El conocido efecto físico, que la solubilidad de un gas en el agua decrece con la temperaturade esta, es también plenamente válido par el ozono. Ver figura.

Como se ve, la solubildad del ozono crece con la concentración de ozono en la fase gaseosa, por lo que se puede compensar una temperatura en el agua mas elevada de lo normal (tal como es el caso de aguas termales, ciertas aguas residuales, etc,.) mediante mayor concentración en el gas.

El hecho de que la vida media de la molécula de ozono disuelta en agua caliente es mucho más breve, también tiene su importancia, aunque normalmente no constituye inconveniente en la tecnología del tratamiento, puesto que en la mayoría de los casos, al final de la manipulación, se destruye de todos modos el ozono sobrante en un flitro de carbón activo. Indicar que lo ideal es que no haya que destruir ozono alguno, y que el sistema este optimizado. Incluso se observa que a igual concentración y superior temperatura del agua, los resultados de las reacciones de oxidación mejoran, como se demuestra en la siguente gráfica.

El aumento de la temperatura conduce a una descomposición acelerada del ozono, de modo que, en igual espacio de tiempo, se libera mayor cantidad de átomos de oxígeno, con lo que se acelera el proceso de reacción.

La anterior gráfica refleja este comortamiento para el ejemplo de la reducción de DQO (demanda química de oxígeno) y TOC (carbono orgánico total), resultando el efecto a 50ºC en un 50 a 60% superior que a 10ºC.

En este contexto se ha podido constatar, que en el caso de tratamiento a 65ºC de agua de proceso industrial con 50 mg/l de contenidos de nitritos, éstos se transformaron totalmente en nitratos.

        La eliminación de productos farmacéuticos seleccionados (bezafibrato, ácido clofíbrico, carbamazepina, diclofenaco) durante los procesos de tratamiento de agua potable se ha investigado en el laboratorio y a escala piloto y en el abastecimiento de agua real. La no eliminación significativa de los productos farmacéuticos se observó en los experimentos realizados por lotes con filtración en arena bajo condiciones naturales aerobias y anóxicas, indicando así las propiedades de la baja adsorción y la persistencia alta de microorganismos, por ello se considera insuficiente la filtración en arena, proponiéndose el uso de filtración en carbón activado granular más la ozonización del agua.

En estos resultados cabe destacar la presencia de carbamazepina en sistema de filtración de agua con condiciones anaeróbicas en un área de abastecimiento. La floculación con cloruro férrico en los experimentos a escala de laboratorio (prueba a pequeña escala) y las investigaciones en abastecimiento de agua no mostró la eliminación significativa de los productos farmacéuticos citados anteriormente. Sin embargo, la ozonización fue en algunos casos muy eficaz en la eliminación de estos compuestos polares. En experimentos a escala de laboratorio, 0,5 mg / l de ozono ha demostrado reducir las concentraciones de el diclofenaco y la carbamazepina por más de 90%, mientras que bezafibrato se eliminó en un 50% con una dosis de ozono 1,5 mg / l. El ácido clofíbrico era estable incluso a 3 mg / l de ozono. Bajo las condiciones hidráulicas estándares, la eficiente eliminación de compuestos similares fue observada. Además de la ozonización, la filtración con carbón activado granular (GAC) fue muy eficaz en la eliminación (adsorción) de productos farmacéuticos). Con excepción del ácido clofíbrico, el GAC en los experimentos a escala piloto y en sistemas reales de abastecimiento de agua proporcionan una eliminación importante de los productos farmacéuticos objeto de la investigación.

Podemos concluir indicando que la combinación de ozonización y carbón activo granular es una buena solución, en términos generales, para la eliminación de restos de productos farmacéuticos en el tratamiento de aguas para consumo humano.

Los riesgos en el uso de cloro en desinfección de agua

Cada año, casi 1,500 millones de personas padecen de enfermedades evitables propagadas por el agua, tales como cólera, fiebre tifoidea, disentería, giardiasis, esqistosomiasis y hepatitis A. La Organización Mundial de la Salud (OMS) calcula que más de nueve millones de personas mueren cada año a través del mundo a causa de agua contaminada. Eso equivale a 25,000 personas por día, muchas de las cuales son niños menores de cinco años de edad.

La Organización de las Naciones Unidas proyecta que para el año 2025, más de dos tercios de la población global vivirán en países con serios problemas de carencia de suministros de agua limpia.

Los aumentos de población, y sus impactos, continúan ejerciendo una gran presión sobre los recursos de agua alrededor del mundo. Al mismo tiempo, el aumento de residuos municipales y agrícolas, aguas de desagüe y productos derivados de la industria, además de los efectos climáticos globales y desequilibrios ecológicos, comprometen aún más la calidad del agua.

La cloración y los PDDs

A principios de los años 1900, se inició la cloración de los suministros de agua potable en las naciones desarrolladas, seguida por una reducción drástica en las epidemias de enfermedades bacterianas, eliminando virtualmente la tifoidea y el cólera. Sin embargo, en los países en vías de desarrollo, estas enfermedades propagadas a través del agua siguen creando problemas sanitarios y de salud.

Además de proveer protección contra los patógenos virales y bacterianos, los desinfectantes a base de cloro también mejoran la estética del agua, que puede ser deteriorada por algas y materia orgánica en descomposición causando cambios en su color, sabor, y olor. El cloro evita que las bacterias se reproduzcan agregando un nivel residual de desinfectante en el sistema de distribución. En muchas áreas, tanto de los países desarrollados como de países en vías de desarrollo, los sistemas de distribución de agua potable no han sido reemplazados o vueltos a revestir, lo cual hace que frecuentemente tengan óxido, escamas, presenten formación de biopelículas, fugas y grietas que pueden llevar a eventos de recontaminación comprometiendo la calidad del agua. Esta es la razón por la que es importante contar con cierto nivel de desinfectante residual.

A pesar de que el cloro presenta muchos beneficios para la salud pública y el tratamiento del agua, estudios recientes indican que también puede existir una relación causal entre la desinfección del agua con cloro y la salud reproductora o fetal. Otros estudios han indicado que el consumo de agua tratada con cloro puede traer consigo efectos negativos a largo plazo, como el cáncer.

El problema surge cuando se añade cloro al agua de origen que contiene materias orgánicas naturales (MONs), tales como los ácidos húmico y fúlvico de plantas podridas, u otros residuos orgánicos. En el medio ambiente del agua, el cloro reacciona con los agentes orgánicos para formar productos derivados, como los Trihalometanos o THMs. Los principales THMs que causan preocupación son:

• 1) Cloroformo (CHCl₃)
• 2) Bromoformo (CHBr₃)
• 3) Bromodiclorometano (CHCl₂Br)
• 4) Clorodibromometano (CHCLBr₂)

Colectivamente, estos compuestos son conocidos como THMs totales (THMTs). Otros grupos principales de PDDs incluyen los ácidos haloacíticos y los haloacetonitrilos.

Evidencia de riesgo

Las principales preocupaciones que existen sobre los PDDs incluyen:

1. 1) Daño en las funciones reproductoras, es decir, disminución en la fertilidad, malparto
2. 2) Lesión en el desarrollo fetal dentro del útero y después del parto
3. 3) Desarrollo de cáncer

Durante la última década, se llevaron a cabo numerosos estudios para evaluar la toxicidad de los PDDs. Estos estudios incluyeron tanto a sujetos humanos como animales. En 1998, la noción percibida era que la exposición al agua clorada no podía ser definitivamente ligada a efectos adversos en la reproducción o el desarrollo fetal, a los niveles recomendados para el agua distribuida. Las agencias de salud estadounidenses, incluyendo a la Sociedad Americana para Microbiología (ASM) y la Agencia de Protección del Medio Ambiente de los EE.UU. (USEPA), apoyaron esta conclusión. Estudios más recientes han mostrado asociaciones moderadas entre los PDDs y un peso bajo de nacimiento, defectos del tubo neural y abortos espontáneos.

En cuatro estudios realizados en Iowa, Norte de Nueva Jersey, Denver y Nueva Escocia, se mostró una leve asociación entre los PDDs y un peso bajo de nacimiento (pequeño para la edad gestativa, mientras dos de los estudios (Nueva Jersey y Nueva Escocia) indicaron una asociación con los defectos del tubo neural y defectos de fisuras. Dos estudios más (Norte de Nueva Jersey y Nueva Jersey) estuvieron en conflicto con respecto a una asociación con efectos cardíacos, mientras que otro mostró una asociación con el aborto espontáneo (California). Con respecto a la muerte fetal, no pudo hacerse ninguna correlación consistente (Norte de Nueva Jersey y Nueva Escocia).

Se espera que la continuación de los estudios defina de manera más definitiva los niveles de exposición y los resultados asociados con la salud por la exposición a PDDs. Además, aún existen preguntas con respecto a los efectos tóxicos de la exposición a múltiples PDDs a través del tiempo. Mientras continúa la investigación, las agencias de salud están tomando un enfoque proactivo sugiriendo niveles seguros de ingestión para varios PDDs. Por ejemplo, la USEPA recientemente redujo el Nivel Máximo Contaminante de los THMTs de 100 partes por billón (ppb) a 80 ppb. La Organización Mundial de la Salud (OMS) examina la evidencia para riesgos tóxicos de los PDDs y recomienda tasas aceptables de ingestión diaria para varios de estos.

Las entidades oficiales de salud pública advierten que los riesgos a la salud de los THMs son pequeños comparados con los riesgos asociados con las enfermedades propagadas a través del agua. De tal manera que es importante continuar con el proceso de desinfección, a menos que éste pueda ser sustituido por una alternativa efectiva para asegurar un suministro de agua más seguro. Tomemos en cuenta la situación en Perú en 1991, donde los procesos de cloración fueron detenidos en parte debido a la preocupación con respecto a los efectos potenciales a la salud de los THMs. El resultado de esto fue el primer brote de cólera en la región desde principios del siglo, el cual duró cinco años. La epidemia de cólera en Latinoamérica ocasionó más de 1 millón de casos y 13,000 muertes. En los países desarrollados, el agua que contiene más de 80 ppb de THMTs es considerada inaceptable para consumo. Sin embargo, los suministros alternativos pueden no estar accesibles.

Tratamientos alternativos

A pesar de que el desinfectante ideal aún no se ha creado, la desinfección con cloro es actualmente la tecnología de desinfección disponible más ampliamente utilizada, más práctica y efectiva para el tratamiento del agua. Continúan los debates acerca de los efectos potenciales a la salud por exposición al cloro a lo largo del tiempo. La aplicación de esta tecnología al tratamiento de agua ha salvado un sin número de vidas que de otra manera hubieran sido perdidas a las enfermedades infecciosas. Además, las consecuencias de las infecciones microbianas pueden extenderse más allá de las enfermedades diarreicas y pueden incluir condiciones crónicas, tales como la deficiencia renal, daño cerebral, artritis y otras enfermedades de naturaleza autoinmune, enfermedad del corazón, cáncer estomacal, diabetes, crecimiento impedido y desarrollo intelectual deficiente.

Los THMs son altamente volátiles y fácilmente eliminados del agua terminada a través de la filtración con carbón activado, destilación, o hirviendo el agua. De no existir un medio de desinfección, el agua potable puede ser hervida por 2-3 minutos para eliminar los patógenos entéricos. A pesar de ser un método efectivo contra la mayoría de patógenos microbianos, hervir el agua no es el medio más eficiente de tratamiento de agua, pues requiere tiempo y una gran cantidad de energía. Además, hervir el agua puede resultar en la concentración, en lugar de la eliminación, de algunos contaminantes como los herbicidas, pesticidas y otros compuestos orgánicos volátiles (COVs). Los dispositivos de punto de uso (PDU) ofrecen un medio para la eliminación rutinaria de bacterias patogénicas y otros contaminantes dañinos presentes en el agua potable, como sustancias químicas y productos derivados de los desinfectantes. Una variedad de sistemas de PDU que utilizan ósmosis inversa, destilación, desinfección, filtración, y otros métodos de purificación, tienen la capacidad de eliminar los patógenos. Los tratamientos de desinfección (ozono, cloro, UV, etc.) proveen protección adicional.

Por esta razón, es necesario llevar a cabo estudios adicionales para especificar los riesgos a la salud humana que presentan los trihalometanos y otros productos relacionados con la desinfección por cloro. Sin embargo, se ha demostrado que la desinfección de fuentes de agua potable utilizando cloro, fue el factor principal para reducir el número de muertes y enfermedades en los seres humanos a causa de patógenos propagados a través del agua, durante el siglo XX. Hoy en día, se encuentran disponibles más que nunca, métodos de tratamiento con los cuales, tanto los PDDs como sus precursores orgánicos, pueden ser eliminados del agua. Por ello desde Infozono, proponemos el uso del ozono como tratamiento previo de las aguas destinadas a consumo humano, de forma que la cloración tenga como función la desinfección residual, pues el uso del ozono elimana los indeseables THM, restos de perticidas, etc.…

Fuente: Neocorpwater.

Bibliografía

- Desinfección con Cloro y Riesgos de los Productos Derivados de la Desinfección. Reynolds, A. Kelly., Volumen 2 - Número 4, 1 de Julio de 2002, Paginas 1-4

Descripción

Titulo.- Procedimiento para el tratamiento/desinfección de aguas mediante radiación ultravioleta.

El objeto del presente procedimiento novedoso (invención) es establecer un sistema o método para la desinfección y/o tratamiento de aguas tales como las de torres de aguas de recuperación, piscinas, desinfección de aguas residuales, etc..

El proceso se basa principalmente en el uso de la radiación ultravioleta, con longitudes de ondas comprendidas entre los 150 nm y los 350 nm. Consiste en hacer pasar el agua objeto del tratamiento, mezclada con un gas que contiene oxígeno, principalmente aire, por una cámara de radiación de ultravioleta, la cual ha sido tratada internamente por óxidos metálicos que producen un efecto de fotocatalitico en presencia de luz ultravioleta y moléculas de agua.

El sistema se basa básicamente en los métodos siguientes

• Oxidación/desinfección mediante ozono. Como una de las longitudes de onda del espectro de la lámpara de ultravioletas, está entorno a los 185 nm, cuando el gas que contiene oxígeno pasa a través de la luz ultravioleta se produce una reacción espontánea del oxigeno molecular del gas y los fotones que conforma la luz, generándose ozono, pudiendo llegar a generar un concentración de ozono en agua entorno al o,4 mg/l en condiciones muy favorables, partiendo de aire.

• Desinfección mediante la radiación principal que proporciona la lámpara de ultravioleta, que está entorno a los 254 nm, este es un proceso ampliamente conocido y del que existe una amplia experiencia y bibliografía.

• Fotocatálisis heterogénea debido a la presencia en la cámara de radiación de óxidos metálicos con propiedades fotocatalíticas, tales como el bióxido de titanio, de forma que cuando la luz ultravioleta incide sobre el oxido metálico y en presencia de moléculas de agua se generan grupos hidroxilos (OH-) los cuales tienen un potencial redox superior al ozono, con lo que su comportamiento como oxidante y o desinfectante es superior al del ozono.

Antecedentes del invento.- La creciente demanda por parte de la sociedad para la descontaminación de aguas contaminadas de diversos orígenes, materializada en regulaciones y directrices cada vez más estrictas, ha impulsado en la última década el desarrollo de nuevas tecnologías de tratamiento. En la práctica, la aplicación de los métodos de tratamiento deben de tener en cuenta fundamentalmente la naturaleza de las propiedades fisicoquímicas del agua o efluentes a tratar. Las aguas contaminadas por la actividad humana pueden ser, en general, procesadas eficientemente por plantas de tratamiento biológico, por adsorción con carbón activado u otros absorbentes o por tratamientos químicos convencionales. Hay casos en los que estas técnicas citadas resultan inadecuadas y es por lo que en muchos piases avanzados se está recurriendo a las tecnologías Avanzadas de Oxidación, muy poco aplicadas y difundidas en países como el nuestro.. La mayoría de los TAOs se suelen aplicar en aguas especiales a pequeña o mediana escala, pudiendo ser aplicados también a contaminantes de suelos, aire y desinfección de aguas por inactivación de bacterias y virus. Los TAOs se definen como procesos que involucran la generación y uso de especies transitorias poderosas principalmente el radical hidroxilo.

El proceso objeto de la presente descripción tiene como fin la desinfección del agua y en concreto aguas residuales, deforma que tras probar la eficacia del sistema y evaluar su rendimiento con respecto a un sistema tradicional de ultravioleta, se puedan extrapolar los resultados obtenidos, propiciando campos de aplicación distintos al agua residual tales como piscinas, torres de refrigeración, etc..

En concreto pretendemos medir en términos comparativos la eficacia respecto a un sistema Standard de radiación ultravioleta, de forma que tras un análisis exhaustivo de todas la variables que intervienen en el sistema, podamos aportar una solución a la desinfección de aguas residuales, que sea técnica y económicamente viable, sin que se produzcan cambios en las propiedades organolépticas, ni existan productos químicos capaces de generar subproductos que puedan ser nocivos en términos medioambientales , tal como puede ocurrir con el cloro o el bromo.

Procedimiento:

El agua o efluente ya tratado y filtrado y o clarificado (esto es importante, pues la posible turbidez del agua hace que el rendimiento del sistema caiga), pasa por un filtro, encargado de evitar que sólidos existentes ensucien la vaina de cuarzo que recubre la lámpara de ultravioleta, impidiendo su funcionamiento eficaz.

Posteriormente el agua pasa través de un venturi o sistema que se instale al efecto, de forma que el agua a a tratar sea mezclada con aire (gas que contiene oxigeno ), para ello probaremos con distintos caudales, para valorar la eficacia de la relación desinfección-aire mezclado en agua. Lo ideal sería que con el caudal de aire que permite inyectar el venturi obtuviésemos resultados óptimos, sin necesidad de echar mano a soplantes y/o compresores, para aumentar el caudal de aire.

Una vez mezclada el agua con el aire, pasa a la cámara de radicación de ultravioleta, la cual previamente ha sido impregnada en sus paredes interiores de bióxido de titanio (fotocatalizador), produciéndose tres fenómenos básicos a saber

• Desinfección por radiación ultravioleta de 254 nm de longitud de onda.

• Oxidación por el ozono generado en la cámara de radiación, debido a la presencia de oxigeno y la longitud de onda de 185 nm.

• Oxidación por la presencia de radicales OH^- debido a la presencia de la luz ultravioleta y el oxido metálico.

Una vez más vuelvo reiterar que lo que pretendemos es hacer un estudio comparativo el cual nos permita medir en que % mejoramos el sistema standard de radiación ultravioleta, en concreto pretendemos valorar la mejora de la eficacia en la desinfección y potencial capacidad de oxidación del agua mejorando parámetros tales DQO, DBO, etc.

Ozonización de aguas.

La ozonización es un método de tratamiento de aguas que está siendo cada vez más utilizado. debido al gran poder oxidante del reactivo tanto frente a sustancias inorgánicas presentes en un agua y no convenientemente eliminadas con cloro, como compuestos orgánicos susceptibles de provocar problemas de olor/sabor y THM en aguas tratadas con cloro, como finalmente por su elevado poder germicida frente a la flora microbiana de un agua. En este aspecto, la acción del ozono frente a virus y microorganismos con capacidad de formar esporas es superior a la del cloro.

El ozono es un reactivo químico no convencional, en el sentido de que se ha de generar in situ durante el proceso de tratamiento del agua. La producción de ozono se basa en la reacción química global :

3O2 (∆H)  2O3

En este proceso debe operarse bien con aire extremadamente seco y razonablemente exento de impurezas o bien con oxígeno puro, con lo cual el rendimiento de producción se incrementaría notablemente.

El aire o el oxígeno puros se introducen en el interior de tubos de descarga eléctrica. en el interior de los cuales se aplican diferencias de potencial elevadas que suministran la energía requerida pata la rotura de las moléculas en oxígeno en átomos reactivos de oxígeno que se combinarían con nuevas moléculas de oxígeno para formar moléculas de ozono.

Los ozonizadores industriales disponibles en la actualidad operan con corriente alterna de frecuencias comprendidas entre 500-1.000 Hz (para el caso de medias frecuencia) y densidades de corriente del altas. Así se logran producciones del orden de 40 gr de O₃ por m³ de aire suministrado, con una riqueza de hasta el 3%. Caso de usarse oxígeno puro, la riqueza puede incrementarse hasta el 7%.

La producción de ozono es función de la diferencia de potencial aplicada y de la intensidad de corriente suministrada, así como del aporte de aire al sistema ozonizador .

La dosificación del aire u oxígeno ozonizados al agua a tratar se realiza mediante difusores de gas instalados en el fondo de cámaras cerradas llenas (total o parcialmente) del agua a ozonizar, también pueden usarse sistemas de recirculación mediante venturís instalados para tal fin.

Título: How to "remove ozone" from water

Autor: Ozonia (http://www.ozonia.com/tips/residual_destruction.html)

Temática: Métodos para eliminar el ozono disuelto en agua, trás el tratamiento de ozonización.