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Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico del Agua - CIDTA

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Unidad 8

Capítulo 1. Potencial Z

Sección 1. Estabilidad de los coloides

Un coloide es un sistema heterogéneo en el que las fases no se separan.

La superficie de separación entre las dos fases del sistema heterogéneo tiene tal extensión que muchas propiedades del estado coloidal son consecuencia del enorme área de la interfase que separa el medio disperso de la fase continua y por eso son importantes los fenómenos de adsorción.

Las partículas coloidales se mueven continuamente con una trayectoria zigzagueante, debido a los choques con las moléculas de disolvente, esto es el movimiento Browniano.



Del movimiento Browniano depende, en parte, la persistencia del estado coloidal de la disolución, porque representa una fuerza de repulsión de las partículas entre si, y una cierta resistencia a precipitar, porque se opone a la gravedad.

La estabilidad depende ante todo de la carga eléctrica y la hidratación de las partículas.

Según la constitución química diferenciamos dos grupos de disoluciones coloidales: Suspensoides y emulsoides.

Los emulsoides son coloides hidrófilos o liófilos, es decir, sus partículas tienen una afinidad fuerte por el disolvente.



Los suspensoides se llaman hidrófobos o liófobos, por la tendencia natural a separarse las partículas del disolvente, o lo que es igual, a separarse las dos fases del sistema heterogeneo.

Los suspensoides se mantienen en dispersión, ante todo por la influencia de sus cargas eléctricas y en los emulsoides el agente estabilizante que predomina es el grado de hidratación de la partículas.

Si queremos precipitar un suspensoide necesitamos una cierta cantidad de sales. Si al suspensoide le añadimos un emulsoide, la cantidad de sales necesarias es mucho mayor que para precipitar el suspensoide sólo, porque no es posible precipitar el suspensoide sin flocular el emulsoide.

Este fenómeno nos permite un aumento de estabilidad del suspensoide, por la presencia del emulsoide y se llama efecto protector de los emulsoides.



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Sección 2. Teoría del potencial Z

Teoría química y Teoría fisico-química que explican la estabilidad y coagulación de las partículas coloidales. No son excluyentes sino complementarias.

Teoría química- Los coloides de un agua son partículas con una estructura compleja dotadas de una carga eléctrica neta negativa distribuida por su superficie. Así reaccionan con el coagulante (productos de hidrólisis cargados positivamente), precipitando compuestos insolubles "coloide- metal".

Teoría físico-química- Hipótesis de una doble capa– Las partículas coloidales existentes en el seno de una disolución están cargadas eléctricamente por disociación de grupos ionizables en su superficie y además por adsorción de pequeños iones, debiendo ser compensada esta carga con carga de signo opuesto presentes en la disolución. Se forma de este modo una doble capa eléctrica en la superficie de separación de las dos fases: coloide y agua libre.



La doble capa esta formada por: A) Una capa interior B) Una doble capa iónica difusa con dos partes: Una fija Una móvil

Entre la parte fija de la doble capa iónica y la parte móvil se define un plano de cizallamiento que las delimita.

Potencial Zes la diferencia de potencial eléctrico existente entre el plano de cizallamiento y el seno de la solución.



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Sección 3. Ensayos de coagulación de potencial Z

Existen cuatro mecanismos físico-químicos involucrados en el proceso global de coagulación-floculación: 1) Compresión de la doble capa eléctrica 2) Neutralización de las cargas 3) Agregación de las partículas coloidales y del coagulante añadido al agua 4) Precipitación o sedimentación final de los agregados coloide- coagulante

Para establecer las dosis óptimas de reactivos necesaria para conseguir una coagulación correcta del agua se utiliza la medida de potencial Z.

La curva que representa la evolución del potencial Z en función de la dosis de coagulante, puede tener características muy diferentes, según el agua examinada.



Con el aparato de medida de potencial Z se controla la velocidad de desplazamiento de las partículas al ser sometidas a un campo eléctrico.

El potencial Z es una medida de la estabilidad de una dispersión coloidal, debido a que este es un buen índice de la magnitud de la interacción repulsiva entre partículas coloidales.

Las medidas se afectan por aquellas interferencias que alteran a los coloides del agua: - Turbidez - Temperatura - Conductividad

Material: Aparato de potencial Z Agua bruta y reactivos de coagulación



Para conseguir la eliminación de las partículas coloides de un agua ha de reducirse de manera importante el valor del potencial Z del agua respecto a su valor inicial.

Se efectúa una determinación sobre el agua bruta, sin adición de reactivos y después con dosis crecientes del reactivo se va midiendo el potencial Z.

Para coloides en fuentes de agua natural con un pH de 5 a 8, el potencial Z se encuentra entre –14 y –30 mV; cuanto más negativo sea el número, tanto mayor será la carga de la partícula.

A medida que disminuye el potencial Z, las partículas pueden aproximarse cada vez más aumentando la posibilidad de una colisión.



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Capítulo 2. Tecnología de membranas

Sección 1. General

La coagulación se presenta de ordinario a un potencial Z que es aún ligeramente negativo, de manera que por lo general no se requiere que la carga sea neutralizada por completo.

Si se añade demasiado coagulante, la superficie de la partícula se cargará positivamente (un potencial Z positivo), y la partícula volverá a dispersarse.

La tecnología de separación por membranas se basa en la acción separadora que ejerce una membrana sobre una mezcla líquida de composición compleja.



Las membranas poseen un tamaño de poro uniforme o cutt off (corte), equivalente al peso molecular de una molécula patrón de la cual se obtiene una retención de más del 95%. En función del tamaño de poro, los procesos se clasifican como microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa.

Sin embargo, y debido a la deposición del soluto en la membrana, formando una precapa u obstruyendo los poros de la misma, se consiguen filtraciones más selectivas que las definidas por la propia membrana.

El funcionamiento de la microfiltración (MF) y la ultrafiltración (UF) es comparable al de la filtración clásica. Ambas técnicas permiten el paso de sustancias de bajo peso molecular, como las sales, lo que provoca que el gradiente de presión osmótica no sea elevado, por lo que las presiones de trabajo no suelen superar los 10 bares.



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Sección 2. Ultrafiltración

En el caso de nanofiltración y ósmosis inversa la retención de sustancias de bajo peso molecular por la membrana provoca un elevado gradiente de presión osmótica, lo que conlleva altas presiones de trabajo.

La ultrafiltración por membrana depende de una fuerza impulsora, presión y una membrana que es permeable a algunos de los componentes de una disolución líquida o mezcla e impermeable a otros.

La ultrafiltración se aplica para separar solutos de peso molecular superior a 500 y tienen presiones osmóticas muy pequeñas a concentraciones moderadas. Esto incluye bacterias, virus, almidón, gomas, proteinas, arcillas y pigmentos de pintura.



El límite superior de peso molecular para la ultrafiltración se define generalmente como 500000.

Para las membranas de ultrafiltración se han empleado una variedad de polímeros sintéticos entre ellos las resinas de policarbonato, olefinas substituidas y complejos de polielectrolitos.

La ultrafiltración se ha aplicado en el tratamiento del agua residual como un substituto para los espesadores, clarificadores y floculación. Por esta técnica, podemos separar del agua, arcillas, materia vegetal y microorganismos. La deshidratación del fango representa una tercera aplicación dentro de este campo.

El mecanismo predominante en la ultrafiltración por membrana es el tamizado selectivo a través de los poros.



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Sección 3. Electrodiálisis

El rechazo de una membrana para una sustancia determinada depende de su forma molecular, tamaño y flexibilidad así como de las condiciones de trabajo. El peso molecular límite de separación se utiliza como una medida de rechazo.

Para un peso molecular determinado, las moléculas más rígidas se rechazan mejor que las moléculas flexibles. La fuerza iónica y el pH influyen sobre la forma y rigidez de las macromoléculas.

La teoría básica de las membranas de intercambio iónico permeaselectivas (Teorell, 1951) postula que la membrana contiene iones que pueden disociarse fácilmente, los cuales están enlazados débilmente a los grupos fijos de carga opuesta.



Si los grupos fijos son aniónicos y los iones móviles, o contraiones, son catiónicos, los cationes permearán preferentemente a través de la membrana cuando se aplique un campo eléctrico. Para grupos catiónicos fijos, los aniones móviles permearán a través de la membrana.

Las propiedades más deseables para las membranas de intercambio iónico son : - Elevada permeaselectividad - Baja resistencia eléctrica - Buena estabilidad y forma mecánica - Alta estabilidad química

La propiedad más importante de la membrana es su permeaselectividad es decir la capacidad que tiene una membrana para dejar pasar o discriminar un ión según su carga.

En el proceso de electrodiálisis la corriente eléctrica induce la separación parcial de los componentes de una solución iónica.



Esta separación se lleva a cabo, colocando alternativamente membranas selectivas catiónicas y aniónicas al paso de corriente.

Cuando se aplica la corriente, los cationes son atraídos eléctricamente y pasan a través de la membrana de intercambio catiónico en una dirección, y los aniones cruzan a través de la membrana de intercambio aniónico en la otra dirección.

Como resultado neto obtenemos alternativamente compartimentos de elevada salinidad y de baja salinidad a través de todo el paquete de membranas paralelas.

Por el diluido circula la disolución cuyos iones se desea extraer, y por el concentrado, la disolución en la que dichos iones se van a concentrar.



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Sección 4. Osmosis inversa

El agua pasará a través de varios paquetes de membranas hasta que se obtiene la reducción de salinidad deseada.

Esta tecnología es utilizada en el control del contenido en sodio, control del contenido en flúor y en la eliminación de nitratos/nitritos.

En un sistema compuesto por dos compartimentos que contienen disoluciones de concentraciones diferentes, separadas por una membrana semipermeable que permita el paso de las moléculas del disolvente pero no las de soluto, el proceso de ósmosis normal provoca que el agua pase de la disolución más diluida a la más concentrada.



El proceso continúa hasta que en el compartimiento que contiene la disolución salina más concentrada se genera una presión extra debido a la diferencia de altura en la columna de líquido.

Esta sobrepresión es denominada presión osmótica. Por tanto, en la ósmosis normal tiene lugar una transferencia de disolvente a través de la membrana semipermeable bajo el efecto de un gradiente de concentración positivo.

Si nosotros aplicamos sobre la disolución concentrada una presión superior a la presión osmótica, podemos invertir el flujo del agua.

Este proceso se conoce como ósmosis inversa, en el cual el agua pasa de una solución más concentrada a otra más diluida a través de la membrana semipermeable.



Esta transferencia de agua en contra del gradiente de concentración, se logra gracias a la aplicación de una presión superior a la osmótica.

La ósmosis inversa es aplicada en el tratamiento de agua y agua residual.

La osmosis inversa es muy utilizada para la desalación de aguas. Al tratar un agua salobre (agua bruta) por esta técnica se obtienen dos flujos de salida: agua desalinizada y una salmuera concentrada o flujo de rechazo.



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Sección 5. Planta de ósmosis inversa

Partes de que consta una planta de ósmosis inversa: 1) Captación del agua 2) Pretratamiento 2.1) Desinfección 2.2) Coagulación 2.3) Filtración 2.4) Acidificación 2.5) Decloración 2.6) Antiincrustantes 3) Ósmosis inversa propiamente dicha 4) Postratamiento

Existen sustancias potencialmente perjudiciales para las membranas por lo que en la ósmosis inversa se lleva a cabo algunas medidas de pretratamiento.

Los daños se producen por : Ácidos, bases (pH), cloro libre, bacterias y oxígeno libre.



El ensuciamiento se produce por: Óxidos metálicos (Fe2+, Mn2+), coloides (orgánicos, inorgánicos) y sustancias biológicas (bacterias, microorganismos).

Las incrustaciones se producen por: Sulfato cálcico, carbonato cálcico, fluoruro cálcico, sulfato bárico y silice.

DESINFECCION Si la actividad biológica es importante, se adiciona hipoclorito sódico en dosis no superiores a 5ppm (expresado como Cl2).

Si la actividad biológica es escasa, se utiliza bisulfito sódico que actua como reductor del oxígeno y evita el crecimiento de bacterias aeróbias.



COAGULACION El SDI (índice de ensuciamiento del agua) expresa la concentración de coloides en agua. Antes de pasar a la bomba de alta presión el agua debe tener un SDI inferior a 3.

Con niveles de SDI altos se requiere la adición de cloruro férrico, alúmina o coagulantes catiónicos (polielectrolíticos); el más utilizado es el cloruro férrico, en dosis de 0.5-2 ppm.

FILTRACION La primera filtración se realiza con filtros de arena, o de lecho mixto de arena y antracita si se requiere una mayor finura.

La segunda filtración, o de seguridad, emplea filtros de cartucho bobinados de 1-5 micras, para proteger las membranas de ósmosis inversa.



ACIDIFICACION Se realiza para evitar precipitaciones, sobre las membranas, fundamentalmente de carbonato cálcico. Se emplea normalmente, ácido sulfúrico aunque también ácido clorhídrico.

DECLORACION Las membranas utilizadas en ósmosis inversa son muy sensibles a la presencia de cloro residual u otros agentes oxidantes en el agua.

Por ello antes del paso por los filtros de cartucho, el agua debe ser declorada para prevenir la oxidación de la membrana, por acción del ácido hipocloroso residual de la etapa de desinfección.

La decloración puede realizarse con bisulfito sódico como reductor o con filtros de carbón activo.



Se utiliza más el bisulfito sódico porque el carbón activo puede retener materia orgánica que es un soporte excelente para proliferar microorganismos.

ANTIINCRUSTANTES Se debe prevenir la precipitación sobre la membrana de sales poco solubles tales como SO4Ca, SO4Ba, SO4Sr, F2Ca.

Para ello usamos dispersantes o antiincrustantes, siendo los más usados el hexametafosfato sódico y los fosfonatos.



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Sección 6. Osmosis inversa propiamente dicha

Consta de cuatro etapas: 1) Bombeo de alta presión 2) Módulos de osmosis inversa 3) Sistemas de retroceso 4) Sistema de limpieza química

-Bombeo de alta presión: -Bombas de pistón Alto rendimiento 90%, mayor mantenimiento -Bombas centrífugas Rendimiento 70-80%, mantenimiento menor

- Módulos de ósmosis inversa: Dentro de los módulos de ósmosis inversa se encuentran las membranas. Membranas según configuración: - Membranas de enrollamiento en espiral - Membranas de fibra hueca



Membranas en función del material: - Membrana de acetato de celulosa - Membranas de poliamida - Membranas de poliamida aromática

La precalefacción del agua antes de entrar en los módulos de ósmosis inversa permite una disminución de la viscosidad del agua y una mejora de la permeabilidad de las membranas. La T óptima será a los 28-30ºC. - Sistema de retroceso Sistema de seguridad ante cualquier parada. Se coloca un depósito de retrolavado (con agua) por encima de los módulos de Ósmosis, para asegurar un flujo por gravedad del agua hacia los módulos en caso de parada de la planta, y así se evita que se deshidraten las membranas o que queden llenas de agua de alimentación.



- Sistema de limpieza química Para eliminar acumulaciones de suciedad en las membranas tras un periodo prolongado de utilización, y evitar que su productividad disminuya con el ensuciamiento.

Normalmente cuando la producción disminuye un 15%, o la presión de trabajo sube en la misma proporción.

Se suele hacer un lavado ácido y otro básico (con detergentes no oxidantes). Conviene cuidar el pH, especialmente en membranas de acetato, para evitar su hidrólisis.

Los reactivos se disuelven con el agua producto, la disolución se calienta hasta unos 30ºC y se bombea a los módulos de osmosis inversa.



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Sección 7. Postratamiento

Hay veces que se requiere una calidad extremadamente buena y puede necesitar un doble tratamiento.

Cuando el agua se destina para suministrar agua potable, se debe corregir la acidez mediante la adición de hidróxido cálcico o hidróxido sódico ajustándolo a los niveles de potabilidad (6.5-8.5).

Se adiciona hipoclorito sódico para obtener un nivel de cloro de 0.5mg/l y así prevenir el crecimiento microbiano.



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Capítulo 3. Fotocatálisis

Sección 1. Generalidades

La eliminación de salmuera procedente de la planta de ósmosis inversa es un grave problema de implicaciones ecológicas. La perforación de un profundo pozo hasta alcanzar capas de estratos inertes capaces de absorber las salmueras. Debe impermeabilizarse la perforación.

Durante las últimas décadas, la degradación fotocatalítica de compuestos orgánicos tóxicos (particularmente los compuestos del nitrógeno y organoclorados) se ha propuesto como un proceso viable para la descontaminación y purificación de aguas.

El proceso de fotocatálisis solar consiste en la utilización de la parte más energética del espectro para provocar una reacción de oxidación muy enérgica.



La irradiación de semiconductores en polvo, tales como el dióxido de titanio (TiO2) en suspensión o fijado a varios soportes, en soluciones acuosas que contienen contaminantes orgánicos, crea un ambiente redox capaz de destruir esos contaminantes.

Se ha demostrado que la mayoría de compuestos organoclorados, así como también muchos pesticidas, herbicidas y colorantes son completamente oxidados hasta productos no tóxicos como el dióxido de carbono, ácido clorhídrico y agua.

Las ventajas de este proceso de fotocatálisis son:

Se destruyen las sustancias tóxicas hasta alcanzar compuestos totalmente inocuos en un único proceso, sin necesidad de ser extraídas del medio en que se encuentran disueltas.



Es aplicable a la eliminación de metales pesados.

Se puede destruir, prácticamente, cualquier tipo de sustancia orgánica, incluyendo las mezclas complejas.

El proceso tiene lugar a temperatura ambiente.

La energía que se utiliza procede de una fuente limpia, abundante, ecológica, barata e inagotable, como es el sol.



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Sección 2. Mecanismo general de fotocatálisis

El proceso básico de fotocatálisis consiste en la excitación de 1 electrón de la banda de valencia (VB) a la banda de conducción (CB) del semiconductor (TiO2) creando un hueco "h" en la banda de valencia.

Esto es debido a la irradiación del TiO2 con luz UV, de energía igual o superior al "band gap" (> 3.2 eV).

Esto es seguido por la formación de radicales extremadamente reactivos (como el OH-) sobre la superficie del semiconductor y/o una oxidación directa de las especies contaminantes (R):



Los electrones excitados reaccionan con un aceptor de electrones como el O2 adsorbido o disuelto en agua.

Además, los electrones y los huecos pueden recombinarse entre ellos sin los dadores o aceptores de electrones.

Este mecanismo se resume en la figura 1.

A pesar de que los mecanismos envueltos en estos fenómenos todavía no se conocen perfectamente, se han desarrollado algunas aplicaciones tecnológicas.



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Sección 3. Catalizador y soporte

El fotocatalizador más utilizado es el dióxido de titanio, debido a que es una sustancia no tóxica, insoluble, abundante, barata y muy selectiva en su espectro de absorción (prácticamente no absorbe en el visible y sí en el ultravioleta).

a) e ha comprobado que tanto la estructura cristalina como la forma del cristal en el TiO2, influyen en la degradación fotocatalítica de los contaminantes.

Este fotocatalizador puede encontrarse en suspensión o soportado sobre una base fija transparente a la radiación (a fin de no reducir el rendimiento fijo global).



Según algunos artículos, las suspensiones de TiO2 tienen mayor eficiencia que los catalizadores inmovilizados.

Sin embargo, a escala industrial, el uso de suspensiones de TiO2 presenta un problema: la separación del catalizador del agua tratada para poder reutilizarlo.

Debido al minúsculo tamaño de las partículas de TiO2 (menos de 0,5 micras) el proceso de separación completa es muy caro y no es viable a nivel industrial. El beneficio obtenido al utilizar energía solar no compensa la pérdida causada por la necesidad de filtrar las partículas de óxido. Este problema se puede resolver fijando el catalizador sobre un soporte. En este camino, se ha investigado mucho, empleándose una gran variedad de soportes: sílica gel, fibras ópticas de cuarzo, fibras de vidrio, lechos de vidrio, cerámicas, membranas de celulosa, zeolitas, etc...



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Sección 4. Aplicaciones

Otra área de desarrollo está relacionada con los métodos aplicados para la fijación del catalizador sobre el soporte.

De acuerdo con algunos estudios recientes, un buen soporte debe ser transparente a la luz UV, los enlaces físico-químicos entre el TiO2 y la superficie del soporte deben ser fuertes; el soporte debe tener una superficie específica alta, ser químicamente inerte y tener buena capacidad para adsorber los compuestos orgánicos a degradar y una configuración física que favorezca la separación sólido-líquido.

Las principales aplicaciones del proceso de detoxificación de aguas son: - el tratamiento de aguas subterráneas contaminadas - la purificación de agua potable - el tratamiento de aguas residuales industriales.



Hay que matizar que aunque ha demostrado ser un proceso viable, se halla actualmente en pleno desarrollo en cuanto a la tecnología necesaria para su aplicación óptima.

Se ha utilizado este proceso fotocatalítico para el tratamiento de mercurio II y su posterior recuperación como metal.

El cromo VI (contaminante inorgánico altamente tóxico y típico de los vertidos industriales) puede ser reducido fotocatalíticamente a cromo III, cuya toxicidad es mucho menor.

Hasta éste momento se han llevado a cabo procesos fotocatalíticos de múltiples contaminantes inorgánicos (Pb II, CN-, ...) y orgánicos (TCE, ácido fórmico, fenol, ...).



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Capítulo 4. Desinfección del Agua a Nivel Casero


Idealmente, cada vivienda debería estar conectada a un sistema que provea un abastecimiento de agua segura las 24 horas del día, todos los días del año. Desafortunadamente, esto no siempre es posible por razones geográficas, económicas o accidentales.

En estos casos se hace necesaria una solución que pueda ser puesta en marcha rápidamente, que sea factible y de bajo coste. El uso de recipientes, especialmente diseñados y fabricados para evitar la contaminación junto con la desinfección del agua en estos, a nivel familiar, ha mostrado a través de una serie de estudios y proyectos de demostración, que es una solución económicamente razonable y efectiva, la cual puede proporcionar agua microbiológicamente segura.



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Sección 2. Alternativas de Desinfección, sus Características y Efectividad

La razón fundamental de la desinfección del agua es disminuir el riesgo de infección de las enfermedades transmitidas por el agua mediante la destrucción o inactivación de los diversos organismos patógenos que están o pueden estar presentes en la fuente de agua.

Cuando se carece de un abastecimiento de agua corriente idóneo y continuo en el hogar, la desinfección domiciliaria y el almacenamiento seguro constituyen las barreras más importantes contra las enfermedades transmitidas por el agua.

Existen varias alternativas para desinfectar y purificar el agua en pequeña escala que pueden aplicarse en el hogar.



El método más corriente de la desinfección de los suministros de agua a nivel domiciliario es hervir el agua. Se trata de un método muy eficaz, ya que la exposición de los organismos patógenos transmitidos por el agua más comunes (bacterias, esporas, virus, cercarias y quistes) a temperaturas del agua de 90° a 100° centígrados durante un corto tiempo los matará o inactivará.

El agua tiene que calentarse hasta que hierva "borboteando" durante unos tres minutos. Es una buena práctica almacenar el agua en el mismo recipiente en el que se hirvió. Si es necesario el almacenamiento del agua hervida en otro recipiente casero, es importante que éste sea desinfectado antes de transferir el agua.

La aireación del agua hervida no se recomienda porque existen posibilidades de contaminación. Este método de desinfección está generalizado entre la población y se suele recomendar en los casos de emergencias como consecuencia de desastres naturales e incidentes de contaminación de sistemas de abastecimiento de agua que de otra manera no estaría contaminada.



El hervir el agua tiene varias desventajas. La más importante es que no proporciona protección contra la recontaminación. No hay ninguna protección residual, lo que significa que, después de hervirse el agua, habrá que tenerse mucho cuidado con la recontaminación causada por las manos, los utensilios, los recipientes de almacenamiento contaminados y hasta los contaminantes transportados por el aire. Existen varias sustancias químicas que se emplean para desinfectar el agua potable. Entre estas, las más utilizadas en casos de emergencias, a nivel domiciliario e individual, son el cloro y el yodo en compuestos sólidos o líquidos.

El yodo elemental, la tintura de yodo, el hipoclorito de sodio y el hipoclorito de calcio pueden obtenerse frecuentemente a nivel local en las comunidades. Cada uno de estos puede utilizarse eficazmente como desinfectante de agua si se aplica en forma adecuada. En la desinfección de emergencia de volúmenes mayores de agua puede emplearse ventajosamente el gas de cloro líquido.



El cloro no sólo es uno de los desinfectantes más efectivos para el agua potable, sino también uno de los más baratos.

En el agua clara, (una Unidad Nefelométrica y de Turbiedad o menos) y con un pH menor de 8, es muy eficaz contra las bacterias relacionadas con enfermedades transmitidas por el agua. Sin embargo, es ineficaz contra los virus y los quistes de protozoos en las dosificaciones, temperatura y tiempos de contacto normalmente usadas en la cloración del agua para fines potables.

Es más, los microorganismos adheridos a partículas están protegidos y es posible que nos sean afectados por el cloro. Además, el agua puede tener una demanda de cloro que deberá satisfacerse antes de que éste pueda actuar como desinfectante. La materia orgánica en el agua puede producir el sabor a cloro, lo que no debe tomarse necesariamente como una indicación de desinfección adecuada.



Para evitar algunos de estos problemas, el agua puede filtrarse y, cuando esté limpia, desinfectarse.

El cloro se presenta en diferentes tipos de compuestos, pero principalmente como hipoclorito de calcio o de sodio. El hipoclorito de calcio se puede obtener en forma de polvo con concentraciones de alrededor de un 20, 35, 65 ó 70 por ciento de cloro y en pastillas con una concentración de cloro disponible de alrededor de 65 por ciento. El hipoclorito de sodio es un líquido, que se puede obtener en concentraciones de un 3 a un 5 por ciento y hasta un 10 por ciento. Con una concentración mayor del 10 por ciento es muy inestable. El hipoclorito de sodio comercial puede contener a veces otras sustancias que podrían ser tóxicas en cuyo caso no deberá emplearse para desinfectar agua para beber.

Prácticamente, la forma más fácil de aplicar cloro al agua es con pastillas o en soluciones. Para facilitar la operación, se puede preparar una solución madre que contenga un 1 por ciento de cloro disponible agregando cantidades proporcionales de un compuesto de cloro a un volumen de agua dado.



Esta tabla proporciona datos sobre la cantidad requerida de diversas concentraciones de hipoclorito para preparar un litro de solución madre de un 1 por ciento. Otras concentraciones pueden obtenerse aumentando proporcionalmente la cantidad del compuesto.

Nombre del

compuesto

Cloro disponible

Gramos de hipoclorito de calcio por litro de agua

Cal clorada 20 25

50 40

Hipoclorito de calcio 35 28.6

Hipoclorito de calcio (hth)

65 70

15.4 14.3

Desinfección del agua en recipientes caseros de varias capacidades por medio de soluciones de hipoclorito a la concentración de 2 mg/litro de cloro.

Volumen por recipiente en

litros Cloro libre disponible

1 10 15 20

0.5% 8

gotas 4 ml 6 ml 8 ml

1% 4

gotas

40 gotas

(2 ml)

60 gotas (3ml)

80 gotas (4 ml)

2% 2

gotas

20 gotas

(1 ml)

30 gotas (1.5)

40 gotas (2 ml)

5% 1

gota 8

gotas 12

gotas

16 gotas (0.8)

10% 1

gota 4

gotas 6 gotas 8 gotas



Desinfección del agua en recipientes caseros de varias capacidades por medio de soluciones de hipoclorito a la concentración de 5 mg/litro de cloro.

Volumen por recipiente en

litros

Cloro libre

disponible 1 10 15 20

0.5% 20 gotas

10 ml 15 ml 20 ml

1% 10 gotas

5 ml 7.5 ml 10 ml

2% 5 gotas 2.5 ml 3.75

ml 5 ml

5% 2 gotas

20 gotas (1 ml)

1.5 ml 2 ml

10% 1

gota

10 gotas (0.5 ml)

15 gotas (0.75 ml)

20 gotas (1 ml)

Después de la aplicación del hipoclorito, el agua debe mezclarse bien y dejarse reposar durante unos 30 minutos para dar tiempo suficiente para que el cloro entre en contacto con los microorganismos.



No se ha detectado ningún efecto adverso en el consumo de agua desinfectada con cloro en las dosificaciones generalmente utilizadas, aunque existe cierta preocupación sobre la formación de trihalometanos, los que pueden tener un riesgo potencial para la salud.

En cualquier caso que se use cloro deben tomarse medidas preventivas en el manejo y almacenamiento de soluciones concentradas y compuestos de cloro. Se recomienda que se almacenen fuera del alcance de los niños, en lugares frescos, secos y oscuros ya que el cloro es un oxidante fuerte que puede reaccionar violentamente con materiales fácilmente oxidables y pierde fuerza con el tiempo y la exposición a la luz, por lo cual el almacenamiento en condiciones adecuadas es importante.

El yodo es un desinfectante excelente para el agua. Es eficaz contra las bacterias, los virus, los quistes de amebas y otros microorganismos de enfermedades transmitidas por el agua.

Sin embargo, su disponibilidad y uso han sido limitados. Su costo es de 6 hasta 10 veces mayor que el cloro.



El empleo de una solución de 2 por ciento de tintura de yodo es un medio práctico para desinfectar agua en pequeñas cantidades. Una dosificación de dos gotas por litro puede ser suficiente para el agua clara.

Al igual que en el caso del cloro, la turbiedad puede interferir y, si hay partículas presentes, éstas pueden proteger a los microorganismos. La filtración como tratamiento preliminar disminuiría la demanda y aumentaría su efectividad. De lo contrario, el agua turbia o muy contaminada podría requerir dosis mayores y tiempos de contacto de mayor duración.

Después de la aplicación del yodo, el agua debe mezclarse y dejarse reposar durante unos 15 a 20 minutos.



El yodo es el menos soluble de los halógenos con un nivel de saturación de 200 a 400 mg/litro en las gamas de temperaturas normalmente encontradas en el agua. Pueden obtenerse soluciones saturadas empleando cristales de yodo en un saturador. Para desinfección del agua se recomiendan residuos de 0,5 mg/1 a 0,8 mg/l. Los cristales de yodo son fáciles de manejar, pero siempre se recomienda el empleo de dispositivos protectores.

En las pequeñas dosis empleadas, el yodo no tiene efecto adverso sobre la salud de los individuos. Sin embargo, su empleo a largo plazo podría producir ciertas reacciones en un pequeño porcentaje de individuos sensibles.

El agua tratada con yodo es apropiada para el lavado de hortalizas. Normalmente se recomienda que se laven y se dejen reposar en una solución de 5 mg/litro durante unos 10 minutos.



Esta sustancia es un oxidante fuerte y suele agotarse rápidamente en aguas que contienen materias oxidables. Es un desinfectante deficiente para el agua. Su efecto para el lavado de hortalizas es dudoso, incluso con soluciones concentradas. Esta sustancia no se recomienda para la desinfección del agua.

Producción de desinfectantes en el lugar (a nivel comunitario).

En los últimos años, se han hecho grandes progresos en el desarrollo de pequeños generadores de hipoclorito para la desinfección de agua potable. Estos producen hipoclorito de sodio por la electrólisis del cloruro de sodio.



En el caso de pequeñas comunidades, ofrecen ciertas ventajas porque eliminan varios de los problemas relacionados con la compra, el transporte, el almacenamiento y la aplicación del gas cloro o de soluciones de hipoclorito. Para ser aplicables estos dispositivos tienen que ser económicos de adquirir y operar, así como fáciles de instalar y mantener; contables y con capacidad para utilizar sal refinada localmente disponible.

Como el principio básico de la producción del hipoclorito es la electrólisis del cloruro de sodio, se requiere una fuente confiable de energía eléctrica para que funcionen. En general, las unidades disponibles comercialmente producen de 0,5 kg a 2,0 kg de NaOCI cada 24 horas. Las soluciones producidas son especialmente apropiadas para ser usadas como solución madre en las viviendas y pequeñas comunidades.



Los oxidantes mezclados que se producen in-situ, también se basan en la electrólisis de soluciones de cloruro de sodio. Estos están ganando terreno en los círculos industriales del abastecimiento de agua debido a sus propiedades desinfectantes iguales o superiores a las del cloro. La mezcla de especies producidas de oxígeno y cloro y su acción sinérgica parecen ser la causa de la mayor eficiencia.

Una de las ventajas de los gases oxidantes mezclados es la eliminación de problemas de olor y sabor y la disminución de la formación de trihalometanos.

Existen varios desinfectantes comerciales que son eficaces contra la mayoría de los organismos patógenos transmitidos por el agua a las temperaturas y tiempos de contacto recomendados por el fabricante. Cuando se emplean éstos, es muy importante que se sigan las instrucciones meticulosamente.



La mayoría de los desinfectantes comerciales corrientemente disponibles en este grupo son compuestos de cloro o yodo. Algunos desinfectantes vienen en forma de comprimidos y otros en forma de solución, y con algunos de ellos se pueden preparar soluciones madre.

Este tipo de desinfectante lo utilizan corrientemente las fuerzas armadas, alpinistas, excursionistas, cazadores y otras personas que practican actividades deportivas al aire libre que van probablemente a utilizar un suministro de agua de calidad dudosa y se emplea también en los casos de emergencia, especialmente los desastres naturales. En general, suelen ser ligeros de peso, están cómodamente envasados, son fáciles de administrar y pueden conservarse durante mucho tiempo.



La tableta de "Globaline" o "Potable Aqua" fue adoptado por las fuerzas armadas del los Estados Unidos y otros países hace aproximadamente 25 años, y todavía es utilizada por algunos. También ha sido utilizada recientemente por alpinistas, excursionistas, cazadores etc. El ingrediente químico activo es "tetraglycine hydroperiodide", el cual contiene aproximadamente 42% de yodo activo. La tableta de 120 mg contiene 20 mg de este reactivo y produce aproximadamente 8 mg de yodo activo cuando se disuelve en un litro de agua. La tableta de "Globaline" es mas estable que la de "Halazone" pero pierde aproximadamente 20% de su potencia 24 semanas después de abierto el frasco.



Las tabletas de "HALAZONE" son el desinfectante comercial más conocido para desinfección de agua de beber en el hogar porque ha sido utilizado por muchos años en situaciones de emergencia. Existen tabletas de dos tamaños, uno de 4 mg. para la desinfección de 1 litro del agua y otro de 160 mg para 40 litros. El ingrediente químico activo es "P. carboxybenzenesulphordichloroamide", de lo que aproximadamente 52% esta disponible como cloro después disolverlo en el agua. Las tabletas de Halazone pierden potencia rápidamente después de abierto el cierre hermético del frasco. En consecuencia es importante cerrar bien el envase cada vez. Debido a esta característica y al costo elevado el "Halazone" ha sido reemplazado en parte por otros compuestos comerciales.



Recientemente, varias fábricas están produciendo tabletas de "sodium dichloroisocyanurate" (también conocido como "sodium dichloro-s-triazinetrone" y "sodium troelosene") algunas veces en combinación con otros ingredientes como floculantes. Los dos más conocidos son Chlor-Floc y Aguatabs. Estos se encuentran en diferentes tamaños. Aproximadamente el 42% de este reactivo está disponible como cloro. Lo que favorece este compuesto es su estabilidad. Varios gobiernos actualmente están considerando la aprobación de esta sustancia para la desinfección de agua para beber.

La filtración del agua para beber en los hogares, a través de filtros de arena, es un método generalmente conocido.



Este tipo de filtración no elimina normalmente las bacterias o los virus, pero puede eliminar la turbiedad, los quistes y protozoarios. Cuando se utilizan debidamente, los filtros de arena domésticos pueden funcionar eficazmente aún con agua ligeramente turbia como tratamiento preliminar antes de hervirla o desinfectarla.

Un filtro de arena doméstico debe tener una capa de arena fina de unos 60 cm o más. Debe funcionar continuamente (24 horas diarias) porque es importante que la arena no se seque y, en general, debe limpiarse y mantenerse como un filtro de arena lento regular.

Este tipo de filtro se puede obtener en el comercio y se emplea en cantidades limitadas en la mayoría de los países. Algunos filtros son de presión y otros de gravedad. En todos ellos el componente esencial es la vela que puede ser de diferentes materiales cerámicas que proporcionan distintos tamaños de poro. El agua que se va a filtrar tiene que estar relativamente limpia ya que, de lo contrario, la vela se taparía rápidamente.



El tamaño de los poros determina la eficacia en la eliminación de los microorganismos o de partículas en suspensión. Estos filtros pueden extraer quistes, protozoarios y cercarias, así como partículas en suspensión, pero es posible que no se eliminen las bacterias ni los virus, requiriéndose que el agua se hierva o se desinfecte antes del consumo.

Los filtros de porcelana pueden fabricarse con poros de pequeño tamaño. Para lograr eficazmente la purificación del agua, se estima que el radio máximo del poro debe ser de 1,5 micras. El filtro tipo Berkefeld, o similares, se fabrica con tierra de trípoli y los que tienen poros de pequeño tamaño pueden eliminar las bacterias que se encuentran corrientemente en el agua. En general, es importante comprender las limitaciones de estos filtros para emplearlos eficientemente en el tratamiento del agua potable.



Unidad 8


Sección 3. Almacenamiento

Es importante utilizar recipientes domésticos adecuadamente diseñados para el almacenamiento del agua desinfectada.

En la actualidad existe una gran variedad de formas y tamaños de recipientes domésticos para el almacenamiento de agua en las casas. Desafortunadamente la gran mayoría no son adecuados para proteger su contenido contra la contaminación. El usuario, al meter objetos como cucharones, tazas, vasos u otras vasijas en el recipiente de agua o al sumergir los dedos y manos contaminados para sacar agua, puede contaminar el contenido. De esta manera, el agua hervida o filtrada puede fácilmente volverse a contaminar.



El agua químicamente desinfectada con cloro y yodo puede mantener un residuo suficientemente alto para controlar una contaminación ligera que se produzca durante un corto tiemp. Sin embargo, este residuo puede consumirse o perder su potencia. Por lo tanto, la protección del agua doméstica desinfectada contra la recontaminación es de vital importancia porque constituye una última y frecuentemente la única defensa contra la transmisión de las enfermedades transmitidas por el agua.

Hay dos aspectos que es preciso tener en cuenta para mantener el agua limpia después de desinfectarla, a saber: las características de la vasija para evitar la recontaminación, y la educación del usuario para que practique medidas sanitarias seguras.



Los principios que rigen las características del recipiente son sencillos: utilizar recipientes limpios y de materiales que no favorezcan la supervivencia de microorganismos; no sumergir nada en los mismos, y mantenerlos tapados para impedir la entrada de partículas extrañas. De la consideración de estos principios se llega a la definición de ciertas características para el diseño o selección de recipientes adecuados para evitar que se vuelva a contaminar el agua desinfectada:

La forma y tamaño del recipiente deben ser apropiados, con manija o agarradera, para facilitar el acarreo, y deben tener una base estable para estacionarlo en la vivienda, sin peligro de que se voltee.

El volumen debe ser de 10 a 30 litros. Para escuelas y clínicas un volumen de 50 ó más litros es apropiado.



El material del recipiente deberá ser durable, de ser posible inoxidable, resistente a las quebraduras, de color atractivo, translúcido y liviano. El polietileno de alta densidad es un material apropiado. No está recomendado el uso de policarbonato u otro material que reaccione con cloro.

La boca debe ser tal que facilite el llenado del recipiente, pero impida la inmersión de objetos para extraer agua. El recipiente debe ser provisto de grifo (llave) para extraer el agua.

El grifo debe abrir y cerrar fácilmente, ser inoxidable, fácil de limpiar, durable, y descargar un litro en 15 segundos.

La tapa debe impedir que entre insectos, polvo u otro material extraño. Debe ser fuerte, de material apropiado. De ser posible debe estar sujeta al recipiente en tal forma que no se pierda o se ensucie, y debe permitir limpira el interior del recipiente fácilmente.



Unidad 8


Sección 4. Estrategias para la Desinfección a Nivel Casero

Tres ejemplos de recipientes de 20 litros de capacidad que son diseñados especialmente para ser usados en la desinfección a nivel casero.

Recipiente utilizado con éxito en el proyecto de demostración de la OPS y el "Center for Disease Control" de Atlanta para el control del cólera y otras enfermedades diarreicas.

El propósito de las siguientes estrategias u opciones no es el de reemplazar los métodos de distribución segura del agua que ya existan, sino el proporcionar alternativas que puedan servir como una medida transitoria, a ser usadas mientras la comunidad espera mejoras en el servicio de distribución de agua.



En los casos en que el agua que llega a los hogares, no es turbia ni muy contaminada, donde los recipientes usados en las casas para guardar el agua en los hogares son adecuados, y donde el nivel de educación es adecuado, solamente la desinfección del agua en el hogar es apropiada.

Se trata en esta opción de asegurar el almacenamiento seguro del agua en los hogares y prevenir su recontaminaci6n. Los recipientes en mente para el almacenamiento del agua en esta opción deberán cumplir con los requerimientos delineados más arriba.

Esta opción o estrategia debe ser usada cuando el agua que llegue a los hogares sea turbia, lo que interferiría con la desinfección.

Esta opción es tambien para utilizar cuando el agua que llegue a los hogares sea turbia. Se utiliza un desinfectante conjuntamente con un agente floculante tal como el alumbre. Las tabletas Chlor-Floc mencionadas antes crean un flóculo el cual sedimenta en el fondo del recipiente. Para esto se necesita mezclar, sedimentar, decantar el sobrenadante y remover el flóculo asentado.



Unidad 8

Capítulo 5. Enfermedades transmitidas por el agua


En el capítulo 2 de la unidad 2 de este módulo ya vimos como los microorganismos patógenos para el hombre llegan al agua principalmente con los residuos de origen doméstico o animal y como entre los factores contribuyentes a la aparición de brotes hídricos destacan: Desinfección inadecuada del agua, Alteraciones en la red de distribución y el Consumo de agua procedente de pozos o fuentes.

La mayoría de estos microorganismos patógenos llegan al agua mediante la contaminación con heces humanas o animales, y finalmente ingresan en el cuerpo a través de la boca. Por eso se la denomina enfermedades de transmisión fecal-oral.

Es decir, las enfermedades transmitidas por el agua se pueden prevenir o evitar independientemente del tipo que sean. La mayoría de las veces surgen por condiciones deficientes tanto de saneamiento como de abastecimiento de agua.



Existen 3 tipos de enfermedades transmitidas por el agua en función del agente causal: Bacteriana, parasitaria y viral.

Se conocen cerca de 250 diferentes tipos de bacterias, virus y parásitos causantes de enfermedades transmitidas por el agua. De estos, sólo unos cuantos son más frecuentes. En esta revisión nos vamos a limitar a alguno de ellos, así como a las peculiaridades de cada grupo que más influyen en la transmisión de este grupo de enfermedades.

Muchas de estas enfermedades muestran síntomas comunes (diarreas, vomitos, dolores abdominales, deshidratación ) y no pueden diferenciarse solamente por los síntomas. Ademas, muchas enfermedades no transmitidas por el agua muestran síntomas similares.



Unidad 8


Sección 2. Enfermedades bacterianas

El diagnóstico diferencial en ocasiones es complejo y requiere determinar el origen del agua ingerida por el paciente, el periodo de incubación de la enfermedad y los correspondientes análisis de laboratorio en el paciente y en el agua. En ocasiones y en casos de epidemias es necesario la intervención de un epidemiólogo para determinar la fuente o vehículo de transmisión de la enfermedad.

Las infecciones bacterianas de origen hídrico se producen cuando se ingiere un agua contaminada y el patógeno es capaz de crecer en el tracto gastrointestinal. Como consecuencia de este crecimiento, el patógeno produce la enfermedad. Los síntomas generalmente aparecen al cabo de unas cuantas horas (de 12 a 18 o más) o incluso días después de la ingestión del agua, tiempo necesario para que se desarrolle la multiplicación del microorganismo y su acción patógena.



Las infecciones bacterianas son las enfermedades de transmisión hídrica más frecuentes. A continuación vamos a ver alguna de las bacterias que con mas frecuencia producen enfermedad por la ingestión de agua.

El agente causal es la Salmonella paratyphi (tipos A, B y C), unas enterobacterias.

Fiebre continua, cefalalgia, malestar general, a veces manchas rosaseas en el tronco. Rara vez fatal. Pueden ocurrir recaídas en 3.5% de los casos.

Por agua o alimentos contaminados. Puede ser difundida por heces u orina de personas infectadas. Individuos asintomáticos a menudo diseminan la enfermedad. Período de incubación de 1 a 10 días para el trastorno gastrointestinal y hasta 3 semanas para la fiebre entérica.



La fiebre tifoides esta producida por la Salmonella typhi .

Los mismos de la Paratifoidea, sólo que más grave; la tasa de letalidad puede ser alta si no se administran antibióticos. Es más común el estreñimiento que la diarrea. Letalidad entre uno y 10%.

Idéntica a la paratifoidea por agua y alimentos contaminados. Los síntomas clínicos se desarrollan generalmente entre 14 a 21 días después de la ingestión. La transmisión máxima ocurre en verano.

Producida por otras especies de Salmonella con un cuadro predominante de gastroenteritis.



Los síntomas de la gastroenteritis son nauseas, vómitos, retortijones abdominales y diarrea que puede ir acompañados de dolor de cabeza y fiebre. La gastroenteritis aparece tempranamente, entre 12 y 36 horas después de la ingestión.

Existen más de 2.000 serotipos patógenos. Su habitat natural son los animales, es pues una zoonosis. Se transmiten principalmente por alimentos contaminados, aunque existen bastantes casos y epidemias transmitidas por el agua. La especie causal más frecuente actualmente es la Salmonella enteritidis .

La incidencia de Salmonella enteritidis ha aparecido en la decada de los 80 y ha ido aumentando últimamente en todo el mundo de manera alarmante A medida que se conseguia hacer disminuir la fiebre tifoidea producida por la Salmonella typhi aumentaban las otras salmonelosis (principalmente por esta Salmonella).

Poducida por 4 especies de Shigella: Shigella dysenteriae, S. flexneri, S. boydii y S. sonnei .



Diarrea acompañada de fiebre, calambres, náusea y a veces tenesmo. Convulsiones en niños de corta edad; hay a menudo sangre, moco y pus en las heces. Ocurrencia a nivel mundial, con una tasa de letalidad tan alta como de 20%.

Directa e indirecta fecal-oral, con una dosis infectiva tan baja como de 10-100 bacterias que causan infección. Sobrevive bien a temperatura baja, humedad alta y aún pH bajo. Agua, leche contaminación fecal y aguas residuales empleadas en el riego, así como las moscas pueden servir como vehículos de transmisión. Incubación de 1 a 7 días.

Existen cepas de E. coli que producen cuadros o síndromes clinicos. Estas cepas se agrupan por su mecanismo de acción en enteroinvasoras, enterotoxígenas (por toxinas parecidas a la shigella) y enteropatógenas (conocidas por causar brotes infantiles en salas de recien nacidos). Los tipos pueden distinguirse por pruebas serológicas.



Los tipos invasores y patógenos causan fiebre, diarrea (a veces sanguinolenta). El tipo tóxico causa inicio agudo de diarrea acuosa, calambres y vómitos que dura generalmente de 1 a 3 días.

Propagación por alimentos, agua y fómites contaminados. Los seres humanos son el reservorio principal. Todos los grupos de edad son susceptibles, y la inmunidad adquirida no es permanente.

Esta enfermedad identificada recientemente es producida por una cepa de Escherichia coli O157:H7 que se encuentra normalmente en los intestinos animales. La dosis infectiva es muy baja, unos 10 organismos.

La E. coli O157:H7 produce esta grave enfermedad con calambres abdominales y diarrea que comienza siendo de heces liquidas y termina siendo de heces fuertemente sanguinolentas. Las complicaciones son diversas: infección urinaria, fallo renal, shock, colapso e incluso muerte.



El agente causal o etiológico del cólera es el Vibrio cholerae .

Inicio agudo y repentino de diarrea de "heces de arroz" acuoso, con rápida deshidratación y vómitos ocasionales. La tasa de mortalidad puede ser tan alta como un 60%, pero con un tratamiento inmediato mediante rehidratación puede reducirse la tasa de letalidad a <1%.

Por ingestión de agua o alimentos contaminados por las heces o vomitos de individuos infectados; manejo de alimentos con métodos antihigiénicos; consumo de moluscos y crustáceos crudos. Fómites, como la ropa de cama, ropas y vendas del paciente también pueden transmitir la enfermedad. El organismo sobrevive más tiempo en aguas salobres y alcalinas.

Producida por la bacteria Campylobacter jejuni. Los síntomas son diarrea, fiebre y dolores abdominales. La diarrea es de heces acuosas al principio y después de 1 o 2 días sanguinolentas. Causa importante de diarrea pediátrica.



Campylobacter jejuni es un patógeno emergente. Es actualmente la principal causas de enfermedades diarreicas bacterianas. Produce más enfermedades que todas las especies de Salmonella sp y Shigella sp juntas. Esta bacteria se encuentra en el tracto intestinal de animales, en el suelo y en el agua.

Enfermedad de alcance mundial pero escasamente reconocida. Síntomas de la enfermedad: Fiebre, dolor abdominal, diarrea, náuseas, vómitos y pseudoapendicitis. Las complicaciones pueden ser septicemia, artritis, enfermedad hepática.

La yersiniosis está producida por la bacteria Yersinia enterocolitica .



Unidad 8


Sección 3. Enfermedades virales

Otra clase de enfermedades transmitidas por el agua son las producidas por virus. Los virus son un gran grupo de microorganismos que tienen un tamaño submicroscópico (más pequeños que las bacteria y los parásitos). Son tan pequeños que se necesita el microscopio electrónico para verlos. Son unas formas de vida muy sencilla que consiste en una pequeña cantidad de material genético (ADN ó ARN) y unas pocas proteinas.

Debido a su mínima composición no se reproducen por si mismos: Requieren las células vivas de un huésped donde penetran y dirigen las funciones de esas células para producir más partículas virales. Por eso a diferencia de las bacterias, los virus no se multiplican en el agua, por lo que su número no aumenta hasta que llegan a las células humanas. Pero también, aunque no se multiplican en el agua tampoco son destruidos porque son mas resistentes que las bacterias incluso a los desinfectantes.



Los virus productores de enfermedades transmitidas por agua son específicos de huésped. Es decir, que ellos infectan y se multiplican sólo en células humanas. A diferencia de las bacterias, el hombre es el único huésped de los virus productores de enfermedades transmitidas por agua.

Por otro lado, los virus productores de enfermedades transmitidas por agua son generalmente aquellos que prefieren infectar células del tracto gastrointestinal y son llamados virus entéricos.

Estos virus entran por la boca a través del agua o los alimentos. Una vez en el interior del cuerpo, infectan las células intestinales o hepáticas produciendo los síntomas. Cuando el virus se multiplica, nuevas partículas virales se liberan en gran número en las heces.

Dado que el hombre es el único huésped y que se eliminan por las heces, la higiene personal y el tratamiento adecuado de los desechos humanos son los elementos claves para prevenir las enfermedades virales transmitidas por alimentos.



La hepatitis A, se transmite por agua contaminada o por alimentos que se han contaminado a través del agua como mariscos y ensaladas. Esta enfermedad es endémica en todo el mundo.

Síntomas de la hepatitis A: Fiebre, perdida del apetito, náuseas, ictericia, orinas colúricas, hepatomegalia. El comienzo de la infección es a los 15-50 días de la ingestión.

El virus de la hepatitis E produce una hepatitis simular al virus de la hepatitis A y aparece como causante de epidemias y endemias con casos esporádicos. La ruta de la transmisión es fecal-oral. La transmisión mas frecuente es a través del agua y persona a persona.

Aunque existen muchos virus que producen gastroenterit is y que se han relacionado con epidemias producidas por ingestión de agua contaminada los principales son los rotavirus y los virus de la familia Norwalk.



Los rotavirus (de familia Reoviridae) producen gastroenteritis y es la principal causa de diarrea infantil. La mortalidad por rotavirus es relativamente baja en algunos paises pero a nivel mundial sobrepasan la cifra de 1 millón de niños muertos por esta enfermedad. Los rotavirus se transmiten por la ruta fecal-oral. La transmisión persona a persona es la mas importante.

La dosis infectiva es de 10 a 100 partículas virales y las personas infectadas excretan entre 100 y 1.000 partículas virales por mililitro de heces. El agua de bebida es la principal fuente de contaminación. En China millones de personas se han contaminado como consecuencia de la contaminación del agua potable con aguas residuales.

Los virus Norwalk producen gastroenteritis transmitida por la ruta fecal-oral a través del agua y los alimentos. Es una afección suave y se cree que producen 1/3 de las gastroenteritis de los niños entre los 6 y 24 meses. Aunque el agua es la principal causa de contaminación los alimentos también estan frecuentemente involucrados.



Enfermedad producida por los Poliovirus tipos 1, 2 y 3 (enterovirus) con transmisión fecal-oral directa o indirecta a través de agua. El riego con efluentes no tratados de aguas residuales ha sido vinculado con epidemias. Período de incubación para casos paralíticos es de 7-14 días.

Los síntomas son dolor muscular y espasmo, fiebre, rigidez del cuello o espalda que pueden progresar a parálisis, náusea y vómitos. Casos no paralíticos se manifiestan como meningitis aséptica. Casos paralíticos comprenden menos del 1% de todos los casos contraídos. Existe una vacuna eficaz.



Unidad 8


Sección 4. Enfermedades parasitarias

Los parásitos que producen enfermedades transmitidas por el agua pueden ser divididos en tres grupos: protozoos, gusanos planos y gusanos cilíndicos o nematodos. Son mucho más grandes que las bacterias, pero la mayoria requiere para su observación el uso del microscopio. La mayoría crecen en el tracto gastrointestinal del hombre y de los animales pero otros estan en los tejidos.

Las formas quísticas de los protozoos son muy resistentes a los desinfectantes habituales (compuestos clorados) utilizados en el tratamiento de potabilización del agua de consumo. Un tratamiento convencional reduce la concentración de quistes de protozoos en el agua pero no asegura su desaparición.

Muchas especies de protozoos pueden infestar al hombre y producirle enfermedades. Si bien la vía de contagio más habitual de estos protozoos es la vía directa del ciclo fecal-oral, algunos de ellos como Entamoeba histolytica, Giardia lamblia, Cryptosporidium sp., Balantidium coli e Isospora belli puden ser transmitidos indirectamente por el agua y los alimentos contaminados.



Es una gastroenteritis con diarrea crónica, expulsión frecuente de heces laxas, pálidas y grasosas, así como fatiga. Pueden aparecer también dolores abdominales, náuseas, pérdida del apetito. Sin tratamiento los síntomas pueden durar varias semanas al cabo de las cuales disminuyen o desaparecen para posteriormente reaparecer. La enfermedad puede durar más de tres meses, pero no es fatal. Sin embargo, puede agravar la desnutrición y fatiga. Es más prevalente en los niños.

Las Giardia lamblia o intestinalis es un ejemplo de protozoo transmitido por agua. Este parásito se encuentra en aguas o alimentos con contaminación fecal. Su habitat es el tracto intestinal de animales incluido el hombre. Hasta que apareció el Cryptosporidium en la década de los 90 la Giardia era el patógeno trasmitido por agua más importante. Produce el 25 % de las gastroenteritis.

La transmisión es fecal-oral por agua, aunque también puede ser por alimentos y por el mecanismo mano a boca. Animales como las ratas son portadores conocidos. Han ocurrido brotes a través de fuentes contaminadas de agua, y por manipulación de alimentos con manos contaminadas. Los individuos infectados arrojan cantidades grandes de quistes a lo largo de toda la duración de su enfermedad.



Las infecciones son asintomáticas o leves (diarrea acuosa 2-4 dias) en individuos sanos. En niños tiene mayor duración (2-4 semanas). En inmunosuprimidos y SIDA la infeccion dura toda la vida. Actualmente no existe tratamiento. Las revisiones serológicas indican que el 80 % de la población ha tenido cryptosporidiosis.

Cryptosporidium parvum es un protozoo parásito patógeno emergente. La dosis infectiva es menos de 10 microrganismos. La transmisión es fecal-oral. Principalmente por agua, leche o vegetales contaminados. Tambien existe la transmisién de individuo a individuo. El esporoquiste es resistente a los desinfectantes habituales. Las epidemias estan principalmente asociadas al agua y a las comidas de las guarderias infantiles. En caso de epidemia utilizar agua hervida.

Cyclospora cayetanensis es un parásito unicelular (8-10 micras) antiguamente clasificado como cianobacteria o cocidio. La primera infección fue descrita en 1979. Infecta el intestino delgado y da un cuadro leve de diarreas acuosas con defecaciones frecuentes (a veces explosivas) que dura pocos dias. Por las heces se eliminan los ooquistes que contaminan las aguas y los alimentos. Prevención: Evitar agua y alimentos contaminados con heces.



La amebiasis varía desde una disentería aguda o fulminante, con fiebre, escalofríos y diarrea sanguinolenta o mucoide (disentería amibiana), hasta un malestar abdominal leve con diarrea con sangre o moco que alterna con períodos de estreñimiento o remisión. La infección a largo plazo puede causar úlceras o abscesos que a menudo conducen a infecciones secundarias. La muerte por disentería amebiana es rara. Está producida por la Entamoeba histolytica.

La transmisión se efectúa principalmente a través de agua contaminada con heces, hortalizas contaminadas o manipuladores de alimentos que son portadores y no siguen una higiene adecuada. Es de distribución mundial. Hay dos formas de vida que pueden transmitir la infección el quiste y el trofozoito. El trofozoito es sensible a pH ácido y a agentes oxidantes. Los quistes son muy estables en el ambiente y son resistentes a la desinfección. Las epidemias se producen más comúnmente por beber agua contaminada. Los casos asintomáticos pueden ser portadores durante años.



Producida por el Balantidium coli (protozoario). Cursa con diarrea, náuseas y vómitos; las heces pueden contener sangre. Como en la amebiasis, puede causar disentería y tiene dos etapas infectivas (quiste y trofozoito). A menudo se confunde con la amebiasis.

Producida por el Ascaris lumbricoides (gusano redondo). Gusanos vivos son expulsados con las heces o a veces por la boca o por la nariz; la mayoría de los casos (85% aprox.) son asintomáticos. Especialmente en niños, causa desnutrición, excitación e insomnio. Casos avanzados presentan obstrucción intestinal, carencia nutricional grave; si migran a los pulmones puede ocurrir tos y silbidos.

La transmisión es por ingestión de huevos infectantes procedentes del agua o suelo contaminados con heces humanas. Es de ocurrencia a nivel mundial con incidencia más alta en áreas calientes y húmedas. Los seres humanos son el único reservorio conocido, pero animales domésticos como perros, cerdos y pollos pueden servir como vectores por ingerir heces humanas que contienen huevos de áscaris.



Unidad 8

Capítulo 6. Carbón activo

Sección 1. General

En el tratamiento del agua, la adsorción puede utilizarse para la eliminación de microcontaminantes, olores y sabores, metales pesados y eventualmente para la decloración.

El carbón activo es el principal adsorbente empleado a gran escala en los sistemas de abastecimiento

La adsorción es un fenómeno físico-químico en el que un sólido, llamado adsorbente, atrapa en sus paredes a cierto tipo de moléculas, llamadas adsorbatos, y que están contenidas en un líquido o un gas.



Puesto que la adsorción es una reacción de superficie, una medida de la efectividad del adsorbente es el área de superficie.

Por lo tanto una de las características más importantes de un adsorbente es su superficie específica

En el carbón activo existen dos tipos de fenómenos de adsorción:

- Adsorción física. Proceso reversible

- Adsorción química. Proceso irreversible

En la adsorción física las fuerzas predominantes son las electrostáticas (débiles)



Unidad 8

Capítulo 6. Carbón Activo

Sección 2. Tipos de Carbón Activo

En la adsorción química la atracción entre adsorbente y adsorbato se asemeja al enlace covalente con uniones más próximas y de mayor energía (fuerte)

El carbón activo se presenta en dos formas: carbón en polvo fino (PAC) y carbón en grano.

El carbón activo en polvo se presenta en forma de partículas comprendidas entre 10 y 50 µm y se utiliza en reactores de mezcla seguido de una filtración.



El carbón activo en grano se presenta en forma de gránulos de 0,5 a 1,0 mm y se utiliza en forma de lechos filtrantes.

Las principales propiedades físicas del PAC son la filtrabilidad y densidad.

Es importante controlar la filtración del PAC ya que si este pasa a través de los filtros puede contaminar el agua depurada.

Cuanto mayor sea la densidad del PAC mayor es la capacidad adsorbente.



Las principales propiedades físicas del GAC son la dureza y tamaño de los gránulos.

La falta de dureza provoca erosiones y rupturas durante su manipulación.

La superficie específica, el tamaño de poro y la naturaleza química de la superficie tienen un fuerte efecto en la capacidad de adsorción.

La adsorción aumenta cuando el diámetro de los poros predominantes está entre una y cinco veces el diámetro del adsorbato.



Teniendo en cuenta las ventajas e inconvenientes que presenta el PAC se utiliza esencialmente en dosificaciones discontinuas.

La principal ventaja de los GAC es su posibilidad de regeneración.

Los GAC más utilizados en la práctica son los procedentes de mineral lignítico, mineral bituminoso, el carbón de petróleo y el carbón vegetal.



Unidad 8


Sección 3. Regeneración

La adsorción física se produce con un amplio espectro de sustancias que interaccionan con la superficie del carbón activo hasta formar una

Una vez llena la superficie el carbón queda saturado y pierde su función por lo que hay que cambiar o regenerar el GAC

Debido al alto coste del carbón activo, el simple cambio no suele ser económico y se opta más bien por la regeneración del relleno.



Los métodos de regeneración más utilizados son la regeneración con vapor y la térmica.

Se utiliza cuando sólo haya adsorbido algunos productos muy volátiles.

Se aplican altas temperaturas y se produce la pirólisis o combustión de sustancias orgánicas adsorbidas.



Unidad 8


Sección 4. Adsorbatos

Los adsorbatos pueden ser de naturaleza muy variada y los podemos agrupar en cuatro categorías.

Los compuestos orgánicos es un grupo muy amplio en el que podemos distinguir cuatro tipos de compuestos:

- Compuestos que producen olor y/o sabor - Compuestos sintéticos de procedencia industrial o agrícola - Precursores de subproductos de la desinfección - Subproductos de la desinfección propiamente dichos

Con aguas de consumo los más frecuentes son la geosmina y el 2-metil-isoborneol y en aguas industriales los clorofenoles.



Entre estos están los detergentes, colorantes, fenoles y derivados aromáticos.

Destacan las sustancias húmicas y otros precursores de trihalometanos

Entre ellos destacan por su frecuencia e importancia los trihalometanos (cloroformo, bromodiclorometano, dibromoclorometano y bromoformo)

Entre ellos hay que considerar algunos elementos traza como mercurio, plomo o arsénico.



Unidad 8


Sección 5. Aplicaciones I

El GAC puede emplearse para la eliminación de cloro de un agua que haya sufrido un tratamiento de cloración en exceso.

Estas son las principales aplicaciones de los distintos tipos de carbón activo en tratamiento de agua de acuerdo a su origen.

Las aplicaciones del carbón activo en función de los adsorbatos son:

- Eliminación de hierro y manganeso -Impedir el desarrollo de algas en decantadores y filtros abiertos. - Eliminación de materias orgánicas - Eliminación de sabores y olores - Eliminación de microcontaminantes (fenoles y compuestos fenólicos, hidrocarburos, detergentes, pesticidas, metales pesados) - Eliminación de cloro libre



La eliminación total de hierro y manganeso, sólo se consigue después de la aplicación de un oxidante enérgico (ozono o permanganato)

Puede impedirse el desarrollo de algas por adición de carbón activo en polvo ya que impide la penetración de los rayos solares en el agua.

El rendimiento de eliminación de materia orgánica aumenta al realizar una buena coagulación-floculación -decantación inyectando carbón activo en polvo en el decantador.

El rendimiento puede llegar a ser del 100% si además se realiza una filtración sobre lecho de carbón activo granulado y posterior filtración sobre lechos de arena.



Es uno de los aspectos más importantes a considerar en la depuración de las aguas naturales ya que provoca el rechazo de la población abastecida y la sospecha de un insuficiente o mal tratamiento.

Los sabores y olores que más se rechazan en el agua potable son causados por subproductos orgánicos generados por algas microscópicas.

Los actinomicetos y algunas cianofíceas son las causantes de la aparición de sabores a fango, tierra, moho. Las sustancias que lo producen son la geosmina y el 2-metil-isoborneol.

El agua bruta puede presentar más sabor y olor antes del tratamiento debido a la proliferación de microorganismos (bacterias, algas, hongos)



Cuando existen los precursores adecuados, los malos olores pueden producirse en el transcurso del tratamiento a causa de los subproductos originados durante la cloración (clorofenoles, tricloruro de nitrógeno)

Generalmente son debidos a la proliferación de bacterias y mohos

Uno de los tratamientos a aplicar para eliminar malos olores de origen es la adición de carbón activo en polvo antes de la coagulación- floculación

Para la eliminación de malos sabores y olores durante el tratamiento se utiliza carbón activo granulado o en polvo.



Unidad 8


Sección 6. Aplicaciones II

El carbón activo en polvo reduce el contenido de fenoles, y una filtración sobre carbón activo en grano los elimina totalmente.

Los detergentes no se eliminan con un tratamiento clásico por coagulación-floculación, decantación y filtración. Una forma de eliminarlos sería utilizando carbón activo.

Generalmente se utiliza carbón activo en polvo inyectado en la fase de decantanción. Cuando el contenido en detergentes es muy elevado, debe recurrirse a una filtración sobre carbón activo en grano.



El mejor procedimiento de eliminación de los pesticidas consiste en el empleo de carbón activo tanto en polvo como en grano.

El carbón activo en polvo es poco eficaz para la eliminación de metales pesados sin embargo con una filtración a través de carbón activo en grano se puede conseguir una reducción casi completa.

La plata y el mercurio se eliminan por completo y el plomo y cobre disminuyen hasta un nivel inferior al aconsejado por la reglamentación.

El carbón activo derivado de fangos puede ser aplicado con una efectividad superior a la de los carbones activos comerciales en la eliminación de metales pesados.



El carbón activo se puede utilizar para la eliminación de cloro de un agua que haya sufrido un tratamiento de cloración en exceso.

Aunque se han desarrollado varios procesos para disminuir los niveles de cloro libre en agua, la decloración en el lecho fijo de carbón activo granular (PAG) ha sido el más rentable, por lo tanto el más común.

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