ag+ 2. Cátodo libera H2
  • 129. PLATA Monitoreo  Electrodo selectivo  Absorción atómica  Amperaje
  • 130. PLATA Ejemplo de cálculo por amperaje 1 mol e- = 96500 coul = 108 g Ag+ Dosis: 50 µg Ag+ / L = 4.6 x 10-7 mol 96500x 4.6 x 10-7 = 0.045 coul Si Q = 1 L/s (3600 l/h) , necesito 0.045 coul/s = 45 mA
  • 131. PLATA Ventajas y desventajas  No deja SPD  No imparte características organolépticas  Mayor costo  Difícil de controlar  Bajo residual  Poco efectivo con virus
  • 132. Bibliografía • Desinfección de Aguas – Felipe Solsona, Juan Pablo Méndez – OPS – CEPIS • Tratamiento de agua para consumo humano – Ada Barrenechea Martel, Lidia Vargas – OMS-OPS-CEPIS • Red Iberoamericana de potabilización de aguas – Cap 14 • Alternative Desinfectants y oxidants Guidance Manual – USEPA • Microbial and disinfectios byproducts rules simultaneous compliance manual - USEPA • Manual del cloro y desinfectantes alternativos – Office of Drinking Water – Canadá • Guidelines for Drinking-Water Quality, 3º Ed. – WHO • Ozone and Chlorine dioxide Tecnology - Katz • Diario oficial de las comunidades europeas 98-83-CE • Desinfectants and desinfectants by- products - WHO • Guidelines for the design, construction and operation of water and sewerage systems – Labrador – Canadá • Documentos base WHO: cloro, dióxido de cloro, ozono, aspectos microbiológicos, desinfección, estándares de calidad del agua potable • The Nalco Water Handbook – 2º Ed • Manual Técnico del Agua – Degrémont • Standard Métodos for the examination of water and wastewater – 20º Ed • Código Alimentario Argentino – Cap XII