UNIVERSIDAD DEL TURABO Escuela de Ciencias y Tecnología

PROGRAMA GRADUADO EN CIENCIAS AMBIENTALES

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UNIVERSIDAD DEL TURABO

APLICACIÓN DE LAS ENMIENDAS DE LA LEY DE AGUA LIMPIA SEGURA A SISTEMAS DE LA AUTORIDAD ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS EN PUERTO RICO

Por Jorge L. Casado Cruz B. S., Química, Universidad Interamericana, Recinto Metropolitano

TESIS Escuela de Ciencias y Tecnología Universidad del Turabo Requisito Parcial para el grado de Maestría en Ciencias en Ciencias Ambientales (Especialidad en Manejo Ambiental)

Gurabo, Puerto Rico marzo, 2007

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UNIVERSIDAD DEL TURABO

Una tesis sometida como requisito parcial para el grado de Maestría en Ciencias

Aplicación de las Enmiendas de la Ley de Agua Limpia Segura (SWDA) a Sistemas de la Autoridad Acueductos y Alcantarillados, Región Este Jorge L. Casado Cruz

Aprobado:

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©Copyright, 2007 Jorge L. Casado Cruz. All Rights Reserved.

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1 Dedicatoria

A todo aquel que decide terminar todo aquello que comenzó algún día. A Dios por darme la fuerza y el entusiasmo para poder llevar a cabo este estudio y completar esta meta. A mi familia, la cual siempre me ha apoyado y en especial a mi esposa Dalmarie Mirabal Garay, pues Gracias a la seguridad que siempre ha puesto en mí, se ha convertido en la fuerza y soporte para alcanzar mis metas.

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2 Agradecimiento

Le doy Gracias a Dios por permitirme alcanzar este logro. Por darme el entendimiento y la salud para poder desarrollar este estudio. A todas las personas que me apoyaron en el transcurso de este trabajo y contribuyeron de una manera u otra a la culminación del mismo para que hoy sea una realidad. Gracias al Ing. Julio H. Correa Flores, Director de Cumplimiento de la Región Este de la Autoridad de Acueductos y Alcantarillados y Director de Tesis.

Sus

recomendaciones e ideas fueron útiles en el desarrollo de la investigación. Su profesionalismo y disposición, fortalecieron mis ideas y resultando en la preparación, el progreso y culminación de este trabajo. Gracias al Ing. Roberto Maldonado Negrón, Director de Cumplimiento Región Metro y Miembro del Comité de Tesis. Su paciencia, orientación, el apoyo incondicional y la confianza en mi fueron claves en el logro de mi meta. Gracias a la Dra. Teresa Lipsett Ruiz, profesora de la Universidad del Turabo y Profesor Supervisor, por su apoyo incondicional en los momentos difíciles e instrucción, consejos y sugerencias útiles que fueron claves en el desarrollo y logro de esta investigación. Gracias por creer en mi capacidad y estar dispuesta en cada momento que la necesité. Un agradecimiento muy especial al personal Area de Laboratorio de la Autoridad de Acueductos y Alcantarillado, los operadores de las plantas y de la misma forma al personal del Departamento de Salud de Puerto Rico del Programa de Agua Potable. Gracias por su ayuda y disponibilidad en la facilitación de la literatura solicitada. Su pronta diligencia y acceso contribuyeron en gran manera al logro de la investigación. ¡Que Dios les bendiga siempre!

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3 Tabla de Contenido página Lista de Tablas ...................................................................................................................vii Lista de Figuras .................................................................................................................. ix Lista de Apéndices ............................................................................................................. xi Abstract ..............................................................................................................................xii Extended Abstract .............................................................................................................xiii Resumen ........................................................................................................................... xv Capítulo Uno: Introducción .................................................................................................. 1 Trasfondo del Problema ........................................................................................... 1 Problema de Estudio ................................................................................................ 4 Justificación del Estudio ........................................................................................... 4 Preguntas de Investigación ...................................................................................... 5 Hipótesis .................................................................................................................. 6 Variables y Definición de Términos .......................................................................... 6 Capítulo Dos: Revisión de la Literatura.............................................................................. 10 Trasfondo Histórico ................................................................................................ 10 Marco Teórico ........................................................................................................ 19 Estudios de Casos ................................................................................................. 20 Marco Legal ........................................................................................................... 44 Capítulo Tres: Metodología................................................................................................ 51 Área de Estudio...................................................................................................... 51 Descripción de la Población o Muestra................................................................... 51 Periodo del Estudio ................................................................................................ 51 Fuente de Datos..................................................................................................... 52 Diseño Metodológico.............................................................................................. 52 v

4 Análisis de Datos ................................................................................................... 53 Capítulo Cuatro: Resultados y Discusión ........................................................................... 97 Capítulo Cinco: Conclusiones y Recomendaciones ......................................................... 140 Literatura Citada .............................................................................................................. 146 Apéndices........................................................................................................................ 154

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5 Lista de Tablas página Tabla 3.01.

Detalle de las metas ............................................................................. 55

Tabla 3.02.

Resumen de cumplimiento para Planta Filtros Río Blanco.................... 79

Tabla 3.03.

Resumen de cumplimiento para Planta Filtros Humacao ...................... 81

Tabla 4.01.

Datos operacionales 20 de abril de 2005, Planta Filtros de Río Blanco................................................................................................. 108

Tabla 4.02.

Medidas de TOC para el 20 de abril de 2005, Planta Filtros de Río Blanco................................................................................................. 109

Tabla 4.03.

Datos operacionales el 21 de abril de 2005, Planta Filtros de Río Blanco................................................................................................. 110

Tabla 4.04.

Medidas de TOC el 21 de abril de 2005, Planta Filtros de Río Blanco................................................................................................. 111

Tabla 4.05.

Data operacional el 22 de abril de 2005, Planta Filtros de Río Blanco................................................................................................. 112

Tabla 4.06.

Medidas de TOC el 22 de abril de 2005, Planta Filtros de Río Blanco................................................................................................. 113

Tabla 4.07.

Medidas obtenidas para calcular la composición de TOC Planta Filtros de Río Blanco........................................................................... 114

Tabla 4.08.

Por cientos de remoción Planta Filtros de Río Blanco......................... 115

Tabla 4.09.

Resultados de la prueba de jarra Planta Filtros de Río Blanco............ 116

Tabla 4.10.

Datos operacionales del 19 de mayo de 2005, Planta Filtros de Humacao ............................................................................................ 117

Tabla 4.11.

Medidas de TOC el 19 de mayo de 2005, Planta Filtros de Humacao ............................................................................................ 118

Tabla 4.12.

Datos operacionales el 20 de mayo de 2005, Planta Filtros de Humacao ............................................................................................ 119

Tabla 4.13.

Medidas de TOC el 20 de mayo de 2005, Planta Filtros de Humacao ............................................................................................ 120

Tabla 4.14.

Datos operacionales el 23 de mayo de 2005, Planta Filtros de Humacao ............................................................................................ 121

Tabla 4.15.

Medidas de TOC el 23 de mayo de 2005, Planta Filtros de vii

6 Humacao ............................................................................................ 122 Tabla 4.16.

Medidas obtenidas para calcular la composición de TOC Planta Filtros de Humacao............................................................................. 123

Tabla 4.17.

Por cientos de composición Planta Filtros de Humacao...................... 124

Tabla 4.18.

Resultados de TOC y por cientos de remoción Planta Filtros de Humacao ............................................................................................ 126

Tabla 4.19.

Niveles de Cryptosporidium parvum Agua Cruda Sistema Planta Filtros de Río Blanco, según el ICR para 1997 a 98............................ 134

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7 Lista de Figuras página Figura 3.01.

Por ciento de remoción de Cryptosporidium parvum en las medidas de turbidez en el agua filtrada............................................................... 57

Figura 3.02.

Esquemático Planta Filtros de Río Blanco ............................................ 58

Figura 3.03.

Planta Filtros de Río Blanco, Naguabo ................................................. 59

Figura 3.04.

Potencial Rendimiento Planta Filtros de Río Blanco ............................. 61

Figura 3.05.

Área de los Floculadores Planta Filtros de Río Blanco, Naguabo ......... 62

Figura 3.06.

Área de los Sedimentadores Planta Filtros de Río Blanco, Naguabo .... 63

Figura 3.07.

Área de filtración Planta Filtros de Río Blanco, Naguabo ...................... 64

Figura 3.08.

Tendencias de Rendimiento Planta Filtros de Río Blanco..................... 67

Figura 3.09.

Perfil de turbidez, filtro #1, Planta Filtros de Río Blanco........................ 69

Figura 3.10.

Planta Filtros de Humacao.................................................................... 71

Figura 3.11.

Esquemático Planta Filtros de Humacao .............................................. 72

Figura 3.12.

Potencial rendimiento Planta Filtros de Humacao................................. 74

Figura 3.13.

Area de Floculación Tren #1 y #2 Planta Filtros de Humacao............... 75

Figura 3.14.

Area de Sedimentación Tren #1 y #2 Planta Filtros de Humacao ......... 76

Figura 3.15.

Unidad de Filtración Tren #1 Planta Filtros de Humacao ...................... 77

Figura 3.16.

Unidad de Filtración Tren #2 Planta Filtros de Humacao ...................... 77

Figura 3.17.

Tendencia de rendimiento Planta Filtros de Humacao .......................... 80

Figura 3.18.

Perfil de Turbidez, filtro #4, Planta Filtros de Humacao......................... 82

Figura 4.01.

Por cientos de remoción el 20 de abril de 2005, Planta Filtros de Río Blanco................................................................................................. 108

Figura 4.02.

Por cientos de remoción el 21 de abril de 2005, Planta Filtros de Río Blanco................................................................................................. 110

Figura 4.03.

Por cientos de remoción el 22 de abril de 2005, Planta Filtros de Río Blanco................................................................................................. 112

Figura 4.04.

La variabilidad de TOC en los distintos días, Planta Filtros de ix

8 Río Blanco .......................................................................................... 115 Figura 4.05.

Por cientos de remoción obtenidos el 19 de mayo de 2005, Planta Filtros de Humacao............................................................................. 118

Figura 4.06.

Por cientos de remoción obtenidos el 20 de mayo de 2005, Planta Filtros de Humacao............................................................................. 120

Figura 4.07.

Por cientos de remoción obtenidos el 23 de mayo de 2005, Planta Filtros de Humacao............................................................................. 122

Figura 4.08.

La variabilidad de TOC en las distintas etapas Planta Filtros de Humacao............................................................................. 125

Figura 4.09.

Resultados de la prueba de jarras Planta Filtros de Humacao............ 127

Figura 4.10.

Comparación de resultados obtenidos en la prueba de jarra .............. 127

Figura 4.11.

Cumplimiento con el promedio anual rotatorio para THM.................... 128

Figura 4.12.

Cumplimiento con el promedio anual rotatorio para HAA5 .................. 129

Figura 4.13.

Cumplimiento con la remoción e inactivación de log. Giardia lambia cysts en Planta Filtros de Río Blanco.................................................. 131

Figura 4.14.

Cumplimiento con la remoción e inactivación de log. virus en Planta Filtros de Río Blanco........................................................................... 131

Figura 4.15.

Cumplimiento con la remoción e inactivación de log. Giardia lambia cysts en Planta Filtros de Humacao.................................................... 132

Figura 4.16.

Cumplimiento de remoción e inactivación de log. virus en Planta Filtros de Humacao............................................................................. 133

Figura 4.17.

Sistema Distribución Río Blanco ......................................................... 137

Figura 4.18.

Sistema Distribución Río Blanco (Vieques) ......................................... 138

Figura 4.19.

Sistema Distribución Río Blanco (Culebra) ......................................... 138

x8

9 Lista de Apéndices página Apendice Uno.

Clasificación de Bin....................................................................... 154

Apendice Dos.

Caja de Herramienta Microbiológica, Opciones, Créditos y Criterios ........................................................................................ 155

Apendice Tres.

Caja de Herramienta Microbiológica, Opciones, Créditos y Criterios (continuación) ................................................................. 156

Apendice Cuatro.

Form 6: Standard Monitoring Plan................................................. 157

Apendice Cinco.

Lista de Símbolos.......................................................................... 163

Apendice Seis.

Carta Solicitud Autorización para revisión de data de AAA ........... 167

Apendice Siete.

Carta Autorización para revisión de data de AAA.......................... 168

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10 Abstract

Jorge L. Casado Cruz (M.S., Environmental Science) Applications of Amendments to the Clean Water Act in the Aqueduct and Sewer Authority Systems in Puerto Rico.

(March/2007)

Abstract of a Master’s Degree at the Universidad del Turabo. Thesis supervised by Julio H. Correa Flores, PE, MEM. and Teresa Lipsett Ruiz, Ph.D. No. of pages in text 144

Many water distribution systems that do not provide treatment according to the established regulations serve unsafe water.

This research evaluates how, with

experimental data and the implementation of the necessary changes, such systems can be brought into compliance with the amendments to the Safe Water Drinking Act (SWDA). I conducted a Comprehensive Performance Evaluation (CPE) to identify the combination of factors that could limit the performance of a water treatment plant. The daily data was compiled from process control and quality of water data. I evaluated the results by means of the application of the requirements stipulated in each of the Potable Water Regulations based on the Control of Microbiological Polluting Agents and Disinfection’s By-products Rule.

I conclude that the systems

studied fulfill the basic requirements of the SWDA and part of the new amendments, assuring sound risk control in the protection of the public.

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11 Extended Abstract

Jorge L. Casado Cruz (M.S., Environmental Science Applications of Amendments to the Clean Water Act in the Aqueduct and Sewer Authority Systems in Puerto Rico.

(March/2007)

Abstract for a Master’s Degree at the Universidad del Turabo. Thesis supervised by Julio H. Correa Flores, PE, MEM, and Teresa Lipsett Ruiz, Ph.D. No. of pages in text 144

Water is a vital resource in diverse areas of our development like domestic, industrial, agricultural, cattle, sport, municipal, medicinal and others uses.

Society’s

dependence in water is a reason why its availability is very important. Nevertheless, the availability and quality of this resource is a factor that alters the health of the populations in the whole world.

Many of the water distribution systems that do not provide a

treatment according to the established regulations to assure a good quality, nor an appropriate maintenance, serve unsafe water to the receiving population. This can be the cause of several diseases. The purpose of this investigation is to demonstrate the works that have been made in each of the systems under study, related to improvements in process control, infrastructure, equipment replacement, etc. The goal is to be able to evaluate how with experimental data and the implementation of the necessary changes such systems can arrive at compliance with the amendments to the Safe Drinking Water Act (SWDA), which in turn would result in the protection of the health of the people who use the water in these systems. I conducted a Comprehensive Performance Evaluation (CPE) in each of the systems, to identify a combination of factors in the design, operation, maintenance and xiii

12 administration areas that could limit the performance of the treatment plant. The daily data was compiled from the process control by the operator of the plant to determine the contact time, optimal points for disinfectants and coagulants application. We used the data related to the quality of water for each one of the evaluations made provided by the Puerto Rico Aqueduct and Sewer Authority (PRASA) Laboratory. In addition, data of different State and Federal Agencies was used. I evaluated the results by means of the application of the requirements stipulated in each of the Potable Water Regulations based on the Control of Microbiological Polluting Agents and Disinfection’s By-products Rule. I conclude that the systems under study (Rio Blanco Water Treatment Plant and Humacao Water Treatment Plant), fulfill the requirements of the SWDA and part of the amendments that are due recently, assuring a sound risk control in the protection of the public health by the water they served.

xiv 12

13 Resumen

Jorge L Casado Cruz (M.S., Ciencias Ambientales) Aplicación de las Enmiendas de la Ley de Agua Limpia Segura a Sistemas de la Autoridad Acueductos y Alcantarillados en Puerto Rico.

(Marzo/2007)

Resumen de una tesis de Maestría de la Universidad del Turabo. Tesis supervisada por Julio H. Correa Flores, PE, MEM, y Teresa Lipsett Ruiz, Ph.D. No. de páginas en el texto 144

El agua es vital en diversas áreas de nuestro desarrollo en el uso doméstico, industrial, agrícola, ganadero, deportivo, municipal y medicinal, entre otros. Por lo que es muy importante su disponibilidad.

Sin embargo, tanto la disponibilidad de este

recurso como la calidad del mismo es un factor que altera la salud de las poblaciones. Muchos de los sistemas de distribución de agua, que no cuentan con un tratamiento conforme a las regulaciones establecidas para asegurar una buena calidad del recurso, ni un mantenimiento apropiado, sirven un agua no segura a la población receptora que puede resultar en la causa de diferentes enfermedades. Lleve a cabo esta investigación con el propósito de demostrar los trabajos que se han realizado en cada uno de los sistemas, en cuanto al control de proceso, mejoras en la infraestructura, equipos, etc., para poder evaluar con dato experimental e implantación de los cambios necesarios, para llegar al cumplimiento con las enmiendas a la Ley de Agua Potable Segura (SWDA, por sus siglas en ingles) que redundarían en la protección de la salud a las personas que utilizan agua de estos sistemas Realicé una Evaluación Comprensiva de Rendimiento en cada uno de los sistemas, para identificar una combinación de factores en las áreas de diseño, operación, mantenimiento y administración que pudieran limitar el rendimiento de la xv

14 planta de tratamiento. Se tomaron los datos diarios del control de proceso, recopilados por el operador de la planta, para determinar los tiempos de contactos, puntos óptimos de aplicación de desinfectantes, coagulantes, entre otros. Se utilizaron los datos del laboratorio de la Autoridad de Acueductos y Alcantarillados (AAA), relacionados a la calidad de agua para cada una de las evaluaciones a realizarse. Además, se utilizaron datos de las diferentes Agencias Estatales y Federales. Evalué los resultados mediante la aplicación de los requerimientos estipulados en cada una de las reglamentaciones de Agua Potable basadas en el Control de Contaminantes Microbiológicos y Subproductos de Desinfección. Pude concluir que los sistemas bajo estudios (Planta Filtros Río Blanco y Planta Filtros Humacao), cumplen con los requisitos del SWDA y parte de las enmiendas que entraron en vigencia, recientemente asegurado el control de riesgos en la protección a la salud publica en el agua servida a través de estos, durante el tiempo de la investigación.

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1 Capítulo Uno Introducción

Trasfondo del Problema El agua es vital en diversas áreas de nuestro desarrollo en el uso doméstico, industrial, agrícola, ganadero, deportivo, municipal y medicinal, entre otros. Por lo que es muy importante la disponibilidad del agua. Sin embargo, tanto la disponibilidad de este recurso como la calidad del mismo es un factor que altera la salud de las poblaciones.

El agua, de estar contaminada, es un vehículo de riesgo a la salud

pública, por lo tanto, la calidad del agua es un aspecto que nos concierne a todos debido a que es un recurso el cual no puede ser sustituido. Tanto en Puerto Rico (PR) como en otras partes del mundo se esta padeciendo de una serie de problemas relacionados al agua. Los problemas vinculados a este recurso están dirigidos ya sea de una manera directa o indirecta a la disponibilidad, la distribución y la calidad de la misma. Los abastos de agua pueden verse afectados por la contaminación, a través de guerras, terrorismo y armas de destrucción masiva, además, de un mal manejo del recurso y la falta de infraestructura o la combinación de ambos (Bartram et al., 2005). Muchos de los sistemas de distribución de agua, que no cuentan con un tratamiento conforme a las regulaciones establecidas para asegurar una buena calidad del recurso, ni un mantenimiento apropiado, sirven un agua no segura a la población receptora que puede resultar en la causa de diferentes enfermedades. La mitad de las personas en el mundo desarrollado padecen de una o más de las enfermedades o infecciones principales asociadas a la distribución y/o sanitización inadecuada del agua (Bartram et al., 2005). La calidad del agua potable es un aspecto de preocupación mundial (Loving et al., 1998).

2 Enmiendas a la ley de agua limpia Las enmiendas a la Ley de Agua Potable Segura (SWDA, por sus siglas en ingles) le requiere a la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en ingles) desarrollar reglamentaciones para mantener un balance entre la exposición a agentes patógenos y los riesgos a la salud asociados, a los subproductos de la desinfección, los cuales se forman al desinfectar el agua con químicos como el cloro o el ozono. Para el 1996, fue desarrollada la Regla Interina Mejorada de Tratamiento de Agua Superficial (IESWTR, por sus siglas en ingles) para mantener en balance los riesgos y los beneficios.

La regla de IESWTR y la Etapa I Desinfectantes y Subproductos de

Desinfección (D/DBPR, por sus siglas en inglés), son el primer grupo de reglas cuyo propósito es reducir los patógenos en el agua tratada y a la vez minimizar la formación de los subproductos derivados de la desinfección (EPA, 1998; EPA, 2005a). El establecimiento de estas regulaciones en el agua potable son promovidas en una variedad de métodos, procesos para la prevención y el tratamiento de remoción o la inactivación de los contaminantes microbiológicos para minimizar los riegos a la salud. Actualmente, en todos de los sistemas de PR se trabaja para llevar al cumplimiento las plantas de tratamiento con cada una de estas regulaciones. Se han identificado para los Sistemas de Aguas Públicos (PWS, por sus siglas en ingles), combinaciones de procesos de tratamientos, apropiados para cumplir con las últimas enmiendas a la SWDA como la Etapa 2 de la Regla Mejorada de Tratamiento de Agua Superficial (LT2ESWTR, por sus siglas en ingles) y la Etapa 2 de Desinfectantes y Subproductos de Desinfección (D/DBPR Etapa 2, por sus siglas en ingles).

La LT2ESWTR está

dirigida a mejorar el control de los contaminantes microbiológicos, específicamente el parásito protozoa de Cryptosporidium parvum.

2

3 Características de Cryptosporidium Parvum El Cryptosporidium parvum es un parásito que se encuentra comúnmente en lagos y ríos, especialmente cuando el agua está contaminada con aguas residuales y desechos de animales. Este es muy resistente a la desinfección e incluso un sistema de tratamiento de aguas bien operado no puede asegurar que el agua potable esté libre completamente de Cryptosporidium parvum (EPA, 2003b). Las plantas de agua potable no fueron diseñadas específicamente para matar o asegurar la remoción de Cryptosporidium parvum. Muchos sistemas grandes, que dependen de agua superficial como ríos, lagos, etc., y que extienden su servicio a más de 10,000 personas, deberán cumplir con los nuevos estándares de la EPA, los cuales imponen mejor control de los contaminantes microbiológicos, incluyendo el Cryptosporidium parvum.

La EPA

continúa realizando investigaciones sobre contaminantes microbiológicos que se utilizarán para determinar las prioridades del programa de agua potable, incluyendo el establecer estándares futuros y reevaluar los existentes (EPA, 1998; EPA, 2005a). A diferencia de las regulaciones anteriores la LT2ESWTR está basada en la vulnerabilidad de la contaminación por la aparición de Cryptosporidium parvum y cada decisión será tomada en cada sistema en específico. El sistema tendrá que proveer tratamiento adicional, el cual será seleccionado de una caja de herramientas de opciones que consisten en técnicas de tratamiento, procesos de optimización y técnicas de manejo para llegar a cumplir con estos requerimientos. La Etapa 2 D/DBP, aplica a todos los sistemas de agua comunitarios y no comunitarios tanto para aguas superficiales y subterráneas que utilizan otro desinfectante diferente a la Luz Ultravioleta. Esta fue diseñada para reducir los subproductos de la desinfección en el sistema de distribución con cambios en los requerimientos de muestreo y el procedimiento para el cumplimiento. El cumplimiento con el monitoreo estará precedido por una Evaluación Inicial del Sistema de Distribución

4 (IDSE, por sus siglas en ingles) para identificar lugares que representan altos niveles de Trialométanos (THM) y Acidos Haloacéticos (HAA5). La IDSE consiste en un Programa de Monitoreo Estándar (SMP, por sus siglas en ingles) para un Estudio Específico de un Sistema (SSS, por sus siglas en ingles) (EPA, 2003b). Problema de Estudio En muchos casos cuando el agua que no cumple con los requisitos o estándares establecidos para la clasificación de agua potable estipulados por las leyes federales y estatales, es posible poner en riesgo la salud pública. El propósito de esta investigación es demostrar con dato experimental e implantación de los cambios necesarios en los sistemas bajo estudio, para llegar al cumplimiento con las enmiendas a la SWDA, como la Etapa 2 D/DBPR y la LT2ESWTR. También se va a describir lo que se ha implantado desde 1996, en la IESWTR y la D/DBPR, las cuales son aplicables a los sistemas que utilicen agua superficial como fuente, (Subparte H) en el Area de Humacao que comprende una de las cuatro áreas de la Región Este de la Autoridad de Acueductos y Alcantarillados (AAA).

La investigación estará basada en los trabajos que se han

realizado en cada uno de los sistemas, en cuanto al control de proceso, mejoras en la infraestructura, equipos, etc., para poder evaluar y demostrar como estos sistemas han llegado al cumplimiento y la etapa en que se encuentran los que no han llegado aún, así como los estudios realizados para cumplir con las enmiendas próximas a implantar como la Etapa 2 D/DBPR y LT2ESWTR, que están en proceso. Justificación del Estudio Este estudio es de mucha importancia debido a que uno de los mayores avances para potabilizar el agua ha sido la desinfección, por otra parte estos desinfectantes pueden reaccionar con la materia orgánica presente en el agua, formando los subproductos de la desinfección que representan riesgos a la salud. Trabajando en la aplicación de todas las enmiendas a la SWDA de 1996 hasta el

4

5 presente y la aplicación de éstas, a los sistemas que utilizan agua superficial como fuente de abasto en el Área de Humacao de la AAA, se puede identificar cuáles sistemas estarán en cumplimiento y de no cumplir, que alternativas se podrían utilizar. La aplicación de estas enmiendas a la reglamentación redundaría en la protección de la salud a las personas que utilizan agua de estos sistemas, reduciría los niveles de TTHM y la exposición a otros subproductos de la desinfección por el uso de cloro, y se logra la remoción e inactivación de microorganismos patógenos presentes en el agua. Se logrará además, mejorar la salud pública aumentando el nivel de protección a la exposición de Cryptosporidium parvum y otros patógenos, por medio de mejoras en la filtración y reduciendo la posibilidad de la ocurrencia de brotes. El estudio se realizará en las Plantas de Filtros Río Blanco y Humacao pertenecientes al Área de Humacao de la Región Este de la AAA. Los resultados de la investigación redundaran en el cumplimiento con todo lo que dispone la SWDA y sus enmiendas. Donde se presentaran diferentes reportes y proyecciones a la AAA sobre los hallazgos encontrados, para tomar las acciones pertinentes.

Se someterán

recomendaciones para la implantación de mejoras a los sistemas bajo estudio. Preguntas de Investigación 1. ¿Qué sistemas están actualmente en cumplimiento? 2. ¿En qué sistemas se logrará cumplimiento con las nuevas reglamentaciones tanto para la LT2ESWTR como la Etapa 2 DBPR? 3. ¿Cuáles sistemas van a requerir la implantación de otras alternativas? 4. ¿Cuán variable es la alcalinidad, Carbono Orgánico Total (TOC), pH y la calidad de la fuente en los diferentes sistemas a estudiarse que afecte el tipo de tratamiento a usarse? 5. ¿Qué variables se encontrarán durante la toma de muestras que puedan afectar los resultados?

6 6. ¿Qué mejoras habría que realizar en la planta para lograr el cumplimiento, costo de las mismas y tiempo de implementación? 7. ¿Cuan viables son estas reglamentaciones, a ser aplicadas para nuestro tipo de clima tropical a diferencia del clima en los Estados Unidos (EE.UU.)? 8. ¿Será capaz la AAA a la luz de los hallazgos, de cumplir con los itinerarios establecidos? Hipótesis Con esta investigación se pretende comprobar que, con la aplicación de la SWDA y sus nuevas enmiendas en los sistemas bajo estudio se asegura el control de riesgo en la protección a la salud pública. Donde por el contrario la hipótesis se vera anulada, si los sistemas no cumplen con los requerimientos de la SWDA y sus nuevas enmiendas. Variables y Definición de Términos Dependientes Dosis de Desinfectante. Cantidad de desinfectante, Ej., cloro necesario para control de bacteria, virus, etc. Dependiendo de la dosis del desinfectante, será el rango de desinfección, pero afecta la formación de los subproductos. Tipos de coagulantes.

Químicos que se utilizan en el agua objeto del

tratamiento, empleando medios de agitación rápida. Tras la neutralización de las partículas coloidales, es decir una vez se obtiene la desestabilización coloidal, las partículas formadas están en disposición de aglomerarse. Esta aglomeración de las partículas descargadas, ayudadas por una agitación lenta, es el objetivo de la floculación. La floculación esta relacionada con los fenómenos de transporte de las partículas dentro del líquido, que son los que ocasionan el contacto de las partículas coaguladas.

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7 Cloro/Clorinación.

Cloración es el procedimiento para desinfectar el agua

utilizando el cloro o alguno de sus derivados. En las plantas de tratamiento de agua de gran capacidad, el cloro se aplica después de la filtración. Flujo. La razón del caudal de un recurso, expresado en volumen por unidad de tiempo. Capacidad nominal de la planta. El diseño estructural de la planta de filtración, para la cantidad de agua a tratarse. Tiempo de contacto.

Tiempo de reacción de aplicación de químicos al

tratamiento. Un aumento en el tiempo de contacto, disminuye la dosis requerida. La longitud de tiempo que una sustancia está en contacto con un líquido, antes de ser eliminada por filtración o por la presencia de un cambio químico. Tiempo de detención. Tiempo actual que una pequeña cantidad de agua está en una base de deposición o base de floculación. En tanque de almacenamiento, esto significa la longitud de tiempo que el agua debe ser almacenada. Independientes Concentración de TOC.

Medidas del contenido en carbono de la materia

orgánica tanto disuelta como no disuelta. Mide la cantidad de material orgánico en el agua el cual reacciona con el desinfectante y producen los subproductos de la desinfección. Concentración de Alcalinidad. La alcalinidad significa la capacidad del agua de neutralizar. Evitar que los niveles de pH del agua lleguen a ser demasiado básico o ácido. La alcalinidad estabiliza el agua en los niveles del pH alrededor de 7. En la química del agua la alcalinidad se expresa en PPM o el mg/l de carbonato equivalente del calcio. La alcalinidad total del agua es la suma de las tres clases de alcalinidad; alcalinidad del carbonato, del bicarbonato y del hidróxido.

8 pH. El pH es un indicador de la acidez o basicidad de una sustancia. Está determinado por el número de iones libres de hidrogeno (H+) en una sustancia. La acidez es una de las propiedades más importantes del agua. El agua disuelve casi todos los iones. El pH sirve como un indicador que compara algunos de los iones más solubles en agua. El resultado de una medición de pH viene determinado por una consideración entre el número de protones (iones H+) y el número de iones hidroxilo (OH-). Cuando el número de protones iguala al número de iones hidroxilo, el agua es neutra. Tendrá entonces un pH alrededor de 7. El pH del agua puede variar entre 0 y 14. Entre mayor el pH, mayor es su alcalinidad. El pH del agua potable natural debe estar entre 6.5 y 8.5. Las fuentes de agua dulce con un pH inferior a 5.0 o mayor a 9.5 no soportan vida vegetal ni especies animales. Turbidez. La turbidez es la expresión de la propiedad óptica de la muestra que causa que los rayos de luz sean dispersados y absorbidos en lugar de ser transmitidos en línea recta a través de la muestra. La turbidez es una medida del grado en el cual el agua pierde su transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión. Cuantos más sólidos en suspensión haya en el agua, más sucia parecerá ésta y más alta será la turbidez. La turbidez es considerada una buena medida de la calidad del agua. Oxígeno Disuelto. El Oxígeno Disuelto (OD) es la cantidad de oxígeno que está disuelta en el agua.

El nivel de oxígeno disuelto puede ser un indicador de cuán

contaminada está el agua y cuán bien puede dar soporte esta agua a la vida vegetal y animal. Generalmente, un nivel más alto de oxígeno disuelto indica agua de mejor calidad. Si los niveles de oxígeno disuelto son demasiado bajos, algunos peces y otros organismos no pueden sobrevivir.

8

9 Temperatura. Es importante conocer la temperatura del agua en el sitio de la prueba porque puede ayudar a predecir y/o confirmar otras condiciones del agua. La temperatura del agua tiene influencia directa en otros factores de la calidad del agua tales como el Oxígeno Disuelto, la demanda biológica de oxígeno (BOD, por sus siglas en inglés) y la supervivencia de algunas especies acuáticas. Características de la fuente. Cantidad de contaminantes que posee las aguas crudas de cada planta.

10 Capitulo Dos Revisión de la Literatura

Trasfondo Histórico La calidad del agua ha sido un punto de discusión constante.

A diferentes

niveles de frecuencia y severidad, tanto países desarrollados como no desarrollados están siendo afectados por brotes y casos individuales de enfermedades transmitidas por el recurso agua (Escartan et al., 2002). Aun cuando contamos con la tecnología para disminuir los contaminantes transportados a través del agua, las estadísticas que han sido recopiladas de brotes y casos individuales de enfermedades transmitidas por el agua aun continúan reportándose.

Por lo que podemos decir que el agua

contaminada es un vehículo de riesgo. Desde el 1971, el Centro de Control de Enfermedades (CDC, por sus siglas en ingles) junto con la EPA y el Consejo de Epidemiólogos de Estado y Territorio (CSTE, por sus siglas en ingles) han mantenido un sistema de vigilancia colaborativo para las ocurrencias y causas de brotes de enfermedades asociadas al agua (Lee et al., 2002). Un brote se define cuando dos ó más casos son reportados con una exposición epidemiológica común (Rangel et al., 2005). Enfermedades transmitidas por el agua en EE.UU. El brote más dramático relacionado a enfermedades asociadas al agua en la historia de los EE.UU. ocurrió en el estado de Milwaukee, Winsconsin en 1993. Altos niveles de Cryptosporidium parvum sobrepasaron las barreras de desinfección de los procesos de tratamientos de agua ocasionando la colonización de las aguas de distribución.

Un total de 400,000 personas desarrollaron la seria infección

gastrointestinal denominada cryptosporidiosis de las cuales 4,000 de éstas fueron hospitalizadas y aproximadamente 50 personas resultaron muertas (Dreher, 1998).

10

11 Otro brote similar con Cryptosporidium parvum asociado al agua ocurrió en Oregon en 1992 donde se reportaron 3,000 casos (Gillyatt, 1993). Entre los años 1999 al 2000, en EE.UU. se reportaron un total de 39 brotes asociados a agua consumida, a través de la vía oral por 25 estados, afectando una cantidad estimada de 2,068 personas. De estos 39 brotes, 36 envolvieron casos de gastroenteritis, 22 fueron provenientes de sistemas tratados; los cuales normalmente se espera estén clorados o desinfectados para prevenir la transmisión de agentes infecciosos y 20 de ellos fueron asociados a patógenos en el agua. De los 20 brotes con etiología infecciosa conocida, siete fueron causados por parásitos; equivalente a un 35 %, nueve por bacterias (45 %) y cuatro por viruses (20 %). Un brote multiestado fue parte de estos episodios incluyendo 10 estados cuyo foco de infección fue el agua potable. Entre los patógenos identificados en los diferentes brotes se incluye: Giardia lambia intestinalis y Cryptosporidium parvum entre los parásitos, Campylobacter jenuni, Salmonella typhimurium, Salmonela bareilly y Escherichia coli O157:H7 entre las bacterias y como agente viral el “Norwalk-like virus” (Lee et al., 2002). Enfermedades transmitidas por el agua en PR. En PR se han reportado varios brotes de enfermedades transmitidas a través del agua proveniente de sistemas de suministro de agua tratados.

En dichos brotes

estuvieron involucradas un total de 5,179 personas. Los brotes fueron identificados entre los años 1976 y 1991 para un promedio de 345 casos por año durante este intervalo de tiempo. El 72 % de estos brotes se relacionaron a gastroenteritis, un 22 % a hepatitis y un 0.05 % a meningitis aséptica. El 76 % de los brotes de gastroenteritis incluyeron etiología infecciosa de coliformes, el resto se les atribuye a otros agentes bacterianos y virales. El último brote de gastroenteritis reportado tuvo origen en el pueblo de Las Piedras en 1991, el mismo fue un brote causado por coliformes totales y fecales en el agua potable que afectó un total de 1,200 personas (Departamento de

12 Salud de Puerto Rico, 1999). Aunque no se han reportado brotes adicionales en PR luego de esta fecha, entre los años 1993-2003 un promedio de 77,837 casos anuales de gastroenteritis han sido reportados al Departamento de Salud en Puerto Rico (DOH, por sus siglas en ingles) (DOH, 2004a). La introducción del cloro como desinfectante. En 1846, el doctor Ignaz Semmelweis introdujo uno de los primeros usos del cloro como desinfectante. Mientras trabajaba en un hospital de Viena, determinó que la fiebre de los niños y otras infecciones eran transmitidas a los pacientes por los doctores que no se lavaban las manos después de cada examen. Instituyó un procedimiento de desinfección que requería que los médicos se lavasen con jabón y agua de cloro. Uno de los primeros usos conocidos del cloro para la desinfección del agua se dio en 1854, cuando el Dr. John Snow intentó desinfectar el abastecimiento de agua de bombas de la calle Broad en Londres después de un brote de cólera. Posteriormente se dio un brote de tifoidea, para el cual, Sims Woodhead usó hipoclorito, como una medida temporal para esterilizar las tuberías de distribución de agua potable en Maidstone, Kent (Inglaterra). La cloración continua del agua empezó en los primeros años de este siglo en Gran Bretaña, donde su aplicación redujo repentinamente las muertes por tifoidea. Poco después de este notable éxito, la cloración en los EE.UU. empezó en la ciudad de Nueva Jersey en 1908. Pronto, la adopción por parte de otras ciudades y pueblos en los EE.UU. continuó y dio lugar a la eliminación virtual de las enfermedades transmitidas por agua, tales como el cólera, tifoidea, disentería y hepatitis A (White, 1986). La cloración ha desempeñado una función crítica al proteger los abastecimientos de agua potable de las enfermedades infecciosas transmitidas por agua durante casi un siglo. Se ha reconocido ampliamente a la cloración del agua potable como uno de los adelantos más significativos en la protección de la salud pública.

La filtración y

cloración prácticamente han eliminado las enfermedades transmitidas por agua, como el

12

13 cólera, tifoidea, disentería y hepatitis A en países desarrollados. En los EE.UU., más de 98% de los sistemas de abastecimiento que desinfectan el agua potable usan cloro debido a su potencia germicida, economía y eficiencia. El beneficio principal del agua potable clorada es la protección de la salud pública, a través del control de las enfermedades transmitidas por esta.

Desempeña una función primordial ya que

controla los agentes patógenos que causan las enfermedades. La desinfección de agua debe ser una herramienta esencial para la protección de la salud pública mundial. Según destaca la Academia Estadounidense de Microbiología: "El requisito más importante que se debe recalcar es que no se debe comprometer la desinfección de un abastecimiento público de agua" (Ford and Colwell, 1996). Un ejemplo reciente de la continua amenaza a la salud pública debido a los brotes de enfermedades transmitidas por agua se dio en el Perú en 1991, donde un factor causal principal era la ausencia o insuficiencia de desinfección del agua potable. El resultado de esto fue el primer brote de cólera en Latinoamérica que ocasionó más de 1 millón de casos y 13,000 muertes. Este fracaso se basó en parte por la inquietud suscitada a raíz de los informes de los EE.UU., respecto a la presencia y riesgos potenciales de los subproductos de desinfección. El resultado fue la aparición de una epidemia persistente del cólera. La epidemia se propagó a 19 países latinoamericanos y sólo se redujo parcialmente a través de las intervenciones de salud pública, apoyadas por el asesoramiento y asistencia técnica de la OPS (Craun, 1996). THM en agua potable. En el 1972, se descubre los trihalométanos en el agua potable, adoptando e indicando la percepción de que muchos sistemas de agua potable que suplían agua están contaminados y que los sistemas de la nación tenían un riesgo a futura contaminación (Guerra de Mavedo, C. 1993). Al tiempo que se identificaban como un carcinógeno potencial, este fue uno de los factores más importantes que dan paso para

14 establecer en 1974, el SDWA. Desde entonces las agencias reguladoras han tenido cambios en el desarrollo al declarar riesgos a la salud. Durante casi 25 años, la política de reglamentación de agua potable en los Estados Unidos se centró principalmente en mitigar los riesgos potenciales para la salud, asociados con contaminantes químicos en abastecimientos de agua potable. Este énfasis en contaminantes químicos lo causó una falsa creencia de que las amenazas microbiológicas se encontraban en gran parte bajo control. En 1974, los científicos de la EPA determinaron que el cloro reacciona con ciertos materiales orgánicos durante la desinfección de agua para crear THM, incluyendo en particular el cloroformo, y con cantidades menores de otros THM. Los estudios toxicológicos emprendidos en cloroformo indicaron que era carcinogénico para animales de laboratorio, aunque en niveles mucho mayores que los encontrados en agua potable.

Los temores de que los THM podrían ser un carcinógeno humano

potencial, llevaron a la EPA a fijar los límites reglamentarios para estos subproductos de desinfección (DBP, por sus siglas en ingles) a 100 partes por millón (ppm) para sistemas que servían a más de 10.000 personas (American Scientific, 1998). Reglamentación para los subproductos de desinfección En 1994, la EPA propuso la Etapa 1 D/DBPR, esta regla reduciría el máximo nivel de contaminantes (MCL, por sus siglas en ingles) para DBP y ampliaría la cobertura a sistemas pequeños. La EPA recomendó revisar esta regla propuesta en noviembre de 1997, estas revisiones se basaron en un convenio entre los miembros de un Comité Federal Asesor que incluía a representantes de servicios de agua, Consejo de Química de Cloro, funcionarios de salud pública, ambientalistas y otros grupos involucrados. La meta de la nueva regla la Etapa 1 D/DBPR es reducir los niveles de DBP en el agua potable, sin comprometer la protección microbiana. La regla ordena un proceso llamado coagulación mejorada para eliminar los precursores de DBP.

14

La

15 propuesta también coloca a los nuevos MCL para Trialométanos Totales (TTHM) a 80 PPM, a HAA5 a 60 PPM y bromato a 10 PPM. El Comité Federal Asesor fue cauteloso al promover el uso de otros desinfectantes que producirían subproductos desconocidos. El comité también fue muy cuidadoso en cuanto a cualquier cambio que pudiese alentar a los servicios de agua a reducir el nivel de desinfección actualmente practicada. Existía un acuerdo generalizado entre los miembros del grupo en cuanto a que no se debe permitir el aumento de los riesgos de microbios patógenos en el agua potable. Esta regla propuesta finalizará en noviembre de 1998 (Guerra de Macedo, C. 1993). Durante la última década se llevaron a cabo numerosos estudios para evaluar la toxicidad de los DBP, estos estudios incluyeron tanto 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, a los niveles determinados para agua tratada.

Las agencias de salud estadounidenses,

incluyendo a la Sociedad Americana para Microbiología (ASM, por sus siglas ingles) y la EPA, apoyaron esta conclusión. Estudios más recientes han mostrado asociaciones moderadas entre los DBP y un peso bajo de nacimiento, defectos del tubo neural y abortos espontáneos (Red Iberoamericana de Potabilización y Depuración del Agua, 2000). Origen de los subproductos de la desinfección El problema surge cuando se añade cloro al agua de origen que contiene materias orgánicas naturales (NOM, por sus siglas en ingles), tales como los ácidos humito y fulvito 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 THM. (CHCl3),

2)

Los principales THM que causan preocupación son: 1) cloroformo

bromoformo

(CHBr3),

3)

bromodiclorométano

(CHCl2Br),

y

4)

16 clorodibromométano (CHCLBr2), colectivamente, estos compuestos son conocidos como TTHM. Otros grupos principales de DBP incluyen los HAA5 y los haloacetonítrilos. Los oficiales de salud pública reiteran que los riesgos a la salud de los THM son pequeños comparados con los riesgos asociados con las enfermedades propagadas a través del agua. O sea, que es importante continuar con el proceso de desinfección, a menos que éste pueda ser sustituido por una alternativa efectiva para asegurar un agua más segura. La etapa 2 DBPR sobre la etapa 1 DBPR proporciona una protección más constante contra DBP a través del sistema entero de la distribución y concentrándose en la reducción de los picos. Los cambios de la etapa 2 DBPR son los resultados del muestreo de manera que se hacen un promedio para determinar cumplimiento. La determinación para la etapa 2 DBPR esta basada en el Promedio Anual Rotatorio de Lugar (LRAA, por sus siglas en ingles) (EPA, 2003a). Etapa 2 de la Regla Mejorada de Tratamiento de Agua Superficial La EPA ha desarrollado el LT2ESWTR para mejorar la calidad del agua potable y proporcionar protección adicional contra los microorganismos y los contaminantes que causan enfermedad durante el tratamiento del agua potable.

Los patógenos, tales

como Giardia lambia lamblia y Cryptosporidium parvum, se encuentran a menudo en el agua, y pueden causar enfermedades gastrointestinales (e.g., diarreas, vómitos, calambres) y otros riesgos de salud.

En muchos casos, esta agua requiere ser

desinfectada. El Cryptosporidium parvum es una preocupación significativa en agua potable porque es resistente al cloro y a otros desinfectantes, y ha causado brotes de enfermedad. El agua que se consume con Cryptosporidium parvum, puede causar la enfermedad gastrointestinal, que puede ser severa en las personas con los sistemas inmunes debilitados (e.g., los infantes y los ancianos) y a veces fatal en las personas con los sistemas inmunes seriamente comprometidos (e.g., cáncer y los pacientes de SIDA).

16

17 El propósito de la regla LT2ESWTR es reducir la incidencia de la enfermedad asociada a Cryptosporidium parvum y otros microorganismos patógenos en el agua potable. La regla se aplica a todos los sistemas públicos de agua que utilicen el agua subterránea, superficial o subterránea que está bajo influencia directa del agua superficial. La regla proporcionará un alto nivel en la protección de la fuente de agua potable, apunta a requisitos adicionales del tratamiento de Cryptosporidium parvum a los sistemas de alto riesgo y proporciona provisiones que aseguran que los sistemas mantienen la protección microbiana, mientras que toman medidas para reducir la formación de los DBP. Esta combinación de pasos, combinada con las regulaciones existentes, se diseña para proporcionar la protección contra patógeno microbianos mientras que simultáneamente reduce al mínimo riesgos de salud a la población de los DBP. Las regulaciones actuales requieren que los sistemas de filtración, reduzcan los niveles de Cryptosporidium parvum del agua de la fuente por 99 por ciento (2-log). Los datos recientes sobre Cryptosporidium parvum indican que este tratamiento es suficiente para la mayoría de los sistemas, pero el tratamiento adicional es necesario para ciertos sistemas de alto riesgo, los cuales incluyen altos niveles de Cryptosporidium parvum en sus fuentes de agua y todos los sistemas sin filtración que no tratan para Cryptosporidium parvum.

El LT2ESWTR mejorará el control de

Cryptosporidium parvum y de otros patógenos microbiológicos en sistemas del agua potable con los niveles de alto riesgo. La EPA estima que el cumplimiento con el LT2ESWTR reducirá la incidencia del cryptosporidiosis. Los requisitos adicionales del tratamiento de Cryptosporidium parvum del LT2ESWTR también reducirán la exposición a otros patógenos microbianos, como Giardia lambia lamblia.

Los requisitos de la supervisión y del tratamiento del

Cryptosporidium parvum en el LT2ESWTR reflejan un acuerdo de principio de consenso

18 del comité consultivo federal de la etapa 2 D-DBP.

Este comité consistió en los

miembros de organización que representaban EPA, estado y salud pública local y las agencias reguladoras, los funcionarios elegidos locales, las tribus, los surtidores del agua potable, los fabricantes del producto químico y de equipo, y los grupos de interés públicos, aproximadamente 200 organizaciones sometieron comentarios.

Los

tratamientos de agua, para consumo humano remueven en diferentes grados estos dos protozoarios, la filtración lenta en arena es capaz de retirar entre 93% y 100% de Giardia lambia, con Cryptosporidium parvum, las remociones han alcanzado entre 99.99% (4 log) y 99.997% (5 log) (EPA, 2003a). En sistemas convencionales y filtración directa se han obtenido remociones entre 25% y 86% en la coagulación y floculación se ha removido entre 2 y 3 log, respectivamente. Con filtración directa la remoción alcanzó entre 2.7 y 3.1 log para Cryptosporidium parvum y de 3.1 a 3.5 log para Giardia lambia, la filtración rápida retiró entre 1.5 y 2.0 log con esta última tecnología, se calcula la concentración de estos dos protozoarios en el agua de lavado de los filtros rápidos, con concentraciones de quistes de Giardia lambia entre 1.4 y 374/100 l y de ooquistes de Cryptosporidium parvum entre 0.8 y 252/100 l, con 92% de las muestras positivas. Normalmente estas aguas son devueltas a la fuente de abastecimiento de agua, lo que representa un alto riesgo para otros abastecimientos humanos que se utilicen después. En las redes de distribución se pueden encontrar ooquistes y en muestras positivas para Cryptosporidium parvum se ha visto una concentración de 1.1 ooquistes/l. El hallazgo de estos protozoos en las redes representa un alto riesgo para la salud, pues a los ooquistes de Cryptosporidium parvum no los afectan los niveles de cloro (1.3 mg/l) que por lo general se emplean para desinfectar el agua y son mucho más resistentes que las bacterias entéricas y los virus a los productos químicos usados en el proceso de la desinfección.

Por ejemplo, contra los ooquistes de Cryptosporidium

18

19 parvum es necesario usar entre 8.0 y 16.0 mg/l de cloro, mientras la ozonización inactiva 99% de los ooquistes.

Con 15.0 mg/l de cloro disminuye en 47% la

inecfectividad de ooquistes y con 80 mg/l y 90 minutos de contacto se obtuvo una disminución en la inecfectividad del 99% pero, existen regulaciones para la cantidad máxima de residual de cloro (4.0 mg/L para evitar la formación de DBP (Solarte et al., 2006). Marco Teórico La relación epidemiológica en el agua y las enfermedades fue probada para mediados de la década del 1850, ya que no se aceptaba que el agua podría ser transportadora de enfermedades producidas por organismos.

En el 1880, fue

establecida esta relación por la Teoría del Germen de Pasteur’s. La cólera fue una de las primeras enfermedades en ser reconocidas como transmitidas por el agua.

A

mediados de 1880, en Londres se experimentó una epidemia de cólera, durante la epidemia el Dr. John Snow condujo un famoso estudio epidemiológico, donde concluyó que el foco de contaminación fue un soldado que contrajo la infección cuando estuvo estacionado en India. La solución para tratar de eliminar la enfermedad años más tarde fue la introducción de los procesos de filtración y desinfección de agua.

Desde

entonces la filtración y la desinfección han reducido dramáticamente la transmisión de enfermedades en los EE.UU. (Keith, 1998). En 1972, se descubrieron los trihalométanos (Rook) en el agua potable, adoptando e indicando la percepción de que muchos sistemas de agua potable estaban contaminados y que los sistemas de la nación tenían un riesgo de futura contaminación. Al tiempo que se identificaban los THM como un carcinógeno potencial, este fue uno de los factores más importantes que dan paso para establecer en 1974, la SDWA. Desde entonces las agencias reguladoras han tenido cambios en el desarrollo al declarar riesgos a la salud.

20 Enfermedades relacionadas al agua Durante los pasados 25 años, patógenos como E.coli, Giardia lambia, Cryptosporidium parvum y Legionella pneumophia han estado envueltos en numerosos casos de brotes de enfermedades relacionadas al agua. La aplicación de los procesos desinfección y filtración para el agua potable en los EEUU, fue un éxito en el control de la transmisión de enfermedades a consecuencia de organismos patógenos. Enfermedades normalmente provenientes del agua como la tifoidea y la cólera fueron prácticamente eliminadas pero, la desinfección crea otros riesgos a la salud por los residuos de desinfectantes y los subproductos de la desinfección. Con las enmiendas a la SDWA, la EPA está desarrollando regulaciones interrelacionadas dirigidas al control de los riegos a la salud ocasionadas por los microorganismos patógenos, los desinfectantes y los DBP o sea, desarrollar reglamentaciones para mantener un balance entre la exposición a agentes patógenos tales como: Cryptosporidium parvum, Giardia lambia, viruses, etc. y los riesgos a la salud asociados a los DBP (Guerra de Macedo, C. 1993). Estudio de Casos En este estudio queremos demostrar la importancia de potabilizar el agua a través de la desinfección, y como ciertos desinfectantes pueden reaccionar con la materia orgánica presente en el agua, formando los subproductos de la desinfección que representan riesgos a la salud. Existen varios estudios dirigidos al manejo de dichos productos de desinfección y a cumplir con los requerimientos con la SWDA y sus enmiendas. El primer estudio trata de un resumen práctico de las prácticas del tratamiento de aguas, en donde la medida de turbiedad es requerida para los procesos del tratamiento de aguas. Los datos de la turbiedad dan luz a una gama de tamaño y las cargas de las partículas en la muestra de agua. La información sirve como base para

20

21 determinar el tipo y la dosificación de los coagulantes que se utilizarán para neutralizar las partículas. Los datos de la turbiedad, sin embargo, no son estables. Los cambios en el tamaño de partícula requerirían un cambio correspondiente en la dosificación del coagulante. Los coagulantes de uso general incluyen la cal y otras soluciones alcalinas. Los Polielectrólitios se pueden utilizar para realzar el rendimiento de estos coagulantes. La turbiedad es más que un parámetro óptico, aunque es definida por la dispersión ligera, se relaciona ampliamente con la naturaleza de las partículas presentes. La forma actual de la turbiedad abarca muchas situaciones de la calidad del agua y afecta la selección y la dosificación del coagulante. Dado esto, la información sobre el número de la partícula, distribución, carga y tamaño son a menudo necesarios para optimizar el control de la turbiedad. La turbiedad es medida por un rayo de luz que pasa, a través de una muestra del agua. La cantidad de luz dispersada a las foto celdas perpendiculares, mientras que esto no indica directamente demanda química potencial, los datos históricos en una planta pueden correlacionarla a la dosificación del coagulante o del oxidante requerida. Los contadores de la partícula van más allá de turbiedad en el abastecimiento de una manera de controlar y de optimizar el tratamiento, porque clasifican los datos de la partícula, actualizando los datos en cuanto a la cantidad y el número de partículas. El análisis de la carga proporciona otra herramienta útil para eliminar la turbiedad y para sumar el TOC.

Mientras que la medida y la cuenta ligera de la

partícula, pertenece a la naturaleza física de la turbiedad, la carga en la superficie de partículas (o de coloides) es una función de la química del agua y de la presencia de los contaminantes. Este parámetro puede ayudar a determinar la dosis que controla el coagulante, porque los coagulantes neutralizan la carga de los contaminantes. Esta carga se puede medir como potencial del zeta, que es encontrado observando el movimiento de partículas en una sola muestra o fluir por la célula en un

22 microscopio. La adición química antes y después, tomando los datos potenciales Zeta en la planta o durante la prueba de jarra, puede confirmar que cantidad de producto químico fue utilizado, para satisfacer la demanda de la carga y del coagulante y de otros contaminantes presentes. Un análisis en la línea de carga por un monitor del flujo (Chemtrac, Norcross, Georgia), instalado luego del punto químico de la adición del coagulante, puede determinar la carga superficial en línea. El valor actual que fluye del grado óptimo primero es fijado por ensayo de la planta, potencial del zeta, u otro método rendimientobasado del análisis. El monitoreo después se ajusta la dosis para llevar a cabo la carga superficial en el punto de ajuste. Las características pueden señalar a los operadores, la falta de bombas o a las excursiones dramáticas de la calidad, que pudieron exigir el ajuste del coagulante. Los metros adicionales pueden supervisar puntos alternos de la dosificación del coagulante, estos pueden dar a los operadores, una comprensión más completa de las ediciones del coagulante, mientras que se presentan rápidamente cambios en la demanda del coagulante que no puede aparecer como turbiedad, pero podrían tener un impacto en la calidad del agua. Los problemas de turbiedad en operaciones cotidianas no se pueden percibir, a menos que los datos estén disponibles para entender sus mecanismos básicos. Considerando un problema común, en el cual el agua con cierto valor de turbiedad, se trate fácilmente en una dosis del coagulante contemporáneamente y sea manejada apenas por las dosis múltiples del mismo coagulante en otra hora, una causa para estas preocupaciones es el cambio de tamaño de partícula. Partículas más pequeñas tienen más carga por el área superficial de la unidad y pueden tener más masa que por volumen de unidad que partículas grandes, así que pueden exigir más coagulante, un diverso coagulante, una ayuda o un floculante del coagulante, o un co-coagulante. Otra causa puede implicar cambios dinámicos en la química (o la carga) del material no

22

23 considerado por el turbidímetro. Un cambio más profundo de la dosis del coagulante puede causar aumentos en el carbón orgánico disuelto (DOC, por sus siglas en ingles) y este a su vez, puede elevar demanda del coagulante, perceptiblemente sin causar el cambio mensurable en turbiedad, contador de partícula, o color. La turbiedad se puede evaluar por los métodos, pruebas de jarra y filtros experimentales. La prueba de jarra es una herramienta flexible que puede simular los ambientes que el agua cruda y los productos químicos encuentran durante la mezcla y la floculación.

Es especialmente útil en la determinación de un coagulante y otros

productos químicos del tratamiento, si se aplican correctamente a los problemas de turbiedad. Las pruebas de jarra deben ser dinámicas y emular exactamente la planta, si la metodología de una utilidad no refleja qué ocurre en la planta, los tiempos y las intensidades de la mezcla del cambio, las secuencias químicas de la adición, y otros parámetros, se reflejaran en el proceso del tratamiento. Los filtros experimentales se colocan en línea enseguida después de la coagulación. Dan la detección temprana de los cambios de la demanda del coagulante y pueden indicar si la turbiedad aplicada a los filtros se condiciona adecuadamente así que puede ser filtrada con éxito. Las plantas que tienen urgencia de eliminar la turbiedad deben determinar si la causa se inclina a la forma de turbiedad, del régimen químico o del tratamiento, o de factores de planta física y esto puede implicar una cantidad substancial de trabajo. Muchas de las plantas del oeste de la costa, confían en la filtración directa para purificar el “snowmelt” de alta calidad de la montaña.

Aunque la turbiedad del agua cruda

excede raramente de dos NTU, muchos operadores dicen, que las aguas de baja turbiedad, pueden ser más difíciles de tratar que otras con diez o aún 100 veces más turbiedad, porque contienen típicamente las partículas pequeñas que son altamente cargadas. La alta turbiedad tiende a ocurrir cuando las partículas grandes de arena y de arcilla, son generalmente más fáciles de tratar.

24 En cuanto a la turbiedad, en una planta en California, se ha intentando implantar una nueva tecnología, se evaluaron las mezclas de los coagulantes. Sin embargo, la planta no podía resolver su meta, que el agua filtrada se mantuviera por debajo de 0.10 NTU. Ni en las pruebas de jarra, las pruebas de la planta, o las pruebas de la calidad del producto podrían explicar esto. La planta dosificaba el ácido hydrofluorosilícico (HFS, por sus siglas en ingles) como producto químico para la fluoración en el mismo punto del coagulante.

Si el coagulante combinado con el HFS imposibilitaba la

coagulación, una vez la planta movió la línea de HFS, algunos metros al tanque de agua limpia, resolvió sus metas de la turbiedad. La dosificación de cal (o de otro alcalino) y de un coagulante del hierro o aluminio basado en el mismo punto, puede también degradar el rendimiento de la turbiedad.

El coagulante trabaja niveles altos de pH como si fuera turbiedad y la

alcalinidad natural, así que los operadores compensan naturalmente con más coagulante. Esto conduce al aumento de pH, así que se agrega más cal y ocurre más interacción con el coagulante. Aunque la calidad del agua filtrada puede ser adecuada cuando el agua cruda es estable, la planta paga un alto costo en productos químicos y lodo. Sin embargo, si la calidad del agua cruda cambia rápidamente, especialmente si el contaminante entrante exige más neutralización de la carga o si llega una masa de partículas finas, el sistema de coagulación no puede responder a la carga de cal y de coagulación. Esto se fija fácilmente cambiando de lugar una de las líneas de dosificación, dependiendo de la necesidad y de la configuración de la planta. El cambio de la línea del coagulante tan lejos río abajo, desde el punto de la adición de cal, permite que la turbiedad de cal se disuelva completamente. Colocar la línea de cal río abajo del punto de dosificación del coagulante, permite la coagulación de los precursores de DBP en un pH más bajo, más eficiente ya que la cal aumenta el pH.

24

25 La dosificación de cal al tanque de agua limpia para ajustar el pH, puede causar también la turbiedad, que puede conducir a problemas de cumplimiento, porque las regulaciones no distinguen las violaciones de turbiedad.

La cal se puede también

depositar en líneas y bombas, algunas plantas agregan la cal en el tanque de agua limpia, cuando las condiciones de mercado conducen economía versus el costo de soda cáustica. El uso de un coagulante o de un PAC1 formulado puede reducir la necesidad del ajuste del pH a tal grado que el costo sea más bajo. La planta puede entonces utilizar soluciones alcalinas claras, como soda cáustica o la ceniza de la soda, y evita la necesidad de la cal. Un TOC alto, implica parámetros como la turbiedad, juntos a muchos factores, e.g., TOC, abarcan todas las sustancias detectadas por los instrumentos para el carbón orgánico. Muchos de los mismos conceptos discutidos para la turbiedad se aplican al color, al NOM, y al retiro del TOC. Algunas observaciones generales respecto a estos parámetros, lo son: 1. Cuando aumenta el TOC, una dosificación más alta del coagulante es generalmente necesaria. 2. Aunque son relacionados, no todos los compuestos que causan color es por causa del TOC. 3. La calidad del agua puede cambiar, como las mezclas de compuestos problemáticos en agua cruda cambian en un cierto plazo, aun cuando TOC constantemente. 4. Algunos compuestos del carbono no se pueden eliminar por la coagulación, la oxidación, o la filtración del carbono, mientras que otros se pueden controlar más fácilmente por un método que otro. 5. Si los problemas se presentan con el TOC y colorean la remoción, un operador necesita saber si el contaminante es la causa o el síntoma.

26 Cuando la materia orgánica en agua cruda reacciona con cloro durante la desinfección, forman los DBP que causan cáncer.

Los DBP fueron tratados en

reglamentaciones anteriores, incluyendo el SWDA, EL IESWR y los D/DBP.

El

resultado de estas reglamentaciones; son que las plantas tendrán que encontrar las alternativas de tratamiento, donde exista un balance entre las ventajas de la desinfección en contra de la presencia de DBP, esto requerirá la remoción de las sustancias húmicas y otros materiales orgánicos. La regla de D/DBP requerirá a las instalaciones de tratamiento convencional mejorar sus procesos de coagulación para resolver los MCL de los DBP, específicamente en el agua filtrada. Aunque es posible romper el TOC en sus componentes, las pruebas son demasiado complicadas para los operadores de una planta.

El uso de un

espectrofotómetro de luz ultravioleta para determinar la absorbancia UV254 nanómetro puede ser la mejor prueba cotidiana. Este valor se relaciona con el DOC para obtener la absorbencia UV específica (SUVA, por sus siglas en ingles). Diversos tipos de DOC dan valores muy diversos de SUVA (Lind y Ruehl, 1998). En una evaluación y optimización para el control de estrategias para el manejo de los precursores en los productos de desinfección en el Distrito Noreste de Mississippi, es objetivo del estudio para asistir al Distrito Noreste de agua de Mississippi a obtener y mantener el cumplimiento con los requerimientos actuales y pendientes de la EPA basados en la DBPR. Según estas reglamentaciones, el Distrito Noreste de agua de Mississippi debe reducir sus niveles de TOC en su agua filtrada por debajo de 2 PPM. El uso de la coagulación mejorada y de la precipitación para eliminar la NOM del agua cruda usando varios coagulantes de diversas compañías fue propuesto como la solución para alcanzar la meta del tratamiento.

El proceso de coagulación fue

modelado usando las pruebas de jarra a escala de laboratorio y para probar la remoción de NOM, se verificó con análisis del TOC. Aunque el objetivo principal estaba en la

26

27 remoción NOM del agua cruda a un nivel aceptable, el objetivo secundario era hacer esto de una manera económicamente factible. Todos los coagulantes y métodos eran evaluados sobre una base económica así como una base técnica de eficiencia. Para ser considerado técnicamente eficaz, se esperaba que el coagulante redujera niveles del TOC por bajo de 2 PPM.

Un

coagulante técnico ineficaz era considerado inaceptable sin importar precio; asimismo, un coagulante técnico eficaz que su costo es prohibitivo es también inaceptable. Se recopilaron doce meses de datos de experimentos descritos más adelante dentro este estudio. La prueba de jarra fue utilizada como el medio para determinar la turbiedad, dureza, alcalinidad, y el TOC de agua, se recibía bi-semanalmente variando los coagulantes y la dosis del coagulante, para entonces ser analizadas en la Universidad de estado de Mississippi y obtener los datos que explicarían cambios estaciónales en la calidad del agua así como acontecimientos importantes de la precipitación. Todas las comparaciones económicas fueron basadas en el precio del noreste y el coagulante actual del Distrito del agua de Mississippi. Las pruebas en el agua se realizaron dos veces para determinar la exactitud de los resultados. Como resultado de este estudio el cual estaba basado en obtener y mantener el cumplimiento con la DBPR de la EPA en el Distrito Noreste de agua de Mississippi., fueron evaluados nueve de los coagulantes y aproximadamente 150 pruebas de jarra. En donde cada coagulante fue determinado para ser factible basado en su costo y su eficiencia en tratar de variar el TOC del agua y la turbiedad inicial. Se llegaron a las siguientes conclusiones basadas en los datos obtenidos en el laboratorio. Cuatro de los coagulantes fueron encontrados que su remoción era escasa para el NOM del agua, por lo tanto dejaba los niveles del TOC sobre 2 PPM. 1. La alumina proporcionada por Tupelo 2. SternPAC de Eaglebrook

28 3. FerriClear de Eaglebrook 4. Ionics meridional' SI-AC 85 El alumina y SI-AC eran muy eficaces en eliminar la turbiedad, pero no pudieron resolver el estándar de 2 PPM en la concentración del TOC bajo condiciones típicas. SternPAC y FerriClear no redujeron ni el TOC ni la turbiedad lo suficiente en la mayor parte de condiciones probadas.

Los cinco coagulantes evaluados resolvieron el

estándar de 2 PPM TOC. 1. PAX-XL31 de Kemiron 2. PAX-XL37 de Kemiron 3. PAX-4505 de Kemiron 4. Ionics meridional' SI-ACH 5. Ionics meridional' SI-AA También, dos de los tres productos del PAX, XL37 y 4505, y el SI-ACH no requieren la adición de la cal para el ajuste del pH, así reduciendo el costo de usarlos levemente puesto que el costo de cal se puede despreciar estos casos. Los cinco coagulantes resultaron suficientemente aceptables, no obstante hay diferencias en el precio significativas para los cinco productos. SI-AA redujo los niveles del TOC de 2 ppm, y los costos son solamente $0.03 por libra. No sólo este coagulante remueve NOM al grado que los niveles de TOC están por debajo de 2 ppm, sino que los costos de los materiales son reducidos por el casi 60%. Además de los ahorros de costo por el SI-AA es muy similar a la alumina actual. Sin embargo, el tanque de almacenaje del coagulante puede necesitar ser evaluado para su almacenaje ya que el coagulante es corrosivo tal como alumina. La recomendación de esta investigación que el Southern Ionics Activated Alum debe ser usado en el Distrito Noreste de agua de Mississippi debido a su capacidad de resolver los estándares fijados por la EPA para la remoción de los precursores del subproducto

28

29 de la desinfección bajo la forma de materia orgánica natural, también por la clarificación del agua y su costo relativamente bajo. Una evaluación de los tanques actuales de almacenaje y de la dosificación del coagulante es recomendada debido a la naturaleza más ácida del coagulante (Horne, 2005). Entender y mitigar el impacto negativo de la materia orgánica natural en los procesos de filtración, tiene como objetivo total de este estudio desarrollar y entender los procesos eficaces de la coagulación para optimizar rendimiento de filtración durante el tratamiento de las aguas crudas de la alta concentración de TOC. Los objetivos específicos eran determinar el impacto de la coagulación, pH, del potencial Z, y del modo de la adición de alumina en la formación del flóculo y el rendimiento de la filtración. Otra meta era evaluar un analizador fotométrico de dispersión (PDA, por sus siglas en ingles) como indicador del rendimiento de proceso total. Los procesos de dos etapas de coagulación fueron propuestos como los medios de atenuar la reestabilización del flóculo por la materia orgánica natural, particularmente para la alta concentración de TOC en el agua. En los experimentos se compararon el desarrollo del flóculo, el rendimiento de la filtración, y las distribuciones del potencial Z de la mezcla rápida y se colocaron las partículas del agua para los procesos en las dos etapas de la coagulación sobre la gama del pH de 6.0 a 7.4. En resumen, en términos del rendimiento de la filtración durante el tratamiento de las aguas con alta concentración de TOC, los procesos de pH alto y de las dos etapas de la coagulación, eran los más eficaces.

El uso de las

condiciones relativamente altas de la coagulación pH (e.g. 7.5) junto con las dosis del alumina optimizadas por el potencial Z, optimizó la remoción de la partícula en el proceso y aumentó el rango de operación, en términos del potencial Z, para el rendimiento óptimo de la filtración.

La coagulación en dos etapas procesa el

rendimiento también mejorado de la filtración, evidenciado sobre todo por longitudes

30 crecientes del rendimiento del filtro antes de brecha de la partícula. La dosificación en dos etapas del coagulante, aumentó constantemente la remoción de la turbiedad durante la sedimentación, al compararla en los procesos de las etapas, usando la misma dosis de Alumina.

Este resultado relacionó el aumento significativo en la

formación del flóculo y el tamaño del flóculo observado constantemente para los procesos de dos etapas, particularmente en la alta concentración de TOC en el agua. El hecho de que los procesos en dos etapas no afectaron la formación del flóculo en las condiciones bajas de TOC, se apoyó la ventaja mecánica propuesta de este proceso, es decir, mitigación del reestabilización NOM inducido del flóculo permitiendo que al NOMAl (OH)3 (s) le ocurran reacciones, sobre todo en la primera etapa de la coagulación. El analizador fotométrico de la dispersión (PDA, por sus siglas en ingles) parece ser una alternativa útil para las pruebas, al determinar las dosis óptimas del coagulante y rápidamente evaluar diversos panoramas de la coagulación.

Los procesos totales,

indican que los PDA eran óptimos, en términos de cinética en el desarrollo del flóculo, también con un grado óptimo en términos de rendimiento de la filtración (Gregory, 2004). La extracción de bacterias en NOM se ubica en ecosistemas terrestres y acuáticos, es una fuente importante del carbono y de otros alimentos para los microorganismos, y desempeña un papel en muchas reacciones biogeoquímicas. A pesar de su abundancia e importancia, mucho se desconoce sobre el resto de NOM. En esta investigación, se examina la utilización bacteriana de NOM y cómo afecta las características fisicoquímicas de NOM. En un estudio, las características fisicoquímicas de un grupo de muestras de aguas filtradas crudas se comparan con las características de un grupo de aislantes de NOM.

Los estudios anteriores han demostrado sin

embargo, una correlación fuerte y profética entre el peso molecular y la absorbancia en aislantes, las demostraciones de NOM en este estudio, que no existe la correlación para

30

31 las muestras de RFW, así afirmando que cualquier comparación de aislantes y de muestras de RFW debe considerar sus diferencias inherentes. Los segundos y terceros estudios combinan el trabajo del campo y del laboratorio: (1) examinar cómo la biodisponibilidad de NOM varía con la estructura microbiana de la comunidad, la cantidad, y características químicas de NOM, y, (2) para determinar cómo la adsorción puede afectar características fisicoquímicas de NOM. Un estudio demostró, que los cambios en productividad bacteriana y NOM, sobre el curso del experimento que sugiere la importancia relativa de las características de la cantidad y del producto químico de NOM a la biodisponibilidad, son dependientes en la composición microbiana de la comunidad.

Un estudio similar utilizó la

cromatografía de alta presión de la exclusión del tamaño (HPSEC, por sus siglas en ingles) para medir cambios en distribuciones del peso molecular de NOM después de la inoculación. Los datos demuestran que el peso molecular medio de NOM (W M NOM), disminuye, como los componentes de molecularidad elevada del peso se pierden de la solución, probablemente debido a la adsorción preferencial de estos componentes. Mientras que la biodegradación aumenta, los componentes de poco peso molecular se pierden de la solución y (W M NOM) restante, aumenta. El estudio final determina si las bacterias pueden utilizar el Fe de complejos de NOM por crecimiento de cuantificación del mendocina del P. bajo condiciones Fe limitadas en función de fuente del Fe, según lo provisto bajo la forma de varios aislantes naturales de NOM Fe que contienen, como forma disuelta (FeEDTA), y de ningún control Fe agregado.

Este trabajo también

compara crecimiento bacteriano con el Fe total del inicial, en una variedad de muestras de NOM (Young, 2005). Los filtros paquete en el tratamiento de agua potable, el pretratamiento químico y la remoción de partículas en NOM, tiene como meta el investigar la relación entre las concentraciones de partículas coloidales y de NOM y las condiciones químicas

32 correspondientes del tratamiento previo para la coagulación y la filtración, y determinar los impactos de estas técnicas del tratamiento previo en el rendimiento de un sistema de la filtración. Los estudios en esta investigación fueron conducidos en dos fases. En la primera fase, las relaciones entre las características del agua cruda y las efectivas dosis mínimas correspondientes de Alumina (Al2SO4). Para probar los efectos de las características del agua cruda, en las condiciones químicas efectivas mínimas para la coagulación y la filtración subsiguiente, las concentraciones de las partículas coloidales de la turbidez y NOM en el modelo de las aguas crudas, fueron variadas sistemáticamente. Las pruebas de jarra fueron realizadas para cada combinación de coloidal y las concentraciones de NOM en las dosis efectivas mínimas del coagulante, para la remoción de la turbiedad filtrada del DOC, según fueron observadas La Alumina para la coagulación en las aguas de baja turbidez sin NOM disminuyó, mientras que la concentración de la turbidez aumentó, el aumento fue proporcional a la concentración de la turbidez, para la alta turbiedad en el agua. En aguas bajas de turbidez, las oportunidades del contacto para la formación del flóculo son limitadas por el volumen sólidos bajos y la remoción es alcanzada vía un recogido del mecanismo de floculación.

La concentración alta de la turbidez, proporciona el

volumen adicional del flóculo, de tal modo que reduce la dosis de Alumina (Al2SO4) requerida, para inducir el recogido de la floculación. Una vez que el requisito para la floculación efectiva sea resuelto, por la suficiente concentración de la turbidez, la Alumina (Al2SO4) aumenta directamente proporcional con el aumento de la turbidez. En la segunda fase de esta investigación, los experimentos de filtración en los medios del laboratorio, fueron conducidos de modo directo en la filtración, usando un agua cruda de turbiedad moderada y bajo en el DOC; y en el modo convencional de la filtración, que trataba un agua moderada en turbiedad y alta en el DOC. Este estudio se centró en la efectividad de los procesos de filtración para las remociones de la

32

33 turbiedad, de NOM, y de cuatro µm, usados como sustituto para los oocysts de Cryptosporidium parvum.

De acuerdo con el modelo conceptual se convirtió en la

primera fase para las relaciones de coloidales y las concentraciones de NOM, los requisitos correspondientes de coagulante y los impactos de algunas de las condiciones químicas del tratamiento previo al rendimiento del filtro, fueron investigados en los índices de filtrado convencional y alto. Las simulaciones del rendimiento del filtro para la remoción de partículas, fueron realizadas utilizando los modelos existentes (Shin, 2005). La evaluación de campo, en la prefiltración con grava horizontal de filtros arena lento (SSF, por sus siglas en ingles), para la producción de agua potable de fuentes superficiales en PR, conlleva el propósito de estudiar la evaluación de la eficiencia de la probabilidad de flujo horizontal en la prefiltración (HFGP, por sus siglas en ingles) unidos por el SSF, para producir el agua potable segura en PR. El agua superficial tratada, tenía un problema crónico de contaminación fecal, los resultados demostraron que la unión de estos sistemas puede producir constantemente agua por debajo de 1 NTU de turbiedad, según los requisitos de cumplimiento de calidad del agua. El HFGP brinda una ayuda adicional para reducir la contaminación fecal. La prefiltración elimino el 50% de turbiedad, el 85% de sólidos suspendidos pero, no puede garantizar la remoción de turbiedades por debajo de 25 NTU todo el tiempo. Sin embargo, simulaciones de eventos de turbidez extremas indican que el SSF puede manejar influentes con turbiedades de más de 150 NTU y producir constantemente turbiedades por debajo de 1.0 NTU. La unión de los sistemas es adecuado para la producción de agua potable y puede ser utilizado en comunidades rurales de Puerto Rico y en otros ambientes tropicales (Ortiz, 2004). Las medidas de turbiedad como la herramienta clave para el tratamiento de agua potable y la claridad relativa del agua, son un indicador vital de la calidad del agua.

34 La turbiedad es una medida crítica para las plantas de agua potable para cumplir con la EPA o reglamentaciones internacionales, y para asegurar un agua de alta calidad para la protección al consumidor. Reglamentaciones más rigurosas de EPA, tales como las reglas superficiales actuales del tratamiento de aguas, (LT1ESWTR) significan que la medida de turbiedad no es una opción, sino un requisito para las plantas de tratamiento de agua potable.

Sin embargo, hay varios aspectos importantes en la medida de

turbiedad que los operadores de planta de agua, deben tener presente al seleccionar un turbidímetro que satisfaga lo mejor posible sus necesidades. La turbiedad se puede afectar por la presencia de partículas microscópicas y otra materia fina sin disolver. Estas partículas microscópicas, incluso en concentraciones muy bajas, pueden promover el crecimiento de los microorganismos.

Este crecimiento puede albergar

patógenos y también inhibir el proceso de la desinfección con cloro lo que ayuda a desinfectar y mantener purificada el agua potable en un área, de tal modo que crean peligros potenciales para la salud de la comunidad (Schiltz, 2004). La remoción de los precursores de los DBP por la coagulación y el ablandamiento mejorado, se determina mediante el presupuesto de la EPA de 1994, en la búsqueda de reducir al mínimo la exposición del público. Estableciendo las nuevas revisiones a los MCL para ciertos DBP y requerir a la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas superficiales funcionar con la coagulación mejorada o el ablandamiento, para la remoción de los precursores con el TOC, utilizando como medida sustituta de los precursores.

Los objetivos de esta investigación eran: (1)

examinar el potencial de mejorar la remoción de los precursores de DBP por la coagulación mejorada (2) identificar las ventajas y las desventajas del potencial de rendimiento mejorado (3) comparar el rendimiento de la coagulación mejorada (4) comparar a escala completa los resultados (5) examinar el uso de la absorción ultravioleta (UVA, por sus siglas en ingles) como medida sustituta de los precursores y

34

35 SUVA como la base para un criterio de la exención; (6) identificar los criterios posibles (designados los criterios de Etapa-2) para aquellas plantas que no puedan cumplir con los criterios del rendimiento para la remoción del TOC en la regla (7) evaluar el uso de la absorción isoterma para predecir la remoción de los precursores con el uso del ablandamiento (8) mejorar los métodos existentes para el análisis de HAA. La mayor parte de las 19 plantas muestreadas eran analizadas, basado en una cantidad limitada de datos, para ser capaces de cumplir con los requisitos de la remoción del TOC de la regla propuesta.

Basado en los datos de las pruebas, la

remoción del TOC fue mejorada de 0 a 43 por ciento, para las plantas de coagulación, y de 2 a 22 por ciento para las plantas de ablandamiento. La coagulación que utilizó altas dosificaciones de coagulantes de Alumina superó siempre la cal, permitiendo la remoción del precursor. Los métodos que aumentaban la remoción del TOC en la coagulación con eficiencia, incluían un aumento en la dosificación del coagulante, por el cambio en el tipo de coagulante, y la adición del ácido suplementario. La remoción del TOC por ablandamiento mejorado fue aumentando la dosificación de la cal, y usando un coagulante suplementario, o exceso de cal (es decir, precipitando el hidróxido del magnesio). El grado de remoción de los precursores, se correlacionó razonablemente con la reducción de los THM, HAA, y los DO de la posible formación de halógeno. SUVA no correlacionó bien con el potencial de la formación del DBP. Una isoterma normalizada de Freundlich, fue utilizada para precipitar el magnesio como absorbente, y adecuadamente se predijo la remoción del TOC por el uso de cal en seis diferentes fuentes y no removió las concentraciones de TOC que fueron encontradas en función del agua cruda en el radio de dureza de la DOC. Utilizando este modelo de relación se puede describir la remoción de TOC por el desarrollo del ablandamiento.

Este modelo puede ser estudiado utilizando datos

independientes y se pueden conseguir mejores resultados.

Dos métodos para el

36 análisis de HAA en las aguas naturales fueron evaluados utilizando un método de micro extracción y un método de intercambio iónico. El método de micro extracción fue más exacto, preciso y riguroso (Shorney, 1998). Continuando con los precursores de los DBP encontramos los THMM y los HAA a escala completa para los sistemas de agua potable. Los datos proporcionados por el Departamento de Recursos Naturales de Missouri para los sistemas de tratamiento de agua potable, fueron analizados por los años 1997-2001. Estos datos indicaron que una porción significativa de sistemas excedió los límites reguladores actuales de 80 y 60 mg/l para THM y HAA en estos años. La mayoría de las plantas de tratamiento que excedían los límites reguladores era plantas pequeñas con las poblaciones del servicio menos de 10.000 personas, no se observó ninguna tendencia temporal significativa en THM o HAA5 para los años 1997-2001. Este trabajo sugiere que el uso propuesto de un RAA, pueda tener un efecto significativo en el cumplimiento. El uso de las cloraminas, combinado con la clorinación, encontrada en el HOCl libre/OCl como desinfectante residual, para reducir la formación de los THM y HAA5 en los sistemas, pero no tenía un efecto significativo en los sistemas que compran su agua de sistemas secundarios de los sistemas primarios. La comparación del agua filtrada en la planta de tratamiento contra el sistema de distribución sugirió que una mayoría de THM y de HAA5 puede ser producido dentro de la planta en comparación con el sistema de distribución. Por lo tanto, la reducción de estos subproductos tratados con cloro dentro de la planta por sí mismo debe ser un foco dominante para alcanzar el cumplimiento, y ayudar a colocar las pautas del cumplimiento con los subproductos de desinfección según la EPA, usando la coagulación mejorada. La regla también procura limitar la producción del otro DBP conocido y desconocido usando la coagulación mejorada para la remoción de NOM.

La

coagulación mejorada requiere la remoción de TOC utilizando menores cambios, pero

36

37 más significativos en la coagulación. La coagulación mejorada requiere una remoción específica del TOC durante un proceso de precipitación. De controlar la formación de THM y de HAA5, también ha existido una tendencia, especialmente en sistemas más grandes, hacia el uso de los cloraminas, monocloramina y dicloramina como cualquiera de los desinfectantes primarios y residuales.

Las cloraminas son generalmente

desinfectantes más débiles que el cloro libre y tienden a formar menos THM o HAA5 al reaccionar con el NOM. Investigaciones

recientes

relacionadas

con

la

formación

del

N-

nitrosodimethylamine (NDMA) por la reacción del MCA y de NOM ha creado la preocupación por el uso de cloraminas como solución. Para una mayor protección pública, las regulaciones futuras se pueden basar en el LRAA, es decir, las concentraciones medias anuales continuamente actualizadas en la localización dentro del sistema en donde probablemente ocurre la más alta concentración de THM o HAA5. Según lo discutido las concentraciones más altas de THM ocurren normalmente en los puntos del tiempo de la retención más largo en un sistema de distribución.

La

localización para las concentraciones más altas HAA5, sin embargo, son mucho menos claro debido a que los THM tienden a ser estable y no se decae una vez formado, mientras que HAA5 se decae después de la formación.

Debido a la degradación

asociada y la química compleja de THM’s y de HAA5, la predicción de su concentración en sistemas de distribución ha probado ser problemática. Así, este estudio se centró en los datos a gama completa para el toda el agua superficial, agua subterránea y las plantas del Estado de Missouri para determinar las concentraciones de THM y HAA5 bajo varias condiciones.

Con nuevas regulaciones varias preguntas claves son de

interés para los reguladores y para la industria del agua relacionada con las concentraciones actuales THM y HAA5 y el impacto de las regulaciones futuras en el cumplimiento. Los objetivos específicos de este estudio eran analizar la base de datos

38 del Departamento de Recursos Naturales de Missouri para los años 1997-2001 y determinar el punto medio del agua potable y la gama de concentraciones de THM y HAA5 en sistemas primarios y secundarios en las plantas de agua tratada y el cumplimiento dentro del sistema de la distribución; para examinar el efecto del tamaño de la planta de tratamiento y comparar las concentraciones THM y HAA5, contra sistemas combinados de cloro, además, examinar y comparar las tendencias del trimestre en las concentraciones THM y HAA5 en las plantas de agua tratada, contra los sistemas de distribución. Con respecto a este último objetivo, si las concentraciones del DBP no eran perceptiblemente más altas en el sistema de distribución, los resultados pudieron sugerir que los esfuerzos adicionales del control para THM y/o HAA5 estén centrados más bien en las mismas plantas de tratamiento que en el sistema de la distribución (Adams et al., 2005). Los modelos de compuestos de bromatos, trihalométanos y el riesgo de carcinógenos en el agua potable, son una de las preocupaciones más importantes de la salud, el esfuerzo de proporcionar una fuente segura del agua potable por las compensaciones del riesgo, ya que los esfuerzos de reducir los riesgos del agua potable pueden introducir intencionalmente o no, diversos riesgos. Un ejemplo principal de este tipo de compensación del riesgo implica la desinfección con cloro del agua potable, por consiguiente y debido a sus efectos potencialmente carcinógenos se presta atención especial en este estudio a las concentraciones de los subproductos volátiles más frecuentes del THM: cloroformo (CHCl3), bromodiclorometano (ClCHBr2) y bromoformo (CHBr3).

Dos desiciones importantes se consideran en este estudio:

Primero, durante los veinte años pasados, solamente el carbón absorbente aromático o UV era considerado como los precursores de la formación de THM en agua potable. La segunda desición se refiere al gravamen de la exposición; específicamente al determinar la exposición humana a THM la dedición principal está estimando la

38

39 concentración de THM en agua.

En estudios anteriores, la mala clasificación era

considerable en la exposición probable al ocurrir cuando las exposiciones eran estimadas muestreando la planta de tratamiento porque la época y la localización del muestreo son importantes dadas la variabilidad grande en la concentración de THM en tiempo y espacio. La meta de esta investigación es formular los modelos mecánicos basados en la regresión, concentraciones de esos estimados de THM en la planta de tratamiento de aguas y el sistema de distribución, y delinear más claramente las variaciones especiales y diarias en niveles del DBP del agua potable. Una segunda meta de este estudio es determinar el impacto del riesgo para la salud humana de las exposiciones a THM, en función de la distancia del agua potable dentro del sistema de distribución y el nivel del bromuro en agua cruda. El carbono orgánico y coeficiente orgánico del nitrógeno se utiliza para determinar el precursor del material orgánico natural. Br/Cl2 y el amonio se utilizan como precursores del potencial de la formación de THM (THMFP, por sus siglas en ingles). La temperatura y el agua se utilizan en el modelo para reducir el error en la predicción de THM en cualquier momento en el sistema de distribución. Finalmente, las 24 horas de cambio en la temperatura diaria son probablemente la razón de la variación diaria de THM en agua potable. Los riesgos acumulativos de estos compuestos y el aumento relativo del riesgo en el sistema de distribución en Beaumont son 2 a 3 veces más arriba que en Ontario. Esto se debe a las diferencias en nivel del bromuro, la temperatura del agua y el contenido TOC del agua cruda. El BrCHCl2 en agua potable demostró que la magnitud del riesgo estimado era la misma, como la estimada en el consumo oral. El riesgo humano del cáncer aumenta mientras más lejos vamos de la planta de tratamiento. Finalmente, concluimos que si el muestreo fuera a ocurrir a la vez con excepción de 2-PM ocurriría una valoración inferior de los riesgos estimados (Chaib, 2003).

40 Las biopelículas y las barreras patógenas como objetivo principal en el tratamiento y distribución del agua potable, es servir al consumidor un agua que satisfacen ambas fases; lo estético y lo que no constituye un riesgo para la salud humana.

Para alcanzar que las plantas de agua empleen una gama (es decir

floculación y desinfección) de barreras físicas y químicas, para reducir los números de microorganismos, así como los alimentos que pueden ayudar a su crecimiento dentro de biopelículas.

En esta tesis, fueron investigados las biopelículas y las barreras

microbianas en el tratamiento de aguas y la distribución.

El desarrollo de las

biopelículas dentro de la recarga artificial fueron investigadas en la columna experimental en los Waterworks de Norsborg en Estocolmo. La proporción de bacterias activas, medida como los números de las células de EUB338-positive concerniente al número total de las bacterias enumeradas por total dirigen cuentas, disminuyó con tiempo. A través del consumo de alimentos sin embargo, de dos a tres veces más bacterias podrían ser activadas (medido por un aumento en actividad después de la activación con los alimentos adicionales).

Extrayendo las fracciones hidrofílicas e

hidrofóbicas de las sustancias húmicas era posible determinar la respuesta microbiológica a estos compuestos. Fue demostrado que las bacterias unidas más firmemente a los granos de la arena prefirieron la fracción hidrofóbica mientras que bacterias más flojas asociadas prefirieron el hidrofílico.

La cantidad de materia

fácilmente degradable en el agua cruda (medida como carbón orgánico) era generalmente baja. Las biopelículas fueron investigadas por dos diversos métodos para la extracción y el análisis de microorganismos. Las diapositivas de cristal introducidas en el material de arena fueron dominadas por el α- Proteo bacteria, y subestimaron bacterias flojo-asociadas, mientras que los extractos de la arena fueron dominados por el γ- Proteo bacteria, y las variaciones también causadas debido al método de

40

41 extracción empleado.

La función de la barrera de biopelículas fue investigada en

biofiltros, también alimentados con agua cruda de Gothenburg. El foco aquí estaba en la remoción de la partícula en intervalos del µm 1-15 (protozoos) y de 0.4-1 µm (bacterias). En ambas fracciones, las microalgas autofluorescentes, que eran naturales en agua cruda, también fueron enumeradas en paralelo, la remoción fue de 60-90%. Las cantidades definidas de micro esferas hidrofílicas e hidrofóbicas fluorescentes (1 µm) fueron agregadas y demostraron una reducción de esferas hidrofóbicas por el 98% y las hidrofílicas por el 86%. La remoción de virus fue determinado agregando una dosis definida de bacteriófagos y dio valores de reducción más bajos de 40-61%. Las partículas naturales en intervalos definidos del tamaño y las partículas o los organismos agregados fueron demostrados para proporcionar un cuadro más claro de la función de las barreras realizadas de la turbiedad (Langmark, 2004). La formación de cloruro de cianógeno de los aminoácidos y la estabilidad con el cloro libre y las cloraminas, forman parte de productos de desinfección pero, no están regulados, también tienen sus riesgos, debido a las técnicas utilizadas para el análisis correspondiente. El cloruro de cianógeno (CNCl) es un subproducto de la desinfección encontrado en el tratamiento con cloro y cloramina en el agua potable. Aunque sus efectos de salud crónicos no sean establecidos, los CNCl se han utilizado como agente de la guerra química y su presencia en agua potable es de preocupación. Los CNCl no están regulados actualmente en los EE.UU. sin embargo, están en la lista de prioridad del agua potable de la EPA para el 1991, donde a muchas instalaciones les fueron requeridas para divulgar la concentración de CNCl bajo la Regla de Colección. Es incierta la información sobre las fuentes, mecanismo, y la estabilidad de la formación de CNCl.

Bajo condiciones del tratamiento de aguas ha sido un factor que limita el

establecimiento de estándares reguladores.

Esta investigación intentó mejorar la

comprensión de estas ediciones y los resultados ayudarán a autoridades del agua

42 potable a determinar la necesidad de regular el CNCl y determinar los detalles reguladores, tales como precursores, práctica de la desinfección, temperatura, y pH. A su vez, los resultados ayudarán a emplear estrategias para un control en las plantas de tratamiento de aguas. De acuerdo con resultados experimentales, esta investigación ha concluido que los aminoácidos son selectivamente importantes como precursores del CNCl con el “glycine” que es el único precursor importante. Que la formación de CNCl del “glycine” es conveniente como un mecanismo complejo de la formación, en el cual el “glycine” se convierte totalmente a CNCl a pH de 6 a 8 por la primera orden cinética. Que se forman una vez el CNCl, se descompone con el cloro libre, debido a la hidrólisis del hipoclorito, que catalizada la segunda reacción cinética del orden con respecto al hipoclorito y a las concentraciones de CNCl, aunque sigue siendo estable con la cloramina. La diversa estabilidad de CNCl con cloro y cloramina libres puede, en parte, explicar la concentración más alta de CNCl observada en sistemas con post-cloraminación con cloro que en sistemas con pre-desinfección en la desinfección con cloro. Y por ultimo, que comparado a muchos otros aminoácidos, de “glycine” es menos reactivo para el cloro, así que cuando la coloración no es superior, por ejemplo beber el agua tratada con cloro y durante la preparación de alimento, la mayor parte de el “glycine” puede no tener la ocasión de reaccionar con coloración y la dificultad importante del producto CNCl. En el estudio la formación y el decaimiento de CNCl era que en los métodos tradicionales de análisis de CNCl no son medidas en tiempo real.

Una técnica

relativamente nueva, de espectrometría fue aplicada, para superar la dificultad analítica (Chaib, 2003). Los estándares de Cryptosporidium parvum son fuertemente regulados en los sistemas pequeños. La EPA consolidó recientemente requisitos de agua potable para proteger a 18 millones de americanos adicionales servidos por 11,000 sistemas

42

43 pequeños del agua potable en contra del Cryptosporidium parvum y las otras enfermedades que causan los microorganismos.

Para esos sistemas pequeños de

agua potable que sirven a menos de 10.000 personas, esta regla final tiene los mismos requisitos protectores que para los sistemas grandes. Para proporcionar la protección sanitaria pública máxima, la EPA ahora está requiriendo que los sistemas pequeños deben utilizar la mejor tecnología disponible para asegurar la fuente del agua potable de la nación. Esta regla final requiere 99 por ciento de remoción del Cryptosporidium parvum con la filtración mejorada. Los sistemas pequeños tienen tres años para entrar en cumplimiento. La ayuda técnica y financiera está disponible para los estados y las plantas (Gale, 2002). Existe un control del DBP en el agua potable, con unos costos y financiamiento, en el cual la EPA está procurando actualmente balancear las compensaciones complejas en los riesgos químicos y microbianos asociados a la desinfección que controla y a los D/DBP en agua potable. Para procurar alcanzar este equilibrio, la EPA propondrá tres reglas: el ICR; la ESWTR y las dos etapas de D/DBP. La D/DBP tendrá un impacto importante en las plantas de agua potable en los EE.UU., hay varias opciones para el control de D/DBP, incluyendo mover el punto de desinfección, la remoción de subproductos una vez que se encuentren, eliminar el material del precursor o materia orgánica natural antes de que obre recíprocamente con el desinfectante, o el uso de un desinfectante que reduzca al mínimo la formación de subproductos.

El

cumplimiento menos costoso al control de D/DBP es mover el punto de desinfección o el uso de un desinfectante alternativo. El cumplimiento menos deseable es eliminar los DBP una vez que se formen. El cumplimiento más eficaz para el control de D/DBP es remover el precursor antes de que reaccione con el desinfectante. cualquier estrategia dada es específico del lugar (Clark et al., 1994).

La opción de

44 A su vez, las reglamentaciones de agua potable de los EE.UU., comprenden tecnologías y costos de tratamiento, para lo que la SWDA y sus enmiendas, han impuesto una gran cantidad de nuevas regulaciones ante la industria del agua potable de los EE.UU. Se incluye en el desarrollo de estas reglamentaciones una colección de información.

Estas reglas requerirán la supervisión para los microorganismos tales

como Giardia lambia, Cryptosporidium parvum, y virus, ciertos sistemas superficiales se les pueden requerir, para eliminar los contaminantes microbiológicos sobre los niveles requeridos, actualmente por la regla SWTR. También se han incluido en estas reglas los requisitos para los DBP y la evaluación de las tecnologías para la remoción de los precursores.

La promulgación de estas regulaciones asociaron la necesidad de la

industria del agua potable de ser reconocidos del impacto potencial del tratamiento para controlar un contaminante o grupo de contaminantes.

El cumplimiento con las

reglamentaciones del agua potable asignadas por mandato, bajo el SWDA y sus enmiendas, se ha estimado un costo cerca de $1.6 mil millones (Lykins & Clark, 1994). Marco Legal Regla de tratamiento de agua superficial La SWTR, fue publicada el 29 de junio de 1989 y efectiva el 31 de diciembre de 1990, con el propósito de prevenir enfermedades transmitidas a través de agua causada por diferentes organismos patógenos.

Incluye medidas técnicas de filtración y

desinfección del agua potable para reducir los niveles inseguros de estos patógenos presentes en el agua (EPA, 2005a). También establece Metas de Niveles de Máximos de Contaminantes (MCLGs, por sus siglas en ingles) para viruses, bacterias y parásitos que puedan estar presentes en agua (EPA, 1998; EPA, 2005a). Esta regla requiere a todos los sistemas de distribución deben filtrar el agua o alcanzar los criterios para evitar filtración y desinfección controlando los contaminantes en los niveles establecidos que incluye: la remoción o inactivación del 99 % de Cryptosporidium parvum, el 99.9 %

44

45 de remoción o inactivación de Giardia lambia lambía y un 99.99 % de remoción o inactivación para viruses. La turbidez del agua no puede exceder 5.0 NTU en ningún momento y establece el limite de 0.5 NTU que tiene que cumplirse en el 95% de las muestras tomadas en el mes para plantas que utilizan tratamiento convencional o filtración directa, en adición hay que de mantener un programa de control de cuencas. Regla interina mejorada de tratamiento de agua superficial Sin embargo, desde el primero de enero de 2002, bajo el IESWTR la reglamentación es más restrictiva y los requerimientos se basan en: (1) cumplir con un nivel máximo de turbidez de 1.0 NTU en el efluente combinado de los filtros y un máximo de 0.3 NTU en el 95% de las medidas tomadas basado en el monitoreo cada cuatro horas (lo que invalida el requerimiento de SWTR basado en el limite de turbidez), (2) requiere el monitoreo continuo a la salida de cada filtro en las plantas que utilizan sistemas de tratamiento convencional o filtración directa y registrar electrónicamente las lecturas de turbidez cada 15 minutos, (3) preparar un perfil de desinfección para asegurar el nivel de protección para el control de contaminantes microbiológicos antes de que la facilidad cambie las prácticas de desinfección para cumplir con Etapa I DBPR, y (4) la inclusión de eliminar o inactivar al Cryptosporidium parvum en los sistemas subterráneos influenciados directamente por aguas superficiales (GWUDI) (EPA, 2005b).

Etapa 1 de desinfectante y subproductos de desinfección En noviembre de 1998, EPA finalizó la Etapa 1 D/DBR, donde se establece la meta para un nivel de residual máximo en la desinfección, (MRDLG, por sus siglas en inglés) y el nivel residual de desinfectante máximo (MRDL, por sus siglas en ingles) para tres desinfectantes químicos. En el caso del cloro el MRDL es equivalente a 4 mg/L (EPA, 2005d). Tanto la EPA como el “Standard Methods for the Examination of

46 Water and Wastewater” establecen el valor de desinfectante residual para cloro en la red de distribución no menor de 0.2 mg/L (APHA et al., 1998; EPA, 2005a). De surgir una lectura menor de 0.2 mg/L de cloro residual en el sistema de distribución implica que el mismo está en riesgo de contaminación microbiológica. Por otro lado, de obtener lecturas sobre 4.0 mg/L se expone a la población a un riesgo de salud a causa de los efectos de la posible formación de THM como lo es el cáncer y problemas de irritación en el sistema digestivo, entre otros (EPA, 2003c). La Etapa 1 D/DBPR establece un MRDL para cloro, cloramidas y dióxido de cloro y un MCL, para el TTHM, HAA5 bromatos, cloritos y cloratos. El MRDL y MCL excepto en el caso de clorito y dióxido de cloro, es calculado basado en el promedio anual de las muestras tomadas.

Para

sistemas de filtración convencional, la coagulación mejorada y el ablandamiento son las mejores técnicas de tratamiento para remover los precursores de DBP. El IESWTR y la Etapa 1 D/DBPR fueron diseñadas para que los sistemas coordinen sus respuestas a los riegos basados en el control de contaminantes patógenos microbiológicos, desinfectantes y subproductos de desinfección en el agua potable (EPA, 2005c). Etapa 1 Regla Interina Mejorada de Tratamiento de Agua Superficial (LT1ESWTR) El 14 de enero de 2002, fue finalizada e incluida en el Código de Regulación Federal (CFR, por sus siglas en ingles), la LT1ESWTR, la cual tiene como intención mejorar el control de patógenos microbiológicos en el agua.

La LT1ESWTR.fue

promulgada extendiendo los requerimientos de IESWTR a los PWS que suplen a menos 10,000 personas que utilizan como fuente aguas superficiales y sistemas subterráneos influenciados directamente por aguas superficiales (EPA, 2002b; EPA, 2003c; EPA, 2004b). Etapa 2 Regla Interina Mejorada de Tratamiento de Agua Superficial (LT2ESWTR) En los pasados diez años se les ha prestado mucha atención a organismos patógenos específicos como lo es el Cryptosporidium parvum. Se han reportado brotes

46

47 asociados al Cryptosporidium parvum en Nevada, Oregon, Georgia y Canadá. Con el LT2ESWTR, se trata de proteger la salud pública reduciendo los niveles de Cryptosporidium parvum en el agua tratada a niveles menores de un oocytos/10,000L. El IESWTR y Etapa 1 D/DBPR fueron diseñada para que los sistemas coordinen sus respuestas a los riegos basados en el control de contaminantes microbiológicos patógenos, desinfectantes y subproductos de desinfección en el agua potable (EPA, 2003). La LT2ESWTR intenta reducir la incidencia de enfermedades causadas por Cryptosporidium parvum y otros microorganismos además, se consideraron unas preocupaciones de salud pública que quedaron pendientes en la implementación de la IESWTR, y la LT1ESWTR. En esta nueva regla los sistemas que tienen filtración y contienen altos niveles de contaminación con Cryptosporidium parvum en la fuente de agua cruda tendrán que proveer tratamiento adicional al actual, los sistemas sin filtración tendrán que proveer un tratamiento para la protección de la salud pública de forma equivalente a los sistemas con filtración, los sistemas de almacenamiento de agua tratada sin cobertura (tanques sin techo), tendrán que implementar los requerimientos necesarios para reducir los riesgos de contaminación o añadir tratamiento. La LT2ESWTR brinda una amplia elección de alternativas, donde los requisitos serán aplicados dependiendo del nivel de tratamiento, calidad del agua de la fuente y tamaño del sistema. Los datos que se obtengan de los sistemas brindarán información a la EPA para determinar si se requieren realizar cambios futuros en la reglamentación para los sistemas superficiales.

Nueva información indica que la efectividad de

tecnologías alternas de tratamiento que reducen los niveles de Cryptosporidium parvum en agua tratada.

El muestreo de la fuente determinará el nivel de riesgo de

Cryptosporidium parvum pero los sistemas tienen la opción de obviar la etapa de

48 muestreo inicial e instalar el tratamiento máximo para la remoción de 5.5 log de Cryptosporidium parvum. Los sistemas se clasifican en categorías, basado en los resultados del muestreo inicial, acorde con la categoría asignada el sistema determinará si requiere proveer tratamiento adicional para Cryptosporidium parvum y cuanto tratamiento requiere. Los sistemas que requieren tratamiento adicional deben escoger dentro de una variedad de opciones, (organizadas en una caja de herramientas microbiológicas). Los sistemas pueden cumplir con los requisitos iniciales de muestreo a la fuente, utilizando datos obtenidos de muestreos anteriores “grandfathering”, con la debida aprobación de la EPA y el Estado. Estos datos se pueden utilizar en lugar de o en adición a datos nuevos y requeridos. Los sistemas de filtración serán clasificados en una de cuatro categorías, dependiendo del muestreo inicial. Esta clasificación es determinada por el grado de tratamiento adicional para Cryptosporidium parvum que se requiere para el sistema. Si el sistema se clasifica en categoría uno, no requiere tratamiento adicional, pero si se clasifica categorías dos, tres o cuatro se les requerirá tratamiento adicional para alcanzar entre 1.0 y 2.5 log (90-99.7 %) de remoción de Cryptosporidium parvum. La variedad de tratamientos y métodos de control que los sistemas pueden utilizar para cumplir con los requisitos adicionales de tratamiento de Cryptosporidium parvum se separan en cinco clasificaciones, (1) protección y manejo de la fuente, (2) prefiltración, (3) rendimiento de tratamiento, (4) filtración adicional e (5) inactivación (dióxido de cloro, ozono, UV).

Los requerimientos del perfil de desinfección y

“benchmarking” establecido bajo la IESWTR y en LT1ESWTR, para asegurar una protección adecuada contra los patógenos mientras los sistemas reducen los riesgos de los DBP, se extienden a esta reglamentación para obtener los mismos beneficios de protección a la salud pública (EPA, 2005a). Algunos PWS tendrán que realizar cambios significativos en sus prácticas de desinfección existentes para cumplir con los requisitos

48

49 TTHM y HAA’s bajo la Etapa 2 y proveer tratamiento adicional para Cryptosporidium parvum (EPA, 2003a). La LT2ESWTR está siendo promulgada simultáneamente con la Etapa 2 de los D/DBPR para asegurarse que los riesgos por la exposición estos, están en balance con la necesidad de desinfectar.

Con el uso apropiado de los desinfectantes en los

sistemas de tratamiento de agua potable se destruyen los organismos causantes de enfermedades que puede estar presentes en el agua, sin embargo estos desinfectantes pueden reaccionar con la materia orgánica e inorgánica presente formando los DBP. Estudios toxicológicos en animales de laboratorio han demostrado que algunos DBP (Ej. bromo-diclorometano, bromoformo, ácido dicloroacético y bromatos) son cancerígenos. Algunos estudios epidemiológicos sugieren una débil asociación entre el consumo de aguas superficiales cloradas y cierto tipo de cáncer (cáncer de vejiga). Otros DBP (Ej. Clorito y ciertos ácidos haloacéticos) pueden causar además, efectos adversos sobre el sistema reproductivo y el desarrollo. La regla de Etapa 2 D/DBPR, reduce la exposición a tres desinfectantes comúnmente utilizados y a varios subproductos de desinfección. Los sistemas que utilizan agua superficial y tratamiento convencional de filtración tienen que remover una cantidad específica de materia orgánica, la cual es medida como TOC. La remoción requerida puede lograrse a través de técnicas de tratamiento (coagulación mejorada) a menos que el PWS utilice medidas alternas. La cantidad de TOC que se requiere remover se expresa en por cientos (%) el cual es en función de la alcalinidad y el TOC en el agua cruda. El por ciento máximos requeridos es 50% para una alcalinidad de 0 a 60 mg/L y un TOC inicial de 8 mg/L. Etapa 2 desinfectantes y subproductos de desinfección La Etapa 2 D/DBPR se desarrolla utilizando la Etapa 1 D/DBPR como base, donde intenta reducir los riesgos potenciales de cáncer, problemas en el sistema

50 reproductivo y problemas del desarrollo causados por los productos de desinfección. La meta de esta reglamentación es señalar los sistemas que representan un riesgo a la salud pública (por las altas concentraciones de los subproductos de la desinfección existentes) para que realicen los cambios requeridos para cumplir con los niveles máximos de contaminación para productos de desinfección.

Los nuevos requisitos

proveen protección consistente y equitativa a través del sistema de distribución y la eliminación de “picos” de los DBP. La Etapa 1 requería muestrear para TTHM y HAA5 en puntos que tenían un potencial de alta formación para los subproductos de la desinfección. Nuevos estudios muestran que hay otros factores además del tiempo de residencia que ayudan a la formación de los subproductos de la desinfección particularmente para los HAA. Esto puede causar altas concentraciones de los DBP en áreas no representadas en los puntos de muestreo de la Etapa 1 D/DBPR. Por eso, se requiere el realizar una IDSE para investigar puntos en la red con niveles altos de TTHM’s y HAA5. Esta evaluación ayudará a los sistemas a seleccionar puntos de muestreo que tienen mayor probabilidad de tener altas concentraciones de los DBP.

El cumplimiento estará basado en un

promedio anual de cada punto específico LRAA aumentado así la protección a la salud pública.

La IDSE es aplicable a CWS y NTNC >10,000 que tratan el agua con

desinfectante primario o residual, excepto luz UV. Se identificarán lugares de muestreo que representan las concentraciones más altas de DBP en el sistema.

Requiere

muestreo para TTHM’s y HAA5 por un año a intervalos regulares, y estará determinado por el tipo de fuente y el tamaño del sistema (EPA, 2001).

50

51 Capítulo Tres Metodología

Área de Estudio El propósito de esta investigación es demostrar con datos experimentales y la implantación de los cambios necesarios en las Plantas Filtros de Río Blanco y Humacao, que forman parte del Area de Humacao en la Región Este de la AAA, al determinar el cumplimiento con cada uno de los requerimientos de la SWDA y sus enmiendas hasta el presente. Descripción de la Población o Muestra La muestra es representativa (Varano, 2006), puesto que el número de muestras tomadas es de una población dada, en este estudio se refiere a la población servida en los sistemas de Río Blanco y Humacao. Estos comprenden las Plantas Filtros de Río Blanco y Humacao con una población servida para el año 2006 de 96,470 y 46,684 respectivamente. Periodo del Estudio El estudio comprende una variedad de análisis y datos recopilados en diferentes periodos. Se recopilaron datos para establecer el cumplimiento con TOC y la remoción e inactivación de los microorganismos patógenos en ambos sistemas desde mediados de 2004 hasta mediados de 2006. Para los DBP y HAA desde principios de 2004 a mediados de 2005. El cual estará basado en los requerimientos de las nuevas enmiendas al SWDA hasta octubre de 2006, donde en esta última, podremos proyectar el cumplimiento con las nuevas enmiendas y los requerimientos que entran en vigor próximamente.

52 Fuente de Datos Se tomaron los datos diarios del control de proceso, recopilados por el operador de la planta, para determinar los tiempos de contactos, puntos óptimos de aplicación de desinfectantes, coagulantes, entre otros. Se utilizará datos del laboratorio de la AAA, relacionados a los puntos de muestreo certificados por el DOH y los datos de calidad de agua para cada una de las evaluaciones a realizarse.

Además, se utilizaran datos de las diferentes Agencias

Estatales y Federales relacionadas a la calidad de las fuentes de abasto de estas plantas. Diseño Metodológico La investigación cumple con las autorizaciones, consentimientos y requisitos necesarios para desarrollar estudios de investigación en los sistemas antes descritos, y el correspondiente muestreo, de la AAA de PR y de cualquier otra agencia correspondiente.

La investigación consistirá de tres partes substanciales a cada

sistema bajo estudio. La primera parte comienza con un CPE para producir un listado, dado a la prioridad de los factores limitantes. La segunda parte será la recolección de datos operacionales, de los puntos de muestreo, resultados de análisis de laboratorio de cada uno de los sistemas. A su vez, comprenderá una serie de análisis en donde se recopilarán los datos de las pruebas de jarras por medio de tablas y graficas que representarán las diferentes dosis. La pruebas de jarras se realizan con el instrumento Phipps and Bird PB-700, que consiste de 6 agitadores, lo que permite realizar pruebas a 6 muestras distintas al mismo tiempo. Estos agitadores se ajustan hasta obtener las revoluciones por minuto (rpm) que concuerden con las condiciones del sistema simulado. Las muestras se tratan en frascos de 1000 ml a los cuales se le aplican diferentes dosis de coagulantes, se puede ajustar la alcalinidad y el pH de la muestra para mejorar la coagulación. Medir

52

53 la turbidez del sobrenadante y monitorear la cantidad de TOC removida, la cual se mide en un SIEVERS Total Organic Carbon Analyzer modelo 800. La prueba de jarra es un procedimiento muy efectivo para la determinación de la dosis del producto químico y da una idea más precisa de las variaciones que hay que implementar en el proceso. Estos datos se tratan de ajustar al caso real de la planta, pero existen otras variantes para la aplicabilidad de la dosis ideal de coagulantes tales como la variación en la alcalinidad del agua tratada, la condición estructural de los componentes de la planta (mezcladores, tanques y filtros) flujo nominal vs. actual, etc., que podrían afectar al momento de implantar los resultados obtenidos en los experimentos realizados. Y la tercera parte, consistirá en el análisis de los resultados obtenidos aplicándolos a cada uno de los requerimientos de la SWDA y las enmiendas. Análisis de Datos Para el propósito de esta investigación, al evaluar el cumplimiento con lo que estipula la aplicación del SWDA y sus nuevas enmiendas en los sistemas bajo estudio. Se analizaran los datos obtenidos de acuerdo a las tres etapas descritas en el diseño metodológico. La primera parte, en la que comencé con un CPE a cada una de las plantas bajo estudio, para producir un listado dado la prioridad de los factores que las limitan. El CPE es la primera fase del programa de corrección (CCP, por sus siglas en ingles) de la EPA.

El CCP es un programa desarrollado por EPA para mejorar el

rendimiento de las plantas de filtración y llegar a cumplimiento con la SWTR. Es un procedimiento para identificar una combinación de factores en las áreas del diseño, operación, mantenimiento, y administración que puede limitar el rendimiento de la planta de tratamiento. El CCP consiste de dos componentes, el CPE, que es una evaluación de la planta de tratamiento existente, y la asistencia técnica comprensiva (CTA, por sus

54 siglas en ingles), es un procedimiento que facilita tratar las partes identificadas en el CPE y ayudar a mejorar el rendimiento de la planta. El CCP se centra en la relación fundamental entre las cuatro áreas dominantes; el diseño de planta, la operación de planta, el mantenimiento de planta y la ayuda administrativa. El CPE proporciona unas guías de cada una de estas cuatro áreas. La meta es evaluar el impacto de cada uno de estos elementos en el rendimiento de la planta y su capacidad de proporcionar agua potable segura y confiable. El objetivo del CPE es producir un listado, dado la prioridad de los factores que limitan el rendimiento de la planta. Una vez que se identifiquen, el personal de la planta puede lograr estas mejoras sin ayuda adicional, de otro modo, en el caso de que los factores en el CPE sean difíciles de tratar se puede recomendar si un CTA externo. Es importante observar que el proceso de CPE está diseñado para asegurarse de que, cuando es posible la optimización, está sea alcanzada sin la necesidad de inversiones para mejoras de alto costo capital. El CPE es importante como un mecanismo que se puede utilizar para optimizar el rendimiento de las plantas de tratamiento de aguas superficiales. Esto da lugar a la producción de un agua tratada de alta calidad que excede los requisitos en el SWTR, IESWTR, y la LT1ESWTR. El rendimiento óptimo de la planta de tratamiento de aguas es el retiro físico de partículas, la cual es una estrategia importante contra la contaminación de los microorganismos patógenos. El CPE utiliza tres metas para la optimización (Tabla 3.01) al determinar la operación de planta. El rendimiento actual de la planta se mide contra estas metas para determinar qué correcciones serán necesarias. Las plantas que funcionan dentro de estos requisitos producen en un agua potable segura.

54

55 Tabla 3.01. Detalle de las Metas.

Resumen de las metas del rendimiento de la optimización

Datos mínimos de los requisitos de operación: Turbiedad diaria del agua cruda. Turbiedad del agua cada 4 horas de cada tanque de sedimentación. Turbiedad (continua) en línea de cada filtro. Un perfil del lavado del filtro cada mes, por cada filtro. Metas individuales del rendimiento de la turbiedad del tanque de sedimentación: Turbiedad del agua menor de 2 NTU el 95% si la turbiedad del agua cruda es mayor de 10 NTU. Turbiedad del agua menor de 1 NTU el 95%, si la turbiedad del agua cruda es menor o igual 10 NTU. Metas individuales del rendimiento de turbiedad del filtro Turbiedad filtrada del agua menos de 0.10 NTU el 95% (excepto el período minutos 15 luego del lavado) Medida máxima del agua filtrada igual a de 0.30 NTU La turbidez del filtro inmediatamente después del lavado se ha observado y antes de que la turbiedad efluente exceda 0.10 NTU El máximo de la turbiedad del agua después del lavado de 0.30 NTU Período máximo de la recuperación del lavado de 15 minutos (es decir, vuelta a menos de 0.10 NTU) El máximo de la medida del agua de menos de 10 partículas (en la gama mayor que de 2 micrones) por mililitro (si los contadores de la partícula están disponibles)

56 Tabla 3.01., continuación. Criterios del rendimiento de la desinfección Los valores de CT requieren alcanzar la inactivación y la remoción de Giardia lambia y de virus.

Las metas del rendimiento son: 1. Datos mínimos de los requisitos de operación. 2. Criterios individuales del rendimiento de la turbiedad de los filtros. 3. Criterios del rendimiento de la desinfección. Existe una relación entre la eficiencia del efluente y la remoción de la turbiedad del filtro y de los quistes de Cryptosporidium parvum, en donde se puede reflejar el por ciento de remoción de Cryptosporidium parvum en las medidas de turbidez en agua filtrada (Figura 3.01). Para una turbiedad de 0.3 NTU (el requisito de IESWTR para la turbiedad efluente combinado de la salida de los filtros) un alto porcentaje (99%) de quistes es eliminado. Sin embargo, en este nivel de 0.3 NTU aun se pueden encontrar un número considerable de quistes lo que es la preocupación principal (los quistes de Cryptosporidium parvum), porque es poco probable que se puedan inactivar o remover con procesos normales de desinfección. Muestra además que la eliminación de quistes esta cerca al 100% cuando las turbiedades del efluente filtrado es de 0.05 NTU o menos (EPA, 1998b).

56

57

Effluent Turbidity (NTU)

1 0.5

0.1 0.05

0.01 40

50

60

70

80

90

100

110

Cyst Removal (%) Source: Technologies for Upgrading Existing or Designing New Drinking Water Treatment Facilities, EPA, 1990.

Figura 3.01. Por ciento de Remoción de Cryptosporidium parvum en las medidas de turbidez en agua filtrada. Fuente http://www.epa.gov/safewater/therule.html.

Evaluación comprensiva de rendimiento Planta Filtros de Río Blanco Información de la facilidad Según las indicaciones del diagrama esquemático de la planta de tratamiento de aguas de Río Blanco (Figura 3.02) es una facilidad de tratamiento convencional la cual cuenta con pre-sedimentadores Helli-Cone® del tipo “upflow contact clarifier”, floculación hidráulica y mecánica, sedimentadores rectangulares convencionales y filtros de diferentes medio (Mult.-media). La planta (Figura 3.03) tiene dos cámaras con 18 mezcladores, cuatro Helli-Cone®, dos tanques de sedimentación y cinco filtros.

La

planta fue construida en el 1976, y recientemente se pusieron en operación los cuatro Helli-Cone® para poder manejar los eventos de turbidez alta y así lograr el cumplimiento.

El agua cruda, cuya fuente es el Río Blanco de Naguabo proviene

mediante bombeo a la planta por una tubería de 24” de diámetro. Diariamente se

58 3

bombean a la planta cerca de 7.01 m /seg (16 MGD) para producir aproximadamente 6.57 m3/seg (15 MGD) para distribución como máximo. Cuando el agua cruda llega la planta, se agregan el cloro gas y los coagulantes primarios. El agua entra directamente a los cuatro Helli-Cone® donde se le aplica una dosis química de coagulante secundario. Al agregar el polímero secundario en los Heli-Cone® se crea un manto el cual mantiene una turbidez de salida de los Heli-Cone® en promedio de 5.0 NTU. Luego el agua pasa al área de mezclado lento y de allí a los tanques de sedimentación. El agua clarificada se transfiere a los cinco filtros de medio, los cuales contienen arena y antracita. Después de la filtración, el agua entra a un tanque de agua limpia debajo de la planta, entonces se trata con cloro y es bombeada desde este punto, al sistema de distribución para el Municipio de Humacao y otras bombas hacia los municipios de Naguabo, Vieques y Culebra.

Figura 3.02. Esquemático Planta Filtros de Río Blanco.

58

59

Figura 3.03. Planta Filtros de Río Blanco, Naguabo.

Evaluación de las unidades de proceso El propósito principal de la evaluación de las unidades de proceso es determinar si cada paso en el proceso del tratamiento (floculación, sedimentación, filtración, y desinfección) es del tamaño adecuado para tratar el flujo máximo actual del agua que se produce, mientras se resuelven las metas de optimización. La evaluación de las unidades de proceso determina la suficiencia de estas en términos de tamaño del tanque (es decir, concreto y acero). Si los tanques no proveen el tamaño adecuado, las metas de optimización no se pueden resolver sin una inversión mayor de infraestructura o una mejora de inversión de capital de magnitud mediana. La eficiencia de cada paso en el proceso del tratamiento es dependiente de la suficiencia de los pasos anteriores, si en los procesos principales de las unidades el tamaño es insuficiente, la planta no puede ser capaz de llegar a las metas de la optimización en su flujo máximo. La

60 evaluación de las unidades de proceso no incluye la condición de los equipos mecánico existente o de las prácticas operacionales aplicadas en la facilidad (EPA, 1998b). Flujo máximos instantáneos Los procesos de tratamiento de la planta deben proporcionar una barrera eficaz siempre. El flujo máximo representa la carga de caudal máximo a la cual se sujetan los procesos de cada una de las unidades. Es la condición hidráulica bajo la cual los procesos del tratamiento son más vulnerables al paso de microorganismos. Si los procesos principales de las unidades son adecuados en el flujo instantáneo máximo, deben ser capaces de proporcionar barreras contra los patógenos en los índices de flujos más bajos (EPA, 1998b). El flujo máximo del Planta Filtros de Río Blanco fue establecido en 6.57 m3/seg (15.0 MGD) basado en informes de los operadores y del sistema de recolección de datos automático de la planta. Potencial de rendimiento Los resultados de las evaluaciones de proceso de cada unidad de la Planta Filtros de Río Blanco, se muestran como un gráfico de potencial de rendimiento (Figura 3.04).

La capacidad de cada unidad de proceso es importante, la misma fue

determinada cotejando la literatura, los planos y la capacidad que tienen los HelliCone®. Los procesos de cada unidad que fueron evaluados, se demuestran en el lado izquierdo del gráfico. Los índices en los cuales los procesos fueron determinados se demuestran en la abcisa (eje de X), y las barras horizontales representan la capacidad proyectada de cada unidad de proceso para ayudar en la optimización.

Estas

capacidades fueron proyectadas basadas en el tamaño físico y la configuración de cada unidad. La barra más corta representa el proceso de la unidad que es más limitante en la planta para alcanzar el rendimiento óptimo.

60

61

Potencial Rendimiento Planta Filtros Rio Blanco

9.45

Unidades de Proceso

Post Cloro

19.04

Pre & Post

Filtración

5.75

Sedimentación

6.49

Pico intantaneo/ Flujo de Operación 6.57 m 3/seg(15 MGD)

19.42

Floculación 0

5

10

3

m /seg

15

20

25

Figura 3.04. Potencial Rendimiento Planta Filtros de Río Blanco. 1. La capacidad de Floculación está basada en el tiempo de detención de 20 minutos al comenzar la mezcla. 2. La capacidad de sedimentación está basada en una proporción de la razón de desbordamiento de superficie (SOR, por sus siglas en ingles) de 4.08 x 10-6 m/seg(0.7 gpm/ft2) en los tanques. 3. La capacidad de filtración está basada en una proporción dada por la carga de superficie-de (SLR, por sus siglas en ingles) de 2.33 x 10-5 m/seg(4.0 gpm/ft2). 4. La capacidad de desinfección está basada en las siguiente asunciones: a.

Un pH de agua de no mayor de 7.0.

b.

Una temperatura de agua de 25.0 °C. c.

Un cloro libre residual mínimo de 0.5 mg / L a través de la planta.

Floculación El objetivo del proceso de la floculación es dar el tiempo suficiente a la mezcla para el desarrollo de las partículas sedimentables y filtrable del floculo. Típicamente, los

62 floculadores se diseñan de dos o más sistemas en serie. Cada tanque permite que las partículas coaguladas entren en el contacto unas con otras y formen partículas más grandes llamadas floculo. La intensidad con que se mezclan se reduce en el tanque mientras el floculo se formará progresivamente más grande (EPA, 1998b). La Planta Filtros de Río Blanco tiene floculadores mecánico (Figura 3.05) sin embargo, el agua entra primero a los cuatro Helli-Cone®, donde de manera hidráulica se mezclan los químicos. El proceso de floculación es clasificado típicamente en la configuración de los tanques, tiempo hidráulico teórico de retención y la temperatura del agua. En el caso particular de la Planta Filtros de Río Blanco pudimos determinar que la floculación es a razón de 8.97 x 10-6 m/seg (1.54 gpm/pie2) por lo tanto la floculación de la Planta Filtros de Río Blanco es puede alcanzar a tratar un flujo de 19. 42 m3/seg (44.33 MGD).

Figura 3.05. Área de los Floculadores Planta Filtros de Río Blanco, Naguabo.

Sedimentación Las partículas del flóculo que salen por los vertederos de los Heli-Cone® llegan a los tanques de sedimentación pasando a través de los floculadores mecánicos. En

62

63 los sedimentadotes la velocidad del flujo disminuye grandemente permitiendo que las partículas se asienten completamente separando el agua del lodo. Los tanques de sedimentación (Figura 3.06) se diseñan para tener una distribución igual del flujo a través del tanque. La capacidad de sedimentación de la Planta Filtros de Río Blanco es de 6.49 m3/seg (14.82 MGD) basada en un índice superficial del desbordamiento de 4.08 x 10-6 m/seg (0.7 gpm/pie2).

Figura 3.06. Área de los Sedimentadores Planta Filtros de Río Blanco, Naguabo.

Filtración La filtración es la barrera física final para la eliminación de las partículas. La Planta Filtros de Río Blanco tiene cinco filtros (Figura 3.07) que si se mantienen correctamente, deben ser capaces de producir un efluente optimizado (