Historia de Tratamiento del agua potable

FILTRACION EN MULTIPLES ETAPAS.CONSIDERACIONES BASICAS

•Antecedentes históricos en el tratamiento de agua

•Riesgos sanitarios asociados con el agua para consumo humano

•Guías y normas de calidad de agua. Parámetros básicos

Gerardo Galvis. Ing. Sanitario, MSc, PhD.Coordinador Programa Saneamiento basicoDivision de Salud y AmbienteOPS/OMS

ANTECEDENTES HISTORICOS DEL TRATAMIENTO DE AGUA

• Referencias de Platón (427-327 AC) con recomendaciones para regular y administrar el uso del agua, incluida la participación de comisionados del agua representando distritos individuales.

• El gobierno de Roma financió y apoyó sostenimiento de acueductos. La mayoría incluían un tipo de desarenadores (piscanae).

• Frontinus produjo (98 DC) dos libros sobre el acueducto de Roma,siendo la primera descripción detallada de un sistema de AA


• En la edad media los principios y la infraestructura de A y S fueron descuidados. La recolección de impuestos cayó y los monasterios tomaron el liderazgo en brindar servicios de A. & S.

• Con el crecimiento de la población urbana las municipalidades empezaron a retomar el liderazgo. Hasta los 1700s, el costo del A. & S. era asumido principalmente por la iglesia o los burgueses.

• Durante los 1800s empresarios privados ya jugaban papel importante en la prestación del AA en varias ciudades Europeas.


• Con la popularidad creciente de "water closets”, las aguas residuales eran transportadas por drenajes a ríos que también servían como fuentes de agua. Esto estuvo prohibido en Londres hasta 1815.

• En 1828 habían alrededor de 140 descargas de alcantarillado en el Támesis. El A de A era intermitente y una sola bomba usualmente servía muchos casas en la zonas pobres.

• En 1831 se presenta la primera epidemia de cólera registrada en Inglaterra. Su etiología no era conocida.


• En 1676 el naturalista Antony van Leeuwenhoek observó criaturas en una muestra de agua, las cuales llamó “animacula”. Aunque algunas tecnologías se promovian para removerlas, sólo dos siglos después se comprendio su papel en la salud pública empezó a esclarecerse.

• Durante la mayor parte de los 1800s predominó la miasmatic o atmospheric theory que atribuía las enfermedades epidémicas a "venenos" en el aire.

• En 1842 Edwin Chadwick produjo un reporte importante titulado "Report on the Sanitary Conditions of the Labouring Population ofGreat Britain", en el cual agua "limpia" fue considerado factor clave para mejorar la salud pública.


• En 1849, durante la segunda epidemia de Cólera, John Snow produjo un ensayo sobre el "origen" hídrico del cólera, con base en evidencia sobre casos fatales alrededor de un pozo en Broad Street en Londres.

• John Snow también identificó que la tasa de mortalidad por cólera aumentaba de 10 a 200 por 10,000 a medida que las captaciones pasaban de aguas arriba hacia aguas abajo.

• Durante la tercera epidemia de Cólera en 1854 se "verificaron" yaceptaron los puntos de vista de John Snow sobre su diseminación. La última epidemia en Londres (1866) confirmó sus apreciaciones.


• Con los trabajos de Pasteur y Koch en los 1880s, la "germ theory" empezó a orientar el trabajo por la salud pública.

• Esta teoría ha estimulado el trabajo en otras áreas, como la protección de las fuentes, la educación en higiene, y el saneamiento básico.

• En general, ha habido períodos largos entre desarrollo y uso amplio de tecnología de tratamiento de agua. Sedimentación, filtración y coagulación son posiblemente las primeras formas de tratamiento.

TRABAJO PIONERO EN EL TRATAMIENTO DE AGUA POR FILTRACION

• En 1749 Joseph Amy obtuvo la primera patente en filtración, mejorando filtros de arena en recipientes de cobre utilizados en parís. Ellos fueron construidos en plomo o arcilla, con arena o esponja como medio filtrante. Este estaba contenido entre dos placas, la inferior era el falso fondo y la superior protegía el medio del impacto del agua que alimentaba el filtro.

• En 1791 James Peacock recibió la primera patente Británica por un filtro de flujo ascendente para clarificar el agua, y con flujo descendente para limpieza. El aparato consistía de tres unidades en serie, o de un tanque con tres compartimentos. El primero recibía el agua turbia, el segundo contenía el medio estratificado y el tercero el agua clarificada.


• En el siglo XVIII ya existían versiones preliminares de FLA en industrias Británicas. Uno se instó en 1804 Paisley (Escocia) para abastecer una industria de blanqueo y llegó a ser la primera planta de tratamiento abasteciendo una ciudad.

• El agua, captada en un río turbio y contaminado, fluía a través de un filtro grueso (23 m de largo, 2.4 m de ancho, y 1.2 m de alto) hacia una estación de bombeo. Después, desde una altura de 5 m, el agua fluía hacia la planta a través de una tubería demadera perforada de 60 m de longitud y 0.08 m de diámetro.

Esquema de la planta de tratamiento en Paisley, Escocia, 1804 (con base en Baker, 1981)


• Limitaciones de diseño dificultaban la limpieza y la sostenibilidad de las primeras unidades de filtración

• Robert Tom en Escocia y James Simpson en Inglaterra fueron pioneros en la búsqueda de soluciones para la limpieza de los filtros. Ambos reconocieron el taponamiento de la superficie erafactor clave en los requerimientos de mantenimiento.

• Tom optó por invertir el flujo en unidades de filtración con flujo ascendente. Simpson optó por raspar periódicamente la parte superior de unidades con flujo descendente


• Tom construyó plantas de FLA (flujo ascendente) en Greenock (1827) y en Paisley (Vf = 0.23 mh-1) con agua que fluía a gravedad desde un estanque.

• Darcy (1856) reporta que el lavado descendente en Paisley era algunas veces complementado con rastrillado superficial, remoción, limpieza, y reposición de la capa superior de arena

La planta experimental de Simpson en Londres tenía:Dos estanques de sedimentación en paralelo (1.2 m de prof., 9.8 m2

superficie y 6.1 m2 fondo)

Un FLA con lecho de 1.2 m de prof.; 92.9 m2 superficie, y 62.4 m2 fondo.

Flujo 3.9 ls-1 (14 m3h-1); Vf = 0.15 mh-1 y raspado cada 15 días aprox.


• El primer FLA en Inglaterra, diseñado por Simpson, operó el 14 de Enero de 1829. Area superficial de un Acre (4,046.86 m2). Este diseño se convirtió en el "clásico" FLA.

• El diseño de Tom se utilizó en Escocia, sin llegar a ser popular. Su lavado a contraflujo con falso fondo llegó a ser clave en los filtros rápidos desarrollados en los EEUU en los 1880s.

• Darcy patentó en Francia en 1856 un filtro que incluía las características de los FiR modernos, excepto coagulación. Darcy combinó experiencias en Inglaterra, Francia y Escocia, con sólidas consideraciones hidráulicas.

• En los años 1880s se desarrollo la FiR en EEUU. Coagulación, floculación y sedimentación se convirtieron en procesos claves de pretratamiento de los FiRs. Estos requieren desinfección química.

RIESGOS SANITARIOS ASOCIADOS CON EL AGUA

PARA CONSUMO

• La contaminación e las fuentes de agua con excretas introduce una gran variedad de bacterias, viruses, protozoarios y gusanos.

• La reducción o eliminación de los riesgos asociados con los microorganismos debe ser la prioridad en un programa de mejoramiento de la calidad.

RIESGOS SANITARIOS ASOCIADOS CON EL AGUA PARA CONSUMO

Pocos químicos en fuentes de agua con dosis agudas, como niveles altos de nitratos en infantes, o en accidentes en industria, transporte o uso inadecuado de plaguicidas. No obstante, en accidentes el riesgo puede ser pequeño, si los usuarios rechazan el agua con base en sus sentidos.

Cuando los consumidores presentan períodos largos de exposición, la contaminación química puede originar riesgos crónicos. Su control es importante, pero no prioritario, particularmente en el caso de fuentes expuestas a a contaminación severa de naturaleza microbiológica

GUIAS DE CALIDAD DE AGUA Y NORMAS

• Primerios criterios con base en claridad, sabor, olor, y salud.

• Luego Oxigeno, nitritos, bacterias, y elementos radioactivos

• Durante la primera mitad del siglo XX los criterios estuvieron orientados a prevenir la transmisión de enteropatógenos. Menos de 10 parámetros guiaron el tratamiento de agua

• La mortalidad infantil alcanzó valores de menos de 20 por 1,000 nacidos. La esperanza de vida al nacer superó los 70 años en países industrializados.

EVOLUCION DE LOS VALORES MAXIMOS DE TURBIEDAD PERMITIDOS EN LOS EE UU

Evolución de los valores de turbiedad en las normas de calidad de agua en los EstadosUnidos (Sanks, 1987; Pontius, 1990)

Periodo Turbiedad Máxima permitida (UNT)Antes de 19621962 a 1976

1976 a 19881989 a la fecha para FLA1

1989 a la fecha para FiR1

10.05.0

1.01.0

0.5

1. FLA, Filtración lenta en arena; FiR, Filtración rapida. Las Normas de 1989 indican que la turbiedad debeser menor de 5 UNT y cumplir coon los limites de turbiedad indicados en 95% de las muestras.

GUIAS DE LA OMS

• OMS publicó la segunda edición de sus guías en tres volúmenes (1993; 1996; 1997).

• Las guías presentan consideraciones sobre los riesgos para la salud de microorganismos patógenos y de alrededor de 128 contaminantes.

• Valores guías (VGs) para 95 contaminantes. Un VG "representa la concentración de un constituyente que no representa riesgo significativo para la salud de los consumidores durante toda su vida”. Se han asumido 70 años; 60 Kg de peso y consumo de 2l/d .

GUIAS DE LA OMS

• Los patógenos tienen dosis de respuesta no acumulativa; son discretos y frecuentemente se agrupan o se adhieren a los sólidos.

• Consecuentemente, no se puede predecir una dosis infectiva con base en sus concentraciones promedias en el agua. Además, la probabilidad de infección depende del patógeno, como también de la inmunidad de los individuos;

• Los patógenos se multiplican en sus huéspedes y algunas bacterias patógenas se multiplican en alimentos y bebidas. Así perpetúan oaumentan las probabilidades de infección. "Debido a estas propiedades no hay limite tolerable inferior para patógenos, y el agua para consumo humano, para preparar alimentos, o para la higiene personal no debe contener agentes patógenos" (OMS, 1993).

GUIAS DE LA OMS

• OMS (1993) recomienda ausencia de E. Coli o bacteria termotolerantes ("fecales") en muestras de 100 ml.

• Ellas son el indicador mas numeroso y especifico de contaminación fecal, a pesar de limitaciones de especificidad y crecimiento decoliformes termotolerantes ("fecales") en ambientes tropicales.

• No hay VGs para viruses y protozoarios debido a la ausencia de indicadores apropiados, como también a limitaciones técnicas y económicas para detectarlos en grandes volúmenes de agua.

ETAPAS DE TRATAMIENTO RECOMENDADAS POR LA OMS PARA PROCESAR FUENTES SUPERFICIALES PARA PRODUCIR

AGUA CON BAJO RIESGO DE TIPO VIRAL (WHO, 1993)

Type of surface water source Recommended treatment

• Protected, impounded upland water; essentially freeof faecal contamination

• Protected, impounded water; or upland river; faecalcontamination

• Unprotected lowland rivers; faecal contamination

• Unprotected watershed; Heavy faecal contamination

• Unprotected watershed; gross faecal contamination

• Disinfection1

• Filtration2 and disinfection

• Pre-disinfection or storage, filtration, disinfection

• Pre-disinfection or storage, filtration, additionaltreatment3, and disinfection

• Not recommended for drinking water supply1. Before terminal disinfection median turbidity < 1 NTU and < 5 NTU in single samples. Residual of free chlorine > 0.5 mgl-1

after at least 30 minutes of contact time at pH < 8.0, or an equivalent disinfection process for > 99.99% of enterovirusinactivation.

2. SSF or RF preceded by coagulation-flocculation, or an equivalent filtration process for > 90% enterovirus reduction.

3. Additional treatment may consist of slow sand filtration, ozonation with granular activated carbon adsorption, or any

other process demonstrated to achieve > 99 % enterovirus reduction.

CRITERIOS (EPA) PARA QUE UNA FUENTE SUPERFICIAL PUEDA SER DESINFECTADA SIN FILTRACION PREVIA

• Contaminación fecal <20 UFC/100 ml in 90% de las muestras.

• Turbiedad <5 NTU. Valores mayores si no ocurren mas de 2 veces/ año.

• Desinfección debe inactivar 99.9% de Giardia lamblia y 99.99% de viruses. Control con valores de CT y primer usuario a la hora pico.

• Programa de control para el área de captación correspondiente.

• Inspecciones sanitarias anuales con participación de autoridad sanitaria.

• No deben haber brotes de enfermedades de origen hídrico.

• Cumplir con requerimientos sobre indicadores de contaminación fecal.

• Cumplir con los requerimientos sobre trihalometanos.

GUIA SOBRE PARAMETROS BASICOS DE CALIDAD DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO (Con base en Lloyd And Helmer, 1991; OMS, 1993)

Parámetro Valor Guía Observaciones

E. Coli; coliformesfecales en 100 ml

Nodetectable

Si el cloro residual libre en la red está entre 0.2 y 1.0mg/l; pH < 8 y turbiedad < 5, o mejor<1.0; es pocoprobable que la muestra contenga coliformes fecales yel análisis puede ser precautelativo.

Turbiedad (UNT) < 5 Idealmente < 1 UNT para una mejor desinfección.

Color (UPC) ≤ 15 Regularmente debido a sustancias húmicas.

Sabor y olor Nodetectable

Usualmente son causa de la mayoría de quejas de losusuarios.

Hierro (mg/l) < 0.3 Generan sabor y posibilidades de color o de manchas,las cuales pueden causar rechazo.

Manganeso (mg/l) < 0.1 Generan sabor en bebidas y posibilidad de manchas.Guía provisional basada en salud es 0.5 mg/l

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