LA CLORACION DEL AGUA DE LOS SERVICIOS DE AGUA POTABLE EN NICARAGUA: SU EVOLUCION, CONTROL Y MODALIDADES.

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1 1 LA CLORACION DEL AGUA DE LOS SERVICIOS DE AGUA POTABLE EN NICARAGUA: SU EVOLUCION, CONTROL Y MODALIDADES. Gutierrez Soto Mario, Tercero Talavera Sergio INSTITUTO NICARAGÜENSE DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS (INAA) KM. 5 CARRETERA SUR, APTO. 968, TELEFAX: (505) Y (505) En la década pasada, al igual que en muchos paises de la región, la prioridad de los servicios de agua potable era suministrar agua en cantidad y no en calidad. En Nicaragua, a finales del año 1989, solamente funcionaba un total de diez cloradores, lo cual no significaba una garantía de calidad del agua suministrada. A principios del año 90, se inició la construcción y habilitación de una red de nueve laboratorios regionales para expandir el control de calidad del agua a nivel nacional. La aparición del cólera en 1991 fue contrarrestada efectivamente con la instalación masiva de cloradores en la mayoría de los acueductos del país, cuyo objetivo central fue evitar que esta epidemia atacara a la población vía suministro de agua. La instalación masiva de los cloradores significó un aumento en la población que recibía agua clorada, pasando ésta de 454,500 en 1990 a más de 1,660,000 a finales del año 1995, dando cobertura al 90% de la población urbana de Nicaragua. Como resultado de la instalación de cloradores los costos del suministro de agua se incrementaron, y el Instituto Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados (INAA) se obligó a mejorar sus sistemas de cloración. Se compara el costo que significa el uso de cloro gas, hipoclorito de sodio generado in situ, hipoclorito de sodio generado en planta e hipoclorito de calcio. Palabras claves: calidad del agua, el cólera, cloración, agua potable, nicaragua, sanilec INTRODUCCION El Instituto Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados (INAA) implementó, a partir del año 1990, un fuerte programa de control de calidad del agua en todos los acueductos que administraba. Anteriormente el control de calidad del agua estaba limitado a las acciones de un único laboratorio ubicado en la ciudad capital Managua, con muy poca capacidad de controlar la calidad de las fuentes y el agua que se le suministraba a la población. En ese año, se inició la extensión y expansión del Laboratorio Central ubicado en Managua, la ciudad capital, iniciándose a su vez, la construcción y habilitación de laboratorios regionales de control de calidad del agua. En la actualidad, el INAA cuenta con nueve laboratorios regionales, incluyendo el de Managua que sirve como laboratorio central, de normación y referencia del resto de laboratorios. Con la implementación del programa de control de calidad del agua se iniciaron otros programas que anteriormente no se llevaban a cabo. Entre éstos se incluye el Programa de Pesticidas en ocho ciudades principales del país, el de metales pesados y de fenoles en fuentes existentes y futuras de agua para consumo humano y el programa de control de calidad de efluentes de sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales.

2 2 APARICION DEL COLERA EN NICARAGUA El primer caso de cólera en el país fue reportado en el año 1991 en un barrio occidental de la capital Managua. En 1992 esta enfermedad inicia su expansión epidémica alcanzando la cifra de 3,040 casos con 43 fallecidos. El cólera continúa su expansión hacia el norte del país contabilizándose a finales de 1993 un total de 6,642 casos con 220 fallecidos. En el año 1994, se produce el mayor número de casos con un total de 7,811 contagiados; sin embargo, el número de fallecidos disminuye en relación con el año 1993, falleciendo en 1994 la cantidad de 134 personas. Para 1995, el número de casos fue de 8,684 con un total de 164 fallecidos. Las tasas de incidencia, mortalidad y letalidad (número de decesos/número de casos) en Nicaragua en el período se presenta en la Tabla No. I. TABLA No. I COLERA: TASAS DE INCIDENCIA, MORTALIDAD Y LETALIDAD EN NICARAGUA AÑOS POBLACION CASOS INCIDENCIA x 100 mil DECESOS MORTALIDAD x 100 mil LETALIDAD % ,588, ,692,197 3, ,799,271 6, ,909,945 7, ,139,486 8, La mayoría de los casos ocurridos en el país se han dado en comunidades rurales que no tienen acceso a agua potable, tal es el caso de comunidades asentadas a lo largo de los ríos; comunidades con pozos excavados sin ninguna protección sanitaria. En los acueductos urbanos que administra el INAA no se han reportados casos de cólera. En este sector, esta enfermedad ha sido transmitida a través de la ingestión de alimentos contaminados y el contacto con personas contaminadas, expandiéndose la misma dentro del núcleo familiar o dentro del área circulante. AVANCES EN EL CONTROL DE LA CALIDAD DEL AGUA Cloración de los Sistemas Urbanos En el año 1989 solamente se tenían instalados diez cloradores. Para 1990 esta cantidad aumentó a 20, distribuidos en las dos ciudades más importantes del país (Managua, León) y en la Planta de Tratamiento de la ciudad de Ocotal. Con la aparición de la epidemia del cólera en el año 1991 y con el objetivo de evitar la penetración de esta epidemia vía agua, el INAA inició la compra e instalación de cloradores para ser utilizados en los acueductos urbanos del país. Debido a la gran cantidad de pozos que abastecen directamente a la mayoría de la población en sistemas pozo-red-tanque, la primera opción seleccionada fue la instalación de cloradores de cloro gas, con su respectiva bomba booster. En la Tabla No. II se presenta el incremento de los cloradores desde el año 1990 a 1995.

3 3 TABLA No. II INSTALACION PROGRESIVA DE CLORADORES AÑO CLORADORES FUNCIONANDO CLORADORES INSTALADOS POR AÑO Laboratorios de Control de Calidad del Agua Para ejecutar el Programa de calidad del agua fue necesario la descentralización del Laboratorio Central de Managua, el que según lo expresado en la introducción, tenía poca capacidad de ejercer un control efectivo de la calidad del agua a nivel nacional. Actualmente existen 9 laboratorios instalados, correspondiendo uno a cada región del país. En la Tabla No III se presentan los laboratorios instalados y el tipo de análisis que pueden ejecutar. TABLA No. III LABORATORIOS INSTALADOS REGION No. DE TIPO DE TIPO DE ANALISIS ADMTVA ACUEDUCTOS LABORATORIO INAA B F-Q AR AE I 23 R x x II 25 R x III 25 C x x x x IV 41 R x V 22 R x VI 16 R x x VII 1 R x VIII 1 R x IX 2 R x Total Labs. Simbología: C: Central; R: Regional; B: Bacteriológico; F-Q: Físico-Químico; AR: Aguas Residuales; AE: Análisis Especiales. Formas de Cloración actualmente utilizadas en Nicaragua El cloro gas fue la primera forma del cloro utilizada en servicios públicos de agua potable en forma permanente, siendo el acueducto de Managua el primero en utilizarlo en la década de 1960, con 2 cloradores de 500 lbs/día c/u. Después, en la década de los 70 s, este método se extendió a 3 ó 4 sistemas más, aunque por poco tiempo, debido a

4 4 la falta de mantenimiento. En la década de los 80 s, se introdujo la cloración por hipoclorito de sodio en el acueducto de Ocotal. Es en la década de los 90 s cuando la cloración ha tenido un gran impulso, reactivando los sistemas de cloración existentes y extendiendo la cloración a otros acueductos, con el uso de hipoclorito de sodio y de calcio, además del cloro gaseoso y, experimentando con el uso de cloradores hidráulicos y el sistema de generación de hipoclorito de sodio in situ (sistema SANILEC). La distribución del hipoclorito de sodio y del cloro gaseoso está contratada con un proveedor local, quien es responsable de mantener el inventario mínimo necesario de recipientes llenos y vacíos en cada sub-bodega regional para su distribución oportuna dentro de cada región a cargo de INAA. Este sistema ha funcionado desde 1993, sin mayores obstáculos. Actualmente, se está ampliando este servicio, con la conversión de sistemas de cloración con hipoclorito de calcio a hipoclorito de sodio. Cobertura de la Cloración. En el año 1990 la población estimada que recibía agua clorada era de 454,500 habitantes, que pertenecían a los acueductos de Managua, León y Ocotal. Esta población se fue incrementando a partir del año 1991 hasta alcanzar a 1,660,596 personas a finales del año 1995, estimándose la población clorada para ese entonces como el 96% de la población servida urbana a nivel nacional. Es decir 1,660,596 personas con acceso a agua clorada de un total de 1,729,787 personas con conexiones intradomiciliares de agua potable. En la Tabla No. IV se presenta la evolución de la cobertura con agua clorada. TABLA No. IV EVOLUCION DE COBERTURA CON AGUA CLORADA AÑO POBLACION CLORADA POBLACION SERVIDA ,455 1,525, ,365,863 1,569, ,405,473 1,615, ,446,232 1,662, ,660,596 1,725,558 Calidad bacteriológica del agua suministrada La calidad del agua suministrada en los años de 1991 a 1995, se muestra en la Tabla No. V. Se observa que los índices de negatividad en la red de distribuciñn han aumentado a partir del año A finales del año 1995 este índice alcanzó la cifra de 95.92% en las redes de distribución, lo que significa una agua segura que la institución le está suministrando a la población. TABLA No. V INDICE DE NEGATIVIDAD PERIODO

5 5 AÑO No. DE MUESTRAS NEGATIVAS No. DE MUESTRAS TOTALES EN REDES INDICE DE NEGATIVIDAD ,993 6, % ,444 9, % ,937 9, % ,212 8, % ,807 9, % ,393 43, % COSTOS DE LA CLORACION Con el cierre de la empresa productora de cloro, Electroquímica de Nicaragua (PENWALT S.A), situada en Managua, la producción de cloro gas e hipoclorito de sodio para el área Centroamericana se vio interrumpida. Los costos en concepto de adquisición y transporte de cloro gas sufrieron incrementos significativos para las empresas de agua del área Centroamericana. El hipoclorito de sodio tuvo que ser rapidamente sustituido por otras formas de cloro. En Nicaragua fue necesario buscar otros mercados para la adquisición de cloro gas. Esto significó un aumento en los costos operativos de la empresa, de tal forma que el kg. de cloro gas que a finales de 1992 se cotizaba en U$ 0.40 y en U$ 0.50 a finales del año 93. ahora se cotiza a US$ 1.11/ Kg, siendo adquirido en la planta de trasvase de cloro gas de Tecúm Umán en Guatemala. Al dejar de fabricarse el hipoclorito de sodio en Nicaragua, y a la falta de una mejor opción en ese entonces, éste tuvo que ser sustituido por hipoclorito de calcio. En la tabla No. VI se detallan los consumos y costos de las dos formas de cloro utilizadas por el INAA para la desinfección del agua entre los años 1993 y TABLA No. VI CONSUMO Y COSTO DE CLORO AÑO CLORO GAS HIPOCLORITO DE CALCIO CONSUMO (kg) COSTO (us$) C.U. us$/kg CONSUMO (kg) COSTO (us$) C.U. us$/kg ,340 51, ,155 58, , , ,893 64, , , , , Total 623, , , ,772.5 COMPARACION ECONOMICA ENTRE DIFERENTES FORMAS DE CLORACION

6 6 Debido a los incrementos anuales progresivos en los costos de cloro y tomando en cuenta la posibilidad de utilizar generadores de hipoclorito de sodio in situ o en planta, se efectuó una comparación económica de costos de operación y mantenimiento de equipo generador de hipoclorito de sodio in situ llamado SANILEC, hipoclorito de sodio fabricado en planta, hipoclorito de calcio y cloración gaseosa. Bases de la comparación La comparación económica está expresada en dólares americanos. La producción de referencia es la obtenida con el equipo SANILEC, que se tiene en operación en la ciudad de León, desde Noviembre de A fin de tener una base homogénea de comparación entre las diferentes formas químicas de presentación del cloro, la producción requerida de cada sistema se calcula para obtener el equivalente de 10 kg de ácido hipocloroso (HOCL), que es la forma activa del cloro y, por lo tanto, la parte que actúa realmente como desinfectante. No se incluyen en la comparación de costos, los correspondientes a la mano de obra local de operación y mantenimiento de los distintos métodos de cloración, por ser éstos bastante semejantes entre si. HIPOCLORITO DE SODIO GENERADO POR EQUIPO SANILEC El equipo SANILEC es un generador de hipoclorito de sodio, que utiliza cloruro de sodio (sal común) como materia prima. El sistema SANILEC es un proceso electrolítico simple y seguro para la generación de hipoclorito de sodio in situ, vía electrólisis de una solución de salmuera. La salmuera pasa por un proceso electrolítico donde es sometida a corriente directa; la corriente que pasa a través de la solución de salmuera causa entonces, la disociación de NaCl (Sal) y H 2 O (Agua), la cual luego permite la formación de hipoclorito de sodio con hidrógeno el cual es eliminado al ambiente. Costo inicial de adquisición e instalación. El equipo SANILEC B-100 tiene un costo de US$ 35, puesto en Nicaragua. Los costos de instalación se estiman en el equivalente de US$ Costo de operación y mantenimiento Se parte de los siguientes datos: Concentración máxima del hipoclorito de sodio producido, C = 0.6% = 0.6 gr/100 ml. Esta concentración fue obtenida de un análisis realizado de la concentración de cloro en el sitio. 0.6 gr/100 ml = 0.05 lbs/galón. Por lo tanto C = 0.05 lbs/galón de NaOCl. Producción de cloro equivalente según manual* del fabricante (ELTECH International Corporation): Cl 2 -equiv = 1.04 gpm de NaOCl. Tiempo de Trabajo Diario = 600 min (tiempo actual de operación en León). Cl 2 - equiv producido por día = 1.04 gal/min x 600 min = 624 gal de NaOCl al 0.6%.- Cl 2 - equiv = 624 gal x 0.05 lb/gal = 31.2 lbs de NaOCI puro.

7 7 * Aunque el manual no lo explica, se considera que se refiere al hipoclorito de sodio y no al cloro puro. Cloro Activo (como HOCl - Acido Hipocloroso): Es demostrable que 1 kg. de NaOCI puro produce kg. de HOCI. Por lo tanto, la cantidad de cloro activo producido es: Cloro Activo producido (HOCI) = 31.2/2.2 x = 10 kg. de HOCI/día. Costo diario de energía Costo diario de energía = 31.2 lbs/día x costo kw hora x factor del fabricante. Según la tabla del Sanilec este factor es 2.5. Costo kw hora = U$ Costo diario de energía = 31.2 lbs/día x U$ x 2.5 = U$ Costo diario de sal Diariamente se consumen 200 libras de sal molida al costo equivlente de US$5.02/qq,, incluyendo el transporte al sitio. El costo diario de sal resultante es de U$ Inicialmente se utilizó sal ordinaria industrial, pero se descontinuó su uso para evitar la incrustaciónde resíduos sobre las resinas de intercambio iónico, que podrían acelerar su proceso de mantenimiento y recambio. Costo diario de operación Costo diario de operación = Costo de materia prima + energía = U$ U$ = U$ Costo anual de mantenimiento Se estima en 2% del costo del equipo. El costo del equipo está valorado en U$ 35,000.00, por lo que el costo anual de mantenimiento es de U$ No se prevé ningún costo adicional por reposición de la resina, cuyo costo es de US$ 2,000.00, durante los 15 años del período de análisis. La reserva para mantenimiento es suficiente para cubrir esta eventualidad. Costos anuales de operación y mantenimiento Costos anuales de operación y mantenimiento = U$ x 360 días + U$ = U$ 6, HIPOCLORITO DE SODIO GENERADO EN PLANTA: Se tiene en ejecución un contrato con una empresa local, quien es responsable del suministro de hipoclorito de sodio al 12% a las sedes regionales de INAA, para su distribución posterior a las filiales que lo utilizan.

8 8 Costos iniciales de la instalación. Según los términos del contrato, INAA asume el costo del suministro de recipientes. Para una instalación como la prevista para la situación planteada, estos costos son despreciables. Se considera la adquisición e instalación de un equipo de bombeo para la inyección de la solución en la línea de impelencia. Su costo se estima en US$ 1, Costos de operación y mantenimiento En este concepto, los costos relevantes de esta alternativa son: el costo del producto, el Costo Anual de energía (CAE) y el costo de mantenimiento del equipo de bombeo. Costo del producto Es demostrable que 1 galón (4.54 kg) de hipoclorito de sodio al 12% solamente contiene kg de cloro activo desinfectante (HOCl). El resto es agua e impurezas. Por lo tanto, para obtener 10 kg de HOCl se requieren galones de NaOCl al 12%. Costo anual = x 360 x US$ 1.82/galón = US$ 17, Costo anual de energía: Asumiendo una Carga hidráulica (H): 30 psi = 61 pies, para Q = 26.04/10 x 60 = gpm con t=10 y utilizando la fórmula: CAE= (0.746 x Q x H x t x 360 x US$0.07/kwh)/ (3960 x eff b x eff m ), donde eff representan la eficiencia de la bomba y el motor (asumir eff x eff = 0.72) se demuestra que el CAE es despreciable. Costo de mantenimiento del equipo de bombeo Estimar el 3% del costo del equipo de bombeo para su mantenimiento anual= US$ Costo total anual de operación y mantenimiento Costo O/M total anual = 17, = US$ 17, HIPOCLORITO DE CALCIO : C a (OCI) 2 El hipoclorito de calcio se distribuye con una concentración del 65%. Para obtener 10 kg de HOCI que produce el SANILEC, es la siguiente: 1 kg de Ca (OCI) 2 al 100% de pureza, produce kg de HOCI. Por lo tanto, para generar 10 kg. de ácido hipocloroso (HOCI) con hipoclorito de calcio,ca(oci) 2, al 65% se requieren 21 kg de este producto comercial.

9 9 10 kg de HOCI = 10/(0.734 x 0.65) = 21 kg de Ca(OCI) 2 / día al 65%, esto es, 4.62 galones/día. Producción Anual equivalente de Ca(OCI) 2 = 21 x 360 = 7,560 kg Ca(OCI) 2 /año. Costos de operación y mantenimiento Al igual que con el hipoclorito de sodio producido en planta, los costos de energía y de mantenimiento son despreciables. Costos de operación de hipoclorito de calcio: El costo del kg de hipoclorito de calcio es de U$ 2.95 (C$ 24.04). 1 U$ = C$ Costo anual de operación: U$ 2.95/kg x 7,560 kg de Ca(OCI) 2 /año. Costo anual de operación = U$ 22, CLORACIÓN GASEOSA: Costos de adquisición: El costo de un sistema completo de cloración de la capacidad adecuada, se estima en US$ 4, (U$ 2, clorador; U$ bomba booster de 3 hp; U$ Báscula para cilindros; U$ para 2 cilindros de 68 kg). Costos de operación de cloración gaseosa: 1 kg. de cloro líquido como Cl 2 = kg. de HOCI. Se desea saber cuánto es el cloro gas como Cl 2 equivalente requerido para producir 10 kg de HOCI que produce el equipo SANILEC. Por regla de tres simple, se tiene: 1 kg de Cl kg de HOCI x = 10/0.739 = kg Cl 2 /día x 10 kg de HOCI. Es decir, para producir 10 kg de HOCI/día que produce el SANILEC, se requiere de kg de Cl 2 /día. El costo del kg de cloro gas es de U$ 1.11 (C$ 9.04) lo que incluye costo de cloro y transporte a las diferentes regiones. Costo anual de cloro gas: x 1.11 x 360 = U$ 5, El costo de energía del clorador estaría dado por la bomba booster de 3 hp. Costo de energía (24 horas) = 3 HP x watt x 24 horas x C$ kw 0.58/0.88 = Costo diario de energía = C$35.40 = U$ 4.34 Costo anual de energía = U$ 4.34 x 360 = U$ 1,562.40

10 10 Costo anual de operación = U$ 5, U$ 1, = U$ 6, Costo de mantenimiento = 3% de U$ 4, = U$ /año. Costo anual de operación y mantenimiento = 6, = U$ 7, La Tabla No. VII contiene los costos anuales de operación y mantenimiento de las cuatro formas de cloración estudiadas. TABLA NO. VII COSTOS ANUALES DE OPERACION Y MANTENIMIENTO EN DOLARES AMERICANOS (U$) TIPO DE CLORACION EQUIPO SANILEC *** HIPOCLORITO DE SODIO GENERADO EN PLANTA INDUST. HIPOCLORITO DE CALCIO *** CLORACION GASEOSA *** COSTO DE SAL 3, * COSTO DE ENERGIA COSTO DEL CLORO COSTO DE OPERACION COSTO DE MANTENIMIENTO COSTOS ANUALES DE OPERACION Y MANTENIMIENTO 1, , , , , , , ** , , , , * Incluye costos de transporte. ** Costos de transporte despreciables. *** En los costos de operación no se ha tomado en cuenta el salario del operador, ya que el mismo que opera el equipo de bombeo. VALOR PRESENTE DE ALTERNATIVAS En el Tabla No. VIII se presenta el cálculo del valor presente de las cuatro alternativas planteadas en este trabajo. Considerando una serie uniforme de los costos anuales de operación y mantenimiento, con interés del 12% anual y un período de retorno de 15 años, resulta un factor de para el cálculo del valor presente. TABLA No. VIII VALOR PRESENTE DE ALTERNATIVAS EN DOLARES AMERICANOS (US$) ALTERNATIVAS DE CLORACION COSTOS DE ADQUISICiON COSTOS ANUALES DE OPERACION Y MANTENIMIENTO VALOR PRESENTE EQUIPO SANILEC 35, , , HIPOCLORITO DE SODIO 1, , , GENERADO EN PLANTA INDUST HIPOCLORITO DE 1, , , CALCIO CLORADOR GASEOSO 4, , , CONCLUSIONES

11 11 En Nicaragua, a partir de 1991, la desinfección del agua suministrada a la población urbana del país ha venido en aumento constante hasta haber alcanzado en la actualidad niveles de calidad que la hacen sanitariamente segura. La desinfección se practica mediante la cloración en todas sus formas, predominando la cloración gaseosa y la cloración con solución de hipoclorito de sodio. El suministro del hipoclorito es contratado con una empresa privada local a precios competitivos, y no presenta ningún inconveniente importante. El equipo SANILEC B-100 es un equipo efectivo y de fácil operación; pero tiene el costo inicial más elevado de todos los métodos estudiados. El método de cloración más económico es la cloración gaseosa, seguido en escala ascendente por el SANILEC, hipoclorito de sodio de producción industrial y el hipoclorito de calcio.