Folletos Informativos de Tecnología de Aguas Residuales de la EPA : Desinfección con ozono. Parte 1

Fuente: www.epa.gov

DESCRIPCIÓN

Las actividades de desinfección son consideradas como los mecanismos principales en la desactivación o destrucción de los organismos patógenos para prevenir la dispersión de enfermedades transmitidas a través del agua tanto a los usuarios aguas abajo como al ambiente. Es muy importante que las aguas residuales sean tratadas adecuadamente antes de realizarse las actividades de desinfección para que la acción de cualquier desinfectante sea eficaz. La Tabla 1 muestra los microorganismos que comúnmente se encuentran en aguas residuales domésticas y las enfermedades asociadas a ellos.

El ozono se produce cuando las moléculas de oxígeno (O₂) son disociadas por medio de una fuente de energía produciendo átomos de oxígeno que posteriormente chocan con una molécula de oxígeno para formar un gas inestable, el ozono (O₃), que se utiliza para desinfección de las aguas residuales. La mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales generan ozono mediante la aplicación de una corriente alterna de alto voltaje (6 a 20 kilovoltios) a través de una brecha entre placas dieléctricas de descarga en donde se encuentra un gas de alimentación que contiene el oxígeno. El ozono es generado en la planta debido a que el gas es inestable y se descompone en oxígeno elemental en un período corto de tiempo luego de su generación.

TABLA 1 AGENTES INFECCIOSOS POTENCIALMENTE PRESENTES EN AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS NO TRATADAS

Fuente: Tabla adaptada de Crites and Tchobanoglous,
1998

El ozono es un oxidante y agente germicida de virus muy fuerte. Los mecanismos de desinfección asociados con el uso del ozono incluyen:

• La oxidación o destrucción directa de la pared de la célula con la salida de componentes celulares fuera de la misma.
• Las reacciones con los subproductos radicales de la descomposición del ozono.
• El daño a los componentes de losácidos nucleicos (purinas y pirimidinas).
• La ruptura de las uniones de carbono-nitrógeno que conduce a la despolimerización

Cuando el ozono se descompone en agua, los radicales libres del peróxido de hidrógeno (HO₂) y del hidróxido (OH) que se forman tienen gran capacidad de oxidación y desempeñan un papel activo en el proceso de desinfección. En general se cree que las bacterias son destruídas debido a la oxidación protoplasmática, dando como resultado la desintegración de la pared de la célula (fisuramiento o lisis de la célula).

La eficacia de la desinfección depende de la susceptibilidad de los organismos a ser tratados, del tiempo de contacto y de la concentración de ozono. Un diagrama linear del proceso de desinfección con ozono se muestra en la Figura 1. Los componentes de un sistema de desinfección utilizando ozono incluyen la preparación del gas de alimentación, la generación del ozono, el contacto con el ozono, y la destrucción del ozono.

El aire o el oxígeno puro se utilizan como fuente de oxígeno en el gas de alimentación, el cual es transmitido al generador de ozono a una tasa establecida de flujo. La fuente de energía para la producción es generada mediante una descarga eléctrica en un gas que contenga oxígeno. Los generadores de ozono son comúnmente clasificados de acuerdo a:

• El mecanismo de control (voltaje o unidad de frecuencia).
• El mecanismo de enfriamiento (agua, aire, o agua más aceite).
• El arreglo físico de las placas dieléctricas (vertical u horizontal).
• El nombre del inventor.

Si bien los generadores de ozono fabricados por diversas compañías tienen características únicas, estos también tienen algunas configuraciones en común.

El método de descarga eléctrica es la fuente de energía más comúnmente utilizada para la producción de ozono. El aire extremadamente seco u oxígeno puro se exponen a una descarga controlada y uniforme de alto voltaje a una frecuencia alta o baja. El punto de condensación del gas de alimentación debe ser igual o menor de -60 oC (-76 oF). La corriente de gas generada del aire contiene cerca del 0.5 a 3.0% de ozono por peso, mientras que el oxígeno puro genera aproximadamente de 2 a 4 veces esa concentración.

Después de su generación, el ozono es alimentado a una cámara de contacto de flujo vertical de caída que contiene el agua residual a ser desinfectada. El propósito principal de la cámara de contacto es transferir el ozono que se encuentra dentro de la burbuja de gas al cuerpo del líquido mientras que se permite suficiente tiempo de contacto para la desinfección. Los tipos de cámara de contacto de burbujas difusas comúnmente utilizados (bien sea en dirección del flujo o a contracorriente) son los de inyección de presión positiva, de presión negativa (Venturi), de agitación mecánica y las torres de lecho fijo. Debido a que el ozono se consume rápidamente, debe proveerse un contacto uniforme en una cámara de flujo en pistón (tubular).

Los gases de escape de la cámara de contacto deben ser tratados para destruir cualquier ozono restante antes de ser liberados a la atmósfera. Por lo tanto, es esencial mantener una dosificación óptima del ozono para una mejor eficacia. Cuando se utiliza el oxígeno puro como gas de alimentación, los gases de escape de la cámara de contacto pueden ser reciclados para generar el ozono o para la reutilización en el tanque de aereación. Los gases de escape del ozono que no se utilizan se envían a una unidad de destrucción de ozono o se reciclan.

Los parámetros principales de control del proceso son la dosis, la mezcla y el tiempo de contacto. Los sistemas de desinfección por medio de ozono tienen como objetivo el maximizar la solubilidad del ozono en el agua residual ya que la desinfección depende de la transferencia del ozono al agua residual. La cantidad de ozono que se disuelve en el agua residual a una temperatura constante es una función de la presión parcial del ozono gaseoso sobre el agua o en la corriente del gas de alimentación.

Es crítico que todos los sistemas de desinfección que utilizan ozono sean evaluados a escala piloto y calibrados antes de la instalación para asegurar que se cumplan con los requisitos del permiso de descarga en los sitios específicos de uso.

REFERENCIAS

1. Crites, R. and G. Tchobanoglous. 1998. Small and Decentralized Wastewater Management Systems. The McGraw- Hill Companies. New York, New York.
2. Martin, E. J. and E. T. Martin. 1991. Technologies for Small Water and Wastewater Systems. Environmental Engineering Series. Van Nostrand Reinhold (now acquired by John Wiley& Sons, Inc.). New York, New York. pp. 209–213.
3. Metcalf & Eddy, Inc. 1991. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, and Reuse. 3d ed. The McGraw-Hill Companies.New York, New York.
4. Rakness, K. L.; K. M. Corsaro; G. Hale; and B. D. Blank. 1993. “Wastewater Disinfection with Ozone: Process Control and Operating Results.” Ozone: Science and Engineering. vol. 15. no. 6. pp. 497–514.
5. Rakness, K. L.; R. C. Renner; D. B. Vornehm; and J. R. Thaxton. 1988.”Start-Up and Operation of the Indianapolis Ozone Disinfection Wastewater Systems.” Ozone: Science and Engineering. vol. 10. no. 3. pp. 215– 240.
6. Rudd, T. and L. M. Hopkinson. December 1989. “Comparison of Disinfection Techniques for Sewage and Sewage Effluents.” Journal of International Water and Environmental Management. vol. 3. pp. 612–618.
7. Task Force on Wastewater Disinfection. 1986. Wastewater Disinfection. Manual of Practice No. FD-10. Water Pollution Control Federation. Alexandria, Virginia.
8. U.S. Environmental Protection Agency (EPA). 1986. Design Manual: Municipal Wastewater Disinfection. EPA Office of Research and Development. Cincinnati, Ohio. EPA/625/1-86/021.
9. Water Environment Federation (WEF). 1996. Operation of Municipal Wastewater Treatment Plants. Manual of Practice No. 11. 5th ed. vol. 2. WEF. Alexandria, Virginia.
10. Rasmussen, Karen (Frost & Sullivan). 1998. Pollution Engineering Online. Market Forecast: Wastewater Treatment Equipment Markets.” WEFTEC, Orlando, FL.

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