El Cryptosporidium y su eliminación en las ETAPs

ElC ryptosporidium y su elim inació n en
las ETAPs
C ontaje de partículas com o sistem a de control
Por: Francisco R am írez Q uiró s. D ivisió n C olm enar-Departamento Tratamiento de Agua.
Canal Isabel II. Madrid.
1. INTRODUCCIÓN
Se pretende poner de manifiesto la posibilidad de la presencia en el agua destinada al
consumo humano, de ciertos protozoos patógenos, como el Cryptosporidium y la
Giardia y teniendo en cuenta que sus quistes respectivos tienen un tamaño que oscila
entre 2 y 7 mm, podemos considerarles a efectos de su eliminación que está
estrechamente ligada a la eliminación del resto de otras partículas y materias en
suspensión, que tiene lugar en las diversas fases del proceso de tratamiento, ya que la
gran resistencia de estos microorganismos a los procesos de desinfección normalmente
usados en las estaciones de tratamiento, hace más difícil su inactivación por la vía de la
desinfección.
Si bien el control específico de tales protozoos tiene sus métodos físicos y
microbiológicos de detección, se ha comprobado cierta correlación con la turbiedad del
agua y más específicamente con su contenido en partículas. El control de partículas a
través de los contadores específicos, es un factor importantes en el seguimiento del
proceso de tratamiento, especialmente la coagulación, floculación y filtración y en
definitiva es un parámetro indicativo de la calidad del agua tratada.
Nos centraremos en el Cryptosporidium, dados los importantes brotes ocurridos en los
últimos años en países tan desarrollados como USA y el Reino Unido; son estos dos
países los que más estudios y experiencias han acumulado sobre el Crystosporidium y a
ellos nos iremos refiriendo a lo largo del artículo, finalizando con nuestras experiencias
en el control de partículas, como una herramienta de gran ayuda en el control de las
diversas fases del tratamiento del agua potable.
2. CRYPTOSPORIDIUM
El Cryptosporidium Parvum y la Giardia Intestinalis, están reconocidos como protozoos
parásitos del hombre y muchos animales. El Cryptosporidium tiene un complejo ciclo
de vida, adoptando varias formas, siendo la más relevante el quiste con forma de
microesfera de una dimensión de 4-6 µm de diámetro. De las diferentes especies de
Cryptosporidium, sólo el Cryptosporidium parvum aparece como el responsable que
afecta a la salud hu#mana. Los quistes del Cryptosporidium pueden sobrevivir en el
suelo o en el agua durante varios meses en condiciones adversas, aunque su viabilidad
se va reduciendo con el tiempo. Cuando el quiste entra en el tubo digestivo del hombre
u otro animales, las condiciones internas de pH, temperaturas y sales biliares favorecen
la formación de cuatro esporocitos infectivos por cada quiste, comenzando el ciclo de
vida y una gran multiplicación, saliendo al exterior y extendiéndose al medioambiente a
través de las materias fecales de las personas o animales infectados. Se ha constatado
experimentalmente, que una vaca infectada puede excretar por encima de un millón de
quistes diariamente.
En el hombre puede originar la Cryptosporidiosis, que produce diarreas, que son más
graves en personas con inmunodeficiencias, tiene un periodo de incubación de 2 a 10
días, algunos de los síntomas asociados incluyen anorexia, pérdida de peso,
deshidratación y vómitos.
La contaminación se extiende por la vía fecal-oral y fundamentalmente a través del agua
que ha recibido aportes de desechos de personas o animales infectados.
En cuanto a la dosis infectiva, existe incertidumbre en su cuantía, aunque las mayores
indicaciones sugieren una dosis para la infección entre 1 y 100 quistes.
3. LA VIA DEL AGUA EN LA CRYPTOSPORIDIOSIS
El Cryptosporidium parvum, ha resultado ser en los últimos 10 años, uno de los
microorganismos patógenos del agua que más brotes de enfermedad ha originado.
La Cryptosporidiosis en los animales, es conocida desde hace más de 90 años, pero su
reconocimiento en el hombre, data de 1.976. La primera aparición importante de
Cryptosporidium atribuida al agua, tuvo lugar en Texas en 1.984. Posteriormente en
1.987,alrededor de 13.000 personas fueron infectadas a consecuencia del suministro de
agua en Carrolton, Georgia, USA. El más importante episodio en cuanto a la aparición
del Cryptosporidium, tuvo lugar en 1993 en Milwaukee, USA, donde se estimaron unos
400.000 casos las infecciones de Cryptosporidium a consecuencia del abastecimiento de
agua en una población de 1.600.000 habitantes, atribuyéndose la muerte de alrededor de
100 personas inmunocomprometidas a causa de esta enfermedad.
En el Reino Unido, la primera incidencia de esta enfermedad hídrica, ocurrió en
Ayrshire, Escocia en 1.988. Al siguiente año 1989, ocurrió otro incidente con 500 casos
de Cryptosporidiosis en la región de Oxford y Swidon. Este incidente motivó la
creación de un grupo de expertos por parte del Gobierno del Reino Unido, conocido
como el Comité Badenoch, que preparó un informe sobre el Cryptosporidium en los
abastecimientos de agua, publicado en 1990, donde se describían prácticas sobre el
tratamiento de agua y recomendaciones sobre procedimientos a adoptar en caso de un
brote de Cryptosporidium.
En el cuadro siguiente, N01, se reseñan algunos de los brotes de Cryptosporidium, con
indicación de la población afectada, la fuente u origen del suministro de agua, el
tratamiento aplicado y la causa sobre la que recae la sospecha del brote (J.T. LisIe y J.B.
Rose).
CUADRO 1
A pesar de las deficiencias operacionales, el agua tratada cumplía los estándares de la
Agencia de Protección del Medio Ambiente USA (USEPA) para turbiedad (< 1,C NTU)
y coliformes (<1/100 ml), si bien se observaron algunas puntas más elevadas de
turbiedad y por otra parte la desinfección no resultó eficaz debido a la alta resistencia de
los quistes a la cloración.
En el interior cuadro se observan varios casos en los cuales el tratamiento aplicado fue
sólo la cloración, dada la gran calidad del agua en su origen, no aplicándose la
coagulación y filtración en estos casos.
A este respecto, hay que destacar el caso del brote más recientemente ocurrido, también
en USA, en la ciudad de Las Vegas, en el año 1.994, que puede considerarse como el
primer brote documentado de Cryptosporidiosis, por un sistema de abastecimiento de
agua, sin que hayan sido encontradas deficiencias aparentes en el tratamiento, ni
cambios de calidad en el agua bruta, ni antes ni después del brote y este acabó
repentinamente como empezó, sin aplicar cambios en el tratamiento. Durante el año
anterior y posterior al brote, la turbiedad media del agua bruta fue 0,14 NTU, con puntas
máximas de 0,3 NTU. La dirección del abastecimiento llegó a estimar, que dados los
bajos niveles de turbiedad era conveniente y más preciso controlar, junto a la turbiedad,
el contaje de partículas, implantándose este control.
Tras el estudio de este brote de Las Vegas, se ha llegado a considerar que un agua
potable que cumple todos los parámetros de calidad exigidos, puede no estar libre de
Cryptosporidium, a pesar incluso de los análisis negativos al Cryptosporidium, pues
como después señalaremos, el procedimiento de detección es bastante impreciso.
Hay que destacar que en ocasiones, la buena y constante calidad del agua bruta crea un
exceso de confianza y puede llevar a cierto descuido en alguna de las operaciones del
proceso de tratamiento. Sobre el episodio de Milwaukee, llegó a publicarse en un diario
local, El Mil-waukee Journal, cinco meses después del brote, un reportaje con el titulo
"Fatal negligencia"; este titulo fue elegido por el periódico, reflejando su creencia de
que a pesar de los conocimiento de la EPA sobre el Cryptosporidium y sus efectos, no
fueron impuestas las medidas suficientes para su control, mientras se centraban más las
investigaciones en el control de los subproductos de la cloración. También refiriéndose
a Milwaukee, Velma Smith (Directora Ejecutiva de Amigos de la Tierra, Washington),
recoge en un artículo publicado en 1.995, diversas de las causas y deficiencias técnicas
y organizativas, tanto en la planta de tratamiento, como en alg·n otro organismo
encargado de la regulación y control sanitario. Por su parte, el Comisario de Salud de la
Ciudad, Paul Nannis, ha dicho "Fue una cuestión de confianza, falsa confianza" y sigue
añadiendo sobre el episodio de Milwaukee "Yo pienso que el sentir general era: El agua
ha sido siempre buena".
4.
DETECCIÓN DE CRYPTOSPORIDIUM
Las técnicas de detección del Cryptosporidium en el agua son muy laboriosas y a la
vez llevan a resultados muy insastifactorios, todo ello debido por una parte, a la baja
contaminación de las aguas potables, que requiere la concentración de grandes
volúmenes de muestra en pequeños concentrados, que a su vez lleva a unos porcentajes
de recuperación bastante bajos y por otra, no puede usarse un clásico cultivo de quistes
en un medio específico y selectivo, ya que éstos se dividen dentro de las células
huéspedes, por tanto los quistes tienen que ser solamente contados por medio de
exámenes microscópicos.
Los procedimientos de detección, en general, requieren varias etapas.
S Filtración, elución, centrifugación
S Clarificación, flotación
S Incubación con un reactivo fluorescente específico.
S Recuento mediante epifluorescencia microscópica.
En resumen, los resultados final#mente obtenidos, suelen ser muy insatisfactorios, por
ser muy variables; a este respecto, señalaremos unos estudios y ensayos de
determinación de Giardia y Cryptosporidium llevados a cabo por el Department of Erie
Country Water Authority (ECWA) de USA. Este organismo filtró varios cientos de
litros de agua a los que se incorporaron 387 quistes de Giardia y 327 quistes de
Cryptosporidium y se enviaron los cartuchos de los filtros correspondientes a 12
diferentes laboratorios (uno de ellos del ECWA), recomendados por la AWWA. En
cada uno de estos laboratorios, se procedió a una extracción y análisis del concentrado,
obteniéndose los resultados que figuran en el cuadro n02, que ponen en evidencia las
grandes diferencias entre estos laboratorios, observándose valores de recuperación de
quistes de Giardia entre 0% y 22% y para los de Cryptosporidium entre 0% y 10%.
CUADRO 2
Tratando de evitar estas diferencias y errores, se han desarrollado modelos estáticos
(Nahrstedt y Gimbel) que apoyándose en el número de quistes detectados, sirvan de
base para el cálculo de las concentraciones previstas. Las desviaciones entre el valor
más probable y el valor actual de la concentración se estiman por intervalos de
confianza.
Además de los problemas ya mencionados en los procedimientos de detección, hay que
añadir que algunos de los anticuerpos empleados en la detección, reaccionan con otros
organismos (por ejemplo levaduras) de forma que el recuento de Oocystis puede incluir
especies, e incluso otros organismos, que no son infecciosos para las personas, la
detección de Oocystis no indica si son o tienen capacidad de infección, la propia EPA
manifiesta la existencia de problemas en el método normalmente empleado en la
valoración de Cryptosporidium en el agua, el método en uso no determina, con certeza,
si el Cryptosporidium encontrado en el agua está vivo o muerto, tampoco el método
puede distinguir entre los diversos tipos de Cryptosporidium, sólo uno de ellos es
conocido como causante de enfermedad en el hombre.
En cualquier caso, se ha llegado a estimar que para una concentración de 10-30
quistes/lOO 1, se deben tomar medidas, si bien, el mismo Center for Desease Control
and Prevention de USA, recomienda que la detección de este parásito a baja
concentración en el agua tratada, no debe tomarse como el único criterio de alarma, sino
que debe contemplarse conjuntamente con otros parámetros de calidad del agua.
Las principales experiencias en el estudio de Cryptosporidium en abastecimientos de
agua potable, como ya se señaló al principio, se han desarrollado en USA y en el Reino
Unido, a continuación se indican unas cifras resumidas del estudio realizado por
LeChevalier, Rose y otros en cuanto al contenido de Cryptosporidium en aguas de
superficie, concretamente en 1987, se controlaron diferentes captaciones de agua bruta
en 66 plantas de tratamiento en 14 estados USA y una provincia de Canadá,
encontrándose quistes de Cryptosporidium en el 87% de las muestras de agua bruta con
una media de 2,7 quistes/litro, con un máximo de 484 quistes/l. El resultado para las
aguas tratadas y filtradas, pone de manifiesto que de las 83 muestras ensayadas, el 27%
presentaban quistes de Cryptosporidium con una media de 0,015/1 y un máximo de
0,48/1. Igualmente, se encontraron quistes de Giardia en el 81% y 17% para el agua
bruta y filtrada, respectivamente. Las mayores densidades fueron encontradas en
grandes ríos.
Otro estudio realizado en el Reino Unido por Smitch y otros en 1.991, a través de 84
muestras de diferentes aguas brutas superficiales, revelaron la presencia de
Cryptosporidium en el 40,5% de las muestras con concentraciones máximas de quistes
de 2,3/1, mientras que para las 142 muestras de agua tratada analizadas, se encontraron
Cryptosporidium en el 40,1%, con máximo de concentración de 0,72/1 (en este segundo
estudio, se aprecian unos porcentajes muy similares, tanto en el agua bruta como en la
tratada, posiblemente debido a que estos ensayos se refieren todos a la región de
Escocia, donde dada la excelente calidad de las fuentes u orígenes del suministro del
agua potable, el agua no suele someterse a filtración. Sobre ambos estudios, hay que
señalar que a pesar de los elevados porcentajes de muestras contaminadas, no se
registraron enfermedades epidémicas, argumentándose como justificación, el bajo
número de quistes viables (con capacidad de infección) que fueron encontrados.
A pesar del incremento en las investigaciones, hay todavía muchas cuestiones por
resolver. Sólo un tipo de Cryptosporidium afecta al hombre, pero no hay todavía un test
que lo identifique con facilidad y claridad. El Cryptosporidium parece ser
caprichosamente infectivo, pues se han llegado a encontrar quistes en abastecimientos
de agua sin que se observe indicación de infección, al presentarse en formas más o
menos virulentas, o bien hay un cierto nivel de inmunidad en la población. Aunque el
agua es posiblemente la vía más importante de transmisión, los quistes se dan a tan baja
concentración en ésta, que resultan difícil de marcar.
En cuanto a las épocas o períodos de mayor incidencia, se han constatado mayores
incrementos en épocas de fuertes lluvias y deshielos.
LA INACTIVACIÓN Y ELIMINACIÓN DEL CRIPTOSPORIDIUM
EN
EL
PROCESO
DE
TRATAMIENTO
DEL
AGUA:
DESINFECCIÓN Y RETENCIÓN FÍSICA
La mayor parte de los brotes de Cryptosporidium en el agua, se han asociado con
problemas operacionales más que a deficiencias inherentes al tratamiento, es decir, que
el proceso de tratamiento convencional, operando eficientemente, puede conseguir
eliminaciones muy elevadas. Los dos mecanismos básicos para eliminación de
organismos patógenos durante el tratamiento del agua son: inactivación química y
eliminación física, conseguidos a través de desinfección y a través de la coagulación y
filtración. Comenzaremos señalando que, la eliminación del Cryptosporidium se
consigue por retención física más que por una verdadera inactivación con el
desinfectante normalmente empleado.
En el caso de algunos abastecimientos de agua sin filtrar, pero que cumplen con los
reglamentos sanitarios correspondientes, enfermedades hídricas endémicas, como la
Giardiasis y la Cryptosporidiosis, se suponen estar presentes, aunque inidentificadas a
causa de la ausencia de programas de vigilancia. Se ha estimado que incluso si mil casos
de Cryptosporidiosis de origen hídrico ocurren en una semana en New York, en un
brote de Cryptosporidiosis, es improbable que sea detectado e incluso la fuente hídrica
ser reconocida (Juraneck 1.993).
5.
DESINFECCIÓN
Los efectos de la desinfección sobre el Cryptosporidium, han sido estudiados y
practicados por diversos investigadores, como Campbell, Korich, Peeters y otros,
comprobando la diversa efectividad de los desinfectantes típicos empleados en el
tratamiento, cloro, cloraminas, dióxido de cloro y ozono. La viabilidad de los quistes, se
determinó infectando ratones con quistes tratados previamente con cada uno de los
desinfectantes. Se estudió igualmente, tanto la dosis de desinfectante, como el tiempo de
contacto, es decir los valores de C,t. (mg/l/min.).
Se encontró que el ozono y el dióxido de cloro, fueron más efectivos en la inactivación
de quistes que el cloro libre y las cloraminas. Inactivaciones superiores al 90% se
6.
consiguieron tratando los quistes con 1 mg/l de ozono durante 5 minutos (C.t.= 5 mg/l
minuto) o con 1,3 mg/l de dióxido de cloro durante 1 hora, en el caso del cloro libre y
cloraminas, fueron necesarias dosis de 80 mg/l durante 90 minutos (C.t.=7.200).
En el cuadro N03, se muestran los valores de C.t. determinados por diversos autores
para varios desinfectante, a températuras entre 5 y 250C, tanto para el Cryptospondium
como para otros microorganismos para conseguir el 99% de inactivación, observándose
que sea cual sea el desinfectante, la resistencia de lo microorganismos aumenta en el
orden siguiente: bacterias, virus, Giardia y Cryptosporidium, y no puede esperarse por
tanto, la inactivación del Cryptosporidium Parvum con las concentraciones y tiempos de
contacto normalmente empleado en la instalaciones de tratamiento con la posible
excepción del ozono siempre que el agua tenga una relativamente baja demanda de este
(bajo contenido carbono orgánico total).
C
U
A
D
R
O
3
Es muy importante la temperatura durante la desinfección, así par el caso del ozono,
para conseguir el mismo grado de inactivación E (99%) el valor de C.t. a 70C y 220C ha
resultado ser 7 y 3,5 mg min/l. El quiste del Cryptosporidium queda inactivado cuando
se calienta el agua que los contiene a temperatura próxima a la ebullición. En cualquier
caso, la vía de la eliminación hay que buscarla en 1a propia eliminación física a través
finalmente de la filtración, sin olvidar que por otra parte, la desinfección es máxima
cuando el agua ya ha sido tratada y se han eliminado todas las sustancias y partículas
que puede proteger a los microorganismos.