Desinfección de efluentes. Parte 1

El efluente de una planta de tratamiento de líquidos es generalmente desinfectado antes de la descarga en el cuerpo de agua receptor para disminuir el riesgo de enfermedades ocasionado por organismos patógenos que pudieran existir aún luego del tratamiento completo.

Los patógenos de mayor consideración son bacterias entéricas , virus y parásitos. Algunas de las enfermedades originadas por estas bacterias son por ejemplo la salmoneolosis, el cólera, la gastroenteritis y la disentería bacteriana (shigelosis).

Los infecciones virales posibles incluyen la hepatitis, otras enfermedades parasitarias sonlas disenterías por giardias y por amebas.

En adición a la muerte natural de los microorganismos un tratamiento típico con tratamiento secundario remueve como mucho el 95 % de los microorganismos en un agua residual y un tratamiento terciario puede remover aún algo más. Si embargo las autoridades regulatorias demandan una inactivación o remoción de patógenos aún mayor.

La desinfección es un proceso utilizado para satisfacer estos requerimiento e inactivar los patógenos.

Generalmente la efectividad de la desinfección depende del tiempo de exposición y de la toxicidad del desinfectante.

La cinética de muerte de los microorganismos fue formulada por Chick en 1908 como una cinética de primer orden:

dN/dt= – K N

donde:

dN/dt= variación de la población de microorganismos
k = constante de muerte de microorganismos
N = número de microorganismos sobrevivientes por unidad de volumen a un dado tiempo

Esta ecuación integrada da por resultado

K t= ln ( Ni / Nf)

Ni = número inicial de organismos
Nf = número final de organismos
t = tiempo

Aquí se muestra la dependencia del tiempo de contacto del desinfectante con el grado de acción de este sobre los microorganismos.

La cinética de muerte de microorganismos se ve influenciada por una mezcla pobre, porla resistencia de las células, la oxidación, complejación, dispersión y el tiempo de retención en el tanque de desinfección

La desinfección es un paso importante en la desactivación de los organismos potencialmente dañinos.

Las prácticas de desinfección más comúnmente utilizadas son la cloración y subsiguiente decloración, la radiación ultravioleta, la ozonización, las membranas, la hidrocloración y otros métodos que utilizan cloruro de bromo y dióxido de cloro.

La elección de un material desinfectante depende de su efectividad, costo, practicabilidad y de los potenciales efectos secundarios.

Cloración

Por muchos años se utilizó el cloro como desinfectante por su propiedad de desinfectar aguas residuales con una relativa baja dosis (2 a 8 mg/L para efluentes de barros activados), por su proceso de agregado y control simples y por su bajo costo comparado con otras sustancias.

Para las aguas residuales la cloración debe ser posterior a la depuración de las aguas, después de los tratamientos terciarios de filtración o coagulación, floculación, decantación y filtración. La dosis de cloro que se aplique debe ser la necesaria para destruir todos los organismos presentes en ella.

Las desventajas del cloro incluyen su efecto tóxico duradero en la vida acuática y su inconvenientes de manipuleo por su toxicidad con los empleados y el público en general. A pesar de esto es el desinfectante más utilizado en las plantas de tratamiento.

El modo básico de desinfección del cloro se debe a su reacción en agua. El método de trabajo se puede resumir en una aplicación del gas cloro en agua y su disolución, un mezclado rápido y un tiempo determinado de contacto.

La disolución de cloro en agua produce una mezcla de ácido hipocloroso y ácido clorhídrico :

Cl₂+H₂O <---> HClO+ HCl

El ácido hipocloroso a su vez se pude disociar dependiendo del pH de la solución de acuerdo a la siguiente reacción:

HClO + H₂O <---> H₃O ⁺+ ClO ^–

La disociación del HClO crece con el crecimiento del pH de 6.0 a 8.5 (a 20 °C y un pH de 7,8 predomina el ión hipoclorito).
A pH entre 4.0 y 6.0 predomina la especie sin disociar (ácido hipocloroso).

El HClO por su pequeño tamaño molecular y su neutralidad eléctrica puede atravesar la membrana celular de los microorganismos y una vez adentro de la célula reacciona con las enzimas celulares con lo que las actividades metabólicas quedan irreversiblemente destruidas.

Una vez aplicado el cloro en el agua residual y dejado actuar sobre los microorganismos el cloro que permanece en las aguas como HClO y ClO- se define como cloro libre activo.

El cloro también reacciona como oxidante con otros componentes del agua como compuestos amoniacales (forma cloraminas), sulfitos, nitritos, sales ferrosas, sales de manganeso (II) , sulfuro de hidrógeno, materia orgánica .

La reacción con estos componentes del agua aumentan la dosis a aplicar.

Seguridad

De todas las sustancias utilizadas en una planta de tratamiento de líquidos el cloro es quizás el más peligroso. El gas cloro es un gas altamente tóxico. Si el gas se inhala puede llegar a producir la muerte rápidamente. Si una fuga de cloro no se trata apropiadamente puede llegar a dañar o matar al personal de la planta y puede llegar a necesitarse la evacuación del vecindario donde se halle la planta. El personal gerencial de la planta debe instruir adecuadamente en el manipuleo y aspectos de seguridad del cloroal personal de la planta e incluso a los agentes de seguridad del municipio asi como sobre los procedimientos de emergencia. Solo personal suficientemente entrenado debe trabajar con cloro.

Los operadores deberían usar siempre equipos de asistencia respiratoria (máscaras) alabrirválvulas al cambiar cilindros o contenedores.

Control del proceso. Determinación de la dosis de cloro

Una dosis suficiente de cloro no garantizará la desinfección de las aguas y una dosis en exceso generará múltiples problemas ( producción de haloformos cancerígenos, monocloraminas y otros compuestos orgánicos clorados etc.)

Los métodos normalmente utilizados para determinar la dosis son:

• Punto de rotura ( break point)
• Test clorado
• Test bacteriológico

Si se agrega cloro en cantidad suficiente para que reaccione con todas las sustancias reductoras, la materia orgánica y el amoníaco, un poco más de cloro que se agregue quedará como cloro residual libre disponible , como agente desinfectante activo ( figura 9.4) la curva se conoce como curva de demanda de cloro. La cantidad de cloro que consumen las sustancias reductoras y la materia orgánica se define como demanda de cloro.

Cuantitativamente se define la demanda de cloro como la cantidad que se agrega, menos la cantidad que hay después del período de reacción seleccionado, generalmente de 20 minutos. La cantidad de cloro que permanece después del período de reacción, se define como cloro residual y se expresa en miligramos por litro o en ppm.

El cloro residual como compuestos clorados de materia orgánica y amoníaco se conoce como cloro residual combinado.

Para determinar la dosis de cloro a añadir, se determina la cantidad de cloro correspondiente al punto de rotura y se le adiciona una cantidad complementaria, equivalente al cloro residual libre.

Para el test de clorado se realizan ensayos con distintos tiempos de contacto que pueden ir desde los 15 a los 120 minutos, dependiendo de los microorganismos a eliminar y su correspondiente indicador biológico. Una vez fijado el tiempo de contacto, se toman frascos de litro, a los que se les añaden distintas dosis de clor. Al cabo del tiempo de contacto establecido, se añaden unos cristales de KI y 2 ml de solución de almidón. A la cantidad de cloro dosificada, en el frasco que de tonalidad azul, es decir el de tonalidad azul con concentración más baja de cloro, se la denomina dosis según el test de clorado.

Para el test bacteriológico se realizan ensayos con distintos tiempos de contacto para diversos indicadores biológicos. Para los distintos tiempos de contacto, y para cada indicador biológico, se adiciona en cada serie de frascos distintas dosis de cloro.

La concentración del frasco en el que se observe la desaparición del indicador biológico correspondiente, indica la dosis correcta a añadir.

Las variables de control de proceso asociadas con los sistemas de cloración son:

• Tiempo de contacto
• Cloro residual
• Potencial de óxido reducción
• Resultados de test de bacterias indicadoras.

Tiempo de contacto:

La solución de cloro es preferentemente inyectada en el efluente mediante difusorespara que el gas se disuelva completamente y homogéneamente en el medio acuoso.

El tiempo de contacto en general es de 30 a 60 minutos a caudales medios y hasta de 15 minutos en caudales máximos.

El tiempo de contacto se calcula mediante la siguiente relación:

Tiempo de contacto ( minutos) =VCC /Q

VCC = volumende la cámara de contacto (m3)
Q = caudal de la planta (m3/ minutos)

Cloro residual :

Dependiendo del método de disposición adoptado para el efluente ( en aguas receptoras o reciclaje) será lo permitido a dosificar como cloro residual.

La dosis de cloro residual óptima libre o combinada es la justamente suficiente para producir un efluente con un conteo de bacterias dentro de los límites aceptables.

Potencial de óxido reducción

Este método se basa en la medición por electrodos sensibles al cloro.

Resultados de test de bacterias indicadoras

Se debe colocar suficiente cloro al efluente como para destruir o inactivar los organismos patógenos . como es difícil y costosa trabajar con métodos de detección de patógenos se trabaja con bacterias indicadoras, bacterias coliformes. Esto funciona bien ya que estas bacterias son más f0ciles de detectar que los patógenos y más difíciles de destruir que estos. Si con el proceso de cloración se logra reducir los coliformes , seguro se inactivó a los patógenos.