EFECTO DEL PRETRATRAMIENTO CON ULTRASONIDOS SOBRE LA DESINFECCIÓN, EN LA EDAR DE LORQUI ÍNDICE

EFECTO DEL PRETRATRAMIENTO CON ULTRASONIDOS SOBRE LA DESINFECCIÓN, EN LA EDAR DE LORQUI ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN...2 1.1. LA TECNOLOGÍA DEL DUMO ULTRALYZER... 4 1.2. LA TECNOLOGÍA DEL ULTRAVIOLETA... 6 1.3. DUMO ULTRALYZER Y DESINFECCIÓN... 8 1.4. ULTRASONIDOS Y RAYOS ULTRAVIOLETA... 9 1.5. DESINFECCIÓN MEDIANTE CLORO... 10 2. METODOLOGÍA...12 2.1. DESCRIPCIÓN DEL DESINTEGRADOR ULTRASÓNICO DE MATERIA ORGÁNICA EN LA EDAR DE LORQUÍ... 12 2.2. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO UV3000PLUS DE TROJAN DE LA EDAR DE LORQUÍ... 14 2.3. DESCRIPCIÓN DEL CANAL PILOTO... 15 2.4. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE CLORACIÓN DE LA EDAR DE LORQUÍ... 18 3. ENSAYOS DE LABORATORIO Y RESULTADOS...18 3.1. EFECTO DE LOS ULTRASONIDOS EN LA DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE PARTÍCULA Y PODER DESINFECTANTE... 19 3.2. CONBINACIÓN DE TRATAMIENTO POR ULTRASONIDOS Y RADIACIÓN ULTRAVIOLETA... 21 3.3. COMBINACIÓN DE TRATAMIENTO CON HIPOCLORITO Y RADIACIÓN ULTRAVIOLETA... 25 4. CONCLUSIONES...28 5. BIBLIOGRAFÍA...29 1

1. INTRODUCCIÓN El oído humano es capaz de detectar los sonidos comprendidos en un margen de frecuencia entre 20 y 20.000 Hz. Las ondas sonoras emitidas en un rango superior al ya citado y que no son percibidas por el oído humano como tales, se conocen con el nombre de ultrasonidos. Aunque existen fuentes de generación natural o procesos que puedan producir en su operación cierto tipo de ultrasonidos, se va a considerar únicamente aquellos que se caracterizan por estar comprendidos en unos rangos de frecuencia e intensidad de 20 a 100 KHz y 10 a 10 2 W/cm 2 respectivamente ya que los generadores ultrasónicos modernos pueden producir frecuencias de hasta varios gigahertzios (GHz) convirtiendo corrientes eléctricas alternas en oscilaciones mecánicas. Los ultrasonidos, como ondas mecánicas que son, se propagan por un medio (en este caso agua) mediante una sucesión de compresiones y expansiones periódicas. Manipulando la onda de la forma adecuada a altas intensidades, es posible fracturar el medio de propagación. En el caso del agua, éste cambia rápidamente a estado de vapor mediante una transición de fase, lo que origina la formación de unas microburbujas. En la fase siguiente se produce una sobrepresión a las burbujas que las hace implosionar, fenómeno que se conoce como la cavitación ultrasónica. Allí se registran presiones en torno a los 500 bares, temperaturas de hasta 5000 ºC y unas fuerzas de cizalla que destruyen las paredes celulares de los biosólidos presentes en el agua y lodo. 2

Figura 1: El proceso de la cavitación ultrasónica A rangos de frecuencias bajas (20-100 KHz) se generan burbujas de cavitación que dan lugar a fuerzas de corte muy potentes. En estas condiciones tienen lugar la máxima desintegración celular, desinfección, ruptura de polímeros y liberación de enzimas al medio. Figura 2: Desintegración ultrasónica La propagación del sonido, se lleva a cabo en dos fases: rarefacción (presión negativa) y compresión (presión positiva). La presión negativa es tan elevada que origina la fractura del líquido, formándose burbujas microscópicas que se llenan de vapor de agua o gas. 3

Figura 3: Burbuja de cavitación La tecnología de los ultrasonidos no es novedosa como pudiera parecer en un primer momento. Aplicaciones en biotecnología y medicina se investigan y desarrollan desde hace años, sin embargo descubrimientos recientes que tienen que ver con generadores de ultrasonidos más potentes han permitido dar un salto cualitativo en esta tecnología para poder aplicarla en otros campos. Por ello, con transductores capaces de proporcionar y soportar altas energías, ha llegado a ser posible el tratamiento simultáneo de grandes cantidades de agua o lodo. Se constituye así un gran punto de partida en el estudio del impacto de los ultrasonidos en la desintegración de biosólidos de cara a su posterior proceso de digestión y en la desinfección del efluente final. 1.1. LA TECNOLOGÍA DEL DUMO ULTRALYZER Numerosos experimentos han demostrado que la potencial destrucción de las membranas celulares con la posterior liberación del material intracelular de los biosólidos, proporciona el factor limitante en la digestión de lodos y desinfección de aguas. Puede conseguirse una liberación absoluta del substrato orgánico celular mediante la aplicación de 4

ultrasonidos de baja frecuencia, con lo que la tasa de degradación y biodegrabilidad de la masa de biosólidos orgánicos se verá aumentada en gran medida. Así mismo, estudios piloto han mostrado una significativa aceleración en dicha degradación de biosólidos con una producción menor de lodo digerido y un aumento en el biogás producido. La empresa alemana Ultrawaves GmbH, como spin off de la Universidad Técnica de Hamburgo-Harburgo (TUHH), ha desarrollado la ingeniería a partir de los ultrasonidos hasta diseñar el Desintegrador Ultrasónico de Materia Orgánica DUMO Ultralyzer. El objetivo de la instalación de un sistema DUMO es el de aumentar la eficiencia y rendimiento en las plantas de tratamientos de aguas residuales. El volumen del reactor ha sido calculado para lograr una cavitación homogénea en todo el caudal de lodo tratado. El resultado es un equipo patentado, excepcionalmente compacto, con un volumen de 28 litros (en comparación con los volúmenes de los equipos empleados en el tratamiento convencional de aguas, se trata de un auténtico microequipo ). El módulo estándar está compuesto por 5 unidades oscilatorias que pueden ser alimentadas con hasta 2 KW y que convierten la energía eléctrica, que el generador ha transformado previamente de 50 Hz a 20 KHZ, en energía mecánica-acústica. Uno de los procedimientos para obtener vibraciones ultrasonoras se basa en la propiedad que tienen las láminas de cristal de cuarzo cortadas de una forma especial de electrizarse superficialmente cuando se comprimen (Piezoelectricidad). Por el contrario, si las superficies de una de estas láminas se cargan periódicamente, bajo la acción de las cargas eléctricas, la placa se contrae y se dilata sucesivamente, es decir, vibra. Así se producen las vibraciones ultrasonoras. La lámina se carga con un generador electrónico cuya frecuencia se regula de acuerdo con el llamado período propio de las vibraciones de la lámina. 5

Figura 4: Desintegrador Ultrasónico de Materia Orgánica DUMO Ultralyzer. 1.2. LA TECNOLOGÍA DEL ULTRAVIOLETA La luz ultravioleta se define como la radiación electromagnética de una longitud de onda menor que la luz visible (400 nm) pero mayor que la de los Rayos- X (100 nm). La longitud de onda óptima para efectos germicidas es 235,7 nm. VISIBLE ULTRAVIOLETA INFRARROJO UVA UVB UVC RAYOS X 780 400 320 280 100 Figura 5: Espectro electromagnético de la luz La finalidad de utilizar la tecnología de rayos ultravioletas es la destrucción de toda forma de vida microbiológica y como consecuencia, la desinfección del agua. Tradicionalmente se ha usado el cloro para la desinfección, sin embargo, durante el proceso de cloración del agua cabe la posibilidad de la creación reacciones químicas dando lugar a compuestos tóxicos y cancerígenos. Además, esta técnica no es definitiva en la desinfección total del agua ya que la producción de formas de resistencia de algunos 6

microorganismos les hace inmunes al tratamiento por cloro. Estas preocupaciones junto con la propiedad germicida de la radiación ultravioleta y la no producción de productos químicos intermedios hacen de la tecnología UV un arma efectiva en la inactivación microbiológica del agua sin residuos tóxicos. El efecto que produce la luz ultravioleta sobre los microorganismos para su eliminación es el siguiente: La capacidad de penetración de los rayos UV permite atravesar las paredes celulares de los microorganismos y llegar al núcleo celular, donde se encuentra el ácido nucleico el cual sufre un daño fotoquímico y una reestructuración celular impidiendo así la capacidad reproductiva del patógeno y por consiguiente su eliminación. Luz U.V. Figura 6: Efecto de la luz UV en el DNA El nivel de daño celular depende de la dosis de energía UV absorbida por los microorganismos y de la resistencia a la radiación UV. La mayoría de virus y bacterias requieren dosis relativamente bajas para su inactivación. Los parámetros que afectan a la desinfección por UV son: - La dosis de UV proporcionada que se define como el producto de la intensidad UV y el tiempo de exposición expresada en microwattsseg/cm2. La mayoría de virus y bacterias requieren dosis relativamente bajas para su inactivación. 7

- La intensidad UV cantidad de energía por unidad de área, que a su vez se ve afectada por la calidad del agua, la configuración del equipo/lámparas y la vejez del equipo/lámparas y ensuciamiento de fundas. Los parámetros del agua residual que afectan a la intensidad UV son: - Transmitancia UV (%T) - Sólidos Totales en Suspensión (TSS) - Distribución del tamaño de Partículas (PSD) - Dureza Total (afecta a la velocidad de ensuciamiento de las fundas), debido a que precipita cal en la superficie de las lámparas. Figura 7: Esquema de partes de sistema de desinfección por UV en AR 1.3. DUMO ULTRALYZER Y DESINFECCIÓN La tecnología DUMO Ultralyzer ha demostrado ser eficaz en la degradación de contaminantes. La estructura química de los contaminantes orgánicos persistentes, que hasta ahora únicamente pueden ser tratados mediante procesos químicos costosos, puede ser convertida en biodegradable. De esta forma, usando los ultrasonidos como pretratamiento, las aguas contaminadas difíciles de tratar, pueden ser 8

procesadas por métodos biológicos de uso universal y ecológicamente favorables. 1.4. ULTRASONIDOS Y RAYOS ULTRAVIOLETA Muchos estudios han demostrado que la eficiencia del método de desinfección es altamente dependiente de la concentración de sólidos en suspensión (SS), debido al hecho de que estos sólidos en suspensión pueden proteger a bacterias y virus de ser destruidos por desinfectantes. Muchas de estas pequeñas partículas tienden a dispersar la luz ultravioleta, otras bloquean la acción de esos mismos rayos y por último algunas incluso incorporan en su interior, mediante la formación de flóculos, la materia a tratar. Figura 8: Limitaciones de la radiación ultravioleta. Estudios recientes han determinado que las partículas grandes (aproximadamente de 50 µm de diámetro) son muy difíciles de penetrar por los rayos ultravioleta con lo que la demanda requerida de rayos ultravioleta crece drásticamente. Un método diferente de la utilización de ultrasonido en el tratamiento de las aguas es combinar los ultrasonidos con luz ultravioleta. 9

Figura 9: Esquema de flujo experimental El ultrasonido rompe el bloque externo y la luz UV puede alcanzar a la célula biológica más fácilmente. La absorción de UV por parte del ADN es de alrededor de 260 nm de longitud de onda. Si la fuente de emisión de rayos UV emite a esta longitud de onda dañará sólo el ADN. En combinación con la aplicación de luz ultravioleta, el pretratamiento con ultrasonidos de baja frecuencia (20Khz) es útil y proporciona una relación óptima coste-efectividad. 1.5. DESINFECCIÓN MEDIANTE CLORO Para la desinfección del agua se usan procedimientos físicos, ultrasonidos y ultravioleta, y químicos como ozonización, acción oligodinámica de la plata y cloración. Solamente se emplean estos tres métodos químicos entre muchas sustancias químicas con carácter antiséptico ya que en las aguas de consumo humano solo se pueden usar aquellas que además de ser bactericidas no comuniquen al agua olor, sabor o aspecto desagradable y produzcan un agua inocua para el organismo. La cloración es una operación química utilizada para la desinfección del agua, y se utiliza tanto en plantas de potabilización como en plantas depuradoras antes del vertido final, al igual que en procesos de reutilización de aguas. La finalidad principal de la cloración es destruir las bacterias por la acción germicida del cloro. También son importantes otros efectos secundarios como la oxidación del hierro, manganeso y de los sulfuros de hidrogeno y destrucción de algunos compuestos que producen olores y sabores. En la actualidad parece ser que la acción bactericida del cloro es de tipo 10

físico-químico: la relativa eficacia de los distintos agentes oxidantes es función de su velocidad de difusión a través de la pared celular que una vez atravesada, el compuesto tiene la capacidad de atacar al grupo enzimático cuya destrucción provoca la muerte del microorganismo. Sin embargo, este sistema de desinfección aplicada sobre materia orgánica residual tiene la desventaja que puede generar compuestos orgánicos clorados que pueden ser cancerígenos o altamente dañinos al medioambiente. El cloro residual o cloraminas son capaces de reaccionar con la materia orgánica del medio acuático natural, siendo este proceso tóxico para las especies acuáticas y deben ser destruidos, lo que implica un coste adicional. 11

2. METODOLOGÍA Con este estudio se pretende realizar un análisis comparativo en desinfección entre el uso de solo radiación ultravioleta y la combinación de la radiación ultravioleta con un tratamiento previo de ultrasonidos. Los componentes que utilizaremos para realizar el estudio en la EDAR de Lorquí son: - Desintegrador Ultrasónico de Materia Orgánica (Dumo-Toscano) - Módulo UV3000PLUS (Trojan UV) - Canal de Acero inoxidable (Acciona-Agua) A continuación detallaremos cada uno de ellos, describiendo también el método de cloración de la Edar. 2.1. DESCRIPCIÓN DEL DESINTEGRADOR ULTRASÓNICO DE MATERIA ORGÁNICA EN LA EDAR DE LORQUÍ. El equipo a utilizar para la desintegración de la materia orgánica es el Sistema Dumo ultralyzer, que presenta las siguientes características generales: 12

Figura 12: Desintegrador Ultrasónico de Materia Orgánica - Es un equipo compacto. - Está compuesto por dos osciladores, con una potencia máxima de 1.4 kw cada uno. - Dispone de los equipos periféricos necesarios para regular su funcionamiento: caudalímetro, manómetro, válvula reguladora de presión, etc. -Se ha diseñado en una bancada móvil, para poder desplazarlo de forma fácil tanto en el interior de la EDAR como a otras EDARs. La planta piloto a instalar comprende los siguientes elementos: Características del equipo: Volumen (l) Caudal (l/min) Tiempo de retención medio (seg) 12 Mínimo= 30 Máximo= 200 24 3,6 13

2.2. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO UV3000PLUS DE TROJAN DE LA EDAR DE LORQUÍ El equipo de desinfección UV (UV 3000Plus-Trojan) se compone de tres bancos con quince módulos, cada módulo contiene 8 lámparas, siendo un total de 120 lámparas. Figura 13: Módulo de UV3000Plus Además de los módulos, el equipo se compone de: - Un sistema de control que registra el encendido de las bancadas y la intensidad de las lámparas en función de una señal de 4-20 ma - Tres sistemas de detección que incorpora un sensor UV que mide la intensidad a 254 nm. - Tres centros de distribución de potencia que aloja los relés y las conexiones a los módulos. - Tres bastidores que soportan los módulos UV. - Un control de nivel (compuerta) - Un sistema de limpieza químico-físico automático. Datos de diseño del equipo UV de la EDAR de Lorquí - Q punta = 500 m 3 / h - Q medio= 250 m 3 / h - SS 5 ppm - Transmitancia = 65 % mínimo a 253,7 nm 14

- Garantía de desinfección 2,2 coliformes totales/100 ml base media geométrica de 30 días. - Tiempo de retención medio= 6,5 sg - Intensidad nominal media : 18.589 µw/cm 2, con 100 h y UVT% 65 - Dosis UV, 100 h: 120.829 6,5 x 18589 (s x µw/cm 2 ), µj/cm 2 - Dosis UV: 86.215 µj/cm 2, al final vida lámpara - Distancia entre lámparas 7,62 cm (Paralelas al caudal) - Potencia instalada/lámpara 250 W; (Salida U.V.C 106 W) - Longitud de arco: 1470 mm 2.3. DESCRIPCIÓN DEL CANAL PILOTO Para poder realizar el estudio de eficacia en desinfección combinando DUMO + UV se instala un módulo UV3000plus a continuación de una unidad DUMO dentro de una estructura de acero inoxidable AISI 316 fabricada por Acciona Agua que hace la función de canal con las siguientes características: Volumen (l) Caudal (l/min) Tiempo de retención medio (seg) 90 Mínimo= 30 Máximo= 200 180 27 Figura 10: Estructura diseñada por Acciona Agua que acoge en su interior el módulo UV. 15

El tratamiento terciario de la EDAR de Lorquí se compone de los siguientes elementos en el sucesivo orden: - Decantador lamelar - Filtros de arena - Desinfección mediante UV Esquema habitual de recorrido del agua en la Edar de Lorquí Decantador Lamelar Filtros de arena Canal de desinfección por UV Para comprobar la eficacia de la tecnología DUMO en desinfección se coloca el equipo de desintegración después de los filtros de arena. El agua se bombea al DUMO mediante la instalación de una bomba sumergida de 1,2 Kw, para regular el caudal se instala un caudalímetro en la manguera de salida del DUMO (rango de caudal 30-200 l/min) 16

Figura 11: Caudalímetro A continuación se sitúa la estructura a modo de canal que acoge el módulo de UV. Esquema de recorrido del agua en el estudio de eficacia de desinfección combinando US+UV en la Edar de Lorquí Filtros de arena DUMO Canal piloto de desinfección por UV 17

2.4. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE CLORACIÓN DE LA EDAR DE LORQUÍ. Después de que el agua haya pasado por el canal de desinfección, en la Edar de Lorquí, para asegurar una total desinfección del efluente, se realiza una pequeña cloración adicional de unos 2mg/l de hipoclorito sódico en forma líquida. El hipoclorito se almacena en un depósito y se bombea e inyecta directamente en el agua tratada mediante una bomba dosificadora. En la Edar de Lorquí existe un laberinto de cloración para homogenización de la mezcla. Figura 14: Laberinto de cloración Edar de Lorquí 3. ENSAYOS DE LABORATORIO Y RESULTADOS Desde el día 14 de octubre de 2008 que se instala el equipo DUMO en la etapa de desinfección de la planta, se realizan una serie de ensayos analíticos diarios para comprobar la eficacia del equipo combinado con UV. Se recogen muestras de agua a diferentes caudales donde se analizan los Coliformes fecales y Coliformes totales. Se realiza una comparativa entre el grado de desinfección alcanzado cuando se utiliza solamente radiación ultravioleta, combinando la radiación ultravioleta con un tratamiento previo de ultrasonidos, así como la combinación de radiación ultravioleta con cloro 18

y la eficacia de la radiación ultrasónica como agente desinfectante, individual. 3.1. EFECTO DE LOS ULTRASONIDOS EN LA DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE PARTÍCULA Y PODER DESINFECTANTE. Inicialmente, se ha tratado de determinar el efecto del tratamiento por ultrasonidos, sobre la distribución del tamaño de partículas. Dado que una disminución del tamaño de partícula provoca un aumento de la superficie de contacto entre los microorganismos y el agente desinfectante, ya sea radiación ultravioleta o hipoclorito. Para ello, se ha realizado un ensayo de distribución de tamaño de partículas a la entrada y salida del equipo de ultrasonidos, realizándose un barrido de tamaño de partículas, ver tabla para un caudal de 30 l/min. Tamaño Partícula, μm Sin Tratamiento Con tratamiento Diferencia % de disminución 1-10 93.143,10 56.114,65 37.028,45 39,75 10-20 2.597,35 1.639,95 957,40 36,86 20-30 341,05 162,40 178,65 52,38 30-40 117,40 59,70 57,70 49,15 40-50 41,15 14,98 26,18 63,61 50-60 18,50 6,90 11,60 62,70 60-70 6,55 2,55 4,00 61,07 70-80 4,50 1,23 3,28 72,78 80-90 2,10 0,00 2,10 100,00 90-99 1,20 0,00 1,20 100,00 99-150 3,30 0,00 3,30 100,00 TOTAL 96.276,20 58.002,35 38.273,85 39,75 Como se puede observar en la tabla, al someter al agua tratada a un pretratamiento con ultrasonidos.el número de partículas en el rango 1-150 μm decrece un 39,75% Esta drástica disminución del número de partículas y mucho más acusada a altos tamaños de partícula, quiere decir que los ultrasonidos son capaces de desintegrar muy eficazmente las partículas y reducir el tamaño de las mismas por debajo de 1 μm (límite detección de nuestro método de análisis). Así mismo, también es de destacar que el tratamiento con ultrasonidos elimina todas las partículas de tamaño superior a 80 μm. 19

Una vez determinada la eficacia del tratamiento por ultrasonidos para la reducción del tamaño de partículas, se ha determinado el efecto desinfectante de este tratamiento sin combinar con otros tratamientos. Se realizó un barrido de rendimiento como desinfectante a diferentes caudales, obteniéndose los datos que se muestran en las siguientes tablas y graficas (medias de tres experimentos). COLIFORMES TOTALES Q, l/min 50 80 120 150 200 CONTROL, UFC/100 ml 398000 456000 414000 130000 228000 Con Ultrasonidos, UFC/100 ml 162000 242000 192000 56000 175000 % de reducción 59,30 46,93 53,62 56,92 23,25 COLIFORMES FECALES Q, l/min 50 80 120 150 200 CONTROL, UFC/100 ml 17000 12000 22400 11000 4200 Con Ultrasonidos, UFC/100 ml 1500 6200 7200 6500 2300 % de reducción 91,18 48,33 67,86 40,91 45,24 EVOLUCION DE LA ELIMINACIÓN DE COLIFORMES TOTALES EVOLUCION DE LA ELIMINACIÓN DE COLIFORMES, FECALES Coliformes Totales, UFC/100ml 500000 400000 300000 200000 100000 CONTROL, UFC/100 ml Con Ultrasonidos, UFC/100 ml Coliformes Totales, UFC/100ml 25000 20000 15000 10000 5000 CONTROL, UFC/100 ml Con Ultrasonidos, UFC/100 ml 0 0 50 80 120 150 200 50 80 120 150 200 Caudal, l/min Caudal, l/min Es decir, se puede comprobar que el tratamiento con ultrasonidos tiene una ligera capacidad desinfectante (con los tiempos de residencia de trabajo). S sin embargo, el grado de reducción de contaminación bacteriológica es claramente insuficiente para que este tratamiento pueda ser considerado como una alternativa para la desinfección de aguas de residuales depuradas si no se combina con otro agente desinfectante. En la siguiente fotografía se observa uno de los ensayos de recuento de coliformes para un mismo caudal: en una placa se analiza la presencia de coniformes en agua sin tratamiento con ultrasonidos y en otra placa se 20

analizan los coliformes presentes en agua tratada con ultrasonidos, observándose como el número de colonias se reduce drásticamente al someter el agua al tratamiento con ultrasonidos. 3.2. CONBINACIÓN DE TRATAMIENTO POR ULTRASONIDOS Y RADIACIÓN ULTRAVIOLETA. Como se ha comentado en el apartado de metodología, se realizaron comparativas sobre la desinfección, solamente con radiación ultravioleta y combinado la radiación ultravioleta con un tratamiento previo de ultrasonidos. Se han realizados barridos a diferentes caudales, estudiándose a cada uno de los caudales tanto las concentraciones de bacterias en el efluente, como los gastos de energía asociadas. A continuación y como ejemplo se presentan los resultados obtenidos en uno de los experimentos realizados. COLIFORMES TOTALES Tiempo Residencia Ultrasonidos, sg 24 14,4 9 6 4,8 3,79 Tiempo Residencia Ultravioleta, sg 180 108 67,5 45 36 28,42 Q, l/min 30 50 80 120 150 190 SIN DUMO, UFC/100 ml 400 4100 7200 31600 71500 85000 CON DUMO, UFC/100 ml 100 500 1000 1900 3400 12800 CONTROL, UFC/100 ml 101500 101500 101500 101500 101500 101500 COLIFORMES FECALES Q, l/min 30 50 80 120 150 190 SIN DUMO, UFC/100 ml 1200 1000 600 3200 9800 51400 CON DUMO, UFC/100 ml 0 0 0 200 500 3400 CONTROL, UFC/100 ml 66700 66700 66700 66700 66700 66700 21

EVOLUCION DE LA ELIMINACIÓN DE COLIFORMES TOTALES EVOLUCION DE LA ELIMINACIÓN DE COLIFORMES, FECALES Coliformes Totales, UFC/100ml 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 30 SIN DUMO, UFC/100 ml CON DUMO, UFC/100 ml CONTROL, UFC/100 ml 50 80 120 Caudal, l/min 150 190 Coliformes Totales, UFC/100ml 20000 10000 0 80000 70000 60000 50000 40000 30000 30 SIN DUMO, UFC/100 ml CON DUMO, UFC/100 ml CONTROL, UFC/100 ml 50 80 120 Caudal, l/min 150 190 En los datos anteriores, se pone de manifiesto la viabilidad técnica de la combinación del pretratamiento con ultrasonidos y la desinfección con radiación ultravioleta para realizar la desinfección de un agua residual tratada, dado que se puede observar que al combinar ambos procesos aumenta de una forma apreciable el grado de descontaminación bacteriología obtenida. En la siguiente imagen se pueden observar las placas de ensayo de determinación de coliformes, en uno de los experimentos, a los diferentes caudales y utilizando la técnica de filtración en membrana. Se comparan los resultados cuando se realiza el pretratamiento y cuando no se realiza el pretratamiento con ultrasonidos. Se puede observar una clara reducción de las colonias tanto coliformes fecales (color azul) como coliformes totales (color magenta) cuando se aplica un pretratamiento por ultrasonidos. 22

Resumen. En las siguientes tablas y graficas, se muestran de forma resumida los valores medios, de contaminación bacteriológica, obtenidos durante la experimentación, así mismo se calculan los tiempos de residencia en los tratamientos por ultrasonidos y en el tratamiento ultravioleta. Por último, se han determinado también los consumos específicos de energía en cada una de las etapas, así como el consumo global de energía de las dos etapas de tratamiento. 23

COLIFORMES TOTALES Energía dumo, kwh/m3 1,17 0,70 0,44 0,29 0,23 0,18 Tiempo Residencia Ultrasonidos, sg 24 14,4 9 6 4,8 3,79 Tiempo Residencia Ultravioleta, sg 180 108 67,5 45 36 28,42 Q, l/min 30 50 80 120 150 190 SIN DUMO, UFC/100 ml 389 1997 12819 17514 53951 103000 CON DUMO, UFC/100 ml 99 234 450 1621 6378 16450 CONTROL, UFC/100 ml 113400 122900 122900 122900 122900 115950 Energía Ultravioleta, kwh/m3 1,11 0,67 0,42 0,28 0,22 0,18 Total Energía, kwh/m3 2,28 1,37 0,85 0,57 0,46 0,36 COLIFORMES FECALES Q, l/min 30 50 80 120 150 190 SIN DUMO, UFC/100 ml 433 300 250 2400 5200 13850 CON DUMO, UFC/100 ml 100 150 150 200 1060 1200 CONTROL, UFC/100 ml 19300 19500 19300 19300 19300 18150 Energía Ultravioleta, kwh/m3 1,11 0,67 0,42 0,28 0,22 0,18 Total Energía, kwh/m3 2,67 1,60 1,00 0,67 0,53 0,42 Coliformes Totales, UFC/100ml 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 EVOLUCION DE LA ELIMINACIÓN DE COLIFORMES TOTALES, VALORES MEDIOS DIFERENTES EXPERIMENTOS SIN DUMO, UFC/100 ml CON DUMO, UFC/100 ml CONTROL, UFC/100 ml 30 50 80 120 Caudal, l/min 150 190 Coliformes Totales, UFC/100ml EVOLUCION DE LA ELIMINACIÓN DE COLIFORMES, FECALES, VALORES MEDIOS DIFERENTES EXPERIMENTOS 25000 20000 15000 10000 5000 0 30 SIN DUMO, UFC/100 ml CON DUMO, UFC/100 ml CONTROL, UFC/100 ml 50 80 120 Caudal, l/min 150 190 De los datos anteriores se puede concluir que, en la eliminación de coliformes totales el pretratamiento con ultrasonidos aumenta en una unidad logarítmica la eficacia del tratamiento de desinfección por ultravioleta y aumenta la eficacia de la eliminación de coliformes fecales entre media y una unidad logarítmica. Pero una vez conocida la eficacia del proceso de pretratamiento, es necesario realizar una valoración económica de la combinación de ambos procesos. Para ello, se han obviado los costes de implantación y los costes de mantenimiento y nos hemos centrado en realizar una comparativa de los costes directos y relacionados con el consumo de energía eléctrica, mostrándose en las tablas anteriores los consumos específicos de las etapas de pretratamiento con ultrasonidos, el tratamiento de desinfección por ultravioleta y el sumatorio de ambos consumos. De una forma aproximada, se podría decir que la eficacia del tratamiento combinado de ambos procesos a un caudal de 190 l/min, es similar a la eficacia a una simple desinfección por ultravioleta a 100 l/min, lo que en el primero de los casos supone un consumo global de 0,36 wh/l y en el según de los casos (solo tratamiento ultravioleta) el consumo de 24

energía se sitúa en 0,35 wh/l. Es decir, la combinación de ambos procesos, para igual rendimiento, solamente aumenta en un 3% el consumo global de energía de la etapa de desinfección. Por ello, el tratamiento previo con ultrasonidos se puede presentar como una excelente alternativa para aumentar la eficacia de los tratamientos ultravioletas, cuando las características hidráulicas de la instalación o las características intrínsecas del agua no permitan alcanzar los rendimientos requeridos. 3.3. COMBINACIÓN DE TRATAMIENTO CON HIPOCLORITO Y RADIACIÓN ULTRAVIOLETA. Dado que en la actualidad a nivel nacional, en muchas de las plantas se realiza la desinfección con hipoclorito, es de interés conocer como puede afectar un pequeño pretratamiento con radiación ultrasónica sobre la posterior desinfección con cloro. De esta forma se podrá realizar un balance técnico y económico de los procesos para saber la viabilidad real de la combinación de ambos procesos que aseguren el cumplimiento de legislación actual. Como se ha indicado anteriormente, el tratamiento con ultrasonidos provoca una disminución del tamaño de las partículas, aumentando la superficie específica de contacto con el agente desinfectante, y por tanto es de esperar un aumento de la eficacia del hipoclorito. Para determinar este efecto, se han realizado curvas de demanda de cloro (curvas de break-point a 20 minutos). Con esto, se ha podido determinar el efecto sobre la demanda de cloro, al combinar este proceso con el tratamiento por ultrasonidos, trabajando con un caudal de 150 l/min a través del equipo de radiación. A continuación, se presenta uno de los experimentos realizados durante el proceso experimental, llevado a cabo con el agua de salida de los filtros de arena de la EDAR de Lorquí. 25

Cl Total [ppm] SIN DUMO CON DUMO Diferencia 0,5 0 0 0 1 0,07 0,09 0,02 2 0,19 0,47 0,28 3 0,13 0,22 0,09 5 0,02 0,45 0,43 7 0,65 1,41 0,76 9 2,15 3,48 1,33 12 4,61 6,13 1,52 14 6,1 7,89 1,79 16 8,16 9,98 1,82 19 9,99 9,99 Valores de Cl Total, mg/l 12 10 8 6 4 SIN DUMO CON DUMO 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 mg/l de cloro libre alimentados Resumen. En la siguiente tabla, se muestran de forma resumida las demandas de cloro determinadas, así como los efectos del pretratamiento sobre la reducción de la demanda de cloro (solo se muestran 3 de los experimentos realizados). Dia 1 Dia 2 Dia 3 Promedio Diferencia 1,615 1,01 0,76 1,13 Demanda de cloro (Break Point) 6 6 9 7 % de Disminución Demanda 26,92 16,83 8,44 17,40 Es decir, parece que la aplicación de un pretratamiento con ultrasonidos previo a la cloración provoca una disminución del consumo de cloro de entorno a 1,13 mg/l, o lo que es lo mismo de entre un 15 y 20% de la demanda de cloro del agua a tratar. Es decir, desde un punto de vista técnico el pretratamiento con radiación ultrasónica, mejora la desinfección con cloro. Se trata ahora de determinar si este beneficio técnico es viable desde un punto de vista económico, para ellos comparamos el ahorro de costes de cloro, al realizar el pretratamiento con el equipo de ultrasonidos, con el 26

aumento de costes asociado al consumo de energía en el pretratamiento, ver tabla. Dia 1 Dia 2 Dia 3 Promedio Diferencia 1,615 1,01 0,76 1,13 Demanda de cloro (Break Point) 6 6 9 7 % de Disminución Demanda 26,92 16,83 8,44 17,40 Coste de Cloro, /m3 0,010 0,010 0,015 0,011 Disminición Coste de Cloro, /m3 0,003 0,033 0,016 0,017 Consumo de Energía Eléctrica, wh/m3 1167 1167 1167 1167 Costes de energía Eléctrica, /m3 0,128 0,128 0,128 0,128 Ahorro con el pretratamiento, /m3-0,119-0,119-0,114-0,117 Es decir, aunque desde un punto de vista técnico parece beneficiosa la combinación de ambas tecnologías, el elevado coste del tratamiento por ultrasonidos frente a la cloración, no parece recomendar la combinación de ambas tecnologías. 27

4. CONCLUSIONES 1. El tratamiento por ultrasonidos provoca la rotura de las partículas dejándolas más aptas para su posterior tratamiento de desinfección, así mismo los ultrasonidos tienen una pequeña capacidad desinfectante. 2. El pretratamiento con ultrasonidos, aumenta la eficacia de la radiación ultravioleta en una unidad logarítmica, posiblemente por la disminución del tamaño de partícula. 3. El balance económico (solo costes directos de explotación), no justifica ni desaconseja la combinación de ambos procesos, aunque si la hidráulica de la instalación no permite una ampliación de los canales de desinfección, un pretratamiento con ultrasonidos puede actuar como elemento de ampliación de la capacidad. 4. El pretratamiento con ultrasonidos, disminuye en un 15-20% la demanda de cloro del agua de salida de los filtros de la EDAR de Lorquí. 5. El balance económico del sistema no recomienda la combinación del tratamiento de ultrasonidos con la cloración. 28

5. BIBLIOGRAFÍA 1. Blume, T., Martínez, I. and Neis, U. Wastewater disinfection using ultrasound nd UV Light. Technical University Hamburg-Harburg. Department of Sanitary and Environmental Engineering. Hamburg, Germany. 2002. 2. Blume, T. and Neis, U. Combined wastewater disinfection using ultrasound. Technical University Hamburg-Harburg. Hamburg, Germany. 2002. 3. Chemisinoff, P.N. Handbook of water and wastewater treatment technology. Marcel Dekker, New York. 1995. 4. Neis, U. and Blume, T. Ultrasonic disinfection of wastewater effluents for high-quality reuse. Technical University Hamburg-Harburg. Department of Sanitary and Environmental Engineering. Hamburg, Germany. 2002. 5. Neis, U. and Tiehm, A. Ultrasound in wastewater and sludge treatment. Department of Sanitary Engineering. Technical University Hamburg-Harburg. Hamburg, Germany. 1999. 6. Rodier, J. Análisis de las aguas. Aguas naturales, aguas residuales, agua del mar: química, fisicoquímica, bacteriología, biología. Omega, Barcelona. 1981. 29