REDIELUZ
ISSN 2244-7334 / Depósito legal pp201102ZU3769 Vol. 8 Nº 2 • Julio - Diciembre 2018: 77-82
Yesenia Dávila1, Nancy Angulo2, Alida Beltrán2, Penelope Melo2 e Ismenia Araujo2
Estudiante del Postgrado de Ingeniería, programa Ciencias del Ambiente, Universidad del Zulia1. Centro de Inves- tigación del Agua, Facultad de Ingeniería, Universidad del Zulia, Maracaibo-Venezuela2. ainesey_222@hotmail.com
RESUMEN
El agua es un recurso vital para el desarrollo de la vida y de las actividades cotidianas del ser humano. Su disponibilidad disminuye en gran medida debi- do al consumo, como producto del incesante creci- miento poblacional, generando grandes cantidades de agua residual, ya sean de origen doméstico o industrial. Este hecho ha llevado a la implementa- ción de tecnologías que permitan aprovechar el uso de las aguas residuales. El objetivo de esta investi- gación fue comparar dos sistemas de desinfección: cloro y radiación ultravioleta en aguas residuales municipales tratadas por un sistema biológico com- binado. En la aplicación del sistema de desinfec- ción con cloro, los tratamientos fueron de 10, 30 y 40 mg/L de cloro con tiempos de contacto entre 20 y 30 min; para la desinfección con radiación UV, el agua se sometió a diferentes potencias (30, 45 y 60 vatios) y tiempos de exposición de 420 y 600 s. Se realizó una caracterización al agua tratada en relación a sus parámetros fisicoquímicos y micro- biológicos. Después de la aplicación de la desin- fección los parámetros fisicoquímicos presentaron cambios muy leves. En el caso de los parámetros microbiológicos para cloro el mejor tratamiento fue
el tratamiento 6 (40 mg/L Cl- 30 min), presentando una reducción considerable en la densidad de los microorganismos. Para radiación UV el mejor trata- miento fue el 5 (60000 mW-420s), mostrando una baja remoción de microorganismos patógenos, Por lo tanto, el mejor sistema de desinfección fue el de cloro.
ABSTRACT
Water is a vital resource for the development of life and the daily activities of the human being. Its avai- lability decreases greatly due to consumption, as a result of the constant population growth, generating large amounts of wastewater, whether domestic or industrial. This fact has led to the implementation of technologies that allow to take advantage of the use of wastewater. The objective of this research is to compare two systems of disinfection: chlorine and ultraviolet radiation in municipal wastewater treated by a combined biological system. In the application of the chlorine disinfection system, the treatments were 10, 30 and 40 mg / L of chlorine with contact
Recibido: 08/03/2018 . Aceptado: 25/04/2018
times between 20 and 30 min; for disinfection with UV radiation, the water was subjected to different powers (30, 45 and 60 watts) and exposure times of 420 and 600 s. A characterization of treated wa- ter was carried out in relation to its physicochemical and microbiological parameters. After the applica- tion of disinfection, the physicochemical parameters showed very slight changes. In the case of micro- biological parameters for chlorine the best treatment was treatment 6 (40 mg / L Cl-30 min), presenting a considerable reduction in the density of microor- ganisms. For UV radiation the best treatment was 5 (60000 mW-420s), showing a low removal of patho- genic microorganisms. Therefore, the best disinfec- tion system was chlorine.
El agua representa uno de los recursos natura- les más importante para la vida del ser humano, empleada para el consumo, aseo, uso doméstico, industrial y comercial, su extenso uso genera la dis- minución de su disponibilidad como recurso.
En el marco más general, la situación preocu- pante del consumo del agua es provocada por el crecimiento acelerado de la demanda impulsada por el aumento de la población y el creciente de- sarrollo económico y concentración urbana, lo que potencia las exigencias para satisfacer sus distin- tos usos, sean éstos los relacionados con los re- querimientos básicos para la vida, la producción de alimentos, la higiene, la conservación del ambiente natural o el desarrollo en su sentido más amplio y porque al mismo tiempo empiezan a encontrarse limitaciones en la oferta de los recursos hídricos desde el punto de vista de cantidad y calidad del
mediante su reúso para diversos fines; esto ha per- mitido el desarrollo de investigaciones relacionadas a los diferentes tratamientos de agua residual para la reutilización de las mismas.
Evaluar la remoción de microorganismos pató- genos en tratamientos de desinfección con cloro y con radiación ultravioleta en aguas residuales mu- nicipales tratadas por un sistema combinado de tra- tamiento biológico.
La unidad de estudio experimental consistió en un sistema de desinfección utilizando cloro, ubicado en el Centro de Investigación del Agua (CIA) perte- neciente a la Facultad de Ingeniería de la Universi- dad del Zulia. Se empleó agua residual municipal tratada con un sistema combinado de tratamiento biológico, compuesto por un reactor anaerobio de doble cámara (RADCA), sistema de aireación de cascada (SAC) y un filtro biológico (FB), provenien- te del colector C de la ciudad de Maracaibo.
Se realizó una caracterización inicial del agua residual municipal tratada, con el fin de determinar su calidad bacteriológica, cuantificando las bacte- rias patógenas (Pseudomonas, Salmonella, Shige- lla y Vibrio), según la metodología establecida en el Método Estándar (Tabla 1). Para ello se captaron muestras del agua proveniente del sistema de tra- tamiento biológico, específicamente del filtro bioló- gico, durante un tiempo de 10 meses para un total de 8 caracterizaciones.
Variable Microbiológica
Método*
Número
agua. Cisneros y Tundisi, (2012).
Los impactos que causan estas aguas residua-
Pseudomonas aeruginosa
Técnica de tubos 9213F
múltiples
les podrían ser minimizados mediante la implemen- tación de mecanismos multi-barreras que conside- ran riesgos aceptables basados en metas de salud. Dichos mecanismos tienen que ver con la imple- mentación de plantas de tratamiento de agua resi- dual, métodos de aplicación de riego, restricción de cultivos, manejo de alimentos regados con aguas residuales domésticas tratadas, y aplicación de in- munizaciones en algunos casos. Ministerio de Me-
Salmonella sp. Técnica de tubos
múltiples
Shigella sp. Técnica de tubos
múltiples
Vibrio cholerae Técnica de tubos
múltiples
*APHA, AWWA y WEF. (2012).
Fuente: Elaboración propia (2017).
9260B
9260B
9260H
dio Ambiente y Agua, (2013).
Esta situación ha llevado a la búsqueda de alter- nativas que permitan aprovechar el agua residual,
El diseño experimental consistió en la aplicación de 6 tratamientos con cloro, empleando tres répli- cas respectivamente (R1, R2, R3). Se utilizaron tres
diferentes dosis de cloro (10, 20 y 30 mg/L), cada una con dos tiempos de contacto distintos (20 y 30 min) y 6 tratamientos con radiación UV, empleando 3 intensidades (30, 45 y 60 vatios) y utilizando tiem- pos de exposición de 420 y 600 s. (Tabla 2).
Tratamiento Cloro Tratamiento UV
El agua residual municipal tratada presenta altas concentraciones de microorganismos patógenos, aunque en la normativa venezolana no se mencione un límite máximo permisible, su presencia en agua
Dosis: 10 mg/L
T1 Tiempo de exposición: 20 min
Dosis: 10 mg/L
T2 Tiempo de exposición: 30 min
Dosis: 30 mg/L
T3 Tiempo de exposición: 20 min
Dosis: 30 mg/L
T4 Tiempo de exposición: 30 min
Dosis: 40 mg/L
T5 Tiempo de exposición: 20 min
Dosis: 40 mg/L
T6 Tiempo de exposición: 30 min
Intensidad: 30000mW
Tiempo de exposición 420 s
Intensidad: 30000mW Tiempo de exposición 600 s
Intensidad: 45000mW Tiempo de exposición 420 s
Intensidad: 45000mW Tiempo de exposición 600 s
Intensidad: 60000mW Tiempo de exposición 4200 s
Intensidad: 60000mW Tiempo de exposición 600 s
debería ser nula, debido a que estos causantes de enfermedades, lo cual amerita que sea aplicado un tratamiento de desinfección (Tabla 3).
Puede observarse la variabilidad en las con- centraciones de estos microorganismos durante los muestreos (desde ausentes hasta >1600 NM- P/100mL), debido a que la disposición del agua re- sidual municipal es muy heterogénea, es por esto que en algunos muestreos los géneros Salmonella y Shigella están ausentes. Tondera et al., (2015), encontraron concentraciones bajas de Salmonella en el flujo de entrada de agua municipal en compa- ración con las otras bacterias medidas. Los valores de flujo de salida fueron 1 o <1 NMP/100mL.
Fuente: Elaboración propia (2017).
Tabla 3. Caracterización bacteriológica del agua residual tratada
Microorganismos Muestreos | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
Pseudomonas >1600 | 1600 | 433 | 433 | 1600 | 170 | 350 | 62 |
Salmonella 430 | 59 | >1600 | >1600 | 280 | 0 | 0 | 430 |
Shigella 430 | 64 | >1600 | >1600 | 1600 | 0 | 0 | 430 |
Vibrio 280 | 52 | >1600 | >1600 | 555 | 13 | 45 | 64 |
(NMP/100mL) (NMP/100mL) (NMP/100mL) (NMP/100mL)
Fuente: Elaboración propia (2017).
En la tabla 4, se observa que para Salmonella sp. El tratamiento 6 comparado con los tratamien- tos 1 y 2 fue el que mejor resultado presentó, pa- sando de una densidad de 1,6x104 a 4 NMP/100
mL, obteniendo una reducción de 4 unidades loga- rítmicas. Así como, para Shigella sp. También el tratamiento 6 comparado con los tratamientos 1 y 2 fue el que mejor resultado presentó, pasando de una densidad de 1,6x104 a 7,7 NMP/100 mL, obte- niendo una reducción de 4 unidades logarítmicas. El tratamiento 6 presentó diferencia significativa
tanto para Salmonella como para Shigella. Los tra- tamientos 3, 4 y 5 no pueden ser comparados, ya que ambos microorganismos no se presentaron en la muestra de entrada al sistema de desinfección, esto debido a que el agua residual es muy variada en su composición y la presencia de patógenos no siempre se encuentra en la misma.
Un estudio realizado por Jiménez et al., (2001) mostraron resultados en la desinfección con cloro de una agua residual de Salmonella sp. La cual pasó de 5,0x108 NMP/100 mL hasta por debajo del límite de detección, esto utilizando una concentra- ción de cloro baja, de 12 mg/L, en comparación con la utilizada en la presente investigación, pero con un mayor tiempo de contacto de 3 horas.
En el caso de Vibrio cholerae, los tratamientos 3, 4, 5 y 6 son los que presentan diferencias signi- ficativas con respecto al resto de los tratamientos y presentan mejores resultados, pasando de una densidad poblacional de 1,6x104 a < 1 NMP/100
mL, para los tratamientos 3 y 4; de 1,6x104 a 4 NMP/100 mL para el tratamiento 5 y de 220 a < 1 NMP/100 mL
Por consiguiente, este microorganismo presenta una menor resistencia al cloro en comparación con los indicadores de contaminación fecal; no se puede comparar con los patógenos Salmonella y Shigella ya que no se obtuvieron valores para estos en los tratamientos 3, 4 y 5. Para Pseudomonas aeruginosa el tratamiento 5 fue el que mejor resultado mostró, pasando de una densidad poblacional de 1,6x103 a 4 NMP/100 mL, reduciendo 3 unidades logarítmicas y presentando diferencia significativa con respecto al resto de los tratamientos. Un estudio similar, realizado por Jiménez et al., (2001) en el cual se usó una menor concentración de cloro, pero un mayor tiempo de contacto, se observó que Pseudomonas aeruginosa pasó de 2,0x105 NMP/100 mL hasta por debajo del límite de detección.
20 min
30 min
Tabla 4. Densidad de bacterias patógenas en los tratamientos de desinfección con cloro.
Tratamientos
Microorganismos
(NMP/100 mL)
10 mg/L Cl 10 mg/L Cl
20 min 30 min
30 mg/L Cl
20 min
30 mg/L CL 40 mg/L Cl
40 mg/L Cl
30 min
ME Salmonella sp Promedio DE | 4,3E+02 5,1E+01 9,2E+00 | 5,9E+01 3,0E+01 2,7E+01 | Ausentes Ausentes Ausentes | Ausentes Ausentes Ausentes | Ausentes Ausentes Ausentes | 1,6E+04 4,0E+00 2,3E+00 |
ME | 4,3E+02 | 6,4E+01 | Ausentes | Ausentes | Ausentes | 1,6E+04 |
Shigella sp. Promedio | 2,3E+02 | 5,7E+01 | Ausentes | Ausentes | Ausentes | 7,7E+00 |
DE | 3,1E+01 | 8,7E+00 | Ausentes | Ausentes | Ausentes | 6,1E+00 |
ME | 2,8E+02 | 5,2E+01 | 1,6E+04 | 1,6E+04 | 1,6E+04 | 220 |
Vibrio cholerae Promedio | 2,0E+01 | 5,0E+01 | 1,0E+00 | 1,0E+00 | 4,0E+00 | 1,0E+00 |
DE | 1,0E+01 | 4,0E+00 | 0,0E+00 | 0,0E+00 | 0,0E+00 | 0,0E+00 |
ME | 1,6E+04 | 1,6E+03 | 4,5E+01 | 4,5E+01 | 1,6E+03 | 1,7E+02 |
Pseudomonas Promedio | 9,1E+02 | 2,4E+02 | 5,6E+00 | 3,1E+00 | 4,0E+00 | 3,2E+00 |
DE | 1,2E+01 | 1,8E+02 | 0,0E+00 | 2,2E+00 | 3,2E+00 | 2,0E+00 |
aeruginosa
Fuente: Elaboración propia (2017).
En la tabla 5, se observa que para Salmonella
sp. El tratamiento 5 presentó mejores resultados
pasando de 1,6x104 a 11 NMP/100 mL reduciendo 3 unidades logarítmicas y presentando diferencias significativas con respecto al resto de los tratamien- tos. Mientras que los demás tratamientos no redu- jeron ninguna unidad logarítmica y los tratamientos
3, 4 y 6 no pudieron evaluarse debido a la ausencia de estos microorganismos en el agua residual mu- nicipal tratada. Un estudio realizado por Tondera et al., (2015) presentaron una reducción para salmo-
nella de 1,5 unidades logarítmicas en un reactor UV consistió en tres bancos con 12 lámparas UV, cada uno con una potencia de 150 W de salida UVC a 254 nm.
Tabla 5. Densidad de bacterias Patógenas en los tratamientos de desinfección con radiación ultravioleta
Tratamientos Microorganismos 30000mW 30000mW 45000 mW 45000mW 60000 mW 60000 (NMP/100 mL) 420 s 600 s 420 s 600 s 420 s mW 600 s | ||||||
ME | 5,9E+01 | 4,3E+02 | 0,0E+00 | 0,0E+00 | 1,6E+04 | 0,0E+00 |
Salmonella sp Promedio | 2,6E+01 | 2,2E+02 | 0,0E+00 | 0,0E+00 | 1,1E+01 | 0,0E+00 |
DE | 2,1E+01 | 2,1E+02 | 0,0E+00 | 0,0E+00 | 8,9E+00 | 0,0E+00 |
ME | 5,9E+01 | 4,3E+02 | 0,0E+00 | 0,0E+00 | 1,6E+04 | 0,0E+00 |
Shigella sp Promedio | 2,6E+01 | 1,7E+01 | 0,0E+00 | 0,0E+00 | 3,3E+01 | 0,0E+00 |
DE | 8,1E+00 | 2,4E+02 | 0,0E+00 | 0,0E+00 | 6,5E+00 | 0,0E+00 |
ME | 5,2E+01 | 4,7E+01 | 1,6E+04 | 1,6E+04 | 2,3E+01 | 1,6E+04 |
Vibrio cholerae Promedio | 3,7E+01 | 1,9E+01 | 1,1E+04 | 5,0E+01 | 1,3E+01 | 1,6E+04 |
DE | 1,2E+01 | 2,1E+00 | 9,2E+03 | 5,2E+01 | 7,5E+00 | 0,0E+00 |
Pseudomonas ME | 1,6E+04 | 1,6E+04 | 1,6E+03 | 9,0E+02 | 1,7E+02 | 5,4E+01 |
Promedio | 5,5E+02 | 2,7E+02 | 4,6E+01 | 1,4E+01 | 2,4E+01 | 2,1E+01 |
aeruginosa DE | 9,1E+02 | 2,1E+02 | 4,4E+01 | 2,5E+00 | 4,0E+00 | 1,2E+01 |
Fuente: .Elaboración propia (2017).
Para Shigella sp el tratamiento 5 presentó mejo- res resultados pasando de 1,6x104 a 33 NMP/100 mL reduciendo 3 unidades logarítmicas y presen- tando diferencias significativas en relación a los demás tratamientos. Mientras que el tratamiento 2 solo redujo 1 unidad logarítmica y el tratamiento 1 no redujeron alguna unidad logarítmica, al igual que para salmonella los tratamientos 3, 4 y 6 no pudie- ron ser evaluados
En el caso de Vibrio cholerae no se llegó a reducir alguna unidad logarítmica del microorganismo. Para Pseudomonas aeruginosa todos los tratamientos redujeron unidades logarítmicas, siendo el 1, 2 y 3 los que mejores resultados presentaron reduciendo 2 unidades, pasando de 1,6x104 a 5,5x102 NMP/100 mL, de 1,6x104 a 2,7x102 NMP/100 mL y de 1,6x103 a 4,6x101 NMP/100 mL respectivamente. Mientras que los demás tratamientos evaluados solo redujeron 1 unidad logarítmica. Comparando con un estudio realizado por Hassen et al. (2000) en un sistema piloto de UV mostraron que con una dosis de 108
mW-s/cm2 la reducción de Pseudomona aeruginosa siempre era inferior a 1,1 unidades logarítmicas. También Tondera et al.,(2015) presentaron una reducción para Pseudomonas aeruginosa de 2,3 unidades logarítmicas, en un reactor UV consistió en tres bancos con 12 lámparas UV, cada uno con una potencia de 150 W de salida UVC a 254 nm.
El agua residual municipal procedente de un tra- tamiento biológico combinado, presentó altas con- centraciones de microorganismos, lo cual ameritó la aplicación de un tratamiento de desinfección.
La mayor eficiencia en la remoción de microor- ganismos patógenos del agua residual municipal tratada se obtuvo en los tratamientos de desinfec- ción con cloro, siendo la dosis óptima y el tiempo de contacto de 40mg de cloro durante 30 minutos, en comparación con los tratamientos de desinfec- ción con radiación UV, donde se consiguió la ma- yor remoción de microorganismos en el tratamiento
5, con una intensidad y tiempo de exposición de 60000 mW-420s; sin embargo, los resultados no fueron significativos.
APHA, AWWA y WEF. (2012) Standard methods for the Examination of Water and Wastewater. 22th Edition. Washington DC. USA.
Cisneros B. y Tundisi J. (2012). Diagnóstico de agua en las américas. Mexico.
Hassen, Abdennaceur; Mahrouk, Meryem; Ouzari, Hadda; Cherif, Mohamed; Boudabous, Abdellatif; Damelincourt, Jean Jacques (2000). UV disinfection of treated wastewater in a large-scale pilot plant and inactivation of selected bacteria in a laboratory UV device.
Bioresource Technology. Volume 74, Issue 2, September, pp. 141-150.
Jiménez, B; Chávez, A; Maya, C; Jardines, L. (2001).Removal of microorganisms in different stages of wastewater treatment for Mexico City.Water Sci Technol. 43(10), pp. 155-62.
Ministerio de Medio Ambiente y Agua. (2013). Sistematización sobre tratamiento y reúso de aguas residuales. Bolivia.
Tondera K., Klaera K., Gebhardtb J., Wingenderc J., Kochd C., Horstkottc M., Strathmanne M., Jurzikf L., Hamzaf I., Pinnekampa J. (2015). Reducing pathogens in combined sewer overflows using ozonation or UV irradiation. Germany.