FALLAS Y PROBLEMAS DE LA DESINFECCIÓN URBANA. C. A. Lazcano SEDAPAL Lima, Perú RESUMEN

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1 Original: español FALLAS Y PROBLEMAS DE LA DESINFECCIÓN URBANA C. A. Lazcano SEDAPAL Lima, Perú RESUMEN El presente informe permite realizar un análisis sobre la problemática de la desinfección a nivel urbano y recomienda acciones para mejorar la calidad de vida poblacional. Los problemas y fallas de la desinfección ocurren desde la captación con la calidad de la fuente, la que muchas veces necesita precloración para disminuir la contaminación fecal; la poscloración elimina las bacterias remanentes después del tratamiento. Deficiencias en el manejo de cloradores, mantenimiento y personal involucrado constituyen factores que inducen a fallas. Los problemas y fallas en la distribución del agua se encuadran en el manejo de válvulas, almacenamiento prolongado, tuberías con limo, tubérculos y biopelícula, que albergan bacterias y organismos de vida libre que pueden portar patógenos. Se recomienda la estandarización de los procesos de cloración; poscloración continua, distribución de agua en lo posible en forma continua, mantenimiento y reemplazo de aquellas tuberías que se encuentren en mal estado. 1. Objetivos 1.1 Realizar un análisis objetivo de los problemas y fallas de la desinfección a nivel urbano. 1.2 Recomendar las acciones tendientes a mejorar la calidad de vida de las poblaciones con respecto a enfermedades producidas por el consumo de agua.

2 2. Introducción Uno de los grandes problemas de los países en desarrollo, es el elevado índice de enfermedades gastrointestinales, generadas por la pobreza, deficiente higiene y saneamiento, escasez de recursos y bajo nivel educativo. El problema más significativo, en las zonas urbano marginales, es la falta de redes de agua potable, presencia de vectores y deficientes condiciones sanitarias. El agua es el vehículo más importante para la transmisión de enfermedades gastrointestinales, principalmente de fiebre tifoidea y paratifoidea, salmonelosis, disentería, cólera y parasitosis; la forma más eficiente para prevenir estas infecciones es la desinfección del agua, y la forma mas económica es el uso de cloro. Las empresas prestadoras de servicios de agua potable, tienen la obligación de desinfectar el agua que suministran en forma continua y controlada, garantizando de esta forma la calidad bacteriológica del agua y contribuyendo consecuentemente con la salud de la población servida. Se destaca que todas las bacterias enteropatogénicas, sin excepción, son sensibles a dosis bajas de cloro, sin embargo, cuando se trata de quistes de protozoarios tipo Giardia o Criptosporidium, el tratamiento debe incluir procesos de coagulación-floculación y filtración, que retienen mas del 99 % de estas formas parasitarias. 3. Problemática de la cloración 3.1 Fuente de abastecimiento Generalmente, las plantas de potabilización de agua se diseñan y construyen utilizando fuentes de abastecimiento poco contaminadas, sin embargo, la calidad de la fuente se deteriora conforme el hombre ejerce diversos tipos de actividades aguas arriba de la toma: se instalan poblaciones rurales o semirurales que eliminan los desagües a la fuente, descargas de minerales por explotación minera, desagües agroindutriales y pecuarios, etc. Estas sustancias químicas y biológicas sufren autodepuración por oxidación biológica, sin embargo, cuando la tasa de contaminación es mayor a la velocidad de autodepuración, el oxígeno disuelto disminuye incrementándose la concentración de organismos vivos que llegan a la planta incluyendo los patógenos; por estos motivos, la planta de tratamiento tiene que mejorar sus procesos constantemente, incrementándose de esta forma los costos de producción. Para disminuir los contaminantes enteropatogénicos, es necesario reducirlos a niveles permisibles por las leyes locales, lo que se logra con una precloración efectiva seguida de un período de retención mínimo o de sedimentación antes del tratamiento convencional, sin embargo la dosis de cloro aplicada a este nivel debe estar en función de varios factores: la materia orgánica presente, la demanda de 2

3 cloro, los precursores que formen subproductos de la cloración, el ph del agua, la presencia de fenoles que con el cloro forman compuestos olorosos, etc. Los huevos de helmintos y quistes de parásitos se eliminan por sedimentación ya que son altamente resistentes al cloro. Las leyes de cada país, deben orientarse hacia la protección de las fuentes de agua, especialmente si éstas se van a usar para consumo humano y establecer límites máximos de contaminación por efluentes, con la finalidad de preservar el ecosistema y la salud de la población usuaria. 3.2 Dosificación del cloro El método más usado para aplicar cloro en las plantas de tratamiento y en los pozos, es la forma directa, lo que trae como consecuencia que muchas veces no se apliquen las dosis mínimas necesarias para obtener residuales de cloro libre en la red que aseguren la calidad bacteriológica del agua. La cloración marginal también es una forma usual de dosificar cloro, sin embargo con este método no se toma en cuenta la presencia de materia orgánica, lo que no asegura una desinfección eficiente. Para asegurar la eficiencia en la desinfección, es necesario aplicar dosis de cloro por encima del punto de quiebre con residuales de cloro libre adecuados mediante ensayos de demanda de cloro, bioensayos de dosisrespuesta bacteriana, o análisis de nitrógeno orgánico. Estos ensayos se realizan en el laboratorio, permiten optimizar el uso del cloro y mejoran los procesos de pre y poscloración con el empleo de dosis estándar. En precloración además, debe evaluarse la presencia de precursores de trihalometanos y otros subproductos de la cloración, así como la formación de los mismos después de la aplicación. La aplicación de cloro en precloración con dosis de 2 mg/l por encima de la demanda estimada elimina a los coliformes totales y termotolerantes (fecales) en un orden de magnitud de 3-4 logaritmos, además elimina a la mayoría de algas que son los productores primarios en la cadena trófica y se acondiciona de esta forma el agua para el tratamiento posterior con la adición de coagulantes químicos. Las dosis aplicadas en poscloración también deben estar por encima del punto de quiebre y deben estandarizarse de tal forma que se asegure un residual libre de cloro no menor de 0,5 mg/l en cualquier punto de la red, especialmente si las redes son muy antiguas y existe el riesgo de contaminación cruzada con desagües. 3.3 Cloradores El cloro que generalmente se utiliza para la desinfección del agua, se adquiere en la forma de gas licuado en cilindros de 907 kg o de 68 kg para plantas pequeñas o pozos, en cualquiera de los casos, éstos son instalados con sistemas de tuberías y válvulas, conectadas a cloradores de alimentación al vacío, accionados por bombas de agua, el gas cloro que ingresa al clorador, pasa por un rotámetro, que 3

4 mide el flujo que ingresa; además existen dispositivos de regulación de flujo, que controlan la tasa de flujo con la cual trabaja el clorador y que generalmente operan en forma manual. El problema surge cuando existen cambios de caudal horario, donde el operador no siempre incrementa o disminuye la cantidad de cloro que se debe aplicar en el momento del cambio, y se aplica en forma excesiva o mínima según sea el caso; así mismo, cuando los cloradores tienen un capacidad máxima muy por encima de la capacidad de la planta, con producciones bajas, la regulación del flujo de cloro no es precisa; algunas veces se aplica cloro en forma directa ya sea por falta de energía eléctrica o mantenimiento de los sistemas de cloración, en estos casos es muy difícil controlar la dosificación del cloro. La estandarización de la cloración en las plantas y en los pozos, la automatización de la aplicación de cloro en relación al caudal horario y la demanda de cloro y control periódico del cloro residual libre en la salida de las plantas y en los puntos estratégicos de la red permitirán solucionar los problemas mencionados. 3.4 Personal El personal que interviene en la operación de los sistemas de cloración en las plantas de tratamiento constituye el factor decisivo en los resultados que se obtienen de la cloración, debido a las dificultades por el control adecuado de dosificación de cloro. Los problemas son causados principalmente por: Operatividad del sistema que generalmente es en forma manual. Capacidad de los equipos cloradores muy por encima de la demanda máxima requerida, que dificulta el afinamiento en su dosificación y lectura. Desfase de la aplicación en relación con el volumen y la calidad del agua a clorar Ausencia de registros de control en la dosificación, en la mayoría de los casos. Falta de capacitación del personal para un adecuado manejo del sistema de cloración. La automatización de los procesos como solución a las fallas en la cloración debe ser tomada en consideración, sin embargo como medidas de corto plazo se puede afinar la cloración mediante la capacitación del personal en el manejo, control, operación y mantenimiento de los equipos y la concientización. sobre la importancia de su trabajo. 3.5 Redes de distribución El cloro residual en las redes de distribución debe eliminar las bacterias que subsisten después del tratamiento, debido a la contaminación cruzada o por tuberías antiguas y en mal estado. 4

5 La contaminación cruzada se debe principalmente a las tuberías averiadas por donde penetran los contaminantes del suelo o por los desperfectos que sufren las tuberías de desagüe; normalmente las condiciones de flujo están bajo una considerable presión positiva, sin embargo puede ocurrir una succión por sifón en el sistema de distribución si la presión del agua desciende y las conexiones son defectuosas o existen roturas en las tuberías; de esta forma los organismos contaminantes son absorvidos hacia el interior de la tubería. Los problemas ocurren frecuentemente cuando la tubería de agua potable se encuentra muy cercana al colector de desagüe. Es muy difícil predecir la cantidad de cloro necesario para neutralizar este tipo de contaminación, cuando la carga bacteriológica contaminante es muy elevada, pueden ocurrir focos infecciosos en las zonas aledañas al problema. En las ciudades con conexiones de tuberías muy antiguas, y aún con las de reciente instalación, las tuberías presentan en sus paredes internas capas de limo bacteriano, tubérculos y biopelículas. Los organismos microscópicos entre los que se encuentran bacterias, hongos y actinomicetos, crecen libremente en el agua formando el limo en las paredes de la tubería haciéndo que estos organismos sean más resistentes al cloro residual presente, la naturaleza química del agua se altera debido al metabolismo microbiano y se reducen los niveles de oxígeno disuelto produciendo productos finales como nitratos y sulfuros. Los limos microbianos, son el alimento principal para el crecimiento y proliferación de organismos de mayor tamaño tipo cyclops, nemátodos, etc, que se adaptan fácilmente a vivir en las paredes de las tuberías. Estas especies son la causa de la mayoría de quejas que reclaman los usuarios. Los tubérculos que se forman en las paredes de las tuberías albergan una gran cantidad de bacterias (10 6 /g /g ) que incluyen aerobias y anaerobias, entre las que se encuentran las bacterias que producen biocorrosión. Muchas de las bacterias aisladas de los tubérculos son patógenas oportunistas, la presencia en gran cantidad de estos microorganismos puede afectar la salud principalmente de un segmento de la población, formada por recién nacidos, inmunodeficientes, convalescientes y ancianos. La biopelícula se forma por el uso de reactivos químicos en el tratamiento del agua, especialmente del cloro, y principalmente por bacterias injuriadas protegidas por una capa fina de polisacáridos, la que al igual que las capas formadas por el limo y los tubérculos, albergan bacterias; algas y organismos de vida libre, que pueden salir en los grifos de los usuarios originando reclamos a las empresas servidoras por el deterioro de la calidad organoléptica del agua, especialmente si existen olores o sabores desagradables o enturbiamiento del agua. La biopelícula origina además algunos problemas en las redes de distribución entre los que se destacan: (a) aumento de la resistencia a la fricción de los fluídos produciendo una gran pérdida de presión o reducción del flujo de agua si la presión es constante; (b) causa de condiciones anaeróbicas con producción de H 2 S cuya acumulación puede originar olores y sabores desagradables en el agua y (c) incremento de la resistencia al cloro por parte de los organismos que forman la biopelícula, contribuyendo al recrecimiento de indicadores de contaminación fecal y patógenos en las tuberías. 5

6 La presencia de limo y biopelícula, además de los organismos de vida libre, incrementan la demanda de cloro y el consumo del cloro residual libre circulante; sin embargo, los organismos de vida libre son altamente resistentes al cloro (> 15 mg/l) y pueden albergar en sus intestinos bacterias patógenas que se encontrarían protegidas de la acción del cloro. Existen otros problemas en redes que interfieren o desmejoran la desinfección y se analizan como sigue: A. Cuando el abastecimiento es directo los problemas surgen con la distribución discontinua; la calidad del agua se deteriora debido a la presencia de puntos muertos en las redes, sólo se ven afectados algunos sectores, la turbiedad aumenta y el cloro residual generalmente tiende a 0 ; y por la existencia de tuberías muy antiguas, caso ya comentado. B. Cuando el abastecimiento es por almacenamiento, además de la problemática anterior, puede existir un almacenamiento prolongado sin recloración, fallas en el control operacional del almacenamiento, por ejemplo, si no existe un programa de movimiento de válvulas para que no desmejore la calidad: si se abren las válvulas bruscamente, sale el agua a presión formándose un flujo turbulento que arrastra el sedimento y enturbia el agua,. Asimismo, los problemas pueden originarse por condiciones higiénico sanitarias deficientes en las casetas de rebombeo o causados por la manipulación de los usuarios, es decir, cuando se contaminan los reservorios que se hallan expuestos al público, éstos se abastecen de agua usando recipientes sucios y contaminados. Las conexiones domiciliarias en mal estado, también contribuyen al deterioro de la calidad del agua. C. Con respecto a la distribución de las aguas subterráneas, existen problemas debido a cloradores paralizados ya sea por falta de mantenimiento adecuado, falta de electricidad o falta de stock de cilindros de cloro, condiciones higiénico sanitarias de las casetas de rebombeo ya sea por mala ubicación de las mismas (cercanas a una acequia, infiltraciones por regadío cercano con aguas residuales, o existencia de pozos sépticos en los alrededores) o condiciones que permiten la contaminación por falta de mantenimiento de las mismas (existencia de sumideros, grietas o huecos que permiten la percolación de agua y consiguiente contaminación del subsuelo). 3.6 Estandarización de la cloración Cuando se aplica cloro sin que se realicen ensayos previos en los laboratorios de dosisrespuesta bacteriana y demanda de cloro, se usan criterios no uniformes en la dosificación, lo que trae consigo deficiencias en la desinfección del agua con el riesgo de que el agua se contamine en algunos momentos. 6

7 Estandarizar los procesos de cloración en plantas de tratamiento es una meta que deben considerar todas las empresas servidoras de agua, lo que incluye estudios previos sobre el proceso, controles en cada paso del proceso y elaboración de protocolos que deben cumplir los operadores al pie de la letra. Debido a la gran variabilidad con respecto a la calidad del agua y con la finalidad de evitar mayor demanda de cloro es necesario complementar la cloración con un programa adecuado de limpieza y de mantenimiento de las unidades de tratamiento: reservorios, sedimentadores, decantadores, filtros, reservorios de agua tratada, etc., a fin de evitar la acumulación de materia orgánica, formación de costras en las paredes y la proliferación de organismos vivos, principalmente de algas que son los productores primarios, iniciadores de cadena trófica y que interfieren con la cloración. 4. Conclusiones y recomendaciones 4.1 La problemática de la desinfección a nivel urbano es común en los países en vías de desarrollo, las fuentes de abastecimiento generalmente se contaminan con efluentes de diferentes tipos, principalmente descargas domésticas, las que contienen los organismos patógenos propios de la zona o región y bacterias indicadoras de contaminación fecal muy por encima de las propuestas por las leyes o normas de cada país, originada por el crecimiento suburbano aguas arriba de la toma. 4.2 La precloración es necesaria cuando la contaminación bacteriana sobrepasa los límites establecidos por la normas o leyes nacionales. La aplicación de dosis de 2 mg/l de cloro por encima de la demanda del agua cruda determinada por ensayos de demanda de cloro con un tiempo de contacto no menor de 60 min, se eliminan los coliformes fecales en un orden de magnitud de 4 log. y todas las bacterias enteropatógenas. Es necesario controlar la formación de los subproductos de la cloración. 4.3 Las dosis de cloro aplicadas en poscloración, deben calcularse sobre la base de los ensayos de demanda de cloro y normarse de tal forma que se obtengan residuales libres en cualquier punto de la red no menores de 0,5 mg/l. 4.4 El personal operativo, técnico y profesional, debe estar capacitado adecuadamente para cumplir con todos los protocolos de la cloración, a fin de que las dosis aplicadas se ajusten a las recomendaciones hechas por los laboratorios. 4.5 Los controles de cloro residual deben realizarse en puntos estratégicos en la salida de las plantas de tratamiento, reservorios y redes de distribución y deben ser realizados por técnicos especializados, capacitados para tomar las medidas correctivas adecuadas. 7

8 4.6 Se debe programar el mantenimiento preventivo de los equipos destinados a la cloración en las plantas y en los pozos, con la finalidad de evitar paralizaciones imprevistas que interrumpan la cloración. 4.7 A fin de disminuir el consumo de cloro por tuberías con alta demanda, debe programarse la limpieza de las mismas, por medio de purgas o supercloración para eliminar el limo y los organismos de vida libre existentes en su interior. Aquellas tuberías muy antiguas o que se encuentran en mal estado deben ser cambiadas. 4.8 Para estandarizar el proceso de cloración a nivel de plantas de tratamiento, es necesario que se cumplan estrictamente los protocolos aplicándose las dosis recomendadas por los laboratorios en base demanda de cloro y dosis respuesta bacteriana, ésto debe ir unido a una programación adecuada de limpieza y mantenimiento de las unidades de tratamiento (sedimentadores, decantadores, filtros, reservorios, etc.) que evite la acumulación de materia orgánica y la proliferación de organismos vivos; se recomienda además según las posibilidades de las empresas, la instalación de sistemas de dosificación de cloro automáticos, con medidas telemétricas y en base a la demanda de cloro del agua y el residual libre recomendado, instalados en los puntos de aplicación. 4.9 Considerar como indispensable, al proceso de cloración, no permitiendo que se deje de clorar ni disminuir la dosis de cloro por el hecho o presunción de que se formen subproductos de la cloración; no se ha comprobado los efectos a largo plazo de los trihalometanos en inducir algunas formas de cancer, por consumo de agua, sin embargo, las infecciones de origen hídrico son más frecuentes por consumo de agua contaminada y tienen una tasa elevada de morbilidad y mortalidad en nuestros países 8

9 FIGURA 1. CAUSAS QUE ORIGINAN PROBLEMAS Y FALLAS EN LA CLORACIÓN URBANA REDES DE DISTRIBUCIÓN CLORADORES FUENTES DE ABASTECIMIENTO TUBERÍAS CONTAMINADAS ENERGÍA ELÉCTRICA CALIDAD DISTRIBUCIÓN POR ALMACENAMIENTO LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO DE RESERVORIOS COMENTARIO: SE CONSIDERAN 5 CAUSAS IMPORTANTES: CALIDAD DE LA FUENTE ENSAYOS DE LABORATORIO CONTROL OPERACIONAL CRITERIOS ESTÁNDAR TUBERíAS CONTAMINADAS DISTRIBUCIÓN INMEDIATA CAPACITACIÓN IDENTIFICACIÓN PERSONAL CONTROL OPERACIONAL DISTRIBUCIÓN DIRECTA CAPACIDAD CRITERIOS ESTÁNDAR MANTENIMIENTO ENSAYOS DE LABORATORIO DOSIS DE CLORO VARIACIONES DE CAUDAL ABASTECIMIENTO CONTROL DE CLORO RESIDUAL FALLAS Y PROBLEMAS DE LA CLORACIÓN DEL AGUA 9

10 RIO 10 BOCATOMA COAGULACIÓN

11 5. Referencias G. Bitton. Wastewater microbiology. Nueva York. Editorial Wiley-Liss, 1994 E.E. Geldreich, M. J. Allen y R. H. Taylor. Interference to coliform bacteria detection in potable water supplies. En: Charles W Hendricks. Evaluation of the microbiology stantandars for drinking water. E.P.A., Washington D.C. 1988: N.F. Gray Calidad del agua potable. problemas y soluciones. Saragoza (España) Editorial Acribia S.A. ; E. Van der Wende y W. G. Characklis. Biofilms in Potable water distribution systems. En: Gordon A. Mc Feters. Drinking water microbiology. Progress and recent developments. U.S.A. 1990: