Desinfección de aguas regeneradas

Transcripción

1 Desinfección de aguas regeneradas Lluís Sala Consorci de la Costa Brava Reutilización del agua en la industria. Experiencias. XXI Jornada de Aqua España / ACECMA Barcelona, 15 de octubre de 2008

2 Definición Desinfección: Conjunto de acciones dirigidas a eliminar los gérmenes nocivos o microorganismos patógenos que un objeto o un ser pueden contener o que lo pueden acompañar (traducción de la definición del Gran Diccionari de la Llengua Catalana) Primeras reflexiones: No tiene porqué limitarse a un único proceso, puede lograrse mediante combinaciones de ellos Tiene como finalidad la protección de la salud pública Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 2

3 La desinfección de las aguas regeneradas Situación de partida desfavorable: la materia prima (agua residual depurada) contiene aún una elevada carga microbiana de origen fecal, con diversidad de tipos de microorganismos patógenos, principalmente bacterias, virus y protozoos. Es necesario mantener la protección de la salud pública conseguida mediante el saneamiento (aislamiento de las aguas residuales) y evitar poner en contacto los microorganismos patógenos con la población. Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 3

4 Requisitos de la desinfección Eficacia: debe conseguir la inactivación suficiente de los microorganismos a eliminar Regularidad: debe hacerlo de forma consistente a lo largo del tiempo y ante situaciones cambiantes (caudales, calidades) Amplio espectro: debe ser capaz de atacar a distintos grupos de microorganismos Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 4

5 Evaluación de la eficacia de los procesos de desinfección Habitualmente, a través de la reducción en las concentraciones de microorganismos indicadores. Propiedades de los microorganismos indicadores: tener el mismo origen que el patógeno del cual tiene que ser indicador hallarse en una concentración mayor ser más resistente ser más fácil de cultivar Un determinado nivel de inactivación de las concentraciones de microorganismos indicadores asegura la inactivación de al menos un parecido orden de magnitud en las concentraciones de microorganismos patógenos Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 5

6 Microorganismos indicadores Organismo indicador Coliformes totales (California) Coliformes fecales (Florida, Arizona, Texas, etc.) Escherichia coli (España) Bacteriófagos (virus de bacterias) Esporas de clostridios sulfito reductores ---- Patógenos a los que representa Salmonella spp. Shigella spp. Vibrio cholera Enterovirus (hepatitis A, poliovirus, Coxsackie A, Coxsackie B, etc.) Ooquistes de Giardia, Cryptosporidium Huevos de nemátodos parásitos Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 6

7 Luz UV Emisión de luz en el rango de longitudes de onda ultravioleta que lesiona el ADN de las células, causando su inactivación. No supone adición de reactivos, por lo que tampoco tiene efecto residual imposible predecir la concentración de microorganismos después de la exposición Ataca eficazmente a organismos esporulados o enquistados (p.e., esporas de clostridios sulfito-reductores, ooquistes de Cryptosporidium spp.) La dosis depende de: Luz emitida Caudal circulante Transmitancia del agua a 254 nm Ensuciamiento de las vainas de cuarzo Etapa concreta en la vida útil de las lámparas Multitud de factores que pueden afectar al resultado dispersión de los valores. EDAR Blanes EDAR Colera EDAR Torroella de Montgrí Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 7

8 Desinfección aportada por la etapa de UV Filtración en arena y desinfección mixta UV + hipoclorito Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 8

9 Desinfección aportada por la adición de cloro posterior al sistema UV Filtración en arena y desinfección mixta UV + hipoclorito Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 9

10 EVOLUCIÓ DE LES CONCENTRACIONS D'ESCHERICHIA COLI EN LES AIGÜES DE LES BASSES DEL GOLF D'ARO DURANT L'ANY E. coli, ufc/100 ml Límit RD 1620/2007 = 200 ufc / Dies (des d'1/1/2007) GdA 1 GdA 2 Agua regenerada de Castell-Platja d Aro suministrada al Golf d Aro: Efecto de las lagunas de almacenaje Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 10

11 Cloro Agente oxidante que lesiona las estructuras celulares de los microorganismos, causando su inactivación. Ataque poco eficaz a organismos esporulados o enquistados. La detección del cloro residual permite la comprobación de la adecuada desinfección y mantiene la calidad microbiológica del agua. Relativa simplicidad operativa Facilidad de ajuste de dosis EDAR Pals EDAR Llançà Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 11

12 Desinfección con hipoclorito Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 12

13 EVOLUCIÓ DE LES CONCENTRACIONS D'ESCHERICHIA COLI EN LES AIGÜES DE LES BASSES DEL GOLF SERRES DE PALS DURANT L'ANY E. coli, ufc/100 ml Límit RD 1620/2007 = 200 ufc / Dies (des d'1/1/2007) Agua regenerada de Pals suministrada al Golf Les Serres: Efecto de las lagunas de almacenaje GSP1 GSP2 Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 13

14 Ensayos sobre la evolución de los microorganismos en sistemas de almacenaje al aire libre Proyecto: Avaluació de la capacitat de recreixement de diferents indicadors bacterians en basses d emmagatzematge d aigua regenerada provinent de l EDAR de Castell- Platja d Aro Realizado por: Dr. Carles Borrego, Marta Segura (UdG) y Sílvia Quintana (Empresa Mixta d Aigües de la Costa Brava, SA) Fecha: Agosto de 2008 Grupo de Ecología Microbiana Molecular (Instituto de Ecología Acuática), Universidad de Girona Consultable en pdf en Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 14

15 Ensayos sobre la evolución de los microorganismos en sistemas de almacenaje al aire libre Incubación de efluente secundario en sacos de diálisis sumergidos en las lagunas del Golf d Aro, que almacenan agua regenerada mismas condiciones ambientales que la propia agua regenerada Ensayos en distintas épocas del año: julio 2007, septiembre 2007 y enero 2008 Análisis de tres tipos de microorganismos: Escherichia coli, enterococos fecales y esporas de clostridios sulfito-reductores. En enero 2008 se añaden los coliformes totales. Resultados de bacteriófagos pendientes de publicación (equipo Dr. Lucena, UB). Reducción de las concentraciones de todos los microorganismos. E.coli: 1 log cada 1,6 días en julio; 1 log cada 4,5 días en enero. Los datos no indican ningún tipo de recrecimiento en las lagunas de agua regenerada Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 15

16 Ensayos sobre la evolución de los microorganismos en sistemas de almacenaje al aire libre 1.0E E E E E E+04 ufc/100 ml 1.0E E+02 ufc/100ml 1.0E E E E E Temps (hores) 1.0E Temps (hores) Evolución de la concentración de supervivientes (en UFC/100mL) de los diferentes indicadores bacterianos en función de los tiempos medidos en la réplica 2 durante el experimento Nº1 (Julio 2007). E. coli (círculos negros); Enterococos fecales (círculos azules); Clostridios Sulfito Reductores (rombos rojos). Se muestra la recta de regresión resultante del ajuste exponencial (Borrego et al., 2008) Evolución de la concentración de supervivientes (en UFC/100mL ± desviación típica) de los diferentes indicadores bacterianos en función de los tiempos durante el experimento Nº3 (Enero 2008). Coliformes totales (cuadrados amarillos); E. coli (círculos negros); Enterococos fecales (círculos azules); Clostridios Sulfito Reductores (rombos rojos). Se muestra la recta de regresión resultante del ajuste exponencial (Borrego et al., 2008) Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 16

17 Filtración biológica por cultivos de cladóceros (Daphnia y similares) Actualmente en fase de investigación. Colaboración con la Vrije University of Amsterdam (Ruud Kampf) mediante la instalación de sistemas experimentales en la EDAR de Empuriabrava. Equipo de trabajo local formado por personal de la Universitat de Girona, Empresa Mixta d Aigües de la Costa Brava SA y Consorci de la Costa Brava. Cladóceros: crustáceos branquiópodos cuya estrategia alimentaria se basa en la filtración de las partículas en suspensión en el agua, de manera a mayor densidad de cladóceros mejor es la calidad del agua. Objetivo: optimizar los cultivos de cladóceros para conseguir un efecto contínuo de tratamiento del agua. Experimentos idénticos en marcha simultáneamente en Grou y Horstermeer (Holanda) y Empuriabrava. Foto al microscopio de un cladócero Elevada densidad de cladóceros en una laguna de afino de la EDAR de Empuriabrava Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 17

18 Filtración biológica por cultivos de cladóceros (Daphnia y similares) 4 líneas paralelas, para realización de experimentos Tiempo residencia: 1 día/tanque. 1 línea contiene 4 tanques de 1 m 3 de capacidad. Total: 4 días/línea Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 18

19 Filtración biológica por cultivos de cladóceros (Daphnia y similares) 20/7/ /2/ /8/2008 Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 19

20 Resultados parciales Empuriabrava mesocsms E_Coli_100, ufc/100 ml day_2007 Variables effluent STP daphnia ponds SAC mesocosm Verano 2007 verano 2008: Datos de efluente secundario, lagunas afino, humedales construidos y efluente del 4º mesocosmos de la línea A (datos pendientes de publicación, Kampf, Sala & Colom, 2008) Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 20

21 Observaciones preliminares De los datos generados hasta el momento en la EDAR de Empuriabrava, es posible formular las siguientes observaciones: Imprescindible que el efluente de la EDAR no presente nitrógeno amoniacal en concentraciones excesivas buena nitrificación Mejora notable y relativamente sostenida de la calidad microbiológica del agua, tanto en invierno como en verano Tratamiento potencialmente adecuado para la reutilización en usos ambientales Necesidad de desarrollo de criterios operacionales concretos y de examinar su aplicabilidad a gran escala Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 21

22 Estudio sobre la combinación de agentes desinfectantes Equipo de trabajo: Anna Costan, Departament de Microbiologia, Facultat de Biologia, Universitat de Barcelona. Estel Dalmau, Empresa Mixta d Aigües de la Costa Brava, SA. Joan Jofre, Departament de Microbiologia, Facultat de Biologia, Universitat de Barcelona Francisco Lucena, Departament de Microbiologia, Facultat de Biologia, Universitat de Barcelona. Miguel Montemayor, Departament de Microbiologia, Facultat de Biologia, Universitat de Barcelona. Jordi Muñoz, Empresa Mixta d Aigües de la Costa Brava, SA. Rafael Mujeriego, Secció d Enginyeria Sanitària i Ambiental, ETS d'enginyers de Camins, Canals i Ports, Universitat Politècnica de Catalunya. Andrey Payán, Departament de Microbiologia, Facultat de Biologia, Universitat de Barcelona. Sílvia Quintana, Empresa Mixta d Aigües de la Costa Brava, SA. Lluís Sala, Consorci de la Costa Brava. Montserrat Soler, Empresa Mixta d Aigües de la Costa Brava, SA. MARS Microbiologia d aigües relacionada amb la salut Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 22

23 Antecedentes del estudio (I) Por qué la combinación de desinfectantes? Necesidad de regularidad en la calidad del agua regenerada (P90) Equipos de desinfección con luz ultravioleta existentes en el ámbito del CCB no ofrecían garantía de cumplimento del P90 por sí solos La adición de hipoclorito como agente desinfectante para el afino de la calidad permitía conseguir la regularidad requerida Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 23

24 Antecedentes del estudio (II) Por qué la combinación de desinfectantes? Ventajas que ofrece la combinación de agentes desinfectantes El cumplimiento del P90 con únicamente sistemas de luz UV requiriría dosis elevadas (elevados costes de inversión y de explotación). Cloro utilizado sólo como afino. Sistema alternativo de desinfección en caso de avería o mantenimiento del sistema UV. No se conocen microorganismos resistentes a ambos sistemas aplicados simultáneamente. Según literatura científica, virus, y ooquistes de Cryptosporidium spp. y Giardia spp. son relativamente resistentes al cloro, pero sensibles a la luz UV. Redundancia de un elemento clave del tratamiento de regeneración con un incremento poco significativo de los costes de inversión. Conclusión: el sistema de luz UV permite reducir las dosis de cloro a aportar, y la combinación de estos dos sistemas da una mejor consistencia y regularidad a la calidad microbiológica. A pesar de todo, desde un punto de vista estrictamente económico, allí donde el sistema UV trabaja en condiciones desfavorables (p.e., planta de regeneració de Castell-Platja d Aro), quedan compensados estos beneficios teóricos por el incremento de costes? Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 24

25 Antecedentes del estudio (III) Realización del primer estudio en la planta de regeneración de Castell-Platja d Aro (julio 2005) Condiciones ensayadas - época de producción de agua regenerada para ser suministrada para usos de riego UV (dosis limitadas por la transmitancia a 254 nm y por el caudal) UV + cloro (íd + 5 ppm Cl 2 /l) Cloro (10 mg Cl 2 /l) Primeras evidencias Bacterias no esporuladas (coliformes fecales, enterococos fecales) inactivados preferentmente por el cloro Infectividad de Cryptosporidium spp. inactivada totalmente por la luz UV Luz UV produce mayor inactivación sobre virus (indicadores y patógenos) que no el cloro en solitario Efecto de sumatorio de inactivaciones en alguns microorganismos (p.e., colifagos somáticos). Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 25

26 Antecedentes del estudio (IV) Blanes, año 2006: funcionamiento planta de regeneración desde Hasta aquel momento, desinfección con hipoclorito y consecución de la ausencia de Escherichia coli en una gran mayoría de muestras. Equip de luz UV de 4 módulos con 8 lámparas de media presión cada uno, a punto para entrar en servicio. Equipo diseñado para transmitancia baja (aprox. 50%). Los valores reales del efluente (70-75%) hacen que el equipo quede sobredimensionado. Puesta en servicio genera interrogantes: Cuántos módulos hay que poner en marcha? Se debe añadir cloro? Si es que sí, en qué dosis? Planteamiento de estudio específico al ACA, que decide financiarlo. Estudio realizado en 4 semanas del mes de mayo de Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 26

27 Tratamientos ensayados Tratamiento 1. Desinfección 1 módulo UV (8 lámparas, dosis UV aprox 40 mj/cm 2 ) 2. Desinfección 2 módulos UV (16 lámparas, dosis UV aprox 80 mj/cm 2 ) 3. Combinación 1 módulo UV (8 lámparas, dosis UV aprox 40 mj/cm 2 ) + 1 mg Cl 2 /l en forma de hipoclorito 4. Combinación 1 módulo UV (8 lámparas, dosis UV aprox 40 mj/cm 2 ) + 2 mg Cl 2 /l en forma de hipoclorito 5. Combinación 2 módulos UV (16 lámparas, dosis UV aprox 80 mj/cm 2 ) + 1 mg Cl 2 /l en forma de hipoclorito 6. Desinfección con 3 mg Cl 2 /l en forma de hipoclorito (0,6 mg mg Cl 2 /l residual total) Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 27

28 Objetivos Objetivo general: Determinar experimentalmente las dosis de agentes desinfectantes a aplicar al agua producida por la planta de regeneración de Blanes para conseguir una desinfección de amplio espectro frente a bacterias, virus y protozoos, minimizando los costes de explotación del sistema de desinfección y del posterior seguimiento de su calidad Objetivos específicos: Ensayar diferentes combinaciones de agentes desinfectantes y medir sus efectos sobre los diferentes grupos de microorganismos escogidos para la realización del experimento en condiciones controladas. Determinar las condiciones de trabajo óptimas del proceso de desinfección de la planta de regeneración de agua de Blanes, con el fin de asegurar el cumplimiento de los requisitos de calidad microbiológica del agua destinada a la recarga del acuífero del tramo inferior del río Tordera. Aportar información adicional a la ya existente sobre la acción combinada de dos agentes desinfectantes como son la luz ultravioleta y el hipoclorito. Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 28

29 Microorganismos seleccionados para el estudio Microorganismos indicadores: Bacterias: Escherichia coli Esporas de clostridios sulfito-reductores Bacteriófagos: Colifagos somáticos Microorganismos patógenos Protozoos Cryptosporidium spp., (ooquistes totales, viables e infectivos) Enterovirus Virus infecciosos sobre la linea celular BGM Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 29

30 Resultados (I) Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 30

31 Resultados (II) Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 31

32 Resultados (III) Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 32

33 Resultados (IV) Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 33

34 Resultados (V) Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 34

35 Capacidades de inactivación Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 35

36 Conclusiones del estudio Los tratamientos que combinan luz UV y cloro presentan una mayor capacidad de desinfección que los tratamientos unitarios. Ello es debido a: Una mayor capacidad de inactivación de los diferentes microorganismos Inactivación de un mayor número de microorganismos (desinfección de amplio espectro) Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 36

37 Gracias por su atención! Preguntas? Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 37