el ozono en el tratamiento del agua - · pdf filecalmette y roux 1.899 los que lo utilizaron...

El ozono se utiliza desde hace más de cien años como el mejor agente desinfectante para purificación del agua de bebida.

EL OZONO EN EL TRATAMIENTO

DEL AGUA

EL OZONO EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA

1

INTRODUCCIÓN En todo el escrito estaremos estableciendo un enfrentamiento OZONO (O3) versus CLORO (Cl), dado que es el Cl, el elemento más usado como agente en la desinfección del agua potable en todo el mundo. En general, ambos elementos realizan la misma misión, tratamiento del agua por oxidación química. Desde hace mucho tiempo se viene intentando la destrucción de los gérmenes patógenos por oxidación basándose en reacción química. Normalmente constituye la etapa final de otros tratamientos: almacenaje, filtración, floculación, decantación, etc. En esta última etapa de tratamiento por oxidación, se han venido utilizando como reactivos el cloro y sus derivados, el bromo, yodo, ozono, permanganato potásico e incluso el agua oxigenada. De todos ellos, tan sólo se ha generalizado en el ámbito de uso mundial el cloro y sus compuestos, ahora bien, aparte de otras consecuencias perjudiciales para el organismo, es evidente que el olor y el sabor que permanecen después del tratamiento en el agua son desagradables e incluso pueden resultar nocivos para la salud. El ozono, dado que es el mayor oxidante conocido después del flúor, es evidente que será más rápido en su actuación pero además es inodoro e insípido y no se le conocen derivados que puedan ser perjudiciales para la salud. El OZONO es el oxidante más potente que puede producirse industrialmente de forma económica: Potencial de óxido-reducción O3 2,07V. Las razones para que se haya divulgado y generalizado el uso del cloro frente al del ozono han sido: Precio, era más barata en principio una instalación de cloro que de ozono; Y primordialmente, debido a la fuerte inestabilidad del ozono, los métodos de generación que eran complicados y muy onerosos. OZONO VERSUS COMPUESTOS CLORADOS Aunque el cloro es el agente más usado en la desinfección del agua potable, el uso del Ozono para este menester ha sido continuo en Francia durante los últimos 80 años, y posteriormente se ha extendido a Alemania, Holanda, Suiza y a otros países de Europa, y más recientemente en Canadá. Especialmente en estos últimos años, se viene cuestionando la validez del cloro como desinfectante de aguas potables, no por su reconocido poder bactericida, sino a causa de la formación de compuestos indeseables en las aguas cloradas. Por ejemplo, si las aguas a tratar contienen nitrógeno orgánico o amoniaco libre, se forman cloraminas que producen olores en el agua y se está barajando la posibilidad de que sean agentes cancerígenos. Si las aguas contienen pequeñas cantidades de fenoles se forman, por la adición de cloro, los denominados clorofenoles que producen en el agua olores y sabores medicamentosos tan desagradables que a concentraciones del orden de 0,01 mg/l la hacen inaceptable para el consumo humano. Pero sin duda, el mayor inconveniente que se le achaca al cloro es la formación, si el agua es portadora de la materia orgánica adecuada, de compuestos clorados tales como los PCB's (bifenilos policlorados) que tienen un probado carácter carcinógeno. En los últimos años, en los Estados Unidos, se vienen encontrando cantidades apreciables de PCB's en los principales ríos y lagos. Mención especial merecen los trihalometanos (THM) que últimamente están preocupando a las Autoridades Sanitarias de la mayoría de los países, son compuestos orgánicos potencialmente cancerígenos y que aparecen en el agua potable tras ser sometida a cloración, en España y según publicación del MOP el grupo de ciudades con mayor nivel de THM durante el período 1.978-1,983 han sido ALICANTE, BARCELONA, CÓRDOBA, LOGROÑO, MÁLAGA, MURCIA, SEVILLA, VITORIA, TOLEDO y ZARAGOZA, la media de THM se ha situado para estos años entre 25 y 80 mg/l. Estos límites se dicen "perfectamente tolerables" sabido es que España y Suiza son los menos afectados por este problema.


2

Diversos países están controlando los máximos admisibles: - Alemania máximo 25 mg/l. - E.E.U.U. máximo 100 mg/l. En España se ha adoptado este último baremo, aunque EE.UU. ha establecido un plan de cuatro años para reducir esta cifra. El problema está en la utilización del cloro que junto con los otros dos halógenos bromo y yodo reaccionan con átomos de hidrógeno de las algas, contaminación y materia orgánica que contiene el agua. El ozono, al actuar sobre los productos que originan los THM realiza la función desinfectante sin este inconveniente y no existen THM como producto de la desinfección. Frente a estos inconvenientes del cloro, el ozono no sólo no forma productos que puedan considerarse como cancerígenos y no produce sabores u olores al agua, sino que elimina también los posibles carcinógenos y los sabores y olores del agua. Durante años se han realizado numerosos trabajos para establecer el poder relativo del cloro y del ozono en la destrucción de bacterias y virus, y por tanto se pueden aportar datos que demuestren que el ozono es, como desinfectante, mucho más eficaz que el cloro. En 1.944, Smith y Bodkin compararon la acción bactericida del cloro y del ozono a diferentes valores del pH. A pH 5 el tiempo necesario para esterilizar un litro de muestra que contenía una cantidad de bacterias totales de 8 x 107/100 ml es de 5 minutos y a pH 8 de 7.5 minutos con concentraciones de ozono de 0.13 y 0.20 mg/l de ozono respectivamente. Por contra, la concentración de cloro necesaria para esterilizar la misma agua es de 2.7 mg/l a pH 5 y de 7.9 mg/l a pH 8, es decir, de 20 a 40 veces superior. Otro ejemplo es el llevado a cabo en Suiza con el agua del Lago Petit. El ozono en concentraciones de 1 mg/l reduce el contenido en bacterias totales desde 190/ml a menos de 1/ml en un tiempo de contacto de un minuto, mientras que el cloro a igual concentración reduce el número de bacterias a 40/ml en cinco minutos y a 2/ml en 40 minutos. Bringman observó que 0.1 mg/l de cloro requieren 4 horas para eliminar 6 x 104 células de E. Coli en agua, mientras que 0.1 mg/l de ozono requieren únicamente 5 segundos. Análogamente, Kessel encontró que para desinfectar un agua conteniendo virus de la poliomielitis con 1 mg/l de cloro se necesitaban dos horas, y con solo 0.05 mg/l de ozono bastaban únicamente dos minutos. Quizá la prueba más evidente de la superioridad del Ozono frente al cloro sea la aportada por R.N. KINMAN: usando agua destilada a pH 7 y a 25 grados de temperatura en la que había 106/ml E. Coli; 0,01 mg/l de ozono son capaces de eliminar totalmente los microorganismos en un tiempo de 15 segundos, mientras que una cantidad de cloro similar es inefectiva, y una cantidad de 60 veces superior necesita el doble de tiempo para desinfectar el agua. Se puede decir, pues, que el ozono actúa, en la desinfección de 600 a 3.000 veces más rápido que el cloro. En la tabla siguiente se indican las concentraciones de desinfectante, en mg/l, necesarias para matar o inactivar el 99.9% de los organismos tabulados en diez minutos y a 5 grados de temperatura.


3

DESINFECTANTE

BACTERIAS ENTÉRICAS

CISTIDOS

AMEBICOS

VIRUS

ESPORAS

BACTERIANAS Ozono (O3)

0.001

1.0

0.1

0.2

Cl2 como ClOH

0.02

10.0

0.4

10.0

Cl2 como ClO-

2.0

1000

20.0

1000

Cl2 como ClNH2

5.0

20.0

100

400

Cl2 (pH 7.5)

0.04

20.0

0.8

20.0

Cl2 (pH 8)

0.1

50.0

2.0

50.0

En resumen, puede concluirse que el ozono en el tratamiento de aguas tiene las siguientes ventajas: 1. La ozonización elimina el color causado por el hierro, el manganeso o la materia carbonosa, y los

sabores y olores debido a la presencia de materia orgánica. 2. El ozono reduce la turbiedad, el contenido en sólidos en suspensión y las demandas químicas y

biológicas de oxígeno. Además, puede eliminar detergentes y otras substancias tenso activas no biodegradables. El grado de eliminación dependerá de la cantidad de ozono usada.

3. El ozono es un poderoso desinfectante. No sólo mata las bacterias patógenas, sino que, además,

inactiva los virus y otros microorganismos que no son sensibles a la desinfección ordinaria con cloro. 4. La ozonización es más barata que la super cloración seguida de una decloración, y del mismo costo

que la cloración ordinaria. 5. Como tratamiento terciario de efluentes secundarios, la ozonización es considerablemente más

barata que la absorción con carbón activado. 6. Si no hay posterior recontaminación, el ozono residual es suficiente para efectuar una desinfección

común. 7. El ozono puede ser detectado por el hombre mucho antes de que llegue al nivel tóxico. 8. El ozono no produce en el agua aumento en el contenido de sales inorgánicas ni subproductos

nocivos. En definitiva podemos afirmar que el ozono realiza las siguientes funciones en el AGUA:

1) DEGRADACIÓN DE SUBSTANCIAS ORGÁNICAS.

2) DESINFECCIÓN.

3) INACTIVACIÓN DE LOS VIRUS.

4) MEJORA SUBSTANCIOSA DE SABORES Y OLORES.

5) ELIMINACIÓN DE COLORES EXTRAÑOS.

6) ELIMINACIÓN DE LAS SALES DE HIERRO Y MANGANESO.

7) FLOCULACIÓN DE MATERIAS EN SUSPENSIÓN.

8) ELIMINACIÓN DE SUBSTANCIAS TOXICAS.


4

9) DESESTABILIZACIÓN DE MATERIAS COLOIDALES.

PROPIEDADES DESINFECTANTES Cuando se habla de agua, el ozono (O3) es reconocido como el desinfectante más rápido y potente. El primer científico que lo utilizó en desinfección de agua fue el francés MERITENS en 1.886, después OHLMÜLLER en 1.892 y VAN EMERGEN en 1.985 estudiaron la misma utilización del ozono; pero fueron CALMETTE y ROUX 1.899 los que lo utilizaron para grandes cantidades de agua por primera vez. El ozono destruye los virus y quistes (Newton et Jones, 1.949), los hongos y las toxinas (Blogoslaswski 1.973) y a elevadas concentraciones destruye algas y protozoos (Lagrange y Rayet en 1.952). Brigman en 1.954 ya demuestra que los virus entéricos son especialmente sensibles a la acción del ozono y que su destrucción es extremadamente rápida. INCORPORACIÓN DEL OZONO AL AGUA Independientemente de los problemas de generación, que con nuestros sistemas se evitan ya que no producen ni radiación de ningún tipo, ni óxidos nitrosos y es una producción en frío; debemos incorporar el ozono al agua hasta alcanzar las concentraciones deseadas en el agua a tratar. Como vehículo portante empleamos aire con una concentración determinada de ozono que se hace borbotear bien por medio de un difusor, bien por eyector "Venturi" bajo presión. Normalmente las relaciones de concentración son de 10 g. O3/m3 aire para obtener 1 g. O3/m3 de agua; es decir 100 lts de aire ozonizado por cada m3 de agua. Esta norma no es fija y sólo puede ser tenida en cuenta a título orientativo. La calidad del agua, su procedencia, el caudal de renovación, el volumen a tratar y el residual de O3 en gr/m3 que deseamos obtener, además de otros muchos datos que según los casos se pueden necesitar como presión en el punto de aplicación, agitación, temperatura, etc. nos permitirá elegir un modelo apropiado de nuestra gama de equipos para el tratamiento de aguas. Digamos que la transferencia del ozono al agua, se rige por la ley de Henry, es decir, que las cantidades

disueltas son función de la presión y la temperatura. Es cómodo utilizar el coeficiente de reparto, como se puede observar en la figura siguiente:

Para un cálculo de solubilidades y velocidades de transferencia en la interfase líquido-gas, deberemos tener en cuenta el siguiente ábaco:

SOLUBILIDAD DEL OZONO EN AGUA

0102030405060

0

0,2

0,4

0,6

Coeficiente de Reparto

TEM

PER

ATU

RA

ºC


5

CONCENTRACIONES Y RESIDUALES Ya en el punto anterior, hemos hablado de concentraciones y residuales, necesarios para el tratamiento de diversas aguas, realizando un comparativo frente a los mismos parámetros del cloro. No obstante creemos interesante el ampliar un poco los resultados obtenidos por algunos investigadores, lo que nos dará una mejor idea de la supremacía del ozono frente a cualquier otro tratamiento. Para grandes tratamientos se están utilizando concentraciones de 2 a 4 gr. O3/m3 de H2O. Hoy en día se reconoce que concentraciones menores tienen un éxito sorprendente, sobre todo, frente el cloro; Los residuales de ozono en agua no tienen porqué ser mayores que los del cloro sino iguales si queremos una acción más rápida o menores para tiempos de contacto iguales. Cada tratamiento en particular debe considerarse en función de sus características peculiares: en aguas muy cargadas, por ejemplo, es común realizar la ozonización en etapas sucesivas, por el método de cámaras y utilizando el aire excedente para recircularlo con lo cual se gana en riqueza de ozono en la producción. EFECTO BACTERICIDA En todos los casos que se emplea el ozono en desinfección existen dos variantes fundamentales: - Residual en el agua (mg O3/m3 agua). - Tiempo de contacto en minutos. No obstante y para facilidad del lector daremos algunas equivalencias utilizadas. 1 p.p.m. ± 1 mg O3/l agua ± 1 gr. O3/m3 agua 1 µg O3/l agua ± 0,001 mg O3/l agua ± 1 mg O3/m3 agua ± 0,001 p.p.m. En general vamos a demostrar que el ozono es el desinfectante más rápido y efectivo que existe actuando sobre:

Escherichia Coli.

SOLUBILIDAD DEL OZONO A 10 ºC

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3

Presión Atmosférica

Ozo

no D

isue

lto m

g eq

/l ag

ua

1 gr eq/m3 aire 5 gr eq/m3 aire 10 gr eq/m3 aire 13 gr eq/m3 aire


6

Streptococcus Fecalis.

Bacillus Megaterium.

Pseudomona Aeruginosa.

Clostridium.

Sthaphylococcus Aureus. (En ningún caso esta relación es exhaustiva). La mayor parte de ensayos realizados en desinfección de aguas se hacen sobre la bacteria de origen fecal E. Coli. En 1.955 WUHRMANN y MEYRATH emplearon el residual más pequeño de ozono ensayado en agua: rozono = 0,6 gr./l agua = 0,6 mg O3/m3 agua En 2,5 minutos esta Concentración de Ozono en agua resultó bactericida para el E. Coli. El residual se mantiene constante haciendo una aportación continua, por burbujeo en el seno del agua, de ozono. El pH del experimento era pH 7.0 y la temperatura de 12 1C. Gráficamente podemos representar la acción del ozono sobre el E. Colí de la siguiente manera:

En desinfección se usa principalmente la unidad: 1 µg O3/l agua ± 0,001 mg O3/l agua ± 1 mg O3/m3± 0,001 p.p.m. Podríamos resumir el experimento: Densidad Bacteriana: 2 a 4 x 107 bacterias por 100 ml de agua.

Destrucción E. Coli a 12 ºC

020406080

100120

1 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150

Tiempo Contacto (sg)

Supe

rviv

enci

a (%

)

0,0125 mg O3 /l 0,0090 mg O3 /l0,0023 mg O3 /l 0,0006 mg O3 /l


7

Temperatura : 121C. Resultados : 99,99% de eliminación de E. Coli. Concentración : 9 µg O3/ltr agua. En escala logarítmica se observa una cierta linealidad entre los tiempos de contacto y la supervivencia de la colonia. Se ha comprobado que:

Staphylococcus albus (Aureus).

Pseudonomas Fluorescens. Reaccionan a la acción desinfectante y bactericida del ozono de idéntica manera que los E. Coli. Realizando el experimento de forma parecida sobre esporas de:

Bacillus Megaterium

Bacillus Cereus Se aprecia que son algo más resistentes al ozono. No obstante, con concentraciones de: 100 µg O3/l agua = 100 mg O3/m3 agua La destrucción se realiza en un 99,99% con un tiempo de contacto comprendido entre 5 y 10 minutos. Hacemos observar al lector que en las instalaciones que hacemos con los equipos TRIOZON los residuales buscados no descienden de 300 mg O3/m3 agua.

De forma parecida WUHRMANN en 1.959 realizó ensayos utilizando el ozono como germicida sobre:

E. Coli.

Destrucción de esporas a 22 ºC y pH 7,2

0,00010,001

0,010,1

1

10100

0 5 10 15 20 25

Tiempo de contacto (min)

supe

rviv

enci

a (%

)

0,192 mg O3/l 0,092 mg O3/l 0,049 mg O3/l0,016 mg O3/l 0,0067 mg O3/l


8

Streptococcus Faecalis.

Mycobacterium Tuberculosis.

obteniendo los siguientes resultados: - Concentración residual : 10 a 20 mg O3/m3 agua. - Tiempo medio de contacto : 2 minutos. - Densidad bacteriana utilizada : 106/100 ml - Desinfección alcanzada : 99,99%. Los siguientes cuadros son más demostrativos:

ELIMINACIÓN E. COLI A 10 ºC

0,01

0,1

1

10

100

0 50 100 150Tiempo contacto (sg)

supe

rviv

enci

a (%

)

0,012 mg O3/l 0,006 mg O3/l

Eliminación Strep. Faecalis a 10 ºC

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100tiempo contacto (sg)

supe

rviv

enci

a (%

)

0,018 mg O3/l 0,010 mg O3/l 0,004 mg O3/l


9

EVISON en 1.972 demostró que en agua a 251, con un pH 7, y una concentración de 20 mg O3/m3 agua en 4 minutos se destruía el 99,99% de los E. Coli. Por supuesto, deberemos tener en cuenta la demanda de ozono que tenga el agua, es decir, no todo el ozono se consumirá en acción desinfectante, sino que, por ejemplo, el contenido en materia orgánica hará necesario aumentar las concentraciones residuales y por lo tanto el aporte. De idéntica manera la temperatura del agua, la agitación, los sistemas de aportación del ozono, etc. harán variar substancialmente los tiempos de contacto necesarios. Si la temperatura del agua es baja favorece sobremanera la acción germicida del ozono. Veamos la cinética de destrucción de los E. Coli con diferentes concentraciones (todas ellas muy inferiores a las alcanzadas con los sistemas TRIOZON) y a 11C de temperatura:

Eliminación M. Tuberculosis a 20 ºC

020406080

100120

0 2,5 5 7,5Tiempo contacto (min)

supe

rviv

enci

a (%

)

0,027 mg O3/l 0,016 mg O3/l 0,008 mg O3/l

Cinética Destrucción E. Coli a 1 ºC

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

100

0 20 40 60 80 100 120 140

Tiempo contacto (sg)

supe

rviv

enci

a (%

)

1,3 mg O3/l 0,07 mg O3/l0,065 mg O3/l 0,04 mg O3/l


10

Veamos los resultados obtenidos por LEIGUARDA en 1.949 sobre:

♦ E. Coli.

♦ Clostridium Perfringens (patógenos para el hombre).

% supervivencia después de:

Residual O3 (mg O3/m3 agua)

Temperatura 1C

pH

Ozono inicial

mg O3/m3

1'

3'

5'

15'

1'

3'

5'

15'

10

6

120

0.1

0.04

0

0

110

100

90

80

10

8

120

0.3

0.05

0

0

110

100

80

60

10

6

220

0.02

0

0

0

210

200

200

190

10

8

220

0.17

0

0

0

210

200

190

170

24

6

120

0.3

0.06

0.01

0

110

90

80

70

24

8

120

0.1

0.06

0.02

0

110

90

80

50

24

6

220

0

0

0

0

210

200

190

170

24

8

220

0.08

0

0

0

210

200

180

130

Acción del ozono sobre los E. Coli, en agua sin demanda de O3 con pH 6 y 8 a 10 y 241C de temperatura.

% de supervivencia después de:

Residual de ozono mg O3/m3 agua

pH

Ozono inicial mg O3/m

1'

3'

5'

15'

1'

3'

5'

15'

6

120

0.32

0.06

0

0

110

100

90

80

8

120

1.40

0.01

0

0

110

90

70

40

6

220

0

0

0

0

200

190

180

140

8

220

0

0

0

0

200

170

150

100

Acción del ozono sobre Clostridium Perfringens en agua, sin demanda de oxígeno con pH 6 y 8 a 241C de temperatura. Del análisis de los cuadros V y VI se deduce que el Ozono actúa más eficazmente que cualquier otro desinfectante y en mucho menos tiempo de contacto con disminuciones de residuales prácticamente despreciables; insistimos en que el agua no tiene otra demanda de ozono que la propia de la desinfección.

POR SUPUESTO ESTOS ENSAYOS SOLO DEBEN SER CONSIDERADOS COMO ORIENTATIVOS, PARA EL CÁLCULO DE INSTALACIONES DEBE ACUDIRSE A NUESTRO MANUAL DE CÁLCULO TRIOZON, DONDE CONSIDERAMOS CONDICIONES DE TRABAJO REALES Y NO DE ENSAYO.


11

LLUTA y UNGER en 1.954 ya realizaron series de experiencias atendiendo a la diferencia entre el laboratorio y la realidad.

Destrucción en %

después de:

Residual después de

(mg O3/m3 ag.):

Condiciones iniciales de

Ozonización en: mg O3/m3 agua

1 MINUTO

5

MINUTOS

1

MINUTO

5

MINUTOS

100

99.9

100

90

70

70

100

100

50

50

50

99.9

100

30

30

30

99.6

99.9

20

0.00

TRAZAS

99.2

99.2

0.00

0.00

NO DETECTA

3.6

2.1

0.000

0.000

Destrucción de E. Coli en agua destilada pH 5.5 a 5.7a una temperatura de 201C y con un número inicial de bacterias de 2,4 x 105/100 ml Del análisis anterior se desprende:

1. En agua sin demanda de oxígeno (destilada) con residuales menores de 100 mg O3/m3 agua, son suficientes cinco minutos de contacto para eliminar el 100% de la contaminación.

2. En agua de grifo infectada por E. Coli con concentraciones inferiores a 100 mg O3/m3 agua,

la desinfección obtenida no es correcta (ver Cuadro VII). Sin embargo, subiendo la concentración ligeramente por encima de los 100 mg O3/m3 agua, la destrucción bacteriana es total en menos de un minuto.

Agua grifo con E Coli pH 7,1 14 ºC

020406080

100120

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo contacto (min)

supe

rviv

enci

a (%

)

0,12 mg O3/l 0,10 mg O3/l0,07 mg O3/l 0,05 mg O3/l


12

En todos los casos una vez consumido el ozono necesario en eliminar la materia orgánica, con muy pequeñas aportaciones suplementarias de ozono se consiguen resultados muy satisfactorios en tiempos muy cortos. Un ensayo interesante es el de KINMAN (1971) en el que comprueba la eficacia del ozono incluso en bajas concentraciones, deberemos considerar, sin embargo, que utilizó agua pura para sus ensayos contaminando con:

♦ E. Coli.

♦ Streptococcus Faecalis. Con una densidad de 108/100 ml. Lógicamente para nuestras aplicaciones consideraremos que el agua que tratamos no es precisamente pura. Las concentraciones que utilizó como se ve en los cuadros son entre 10 mg O3/m3 agua y 300 mg O3/m3 agua.

Temperatura 1C

pH

mg O3/m3 agua

Tiempo 100 % destrucción

(SG)

25

10

60

25

50

20

25

100

20

25

120

15

25

190

15

30

10

SIN DESTRUCCION

30

50

15

30

24

15

30

27

15

30

30

15

30

7

31

15

ESCHERICHIA COLI

Temperatura 1C

pH

mg O3/m3 agua

Tiempo para la destrucción 100% (SG)

25

10

15

25

10

20

25

90

15

25

200

40

30

20

60

30

30

20

30

70

20

30

7.0

80

20

STREPTOCOCCUS FAECALIS


13

Los resultados son verdaderamente buenos ya que con aportaciones de ozono muy pequeñas se consigue una magnífica desinfección. Es muy importante que se distinga bien entre: a) Producción o cantidad de ozono aportada a un agua.

Son los mg eqv O3/m3 agua por minuto que se aportan, es decir si tenemos un caudal horario de 1 m3/hora de agua e instalamos un NEPTUNO III tendrá una producción o cantidad de ozono 1000 mg eqv O3/m3 por hora.

b) Concentración o residual alcanzado en dicha agua.

La concentración o residual, deberá ser medida en el momento de alcanzar el equilibrio en la cinética de difusión y consumo del ozono en el agua. Lo mediremos en mg O3/m3 agua y estará en función de la cantidad de ozono que aportemos, (producción), pero también estará en función de la cantidad de contaminación o flujo contaminante tanto químico como bacteriológico.

Cuando se inicia una ozonización tanto en aire como en agua, deberemos esperar un tiempo para alcanzar un régimen permanente y medir el residual de equilibrio, este tiempo va en función de la cantidad de ozono aportada pero no sólo depende de dicho parámetro, sino también del nivel de materia orgánica y contaminación en general. PERRICH en 1.975 hizo unos estudios sobre la cinética de la acción del ozono en el agua que aportan datos interesantes: Es curioso ver que sólo con 0.8 O3/m3 por minuto, en 7 minutos obtiene un 99,9% de desinfección sobre un agua con una densidad de 107/100 ml de E. Coli; por supuesto se trataba de agua pura desionizada, que no es nunca nuestro caso ya que con nuestros sistemas aportamos siempre un mínimo de: 4,16 mg O3/m3 agua por min. Es decir un coeficiente 5,2 veces superior, con lo cual compensamos las impurezas orgánicas y químicas del agua que también absorben una cantidad de ozono. PERRICH, concretamente con sus 0.8 mg O3/m3 por min. obtenía residuales entre 10 y 40 mg O3/m3 dependiendo de los parámetros, nivel de contaminación, temperatura, forma de aplicación, etc. Nuestros sistemas obtienen residuales, según el tipo de aparato y aplicación, entre 100 y 700 mg O3/m3. Esta demostrado que cuando un agua contiene materia orgánica ésta protege a determinadas bacterias de la acción desinfectante del ozono y en ese caso, muy normal en la vida real debemos aumentar el residual a valores como los obtenidos con nuestros equipos y el tiempo de contacto en 3 ó 4 minutos sobre la tasa media para agua pura. Muy interesante aparece la acción del ozono sobre el BACILLUS SUBTILIS, especie que en forma de espora es tremendamente resistente a la acción de los desinfectantes.

Cinética E. Coli sin/con Ozono

020406080

100120

0 4 8 12 16 20 24

Tiempo Contacto (min)

Supe

rviv

enci

a (%

CON 0,3 mg O3/m3 /min SIN Ozono


14

Con un residual de 330 mg O3/m3 agua en 4 minutos, como se aprecia en el gráfico, la destrucción es total. Recordamos que el Bacillus subtilis es una bacteria común en el suelo, consecuencia de la descomposición de la materia orgánica nitrogenada (proteínas). KESSEL y otros autores ya citados demostraron que 200 mg O3/m3 agua es más eficaz y mucho más rápido que otros desinfectantes como el cloro y sus compuestos actuando sobre mezclas de:

♦ E. Coli.

♦ Alcaligemes Faecalis.

♦ Streptococcus de varios tipos.

♦ Quistes de Entamoeba Hystolitica.

♦ Materia orgánica. Por otro lado los resultados de SUCHKOV en 1.964 con residuales de 200 mg O3/m3 agua obtenidos nada más ozonizar (nuestro caso), empleando agua destilada y de río son concluyentes:

AGUA DESTILADA

AGUA DEL RÍO

OZONO Y BACTERIAS ENSAYO

1

ENSAYO

2

AGUA TRATADA

AGUA NO TRATADA

Tiempo de ozonización (min.)

0.3

0.5

2

5

4,5

12

Ozono aplicado (mgr/m3)

300

900

2100

7000

7200

22000

Residual mg O3/m3

100

200

100

200

100

200

ESPECIES

SUPERVIVENCIA EN (%)

Bacilo de Typhoidea

0,30

0

0,90

0

1,90

0

Bacilo de Disentería

Esporas Bacillus Subtilis(común en el suelo)

020406080

100120

0 4 8 12 16 20 24 28


Espo

ras

por m

l

0,10,150,20,250,30,350,4

Ozo

no m

g/l

Esporas/ml Ozono mg/l


15

AGUA DESTILADA

AGUA DEL RÍO

OZONO Y BACTERIAS ENSAYO

1

ENSAYO

2

AGUA TRATADA

AGUA NO TRATADA

Shiguella Flexneri 0,01 0 0,06 0 0,10 0

Shiguella Flexneri 6

0,01

0

0,06

0

0,76

0

Shiguella Boydii

0,01

0

0,08

0

0,20

0

Shiguella Sonnei

0,01

0

0,11

0

0,20

0

Shigella Strutzer

0,002

0

0,04

0

0,02

0

Concentración de Bacterias 104/100 ml Así mismo, es importante conocer los mínimos determinados por BROADWATER (1973) para los residuales que alcanzan el 100% de descontaminación:

Residual mínimo (mg O3/m3) Bacillus Cereus 120 Bacillus megaterium 190 E. Coli 190 Sobre las esporas de los dos primeros es necesario actuar con residuales mucho más altos, del orden de 2 gr O3/m3 (OZONIZACIÓN VERDADERA). Para demostrar como afecta la existencia de materia orgánica a la desinfección, utilizaremos los estudios de SMITH de 1.976. Por ejemplo veamos como actúan 325 mg O3/m3 de agua en la que no existe demanda de ozono, que no sea la bacteriológica. Ahora bien, sobre este mismo gráfico consideramos agua con 5 mg/l. De carbono orgánico. Los estudios de HAUFELE y SPROCKHOFF en 1.973, realizados con agua del grifo y a diferentes temperaturas, son la mejor demostración de las grandes cualidades del ozono en desinfección (ver

Cuadros). Es evidente que la eficacia de una desinfección por ozono, o por cualquier desinfectante, es resultado del tiempo de contacto, cantidad de desinfectante (en este caso ozono), temperatura del agua, nivel de impurezas, etc.

E. COLISMITH (1976)

0,0010,01

0,11

10100

0 0,2 0,4 0,6


Supe

rviv

enci

a (%

)


16

Casi podríamos asegurar que siempre que el problema sea bacteriológico la mejor solución será la aplicación del ozono en cantidad y tiempo preciso.

E.COLI

3 x 107/ml 13.51C

SERRATA MARCESCENS

4 x 107/ml 121C

PSEUDOMONAS AERUGINOSA

1.2 x 107/ml 11.71C

N1/ 100 ml. Después de:



OZONO mg/m3

3'

1 hora

OZONO mg/m3

3'

1 hora

OZONO mg/m3

3'

1 hora

160

0

0

700

2

0

380

0

0

130

2

0

520

6

1

290

2

1

80

11

6

380

16

3

180

6

1

20

NO HAY DESINFECCIÓN

220

NO DESINF.

9

120

138

96

Así mismo sería necesario de 3 a 5 gr. O3/m3 para eliminar 107/100 ml de Staphilococcus Aureus. Todos los autores sugieren que un equipo para desinfección debe mantener un residual de alrededor de 200 mg O3/m3 agua durante 5 minutos. Los equipos que vendemos (OZONIZACIÓN REDUCIDA) abarcan gran cantidad de aplicaciones, entre las que podríamos destacar: < VIVIENDAS UNIFAMILIARES < URBANIZACIONES, COMUNIDADES... < HOTELES < INDUSTRIA AGROALIMENTARIA < PISCINAS, ETC..

E. Coli (Agua sin DBO)SMITH (1976)

0,01

0,1

1

10

100

0 2 4 6 8


Supe

rviv

enci

a(%

)

325 mg O3/l


17

En estas instalaciones aconsejamos mantener los equipos en constante funcionamiento y en circuito cerrado, superamos en mucho los residuales mínimos necesarios. El Ozono, además, es mucho más activo que el cloro frente a esporas y quistes. Incluso, cuando el pH y la temperatura varían, los resultados de ozonización son mucho más constantes que la cloración. ACCIÓN VIRULICIDA Los virus son microorganismos infecciosos que se caracterizan por su pequeño tamaño. Se reproducen, con gran rapidez, utilizando células vivas y no lo pueden hacer de otra forma, a continuación destruyen la célula portadora y se liberan gran número de virus. Por supuesto que para encontrar virus o entero virus en un agua, ésta deberá tener fuertes infiltraciones de aguas residuales. La realidad es que se han estudiado siempre los mecanismos de actuación del

ozono frente a los virus como consecuencia del tratamiento de aguas residuales. Hasta hoy nuestros equipos y sistemas son de ozonización de coeficiente reducido y no se instalan para realizar la fase completa de desinfección en un tratamiento de aguas residuales; sí se han instalado como ayuda a la desodorización y seguro de buen tratamiento del agua donde existe, también, una fase de desinfección por algún otro desinfectante químico. Todos los científicos que han estudiado la acción del ozono sobre los virus han llegado a la misma conclusión: los

residuales necesarios para garantizar la eliminación en el 99,99% son entre 3 y 5 veces más altos que los necesarios para las bacterias. Lo mismo podríamos decir de los tiempos de contacto y por lo tanto de las cantidades a aportar de ozono para un mismo caudal de agua infectada. Lo que sí podemos afirmar es que el ozono, a igualdad de residuales, es mucho más activo que el cloro. KESSEL en 1.943 observó que con el virus de la poliomielitis el cuadro comparativo era el siguiente: DESINFECTANTE RESIDUAL TIEMPO NECESARIO CLORO 500 a 1000 mgr/m3 agua 1,5 a 3 horas OZONO 50 a 450 mgr/m3 agua 10 minutos En 1.957 SUCKHOV realizando ensayos con aguas de río filtradas con un conteniendo de 5 x 103,5 Dl 50/ml de Polio virus 3 y de virus Coxsackie B-3 (Dosis infecciosa), comprobó que con 200 mg O3/m3 agua obtiene de un 99.7 a un 99,9% de destrucción, siendo el primero de los dos el más resistente. Una vez más podemos indicar que la presencia de materia orgánica hace que los últimos residuales de virus sean muy difíciles de hacerlos desaparecer. Los siguientes gráficos nos dan una idea de la acción del ozono sobre este tipo de contaminación.

POLIOVIRUS

020406080

100120

0 0,25 0,5 1 2

Concentración Inicial Ozono (mg/l)

Supe

rviv

enci

a (%

)

4 min. 2 min.


18

POLIOVIRUS(Agua de Río Filtrada)

0,11

10100

100010000

0 1 4 7 10 13 16 19


DI 5

0/m

l

0,6 mg O3/l 0,4 mg O3/l

Destrucción de E. Coli con Ozono pH7 25 ºC

0,001

0,01

0,1

1

10

100

0 8 16 24 32


Supe

rviv

enci

a (%

)

POLIOVIRUS-2

1

10

100

0 4 8 12 16 20


Supe

rviv

enci

a (%

)

9 mg O3/m3 x min Destrucción Natural


19

POLIOVIRUSAgua Canal Filtrada

0,11

10100

100010000

0 0,1 0,2 0,3 0,4

mg Ozono/l

DI 5

0/m

l

10 min 4,5 min 3 min 1 min

Destrucción con Ozono Coliphago T2 1 ºC

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

100

0 20 40 60 80 100 120


Supe

rviv

enci

a (%

)

Destrucción Poliovirus-1 a 5 ºC

0,001

0,01

0,1

1

10

100

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo contacto (seg)

Supe

rviv

enci

a (%

)

1,5 mg O3/l 0,8 mg O3/l 0,3 mg O3/l


20

VIRUS - OZONIZACION VERDADERA

0,00010,0010,010,1

110

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11


Supe

rviv

enci

a(%

)

ECHOVIRUS-29 ADENOVIRUS-7a POLIOVIRUS-3COXSACKIE-B3 COXSACKIE-B5 POLIOVIRUS-2ECHOVIRUS-12


21

INFLUENCIA DEL pH Y DE LA TEMPERATURA EN LAS PROPIEDADES DESINFECTANTES DEL OZONO (O3) Todos los científicos citados hasta ahora en este estudio y algunos más tampoco se han puesto de acuerdo en cómo afecta el pH y la temperatura al efecto desinfección por ozono. Existen resultados intermedios de estudios sobre pH y sobre temperatura y algunos combinados sobre ambos parámetros. Parece lógico que a temperaturas bajas el ozono actúe mejor, ya que se disuelve mejor en el agua y permanece más tiempo, sin embargo a temperaturas elevadas el ozono ataca mejor a las bacterias porque tienen menos tendencia a esporular y rompen la espora; por ello se dan resultados contradictorios. BUFFLE y GOMELLA afirman que la desinfección por ozono se ve menos influenciada por las variaciones de pH que la desinfección por cloro. SMITH en 1.967 escribe y demuestra que la destrucción de bacterias por ozono es independiente de la temperatura mientras esta permanece entre 1 ºC y 30 ºC. ACCIÓN SOBRE EL PLANCTON La aplicación del ozono en concentración de 0,5 a 1 gr O3/m3 de agua destruye también las algas y protozoos. Así como un 98% de las larvas de moluscos, con concentraciones de 1 a 1,5 gr de O3/m3 de agua. La ozonización destruye igualmente productos que resultan del metabolismo de los componentes del plancton y que producirían olores y sabores desagradables. ACCIÓN SOBRE POLUCIONANTES El color natural del agua puede tener diferentes orígenes, entre los que se pueden citar las sustancias húmicas asociadas o no a iones metálicos (como el hierro y el manganeso), material vegetal en descomposición, algas microscópicas, materias colorantes procedentes de residuos industriales. La eficacia de la ozonización en la eliminación del color ha llamado poderosamente la atención a los responsables del suministro de agua de todos los países y su eficacia viene certificada por abundante bibliografía inglesa, alemana, americana, francesa, rusa, etc. Las dosis de tratamiento indicadas son realmente elevadas, como mínimo 2 gr / m3 y más, el tiempo de contacto está comprendido entre 3 y 15 minutos. La rapidez de acción es consecuencia de la temperatura, del pH y la presencia de cuerpos extraños, cuya previa eliminación nos lleva a una disminución de la dosis de ozonización. Deben mencionarse dos aspectos particulares, tales como la presencia de hierro y manganeso y el de la materia orgánica reductora. Se necesitan: 0,44 mg O3/mgr de F2+ (bivalente ferroso) Según la reacción: 2 Fe2+ + O3 + H2O --- 2 Fe3+ + O2 + 2OH- así como: 0,88 mg O3/mgr de Mn. Con mucha frecuencia existe una relación directa entre la presencia de iones hierro y el color del agua. La eliminación del hierro y el manganeso como tales no justifica el empleo de ozono; a menudo pueden aplicarse otros procedimientos para eliminarlos. Sin embargo, estos elementos pueden formar complejos con grupos aniónicos que deben destruirse con anterioridad. En este caso el ozono es el reactivo que debe elegirse: precipita los elementos no deseables en forma de hidratos insolubles de valencia elevada y todo ello al pH que normalmente se encuentra en las aguas naturales. Esta acción es particularmente interesante en el caso manganeso. La transformación del manganeso en


22

hidrato tetravalente Mn (OH)4 por el oxígeno del aire, el cual es insoluble, exige un pH superior a 10 en ausencia de catalizador, y un pH 8,5 en presencia de óxidos superiores de manganeso. Por el contrario, el ozono provoca, sin la presencia de catalizador, una precipitación total a partir de un pH de 6,5. La presencia de materias orgánicas reductoras, tales como los polifenoles, por ejemplo, entorpece la eliminación del color por los medios utilizados habitualmente. Una preozonización enérgica provoca una desunión de las materias orgánicas y una especie de floculación aparente de las materias colorantes que pueden ser retenidas por un dispositivo de separación mecánica: filtro o micro tamiz. Un método como éste es el que se aplica en muchas estaciones de tratamiento francesas, sobre todo de la región occidental. Los gustos y olores del agua son sin duda uno de los motivos de preocupación más notables de los distribuidores de agua, y a los cuales son extremadamente sensibles los consumidores. Pueden clasificarse en varias clases teniendo en cuenta:

Origen mineral: Hierro, manganeso, sulfhídrico, mineralización total elevada.

Origen orgánico natural: Ácidos húmicos, taninos, materias orgánicas aportadas por arrastre durante las lluvias, algas y generalmente masa de plancton.

Origen urbano: Productos de descomposición de materias orgánicas de deshechos urbanos (glúcidos, prótidos y lípidos).

Origen industrial: Deshechos químicos, detergentes, hidrocarburos, alquitranes.

Origen agrícola: Pesticidas, herbicidas, abono mineral.

Origen propio del tratamiento: Principalmente productos clorados fijados en las materias contaminantes descritas con anterioridad. En la práctica muy raramente se encuentra el caso de gustos y olores que provienen de un solo origen de contaminación, sino que estos son el resultado de una combinación de varios de ellos. En la mayoría de casos debe hacerse frente a situaciones procedentes de contaminaciones diversas y éstas pueden encontrarse simultáneas o sucesivamente en el curso de un año hidrológico. La ozonización, ya sea final o repartida en preozonización y ozonización, es muy eficaz en cualquier caso para la eliminación de olores tenaces de tierra, de moho o farmacéuticos. Los derivados clorados, que aparecen en las aguas precloradas, desaparecen a menudo después de la ozonización. Tengamos en cuenta, finalmente, que el agua ozonizada se carga, como consecuencia de la autodestrucción del ozono residual, con una cantidad notable de oxígeno disuelto que le da un gusto agradable, apreciado por el consumidor. La noción de micro polución se ha implantado progresivamente durante los últimos años y abarca la contaminación por trazas de productos orgánicos: hidrocarburos, sustancias extraibles al cloroformo (SEC), detergentes aniónicos, fenoles, pesticidas. El ozono actúa generalmente sobre estos micropolucionantes en dosis parecidas a las que se utilizan en la inactivación de virus y en la esterilización.


23

Si existen fenoles en pequeñas concentraciones en las aguas sin tratar, se eliminan radicalmente mediante una ozonización aplicada en dosis bactericidas o virulicidas. Sin embargo, también se ha estudiado la acción del ozono en aguas más concentradas en fenoles. Se ha realizado durante estos últimos años en Rusia un detallado trabajo con aguas residuales y de río muy cargadas (agua del Dniéper), con contenidos de 1 mg/l a 10 mg/l de compuestos hidroxilados (fenoles, naftoles, cresoles, pirocatequina, etc.). La influencia del pH (2 a 14) y del tiempo de contacto (5 min. A 20 min.) Ha sido evidente). La presencia de cloro hace más fácil la desodorización del agua, pero disminuye el porcentaje de destrucción de cresoles y naftoles. Por fin, el aumento del pH favorece la disminución de las concentraciones de fenol. Un estudio americano realizado con aguas que contenían diferentes derivados de fenoles, y con aguas residuales de las fábricas de coke, muestra que concentraciones de fenol de 5 mg/l desaparecen en 10 a 15 min. con tratamientos de una dosis de ozono en el agua de 2,5 g/m3 a 6 g/m3. Los cresoles en concentraciones de 0,2 g/m3 a 0,4 mg/l, se destruyen igualmente en estas condiciones. En los casos de di y trifenoles de 0,2 mg/l (solución coloreada) y los naftoles de 0,5 mg/l, se obtiene su destrucción por medio de ozono en 10 minutos. Los detergentes se oxidan parcialmente por el ozono. Normalmente, en Francia hemos comprobado personalmente que los contenidos en aguas brutas varían de 50 a 300 g/l (expresados en lauril sulfato sódico) y se destruyen en más de un 90% en un tratamiento que posea ozonización final de 2,5 g/m3 a 4 g/m3. Puede decirse que la eficacia de ese tratamiento radica esencialmente en el ozono, ya que la concentración en aguas decantadas y filtradas es de un 70% aproximadamente de los correspondientes contenidos iniciales. La demanda de ozono de los detergentes es del orden de 3 mg por 1 mg de ABS, que corresponde a un poco menos de 10 mg de ozono por radical funcional - SO3Na. Las sustancias extraibles al cloroformo se eliminan muy bien cuando las concentraciones iniciales son de 0,5 g/m3 a 1 g/m3 en el agua bruta. Las concentraciones en el agua ozonizada en el ámbito de red de distribución se reducen a 0,05 - 0,1 g/m3 (esta última cifra es comparable a los resultados obtenidos con ciertas aguas minerales de referencia.). Se han realizado recientes trabajos de ozonización en laboratorios de emulsiones de petróleo (6,5 mg/l a 200 mg/l) y productos petrolíferos (3 mg/l a 6 mg/l). Se obtiene una destrucción imperfecta del petróleo bruto en 10 minutos (persiste olor a keroseno); contrariamente, se obtiene en el mismo tiempo una desodorización completa de la mezcla keroseno-gasolina. La demanda (experimental) de ozono es de 1,5 g/O3 a 1,7 g/O3 por gramo de producto. PUESTA EN CONTACTO Debe estudiarse cuidadosamente la puesta en contacto del aire ozonizado con el agua, ya que la elección de los valores de interfase gas-líquido y de la concentración de ozono en la fase gaseosa condicionan el rendimiento de la operación de solubilización; desde el punto de vista únicamente de solubilidad del ozono en el agua, es conveniente aumentar al máximo la concentración de ozono en el aire ozonizado inyectado. Pero si, con una dosis de tratamiento constante, se eleva esta concentración, se aumenta el consumo energético del ozonizado y se disminuye considerablemente la superficie de intercambio agua-burbujas, por reducción del volumen de éstas últimas. Por otra parte, debe tenerse en cuenta que el rendimiento de disolución mejora cuando aumenta la presión a la que se realiza la inyección, y especialmente cuando aumenta la profundidad de la cámara de contacto. Con cubas de 7 a 8 metros de altura, pueden alcanzarse fácilmente rendimientos de disolución del 95%. Se utilizan diferentes métodos de puesta en contacto del ozono con el agua a tratar, entre los cuales pueden citarse: A. PUESTA EN CONTACTO POR INYECTOR Cuando la carga disponible es inferior a 2 metros, se divide el caudal a tratar en dos fracciones distintas. La parte menor se bombea con el fin de incrementar su presión y asegurar el funcionamiento del inyector de aire ozonizado. El resto de caudal se introduce, por gravedad, en la base de la columna de contacto.


24

Este método no es muy eficaz, debido a la mala homogeneización del contenido en ozono al mezclarse con la fracción de agua que no ha pasado por el inyector. B. CONTACTO POR DIFUSORES POROSOS En la base de una torre de contacto, se disponen unos difusores porosos con los que se obtiene una división del aire ozonizado en burbujas muy finas. El agua a tratar se introduce en la torre por su parte superior, obteniéndose así un contacto de varios compartimentos, con inyecciones parciales de aire ozonizado efectuadas, preferentemente, a contracorriente. Los difusores porosos son de tipo tubular o de disco. C. CONTACTO POR TURBINA El agua a tratar se introduce en la zona de aspiración de una turbina que la impulsa hacia abajo al encuentro de un flujo de aire ozonizado inyectado por debajo de la misma. Una emulsión muy fina (aire ozonizado - agua) se difunde en la totalidad de la parte anterior a la torre de contacto, y es recogida por la turbina, cuyo caudal de recirculación representa varias veces el caudal de agua a tratar. Una turbina de perfil especial provoca el cizallamiento de las burbujas de aire ozonizado, garantizando así una buena difusión de la mezcla gaseosa en la masa líquida. AGUAS DE CONSUMO El proceso de captación, vehiculación y tratamiento de aguas para abastecimiento público es largo y complicado; por ello sólo nos referimos a la última etapa de este tratamiento: la DESINFECCIÓN. Realizaremos el estudio de forma comparativa con el cloro dado que el ozono y el cloro son los mejores oxidantes empleados en desinfección con claras ventajas en resultados para el ozono. OBJETIVOS DE LA DESINFECCIÓN Consiste en la inyección de un desinfectante para obtener agua exenta de bacterias pútridas y gérmenes patógenos, conforme a las normas y a los ensayos oficiales, basados en el Escherichia Coli, los Streptococcus fecales y los Clostridium Sulfito-Reductores. Un tiempo de contacto de 20 a 30 minutos como mínimo (es deseable que sea de 1 a 2 horas), con una dosis de cloro o de dióxido de cloro residual de 0,05 a 0,2 mg/l, es suficiente en general. El tiempo de contacto y el cloro residual deben ajustarse según el contenido del agua en nitrógeno amoniacal. Con el empleo de ozono puede reducirse el tiempo de contacto a unos 5 minutos, con la misma dosis residual que en el caso anterior, y sin que la dosis que debe añadirse esté influenciada por el nitrógeno amoniacal. Puede interesar, también, llevar esta desinfección más allá de los criterios oficiales y fijarse como objetivo la eliminación total de los gérmenes comunes. Para ello es necesario, tratar el agua con una dosis de desinfectante mucho más fuerte, que dé lugar a un contenido residual libre mayor que el indicado. En el caso del cloro o de sus compuestos, es preciso inyectar una dosis superior al punto crítico durante un tiempo de contacto de una hora, por lo menos. En el caso del ozono, la experiencia indica que se debe emplear una dosis tal que se mantenga al menos 0,35 mg/l durante un tiempo aproximado de 4 minutos. Este criterio es el mismo que el que se sigue para la destrucción de los virus. Para eliminar ciertos parásitos, muy resistentes, como es el portador de la bilharciosis, puede practicarse una super cloración. También puede efectuarse una super ozonización con una dosis de ozono residual de 0,9 mg/l. ELECCIÓN DEL DESINFECTANTE


25

Esta elección es resultado de criterios técnicos (desinfección simple o completa, problemas de sabores) y económicos. Todos los residuales anteriores de ozono pueden ser alcanzados con generadores de nuestra gama NEPTUNO; ahora bien, según el volumen y la calidad de agua a tratar, será necesario recurrir a tratamiento de choque y mantenimiento (o únicamente los segundos) estudiando por tanto los almacenamientos de agua necesarios. Lo que sí parece evidente es que se puede incorporar una instalación de desinfección por OZONO, en todos los casos, como último eslabón de tratamiento y para garantizar y asegurar la calidad total del agua obtenida. CLORO e hipocloritos sódico y cálcico. Pueden utilizarse si el agua que se desea desinfectar no contiene materias orgánicas o contaminantes químicos capaces de formar compuestos que den mal sabor al agua. Este riesgo se reduce al mínimo cuando se efectúa la desinfección ligeramente por encima del punto crítico, a condición de que la dosis de cloro residual a la salida de la instalación, no sea demasiado elevada; en este caso, para eliminar el sabor a cloro, sería necesario una reducción parcial con hiposulfito o, aún mejor, con dióxido de azufre. Puede emplearse también cloro o hipoclorito antes de un tratamiento final sobre carbón en grano, que elimina las materias orgánicas que producen los sabores y cataliza la reducción del cloro en exceso. Después de la filtración sobre carbón activado, puede efectuarse una adición suplementaria de cloro, en una dosis muy pequeña, destinada a mantener cloro residual en la red de distribución, sin peligro de malos olores, a menos que se deban a las mismas conducciones, a su revestimiento, o a sus sedimentos anteriores. La cloración complementaria puede realizarse por cloraminas o con dióxido de cloro. La acción del cloro está muy influenciada por el pH; cuanto más elevado es éste, mayor es la dosis de cloro residual que debe mantenerse para obtener la misma eficacia, con un mismo tiempo de contacto. Debe tenerse en cuenta este factor cuando se efectúa una neutralización para elevar el pH del agua filtrada. Las cloraminas reducen y llegan a eliminar los sabores que podrían encontrarse en un tratamiento sólo con cloro. Pueden ser eficaces, aunque no siempre, cuando se quiere evitar el sabor a clorofenoles; son mucho menos activas como desinfectantes que el cloro. El dióxido de cloro (ClO2) elimina sistemáticamente la formación de cloro fenol, pero no tiene efecto sobre otros muchos sabores como es el sabor a tierra o a lodo. Sólo es, por tanto, recomendable cuando el único sabor que puede producirse, es debido a clorofenoles, situación un poco rara en tratamiento de aguas para consumo. Para evitar la presencia en el agua de un contenido excesivo de clorito sódico, es preciso, por una parte, limitar la dosis de dióxido que se emplea y, por otra, dado el carácter reversible de la reacción, utilizar una cantidad de cloro, para su formación, superior a la necesaria. Con los rayos ultravioletas se obtiene una buena desinfección y una eliminación completa de los virus, a condición de que se apliquen sobre una capa de agua de poco espesor, con una potencia suficiente y renovando las lámparas antes de que acusen una fuerte pérdida de su poder emisivo. El agua debe ser clara, sin turbiedad ni color, desprovista de hierro, de coloides orgánicos o de microorganismos planctónicos, ya que estas impurezas podrían formar sedimentos sobre los tubos, que reducirían considerablemente la penetración de los rayos. Si se cumplen estas condiciones, toda célula viva, activa o esporulada, atacada por los rayos ultravioletas, muere o, al menos, no puede reproducirse o actuar sobre el medio ambiente. Sólo se consigue una seguridad total de tratamiento con una instalación ampliamente dimensionada, bien controlada y mantenida, y utilizada con agua de calidad constante a lo largo de todo el año, son pues evidentes las dificultades para tratar grandes volúmenes.


26

El ozono es el mejor desinfectante. Hasta la puesta a punto de nuestro sistema de generación era de un precio de costo más elevado que el cloro o sus compuestos, pero de eficacia muy superior, que sobrepasa netamente la fase de desinfección. El ozono tiene un efecto oxidante por adición de un átomo de oxígeno; su acción de ozono lisis le permite actuar sobre los enlaces dobles, fijando la molécula completa de ozono sobre los átomos del doble enlace (acción sobre las proteínas, enzimas...). El conjunto de estas propiedades hace que actúe sobre los virus, los sabores, el color y sobre ciertos microcontaminantes; ya en capítulos anteriores hemos desarrollado con detenimiento la actuación del ozono. La dosis de ozono necesaria varía mucho, según la calidad del tratamiento previo. Así, con agua de superficie muy contaminada y perfectamente tratada, es necesario, por ejemplo, de 1 a 1,2 g de ozono por m3 de agua para obtener una dosis residual de 0,4 g/m3. Después de un tratamiento mal concebido o mal llevado (mala precloración, dosificación insuficiente de coagulante, etc.) es necesario 1,7 g de ozono por m3 de agua para obtener la misma dosis residual. La calidad del tratamiento previo y explotación tienen, por tanto, una gran influencia sobre las dosis que deben preverse. A diferencia del cloro, que es muy sensible al pH del medio, éste tiene poca influencia sobre la dosis de ozono necesaria para la desinfección. Cuando se exige una dosis residual elevada, deben tomarse varias precauciones: es preciso, en primer lugar, prever una eliminación eficaz del ozono no disuelto que escapa por las salidas a la atmósfera de las torres de contacto, es necesario tener en cuenta, igualmente, la proximidad de los primeros usuarios del agua así tratada; aunque el ozono es un gas inestable con un contenido en ozono residual libre de 0,4 g/m3, al cabo de más de una hora, se detectan todavía trazas del mismo en el agua. Por ello, si el tiempo de retención en el depósito de agua tratada es corto, pueden plantearse problemas de corrosión a los usuarios próximos a la instalación de tratamiento. Se recomienda, en este caso, que se proceda a una neutralización del ozono en exceso en el agua de distribución. Normalmente el agua permanece cierto tiempo en el depósito de agua tratada y los primeros abonados se encuentran a un acierta distancia de la instalación de tratamiento. El contenido en ozono residual es en este caso nulo. Como el agua ha sido perfectamente desinfectada a la salida de la planta, al llegar a los usuarios se encuentra en las mismas condiciones que un agua tratada con cloro y que no presentará más que trazas. Deben tenerse en cuenta, sin embargo, posibles desarrollos de plancton en las paredes de las tuberías. Efectivamente, basta que algunos elementos del fito o del zooplancton se mantengan en el agua tratada y en el agua distribuida; para que encuentren su alimento en las materias orgánicas que forman una capa mucilaginosa sobre las paredes de las conducciones. Este plancton que no encuentra ningún desinfectante residual, tiene el peligro de proliferar y producir, de nuevo, malos sabores. Por ello después de la ozonización se realiza con frecuencia una inyección, en dosis muy pequeña, de un desinfectante residual persistente, con el fin de evitar estas proliferaciones. Puede emplearse con este fin cloro o mejor dióxido de cloro, sin peligro de que se produzcan de nuevos sabores, puesto que el ozono ha oxidado previamente las materias orgánicas que podrían ser causa. Este desinfectante residual puede inyectarse, continuo y en una dosis pequeña, o, en discontinuo en una dosis mayor, de forma que subsistan trazas en el extremo de la red de distribución. Debe estudiarse en cada caso la mejor solución, dependiendo ésta del tipo de red. Quizá la conclusión óptima que podemos obtener de todo lo anterior sea: LA OZONIZACIÓN. Es el mejor y más seguro método de desinfección cualquiera que sea el tipo de tratamiento, por ello en principio podemos pensar en ozonizar todas aquellas aguas que siendo de consumo habitual queremos tener la seguridad de su pureza y calidad, para posteriormente pensar en la eliminación del tratamiento por cloro, principalmente en plantas pequeñas y realizar la etapa completa de desinfección con ozono. Como prueba de conveniencia de ozonización adjuntamos, fotocopia resultados, análisis antes y después de ozonizar de dos aguas de consumo de poblaciones, ambas tomas de muestras se realizan de la red de abastecimiento público.


27

En general, los problemas de oxidación que apuntamos anteriormente sólo merecen atención cuando los residuales necesarios van a ser muy altos; en esos casos el agua viene muy cargada y la instalación se realiza de forma especial para la ozonización y en proyecto se eliminan las posibilidades de oxidación. Por último, se conoce algún caso de empleo del ozono para la eliminación del manganeso, normalmente el agua adquiere una tonalidad rosácea que hace necesaria su filtración por antracita. DESAUTORIZACIÓN DEL AGUA Debemos entender por desodorización de un agua, la eliminación de malos sabores y olores, ya que se tratan de dos manifestaciones distintas de un mismo fenómeno. MALOS SABORES EN LAS AGUAS BRUTAS Generalmente, los sabores y olores desagradables de las aguas naturales se deben a la presencia de cantidades muy pequeñas de líquidos segregados por algas microscópicas, especialmente por actinomicetos (Streptomicos, Nocardia, Micromonospora, etc.), que se desarrollan en las aguas de superficie o en el fondo de los lagos y de los ríos cuando se reúnen ciertas condiciones de temperatura y de composición química del agua. Los actinomicetos y algunas cianofíceas son las causantes de la aspiración de sabores a fango, tierra, moho; Se han identificado recientemente las sustancias que lo producen (geosmina, 2 - metil-iso-borneol,...). Las algas dan en el agua en la que se desarrollan sabores y olores característicos de la especie predominante; se dice que tiene sabor a moho, a hierba, a geranio, a judías, a pescado, etc. Estos sabores sin embargo, son mucho menos frecuentes que el sabor a fango. La eliminación de sabores y olores se obtiene: < Por aireación, para eliminar especialmente el sulfuro de hidrógeno. < Utilizando un oxidante enérgico. El ozono tiene una gran eficacia. Sin embargo, puede suceder que el mar sabor sea debido a la presencia de varias sustancias al mismo tiempo; en ese caso, puede preverse un tratamiento en dos fases, por ejemplo, con carbón activo en polvo (simultáneo a la floculación-decantación) seguido de un afinado con ozono después de la filtración. A veces son necesarios los dos productos para conseguir una desodorización total. El costo de producción de 3 g. de ozono, incluidos los gastos de amortización, es comparable al precio de 10 g. de carbón activo en polvo por ello interesa utilizar el ozono como tratamiento de base, cuando se dispone de este elemento para la desinfección, y tomar el carbón activo en polvo como complemento. MALOS SABORES PRODUCIDOS POR EL TRATAMIENTO El empleo de cloro o de ozono, debido a la formación de compuestos de adición o de sustitución, puede dar lugar a la aparición de malos sabores. En especial, la presencia de fenol, aun en estado de trazas, origina la formación de cloro fenol que tiene un sabor medicinal. Algunos sabores son debidos también a la combinación del cloro con ciertas materias nitrogenadas y a la formación de tricloruro de nitrógeno NCl3, de olor a geranio. La formación de tricloruro de nitrógeno es más rápida con sustancias amoniacales que con materias albuminoideas. En este último caso, la duración de la reacción puede ser superior a las dos horas. Esto explica que un agua sin olor a la salida de una planta de tratamiento pueda presentar olores en su distribución. En todos los casos, la desinfección al punto crítico da el sabor mínimo. La super cloración seguida de una eliminación total del cloro residual elimina totalmente el tricloruro de nitrógeno y, en gran parte, el cloro fenol; sin embargo, la eliminación química del cloro deja subsistir generalmente pequeños sabores


28

medicinales. El dióxido de cloro destruye eficazmente los clorofenoles pero en mucho menor grado el tricloruro de nitrógeno. ELIMINACIÓN DE MICRO CONTAMINANTES Los tratamientos mecánicos eliminan la mayor parte de los contaminantes y micro contaminantes más corrientes. Se tienen en cuenta ahora los contaminantes y microcontaminantes cuya destrucción requiere una atención especial: fenoles, hidrocarburos, detergentes y pesticidas. FENOLES Y COMPUESTOS FENOLICOS Los tratamientos mecánicos o por coagulación no tienen efectos sobre los fenoles. La filtración lenta no los elimina totalmente. Un medio de lucha contra el sabor a cloro fenol es el tratamiento con dióxido de cloro, pero si el contenido en fenol es variable o elevado, será necesario, para una seguridad de tratamiento, emplear dosis en exceso de dióxido de cloro, con el riesgo de introducir en el agua contenidos fuertes de clorito sódico. En ese caso, debe recurrirse al ozono o al carbón activo. Acción del ozono El ozono destruye el fenol y los compuestos fenólicos siempre que la dosis que se empleen vayan en función de los tratamientos procedentes, del pH, de la naturaleza de dichos compuestos y de la concentración final deseada. El pH tiene une gran influencia en la dosis de ozono que debe utilizarse: ésta se duplica si el valor del pH baja de 12 a 7. En la zona de valores de pH que corresponden al funcionamiento normal de las instalaciones de tratamiento de agua potable (7 a 8,5), el consumo de ozono por gramo de fenol eliminado es máximo. Las dosis de ozono varían según se trate de fenol puro, muy poco frecuente, de di- o trifenoles, de cresoles o de naftoles y dependiendo de que estos cuerpos se encuentren unidos a otros, como los triocianatos, sulfuros, etc. La dosis correcta sólo puede fijarse mediante un ensayo. Generalmente es del orden de cuatro veces el valor del contenido en compuestos fenólicos presentes, expresado en fenol puro. Para la oxidación de los fenoles, no se necesita un tiempo de contacto prolongado. Con el empleo de ozono puede combinarse su eliminación con la desinfección total del agua a tratar en tanto en cuanto la concentración de fenol se mantenga reducida. Combinación Ozono-Carbón activo La combinación Ozono-Carbón Activo sólo se prevé en el caso de que se puedan producirse puntas importantes del contenido en fenol. En este caso, el empleo sólo de ozono puede resultar insuficiente en los momentos de máxima concentración, y no sería lógico sobredimensionar la instalación de ozono cuando basta efectuar, en este caso, una inyección en el decantador de carbón activo en polvo. La combinación Ozono-Carbón Activo en gramos sólo será de interés si se presentan fuentes de fenol durante periodos relativamente prolongados. Hidrocarburos Aparte de los vertidos accidentales que pueden paralizar temporalmente una instalación, las películas de hidrocarburos que sobrenadan se eliminan generalmente en la toma de agua y las trazas que pasan a la planta de tratamiento se retienen por coagulación-floculación, decantación y filtración sobre arena. En términos generales, el carbón activo es el material más conveniente para la eliminación de hidrocarburos de cadenas saturadas, cuyas moléculas de gran tamaño son poco solubles y difícilmente


29

atacables por el ozono. El ozono destruye totalmente los hidrocarburos policíclicos de tipo 3-4 benzopireno, sospechosos de ser cancerígenos en presencia de otros compuestos, como son los detergentes. Detergentes En general, los detergentes no se eliminan con un tratamiento clásico por coagulación-floculación, decantación o filtración. Tampoco la precloración tiene efecto sobre la degradación de estos productos. Es preciso recurrir a la formación de espuma, el ozono, o al carbón activo. Acción del ozono: El ozono descompone en gran parte los detergentes no biodegradables si se utiliza en las dosis necesarias, que normalmente son fuertes cuando el contenido que debe eliminarse es elevado. Si C es la concentración del detergente obtenida por adición de una dosis de ozono a un agua con una concentración inicial Co, el valor de x obedece a la ley:

axeCC −=0

En la que el coeficiente "a" varía según la naturaleza que los detergentes y de otros compuestos de los que pueden encontrarse trazas en el agua. Para reducir en un 50% el contenido de detergentes aniónicos no biodegradables, es necesario utilizar dosis que varían entre 1,5 y 3 g de ozono por m3 de agua. Una vez alcanzado un cierto grado de eliminación (70 a 90% según los casos) se comprueba la presencia de un contenido residual de detergentes que no pueden destruirse. Este contenido residual, sin embargo, es siempre inferior a los valores que pueden considerarse excesivos por sus efectos indirectos. No influyen sobre la dosis de ozono ni el tiempo de contacto ni la inyección en varias fases. La adición de cloro antes de la ozonización no reduce la cantidad que debe dosificarse. Pesticidas El tratamiento clásico por floculación-decantación y filtración es ineficaz para el conjunto de pesticidas, a excepción del DDT que se elimina parcialmente. La filtración lenta tiene un efecto limitado sobre algunos pesticidas. Como tampoco elimina todos los fenoles ni todos los detergentes, no puede considerarse como un procedimiento moderno de afino. Acción del cloro, del dióxido de cloro y del permanganato potásico: El cloro y los peróxidos no actúan sobre los pesticidas - clorados. El permanganato ataca parcialmente a algunos (como el lindane). Por el contrario, hay herbicidas (compuestos orgánicos) que se degradan fácilmente con el cloro, el dióxido de cloro y el permanganato. Estos oxidantes no son suficientemente eficaces frente al conjunto de pesticidas presentes en las aguas de superficie. La acción del ozono sobre los pesticidas es relativa según su sensibilidad con estos (dieldrine HCH...); otros, organoclorados, como el aldrine, se destruyen con dosis de 1 a 3 g/m3, si su contenido corresponde al que generalmente se encuentra en las aguas de superficie. Conclusiones


30

Se deduce de todo lo expuesto que la eficacia del tratamiento clásico y de la filtración lenta en la eliminación del conjunto de micro contaminantes es muy limitada. El medio más eficaz de lucha es el carbón activo, que puede emplearse unido al ozono. El carbón activo solo no es suficiente para eliminar todo tipo de contaminación (algunos cuerpos lo atraviesan sin ser absorbidos). La elección entre el carbón en polvo y el carbón en grano, así como la del tipo que debe utilizarse, esta relacionada con la naturaleza de la microcontaminación, con las exigencias que se fijen en el agua tratada y con las posibilidades de regeneración del carbón. Con ozono únicamente se consiguen resultados que no se pueden obtener con el carbón activo, especialmente en su acción desinfectante. La combinación de estos dos productos parece ser actualmente la mejor solución en un proceso de afino; deberá estudiarse con la mayor atención, en cada caso, en función de las condiciones técnicas y económicas. En definitiva, el ozono se presenta como elemento insustituible para garantizar cualquier tipo de tratamiento y desde luego es el mejor bactericida, virulicida y algicida de los manejables en cantidades de importancia; la gran dificultad para su expansión en aplicación ha sido su tremenda inestabilidad y lo costoso y difícil que resultaba su obtención, hasta la aparición de nuestro sistema. APLICACIONES DIVERSAS En todo proceso de tratamiento donde sea necesaria una desinfección final, se puede utilizar con ventaja el ozono. Un ejemplo claro es el tratamiento de efluentes urbanos e industriales: cada día se generaliza más la aplicación de ozono en esta función dado su doble poder desinfectante activo frente a virus y bacterias y oxidante de materia orgánica. En todo caso la desinfección sólo tiene objeto cuando antes se ha realizado una buena depuración y clarificación del agua. BASES PARA LA EVALUACIÓN DE LAS NECESIDADES DE AGUA. Usos domésticos - Excluido riego de jardines ..................................................................................... 125 a 250 l/día/ hab. - Riego de jardines .................................................................................................. 300 a 600 l/día/ hab. Necesidades de agua en ciudades - Abastecimiento rural ........................................................................................................ 125 l/día/ hab. - Poblaciones de menos de 3000 hab............................................................................... 200 l/día/ hab. - Poblaciones de 3000 a 15000 hab.................................................................................. 300 l/día/ hab. - Poblaciones de 15000 a 60000 hab................................................................................. 350 l/día/ hab. - Poblaciones de más de 60.000 hab................................................................................. 380 l/día/ hab. Agricultura - Trigo ........................................................................................................................1.500 m3/t producto. - Arroz........................................................................................................................4.000 m3/t producto. - Cereales pobres......................................................................................................1.000 m3/t producto. - Algodón .................................................................................................................10.000 m3/t producto. Ganadería (por cabeza) - Aves ........................................................................................................................... 0,25 a 0,300 l/día. - Ganado mayor ................................................................................................................... 60 a 80 l/día.


31

- Porqueriza, limpieza hidráulico ............................................................................................ 4 a 20 l/día. - Porqueriza, limpieza en seco ................................................................................................. 2 a 6 l/día. - Ovejas .......................................................................................................................................... 5 l/día. Industria Agrícola - Mantequilla...................................................................................................................2 a 4 l/l de leche. - Quesería ....................................................................................................................6 a 10 l/l de leche. - Leche en polvo...........................................................................................................7 a 17 l/l de leche. - Leche en consumo.....................................................................................................7 a 11 l/l de leche. - Fabricación de sidra (sin embotellado)... 4 m3/t de manzana. - Lavado de botellas ............................................................................................................2 a 6 l/botella. - Elaboración del vino..............................................................................................................2 l/l de vino - Cervecería (solo fabricación) ............................................................................... 20 a 30 m3/t de malta. - Fábrica de malta ................................................................................................ 1,5 a 3 m3/t de cebada. - Azucarera...................................................................................................... 2 a 15 m3/t de remolacha. - Fábrica de levadura .............................................................................................. 150 m3/t de levadura. - Fabricación de vinagre................................................................................................. 50 l/l de vinagre. - Conservas de frutas ...............................................................................................12 a 15 m3/t de fruta. - Conservas de legumbres .........................................................................................6 m3/t de legumbre. - Conservas de pescado .......................................................................................... 20 m3/t de pescado. - Conservas de carne ............................................................................................... 70 m3/t de conserva. - Fábrica de fécula.........................................................................................................15 m3/t de patata. - Fábrica de almidón................................................................................................ 15 a 20 m3/t de maíz. - Mataderos: Ganado mayor, puercos (excluidos circuitos de refrigeración) ................ 5 a 15 m3/t de peso en canal. Aves ......................................................................................................... 10 a 20 m3/t de peso en canal. Circuitos de refrigeración, máximo sin economizar......................................... 30 m3/t de peso en canal. Industrias no agrícolas - Curtidos............................................................................................. 20 a 150 m3/t producto fabricado. - Papeleras: Pasta de papel ............................................................................................ 300 m3/t producto fabricado. Embalaje-Cartón ............................................................................................ 40 m3/t producto fabricado. Papeles especiales ......................................................................................500 m3/ producto terminado. - Textil: Algodón (según grado de preparación)............................................... 15 a 200 m3/t producto fabricado. Lana (peinaje - blanqueo) ............................................................................ 165 m3/t producto fabricado. Rayón ............................................................................................... 400 a 1000 m3/t producto fabricado. - Productos químicos....................................................................... 220 a 1000 m3/t producto fabricado. Refinería de petróleo .............................................................................. 0,1 a 40 m3 producto fabricado. Acero ..................................................................................................... 6 a 300 m3/t producto fabricado. Acero laminado ............................................................................................ 400 m3/t producto fabricado. NOTA : La cantidad de agua en circulación puede variar considerablemente para una misma industria, según las técnicas utilizadas. Por otra parte, mediante una recirculación adecuada, puede conseguirse una notable disminución del consumo de agua. Dpto Técnico TRIOZON a 10 de septiembre de 1994

el ozono en el tratamiento del agua - · pdf filecalmette y roux 1.899 los que lo utilizaron...

Documents