363n de aguas regeneradas - sala barcelona 2008.ppt) indicadores bacterianos en función de los...

Desinfección de aguas regeneradas

Lluís SalaConsorci de la Costa Brava

[email protected]

Reutilización del agua en la industria. Experiencias.

XXI Jornada de Aqua España / ACECMA

Barcelona, 15 de octubre de 2008

Desinfección de aguas regeneradas - Lluís Sala 2

Definición� Desinfección: “Conjunto de acciones dirigidas a eliminar los

gérmenes nocivos o microorganismos patógenos que un objeto o un ser pueden contener o que lo pueden acompañar”(traducción de la definición del Gran Diccionari de la LlenguaCatalana)

� Primeras reflexiones:

� No tiene porqué limitarse a un único proceso, puede lograrse mediante combinaciones de ellos

� Tiene como finalidad la protección de la salud pública


La desinfección de las aguas regeneradas

• Situación de partida desfavorable: la materia prima (agua residual depurada) contiene aún una elevada carga microbiana de origen fecal, con diversidad de tipos de microorganismos patógenos, principalmente bacterias, virus y protozoos.

• Es necesario mantener la protección de la salud públicaconseguida mediante el saneamiento (aislamiento de las aguas residuales) y evitar poner en contacto los microorganismos patógenos con la población.

Requisitos de la desinfección

� Eficacia: debe conseguir la inactivación suficiente de los microorganismos a eliminar

� Regularidad: debe hacerlo de forma consistente a lo largo del tiempo y ante situaciones cambiantes (caudales, calidades)

� Amplio espectro: debe ser capaz de atacar a distintos grupos de microorganismos



• Habitualmente, a través de la reducción en las concentraciones de microorganismos indicadores.

• Propiedades de los microorganismos indicadores:

– tener el mismo origen que el patógeno del cual tiene que ser indicador

– hallarse en una concentración mayor

– ser más resistente

– ser más fácil de cultivar

• Un determinado nivel de inactivación de las concentraciones de microorganismos indicadores asegura la inactivación de al menos un parecido orden de magnitud en las concentraciones de microorganismos patógenos

Evaluación de la eficacia de los procesos de desinfección


Microorganismos indicadores

Huevos de nemátodos parásitos

----

Ooquistes de Giardia, Cryptosporidium

Esporas de clostridios sulfito reductores

Enterovirus (hepatitis A, poliovirus, Coxsackie A,

Coxsackie B, etc.)

Bacteriófagos

(virus de bacterias)

Salmonella spp.

Shigella spp.

Vibrio cholera

Coliformes totales (California)

Coliformes fecales (Florida, Arizona, Texas, etc.)

Escherichia coli (España)

Patógenos a los que representa

Organismo indicador


Luz UV

• Emisión de luz en el rango de longitudes de onda ultravioleta que lesiona el ADN de las células, causando su inactivación.

• No supone adición de reactivos, por lo que tampoco tiene efecto residual – imposible predecir la concentración de microorganismos después de la exposición

• Ataca eficazmente a organismos esporulados o enquistados (p.e., esporas de clostridios sulfito-reductores, ooquistes de Cryptosporidium spp.)

• La dosis depende de:– Luz emitida– Caudal circulante– Transmitancia del agua a 254 nm– Ensuciamiento de las vainas de cuarzo– Etapa concreta en la vida útil de las lámparas

• Multitud de factores que pueden afectar al resultado –dispersión de los valores.

EDAR Torroella de Montgrí

EDAR Colera

EDAR Blanes


Desinfección aportada por la etapa de UV

Filtración en arena y desinfección mixta UV + hipoclorito


Desinfección aportada por la adición de cloro posterior al sistema UV

Filtración en arena y desinfección mixta UV + hipoclorito


EVOLUCIÓ DE LES CONCENTRACIONS D'ESCHERICHIA

COLI EN LES AIGÜES DE LES BASSES DEL GOLF D'ARO DURANT L'ANY 2007

1

10

100

1.000

10.000

100.000

1.000.000

10.000.000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Dies (des d'1/1/2007)

E. c

oli,

ufc

/100

mL

GdA 1 GdA 2

Límit RD 1620/2007 = 200 ufc /100

Agua regenerada de Castell-Platja d’Aro suministrada al Golf d’Aro: Efecto de las lagunas de almacenaje


Cloro

• Agente oxidante que lesiona las estructuras celulares de los microorganismos, causando su inactivación.

• Ataque poco eficaz a organismos esporuladoso enquistados.

• La detección del cloro residual permite la comprobación de la adecuada desinfección y mantiene la calidad microbiológica del agua.

• Relativa simplicidad operativa

• Facilidad de ajuste de dosis

EDAR Pals

EDAR Llançà


Desinfección con hipoclorito


Agua regenerada de Pals suministrada al Golf Les Serres: Efecto de las lagunas de almacenaje

EVOLUCIÓ DE LES CONCENTRACIONS D'ESCHERICHIA

COLI EN LES AIGÜES DE LES BASSES DEL GOLF SERRES DE PALS DURANT L'ANY 2007

1

10

100

1.000

10.000

100.000

1.000.000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Dies (des d'1/1/2007)

E. c

oli,

ufc

/100

mL

GSP1 GSP2

Límit RD 1620/2007 = 200 ufc /100


Ensayos sobre la evolución de los microorganismos

en sistemas de almacenaje al aire libre

� Proyecto: Avaluació de la capacitat de recreixement de diferentsindicadors bacterians en basses d’emmagatzematge d’aiguaregenerada provinent de l’EDAR de Castell- Platja d’Aro

� Realizado por: Dr. Carles Borrego, Marta Segura (UdG) y Sílvia

Quintana (Empresa Mixta d’Aigües de la Costa Brava, SA)

Fecha: Agosto de 2008

Grupo de Ecología Microbiana Molecular (Instituto de Ecología

Acuática), Universidad de Girona

� Consultable en pdf en http://www.ccbgi.org/recerca_aplicada.php




� Incubación de efluente secundario en sacos de diálisis sumergidos en las lagunas del Golf d’Aro, que almacenan agua regenerada – mismas

condiciones ambientales que la propia agua regenerada

� Ensayos en distintas épocas del año: julio 2007, septiembre 2007 y enero 2008

� Análisis de tres tipos de microorganismos: Escherichia coli, enterococos

fecales y esporas de clostridios sulfito-reductores. En enero 2008 se añaden

los coliformes totales. Resultados de bacteriófagos pendientes de

publicación (equipo Dr. Lucena, UB).

� Reducción de las concentraciones de todos los microorganismos. E.coli: 1

log cada 1,6 días en julio; 1 log cada 4,5 días en enero.

� Los datos no indican ningún tipo de recrecimiento en las lagunas de agua regenerada




1.0E+00

1.0E+01

1.0E+02

1.0E+03

1.0E+04

1.0E+05

1.0E+06

0 24 48 72 96

ufc

/100 m

l

Temps (hores)

Evolución de la concentración de supervivientes (en UFC/100mL) de los

diferentes indicadores bacterianos en función de los tiempos medidos

en la réplica 2 durante el experimento Nº1 (Julio 2007). E. coli

(círculos negros); Enterococos fecales (círculos azules); Clostridios

Sulfito Reductores (rombos rojos). Se muestra la recta de regresión

resultante del ajuste exponencial (Borrego et al., 2008)

1.0E+00

1.0E+01

1.0E+02

1.0E+03

1.0E+04

1.0E+05

1.0E+06

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240

ufc

/100m

l

Temps (hores)

Evolución de la concentración de supervivientes (en UFC/100mL ±

desviación típica) de los diferentes indicadores bacterianos en función

de los tiempos durante el experimento Nº3 (Enero 2008). Coliformes

totales (cuadrados amarillos); E. coli (círculos negros); Enterococos

fecales (círculos azules); Clostridios Sulfito Reductores (rombos

rojos). Se muestra la recta de regresión resultante del ajuste

exponencial (Borrego et al., 2008)


Filtración biológica por cultivos de cladóceros (Daphnia y similares)

• Actualmente en fase de investigación.

• Colaboración con la Vrije University of Amsterdam (Ruud

Kampf) mediante la instalación de sistemas experimentales en

la EDAR de Empuriabrava. Equipo de trabajo local formado

por personal de la Universitat de Girona, Empresa Mixta

d’Aigües de la Costa Brava SA y Consorci de la Costa Brava.

• Cladóceros: crustáceos branquiópodos cuya estrategia

alimentaria se basa en la filtración de las partículas en

suspensión en el agua, de manera a mayor densidad de

cladóceros mejor es la calidad del agua.

• Objetivo: optimizar los cultivos de cladóceros para conseguir

un efecto contínuo de tratamiento del agua. Experimentos

idénticos en marcha simultáneamente en Grou y Horstermeer

(Holanda) y Empuriabrava.

Elevada densidad de cladóceros en

una laguna de afino de la EDAR de

Empuriabrava

Foto al microscopio de un cladócero



• 4 líneas paralelas, para realización de experimentos

• Tiempo residencia: 1 día/tanque. 1 línea contiene 4 tanques de 1 m3 de capacidad. Total: 4 días/línea



20/7/2007 28/2/2008 19/8/2008

Empuriabrava mesocsms E_Coli_100, ufc/100 ml

Variables

effluent STP

daphnia ponds

SAC

mesocosm

190 290 390 490 590 690

day_2007

0

1

2

3

4

5

6


Resultados parciales

Verano 2007 – verano

2008: Datos de efluente

secundario, lagunas

afino, humedales

construidos y efluente del

4º mesocosmos de la

línea A (datos pendientes

de publicación, Kampf,

Sala & Colom, 2008)


Observaciones preliminares

• De los datos generados hasta el momento en la EDAR de Empuriabrava, es posible formular las siguientes observaciones:

– Imprescindible que el efluente de la EDAR no presente nitrógeno

amoniacal en concentraciones excesivas – buena nitrificación

– Mejora notable y relativamente sostenida de la calidad microbiológica del

agua, tanto en invierno como en verano

– Tratamiento potencialmente adecuado para la reutilización en usos ambientales

– Necesidad de desarrollo de criterios operacionales concretos y de

examinar su aplicabilidad a gran escala


Estudio sobre la combinación de agentes desinfectantes

• Equipo de trabajo:– Anna Costan, Departament de Microbiologia, Facultat de Biologia,

Universitat de Barcelona.– Estel Dalmau, Empresa Mixta d’Aigües de la Costa Brava, SA.– Joan Jofre, Departament de Microbiologia, Facultat de Biologia,

Universitat de Barcelona– Francisco Lucena, Departament de Microbiologia, Facultat de Biologia,

Universitat de Barcelona.– Miguel Montemayor, Departament de Microbiologia, Facultat de Biologia,

Universitat de Barcelona.– Jordi Muñoz, Empresa Mixta d’Aigües de la Costa Brava, SA.– Rafael Mujeriego, Secció d’Enginyeria Sanitària i Ambiental, ETS

d'Enginyers de Camins, Canals i Ports, Universitat Politècnica de Catalunya.

– Andrey Payán, Departament de Microbiologia, Facultat de Biologia, Universitat de Barcelona.

– Sílvia Quintana, Empresa Mixta d’Aigües de la Costa Brava, SA.– Lluís Sala, Consorci de la Costa Brava.– Montserrat Soler, Empresa Mixta d’Aigües de la Costa Brava, SA.

MARS Microbiologia d’aigües relacionada amb la salut


Antecedentes del estudio (I)

• Por qué la combinación de desinfectantes?

– Necesidad de regularidad en la calidad del agua regenerada (P90)

– Equipos de desinfección con luz ultravioleta existentes en el ámbito del CCB no ofrecían garantía de cumplimento del P90 porsí solos

– La adición de hipoclorito como agente desinfectante para el afinode la calidad permitía conseguir la regularidad requerida


Antecedentes del estudio (II)

• Por qué la combinación de desinfectantes?– Ventajas que ofrece la combinación de agentes desinfectantes

• El cumplimiento del P90 con únicamente sistemas de luz UV requiriría dosis elevadas(elevados costes de inversión y de explotación).

• Cloro utilizado sólo como afino.• Sistema alternativo de desinfección en caso de avería o mantenimiento del sistema UV.• No se conocen microorganismos resistentes a ambos sistemas aplicados

simultáneamente.• Según literatura científica, virus, y ooquistes de Cryptosporidium spp. y Giardia spp. son

relativamente resistentes al cloro, pero sensibles a la luz UV.• Redundancia de un elemento clave del tratamiento de regeneración con un incremento

poco significativo de los costes de inversión.• Conclusión: el sistema de luz UV permite reducir las dosis de cloro a aportar, y la

combinación de estos dos sistemas da una mejor consistencia y regularidad a la calidadmicrobiológica.

– A pesar de todo, desde un punto de vista estrictamente económico, allí donde el sistema UV trabaja en condiciones desfavorables (p.e., planta de regeneració de Castell-Platja d’Aro), quedan compensados estos beneficios teóricos por el incremento de costes?


Antecedentes del estudio (III)

• Realización del primer estudio en la planta de regeneración de Castell-Platja d’Aro (julio

2005)

• Condiciones ensayadas - época de producción de agua regenerada para ser

suministrada para usos de riego

– UV (dosis limitadas por la transmitancia a 254 nm y por el caudal)

– UV + cloro (íd + 5 ppm Cl2/l)

– Cloro (10 mg Cl2/l)

• Primeras evidencias

– Bacterias no esporuladas (coliformes fecales, enterococos fecales) inactivados preferentmentepor el cloro

– Infectividad de Cryptosporidium spp. inactivada totalmente por la luz UV

– Luz UV produce mayor inactivación sobre virus (indicadores y patógenos) que no el cloro en solitario

– Efecto de sumatorio de inactivaciones en alguns microorganismos (p.e., colifagos somáticos).


Antecedentes del estudio (IV)

• Blanes, año 2006: funcionamiento planta de regeneración desde 2002. Hasta

aquel momento, desinfección con hipoclorito y consecución de la ausencia de

Escherichia coli en una gran mayoría de muestras.

• Equip de luz UV de 4 módulos con 8 lámparas de media presión cada uno, a

punto para entrar en servicio.

• Equipo diseñado para transmitancia baja (aprox. 50%). Los valores reales del

efluente (70-75%) hacen que el equipo quede sobredimensionado.

• Puesta en servicio genera interrogantes:

– Cuántos módulos hay que poner en marcha?

– Se debe añadir cloro? Si es que sí, en qué dosis?

• Planteamiento de estudio específico al ACA, que decide financiarlo.

• Estudio realizado en 4 semanas del mes de mayo de 2006.


Tratamientos ensayados

6. Desinfección con 3 mg Cl2/l en forma de hipoclorito (0,6 mg mg Cl2/l residual total)

5. Combinación 2 módulos UV (16 lámparas, dosis UV aprox 80 mJ/cm2) + 1 mg Cl2/l en forma de hipoclorito

4. Combinación 1 módulo UV (8 lámparas, dosis UV aprox 40 mJ/cm2) + 2 mg Cl2/l en forma de hipoclorito

3. Combinación 1 módulo UV (8 lámparas, dosis UV aprox 40 mJ/cm2) + 1 mg Cl2/l en forma de hipoclorito

2. Desinfección 2 módulos UV (16 lámparas, dosis UV aprox 80 mJ/cm2)

1. Desinfección 1 módulo UV (8 lámparas, dosis UV aprox 40 mJ/cm2)

Tratamiento


Objetivos• Objetivo general: Determinar experimentalmente las dosis de agentes desinfectantes a

aplicar al agua producida por la planta de regeneración de Blanes para conseguir una

desinfección de amplio espectro frente a bacterias, virus y protozoos, minimizando los

costes de explotación del sistema de desinfección y del posterior seguimiento de su

calidad

• Objetivos específicos:

– Ensayar diferentes combinaciones de agentes desinfectantes y medir sus efectos sobre los diferentes grupos de microorganismos escogidos para la realización del experimento en condiciones controladas.

– Determinar las condiciones de trabajo óptimas del proceso de desinfección de la planta de regeneración de agua de Blanes, con el fin de asegurar el cumplimiento de los requisitos de calidad microbiológica del agua destinada a la recarga del acuífero del tramo inferior del río Tordera.

– Aportar información adicional a la ya existente sobre la acción combinada de dos agentes desinfectantes como son la luz ultravioleta y el hipoclorito.


Microorganismos seleccionados para el estudio

• Microorganismos indicadores:

– Bacterias:

• Escherichia coli

• Esporas de clostridios sulfito-reductores

– Bacteriófagos:

• Colifagos somáticos

• Microorganismos patógenos

– Protozoos

• Cryptosporidium spp., (ooquistes totales, viables e infectivos)

– Enterovirus

• Virus infecciosos sobre la linea celular BGM


Resultados (I)


Resultados (II)


Resultados (III)


Resultados (IV)


Resultados (V)


Capacidades de inactivación


Conclusiones del estudio

• Los tratamientos que combinan luz UV y cloro presentanuna mayor capacidad de desinfección que lostratamientos unitarios. Ello es debido a:

– Una mayor capacidad de inactivación de los diferentesmicroorganismos

– Inactivación de un mayor número de microorganismos(desinfección de amplio espectro)


Gracias por su atención!

Preguntas?

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