Potabilización del agua

Principios de diseño, control de procesos y laboratorio

LOZANO RIVAS, William Antonio, LOZANO BRAVO, Guillermo

• Editorial: Universidad Piloto de Colombia
• Año: 2015
• ISBN:
  9789588957180
• Categoría: Tecnología e ingeniería
• Categoría: Gestión medioambiental

Esta obra ha sido escrita con la ambiciosa intención de corregir los vacíos y errores que se encuentran en los textos de diseño de plantas potabilizadoras, disponibles actualmente en el mercado. Esta intención inicial conlleva, inevitablemente, a preponderar el fin último de brindarle al lector un texto que no sólo llene sus expectativas de aprendizaje y consulta, sino que también le explique, sin profundas y a veces innecesarias disquisiciones teóricas, los aspectos más importantes del diseño, del control de los procesos y del trascendental papel de los estudios de laboratorio en la proyección matemática y conceptual de las plantas de tratamiento de agua potable.

1Generalidades de la calidad del agua para consumo humano

Es usual que, para muchos, el agua potable sea una cuestión simple… tan simple como abrir un grifo y ver cómo cae agua cristalina (de calidad y) en la cantidad que se desea. No obstante, este es un privilegio excesivamente limitado. La Organización de las Naciones Unidas (ONU) afirma que casi 900 millones de personas viven sin agua potable en el mundo (EFE, La ONU afirma que casi 900 millones de personas viven sin agua potable en el mundo, 2010) y, en 2006, la Asesora del Director General de la Organización Mundial de la Salud (OMS) para asuntos de Desarrollo Sostenible y Salud Medioambiental, Susanne Weber-Mosdorf, afirmaba que una media de 4.500 niños menores de 5 años, morían diariamente por falta de agua potable o saneamiento (EFE, Cada día mueren 4.500 niños en el mundo por falta de agua potable o saneamiento, 2006). En Colombia, la situación es también crítica: La Defensoría del Pueblo afirmó que unas 9 millones de personas no tienen acceso a agua potable y que otras 21 millones están en situación no deseada y de vulnerabilidad preocupante por el mal servicio de acueducto (En Colombia nueve millones de personas no tienen acceso a agua potable, 2009).

El agua potable tiene una estrecha relación con la salud, el desarrollo y la pobreza; es un derecho humano básico, como lo declaró la ONU en 2010. Cuando se habla de agua, no basta sólo con tenerla de calidad sino también en cantidad suficiente, ya que también la escasez de agua se relaciona con enfermedades parasitarias asociadas a falta de higiene. Malas condiciones en el agua de bebida afectarán la salud de las personas y una persona enferma no trabaja, no produce, no construye y se convierte en un pasivo para la comunidad, lo cual le impide progresar económica y ambientalmente.

La calidad del agua siempre ha sido un aspecto de preocupación; de hecho, el primer intento por definir la calidad del agua se debe a un ingeniero romano, quien estableció sus características con base en la reacción del agua al hervirla, la forma en que los vegetales se cocían en ella y en los efectos estomacales que producía cuando se bebía. Es curioso pensar que, apenas a principios del siglo pasado, las cosas no habían avanzado mucho en este aspecto y que la calidad del agua se medía con 6 parámetros que obedecían a aspectos organolépticos como el color, el olor, el sabor o las sustancias suspendidas en el agua. Actualmente se emplean, alrededor del mundo, entre 60 y 100 parámetros de calidad para determinar su potabilidad; en Colombia, se usan cerca de 50.

1.1 El agua en la naturaleza

El agua, en su estado natural, no es pura. En la naturaleza, las aguas de ríos, embalses, lagos, depósitos subterráneos, mares y lluvias, presentan diferentes contenidos de sales, minerales, gases y partículas que están presentes en aquellos medios en los que se halla el recurso hídrico y que son arrastrados por éste; por ejemplo, en el cauce de un río, en el estrato geológico en el que subyace el acuífero o en la composición de la atmósfera, entre otros. Así mismo, algunos contaminantes generados de forma natural o derivados de las actividades humanas (aguas residuales, pesticidas, productos agrícolas, desechos industriales, etc.) son incorporados en el agua, alterando sus características al punto de imposibilitar muchos de sus usos, incluyendo el de consumo humano.

Las aguas superficiales son, evidentemente, más susceptibles de ser alteradas que las subterráneas1, las cuales están protegidas por el mismo suelo, en mayor o menor grado, dependiendo de las características de éste y, particularmente, de su porosidad. No obstante, las aguas de pozo –aunque generalmente más claras–, tienen altas cargas de minerales como hierro y manganeso, así como altos contenidos de anhídrido carbónico proveniente del lavado del CO2 atmosférico, lo que además la hace presentar valores bajos de pH por la conversión de este gas en ácido carbónico. Las aguas lluvias pueden también estar contaminadas con gases y residuos químicos contaminantes presentes en la atmósfera y las aguas de mar presentan elevados niveles de cloruro de sodio (sal) que dificultan su aprovechamiento. De esta manera, el agua en la naturaleza presenta una notable variabilidad en su calidad, lo cual exige un conocimiento profundo de sus características para identificar, con certeza, los tratamientos más apropiados que deben ser aplicados para mejorarla hasta hacerla apta para su consumo.

1.2 Aspectos microbiológicos

El mayor factor de riesgo para la salud, a ser considerado en el agua destinada al consumo humano, es el microbiológico; específicamente, el de los organismos patógenos asociados con la contaminación por heces humanas o excrementos de animales.

En la Tabla 1 se exponen las causas principales de la aparición de enfermedades de origen hídrico en la Unión Europea (Notas de Clase. Universidad de Salamanca, 2006).

Tabla 1. Causas principales de las enfermedades hídricas en Europa.

Fuente: Notas de clase. Universidad de Salamanca. 2006

En Colombia, 793 municipios (el 70% de las ciudades del país) no suministran agua potable a sus poblaciones por acueducto (Defensoría del Pueblo, 2009). Adicionalmente, se estima que el 95% de las aguas residuales domésticas y agrícolas se vierten sin tratamiento alguno, mientras que el 85% de las aguas residuales domésticas no son tratadas adecuadamente (MAVDT, Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial de Colombia); no es extraño que las enfermedades relacionadas con el agua y las malas condiciones de higiene, provoquen el 7,3% del total de las muertes infantiles (Sánchez Triana, 2007).

En el agua se pueden presentar diferentes tipos de microorganismos, a saber:

1. Organismos patógenos:

• Bacterias. Están generalmente presentes en las heces y causan un sinnúmero de enfermedades, siendo la más corriente la diarrea e infecciones en el tracto urinario. Pueden ser eliminadas casi totalmente con un buen sistema de potabilización. Algunos ejemplos de bacterias de origen intestinal, son: E.coli, Klebsiella y Salmonella.
• Virus de origen entérico. Este tipo de unidades infecciosas microscópicas, presentes en los intestinos de humanos y animales, no son eliminadas totalmente en el proceso de potabilización. Se estima que, en una potabilizadora, pueden llegar a ser reducidos entre una décima a milésima parte de la concentración original. Algunos ejemplos de virus, son: enterovirus, astrovirus, adenovirus, virus de la hepatitis A y E2.
• Protozoos. Son microorganismos de metabolismo mucho más complejos que el de las bacterias, algunos, inclusive, presentan características de animal y vegetal. Los quistes3 de protozoos son altamente resistentes a los compuestos clorados, de manera que el tratamiento convencional los reduce pero no asegura su total eliminación. Actualmente existe una tendencia a exigir turbiedades a la salida de los filtros inferiores a 0,5 UNT (Unidades Nefelométricas de Turbiedad) para tratar de garantizar su ausencia en las redes de abastecimiento. Algunos ejemplos de ellos, son: Cryptosporidium, Entamoeba histolitica y Giardia lamblia.
  Entre los principales agentes etiológicos encontrados en las aguas de consumo en España, a finales del siglo XX, se encuentran los relacionados en la Tabla 2 (Notas de Clase. Universidad de Salamanca, 2006).

Tabla 2. Prevalencia de enfermedades relacionadas con el agua a finales del siglo XX en España

Fuente: Notas de clase. Universidad de Salamanca. 2006

2. Organismos molestos.

Organismos como las algas, hongos, larvas y pequeños crustáceos, además de generar rechazo visual, tienen el potencial de causar mal sabor, olores molestos e incrementos de color y turbidez; incluso los de mayor tamaño interfieren con el proceso de potabilización al obstruir tamices y filtros.

1.2.1 Organismos indicadores de calidad microbiológica

En las décadas de 1870 y 1880, los trabajos de Robert Koch y Joseph Lister permitieron el reconocimiento de que las infecciones bacterianas pueden ser transmitidas por el agua, lo cual llevó a un acelerado desarrollo de los métodos de determinación de los microorganismos que las causan.

Es claro que resulta imposible aislar e identificar todos y cada uno de los miles de organismos patógenos en razón del elevado costo, la obvia complicación procedimental y la ingente demanda de tiempo dedicada en el laboratorio. Considerando esta limitante, hoy se emplean los llamados Organismos Indicadores cuya presencia determina, indiscutiblemente, la existencia de muchos otros organismos causantes de enfermedad.

La calidad microbiológica se determina, entonces, con la detección de organismos normalmente presentes en las heces de seres humanos y animales, lo cual indicará –consecuentemente– contaminación por organismos patógenos originada por descargas de aguas residuales domésticas. Este concepto podría resumirse de forma simple, así:

Presencia de Organismos Indicadores = Presencia de Organismos Patógenos

Ausencia de Organismos Indicadores = Ausencia de Organismos Patógenos

Estos Organismos Indicadores deben ser reducidos a unos pocos organismos o grupos de ellos y poseer unas características específicas que los constituyan en “buenos indicadores” de la calidad microbiológica del agua. Estas condiciones, son:

1. Que abunden en las heces de los animales y el hombre.
2. Que estén ausentes, o en número muy reducido, en otras fuentes como el suelo o la vegetación.
3. Que sean fáciles de aislar, identificar y cuantificar.
4. Que no se reproduzcan, bajo condiciones normales, en el agua.
5. Que sobrevivan más tiempo en el agua que la mayoría de los organismos patógenos.
6. Que sean más resistentes a los desinfectantes que la mayoría de los organismos patógenos.

Aunque no cumplen la totalidad de estas condiciones, a falta de otros mejores, los que actualmente son más usados como indicadores universales de calidad microbiológica del agua, son:

• Los Coliformes Totales.
• La Escherichia coli.

Coliformes Totales:

Grupo de organismos que fermentan la lactosa con producción de ácido y gas entre los 35 y 37 °C. Dentro de este grupo se encuentran los siguientes microorganismos: Escherichia, Enterobacter, Klebsiella y Citrobacter, entre otros. Algunos de estos microorganismos se encuentran normalmente en el suelo y en la vegetación, por lo cual no son indicadores efectivos de contaminación fecal; por esta razón, el grupo Coliforme es usado sólo como indicador de la contaminación microbiológica, en términos generales. De igual forma, puede ser usado como indicador de la eficiencia de los tratamientos.

Bacteria E. coli:

Coliforme de origen fecal, exclusivamente; no se reproduce en el agua excepto si ésta tiene materia orgánica que excede los 14 mg/L de DBO5 y temperaturas superiores a los 13 °C.

Esta bacteria y el grupo Coliforme son fáciles de detectar pero son menos resistentes a la acción de desinfectantes que la mayoría de virus y quistes de protozoos. No obstante, como se dijo con antelación, no existe un indicador mejor en la actualidad.

Sin embargo, se usan también otro tipo de indicadores, aunque de forma menos extendida:

• Los Coliformes Fecales.
• Los Estreptococos Fecales (llamados también Enterococos).

Coliformes Fecales:

Subgrupo de los Coliformes Totales que se identifican por la capacidad de fermentar la lactosa a temperaturas más elevadas, entre los 44 y 45 °C, es decir, son termotolerantes. Sin embargo, ya no son considerados un indicador efectivo de contaminación por heces puesto que algunos de ellos, de origen no fecal, son también termotolerantes.

Enterococos o Estreptococos Fecales:

Otro grupo indicador que es frecuentemente usado en Europa y en los Estados Unidos. Tienen la ventaja de ser más resistentes a los desinfectantes que los microorganismos del grupo Colifor...