Procesos de desinfección para aguas crudas o residuales

1. Desinfección
Se refiere a la destrucción parcial o total de
organismos que producen enfermedades y
que se encuentran presentes en el agua.
Esterilizar
Desinfectar
≠
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2. Mecanismos de Desinfección
— Dañar la pared de la celulas
— Alterar la permeabilidad de las celulas
— Alterar el protoplasma celular
— Alterar el DNA / RNA
— Inactivar encimas que ayudan al desarrollo
de las celulas.
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3. ¿Qué es un buen desinfectante?
— Aquel que esta disponible • Soluble
• No tóxico para otras formas de vida
• No debe ser absorbido
• Tiene una composición homogenea
• Tiene capacidad de desodorizar
• Tóxico a los
microorganismos a
temperatura ambiente
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4. Factores que afectan el
proceso
— Tiempo de contacto
— Concentración del desinfectante
— Temperatura
— Tipo de organismos
— Naturaleza del líquido/solido en que
estan los microorganismos
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5. Factores que afectan el
proceso
Tiempo de contacto
Harriet Chick observó que para un
mismo desinfectante y una misma
concentración, a mayor tiempo de
contacto, mayor era el número de
microorganismos muertos por el
proceso.
dNT
dt
= −kNT
dNT
dt
=
k =
NT =
Razón de cambio de la concentracion de organismos
Constante de Inactivacion (1/T)
Número de organismos presentes en el tiempo T
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6. Factores que afectan el
proceso
Concentración del
Desinfectante
Herbert Watson observó que la constante
de inactivación k esta relacionada también
con la concentración del desinfectante
k = k’Cn
dNT
dt
= −k'Cn
NT
n =
k'=
C =
Coeficiente de dilución
Constante de muerte de los microorganismos
Concentracion del desinfectante
Ecuación de Chick-Watson (Hass & Kara,1984)
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7. Factores que afectan el
proceso
Tiempo de contacto y
concentración
dNT
dt
= −k'Cn
NT
NT
N0
= e−k'C n
t
Ln
NT
N0
#
$
%
&
'
( = −k'Cn
* t
Ln C( ) = −
1
n
Ln t( ) +
1
n
Ln
1
k'
−Ln
NT
N0
#
$
%
&
'
(
#
$
%
&
'
(
)
*
+
+
,
-
.
.
- Log (N/N0 )
Tiempo
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8. Desinfección con Cloro
— Es el desinfectante mas comúnmente
usado en el mundo.
— No necesariamente el más saludable
(Subproductos de la desinfección DBP)
Cloro
Cl2
Hipoclorito de Sodio
NaOCl
Hipoclorito de Calcio
Ca(OCl)2
Dioxido de Cloro
ClO2
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9. Reacciones del Cloro Cl2
Cuando se añade cloro al agua se dan 2
reacciones químicas:
— Hidrólisis
— El cloro gaseoso se combina con el agua y forma
ácido hipocloroso HOCl
Cl2 + H2O <=> HOCl + H+ + Cl-
— Ionización
— El ácido hipocloroso HOCl pasa a ion hipoclorito
(OCL-)
HOCl <=> H+ + OCL-
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10. Reacciones del Cloro Cl2
— El ácido hipocloroso HOCl y el ion hipoclorito (OCL-)
Presentes en el agua se denominan “Cloro Libre”
La cantidad en la que están presentes es importante :
— HOCl es entre 40 - 80% mas efectivo que (OCL-)
€
HOCl[ ]
OCl−
[ ]+ HOCl[ ]
=
1
1+
OCl−
[ ]
HOCl[ ]
=
1
1+ KI H+
[ ]
=
1
1+ KI *10pH
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11. Hipoclorito de Sodio y Calcio
[NaOCl & Ca(OCl)2]
— Hipoclorito de Sodio
NaOCl + H2O <=> HOCl + NaOH
— Hipoclorito de Calcio
Ca(OCl)2 + 2 H2O <=> 2HOCl + Ca(OH)2
— Hidrólisis (formación de ácido hipocloroso HOCl)
Cl2 + H2O <=> HOCl + H+ + Cl-
— Ionización (formación de ion ion hipoclorito (OCL-)
HOCl <=> H+ + OCL-
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12. Reacción
Cl / N
Nitrogeno : Presente en forma de amonia
NH3 + HOCl <=> NH2Cl + H2O (monocloramina)
NH2Cl + HOCl <=> NHCl2 + H2O (dicloramina)
NHCl2 + HOCl <=> NCl3 + H2O (tricloramina)
— Son también desinfectantes, pero actuan mas
lentamente (Cloro combinado disponible) y son
tóxicas (cloroformos)
— Su eficicacia depende del pH, la temperatura, el
tiempo de contacto
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13. Cloración al punto de
quiebre
Cl residualcombinado
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A
B
C
Cl Libre
1
2
3
4
5
Dosis de Cl (mg/L)
Clresidualmg/L
D
Hasta A: Cl oxida todo lo oxidable Fe, Mg, H2S, CHONS
A-B : El cloro residual reacciona con la amonia (mono y di cloraminas)
B -C : El cloro residual reacciona con la amonia (tricloraminas)
C - D : Cloro libre
NH4
+ + 1.5HOCl => 0.5N2 + 2.5H+ + 1.5Cl-
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14. Dioxido de Cloro ClO2
— Se genera in situ (requiere energia)
— Inestable, explosivo y se descompone con la luz
solar
— Mejor que el cloro libre en la desinfeccin de virus,
esporas y quistes
— No depende del pH
— No genera DBP’s en condiciones óptimas
— Tiene efecto residual
2NaClO2 + Cl2 => 2ClO2 + NaCl
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15. Declorar
— Dioxido de Azufre SO2
— Tiosulfato de sodio Na2S2O3
— Carbón activado
• Bajos niveles de Cl toxicos para vida
acuática
• Reacciones del Cloro con compuestos
orgánicos son tóxicas
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16. Formacion de DBP’s
Trihalometanos) <=> CANCERIGENO
Nitrosaminas (NDMA) <=> CANCERIGENO
¿Qué los forma?
— Presencia de precursores orgánicos (ácidos
humicos)
— Concentracion del cloro libre
— Presencia de bromo en el agua
— pH
— Temperatura Alby Aguilar Pesantes, MSc
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17. Cámara de cloración

18. Ozono O3
Aire
Oxígeno
Generador de
ozono
Piscina de
contacto
Energia
Agua a
tratar
Agua tratada
Destrucción
Ozono
Lo bueno y lo malo del ozono
es que debido a que es inestable
y se descompone rapidamente
NO POSEE efecto residual
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19. Modelando el Ozono O3
D : Ozono requerido mg/L
U :Dosis de ozono usada o transferida mg/L
TE: eficiencia de la transferencia de ozono
€
D = U ×
100
TE
#
$%
&
'(
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20. Desventajas el Ozono O3
• No tiene efecto residual
• No tan efectivo con virus, esporas y quistes
• Tóxico y corrosivo
• Costo de energia
• Mucho mantenimiento
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21. Luz UV
Generacion
— Lampara de con vapor de mercurio
— Se carga por contacto de un arco electrico
— La energia producira la emision de rayos UV
— Longitud de Onda (250 - 270 nm)
Caracteristicas
• Desinfectante efectivo
• No deja efectos tóxicos
• No genera DBP’s
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22. Luz UV
C0
CT
Uso de difusores
C0
CT
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23. Modelando el UV
D :Dosis de UV mW-s/cm2
I: Intensidad mW/cm2
T: tiempo de exposición s
Ipromedio : UV promedio mW/cm2
I0 : UV en la superficie mW/cm2
K: coeficiente de absorbancia (ua/cm)
D:profundidad de la muestra (cm)
€
D = I × T
€
Ipromedio = I0 ×
1− e−kd
( )
kd
Ley de Beer
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