Desinfección de aguas residuales urbanas

DOSSIER
T R ATA M I E N T O T E R C I A R I O Y R E U T I L I Z A C I Ó N
Resumen
En el presente trabajo se presentan
los resultados obtenidos al someter a
las aguas residuales urbanas depuradas de la EDAR de Jerez de la Frontera a un proceso de desinfección con
radiación UV. El objetivo de esta desinfección es el estudio de su posible
reutilización en usos municipales y
turístico/recreativos.
Los resultados obtenidos indican que
dosis UV a 1.265 J/m2 producen una
eliminación próxima al 99,9% de los
microorganismos estudiados (coliformes totales, coliformes fecales y
estreptococos fecales) en más del
77% de los ensayos realizados.
El coste unitario de desinfección, a
escala industrial, ha resultado ser de
0,03 7/m3 de agua, lo que hace que el
tratamiento de radiación UV sea muy
competitivo frente a otros sistemas
de desinfección.
Palabras clave:
Radiación ultravioleta, desinfección,
agua residual, reutilización.
227 / AGOSTO / 2002
Abstract
Disinfection process of municipal
wastewater through ultraviolet radiation: Application in the wastewater treatment plant of Jerez de la
Frontera.
This paper reports the results obtained of the disinfection through ultraviolet radiation of the treated municipal wastewater in the plant of Jerez de
la Frontera for possible municipal
and turist/recreational reuse.
The results obtained show that 1.265
J/m 2 of UV dosis cause nearly a
99,9% decrease of the studied microorganisms (total coliform, fecal coliform and fecal streptococos) in more
than 77% of the carried out studies.
The disinfection unitary cost, at industrial scale, was 0,03 7/m3 wastewater, which means the UV radiation
treatment is very competitive against
others disinfection systems.
Keywords:
Ultraviolet radiation, disinfection,
wastewater, reuse.
42
TECNOLOGIA DEL AGUA
Desinfección de aguas residuales
urbanas mediante radiación
ultravioleta: Aplicación en la
EDAR de Jerez de la Frontera
Por: Inmaculada Salcedo Dávila (*); José Antonio Andrades Balao (**); José María
Quiroga Alonso (*); Enrique Nebot Sanz (*)
(*)
(**)
Departamento de Ingeniería Química, Tecnología de Alimentos y Tecnologías
del Medio Ambiente
Facultad de Ciencias del Mar y Ambientales. Universidad de Cádiz
Campus Río San Pedro, s/n - 11510 Puerto Real (Cádiz)
E-mail: inma.salcedo@uca.es
Aguas de Jerez, EMSA
C/ Cádiz, 1. CR Divina Pastora - 11402 Jerez de la Frontera (Cádiz)
1. Introducción
n una comunidad autónoma
como la Andaluza, donde las
fuentes de abastecimiento de
agua son limitadas, con zonas geográficas en las que son frecuentes
largos períodos de sequía, la reutilización del agua residual depurada,
como fuente alternativa de abastecimiento para diversos usos, adquiere
cada día más importancia.
En la mayoría de las aplicaciones
de reutilización del agua residual, la
desinfección, cuya finalidad es eliminar bacterias, virus y parásitos
patógenos, es una fase obligada antes de la reutilización para poder
asegurar la protección del medio
ambiente y de la salud pública.
Dentro de las tecnologías de desinfección, el tratamiento de una
masa de agua con radiación ultravioleta (UV) consigue la inactivación, en pocos segundos, de los microorganismos presentes en la misma. El efecto se realiza esencialmente por las reacciones fotoquímicas que la luz UV descarga sobre el
centro de información y replicación
E
de las bacterias, el ácido desoxirribonucléico (ADN), debido a que estos componentes absorben radiaciones con longitudes de onda entre
250 y 260 nanómetros (nm) [4, 5,
10].
Dentro de este contexto, y ante la
prevista demanda de grandes volúmenes de aguas para el riego de zonas verdes y deportivas, el Ayuntamiento de Jerez de la Frontera, a través de su empresa municipal Aguas
de Jerez y en colaboración con el
Grupo de Investigación "Tecnología del Medio Ambiente" de la Universidad de Cádiz, lleva realizando,
desde principios del 2000, un trabajo experimental de desinfección
mediante radiación ultravioleta en
la Estación Depuradora de Aguas
Residuales (EDAR) de la ciudad.
En el presente trabajo se muestran los resultados obtenidos al estudiar las posibilidades de reutilización del agua depurada de la citada
EDAR, después de someterla a un
tratamiento con radiación ultravioleta. Se han exigido unos índices
mínimos de calidad a las aguas y se
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han calculado los rendimientos alcanzados en el proceso de desinfección. Además, se ha efectuado el
cálculo de la instalación industrial
de radiación UV necesaria para un
caudal de 450 m3/h, con una estimación, para el presente año 2002, de
los costes operacionales y de implantación del sistema.
2.1. Ubicación y descripción
de la planta piloto de
radiación ultravioleta
Los experimentos se llevaron a
cabo en la EDAR de Jerez de la
Frontera, que trata las aguas residuales mediante un tratamiento
convencional de lodos activados.
Se instaló una planta piloto de radiación UV a la salida de la EDAR,
antes del vertido de las aguas al
medio. Un diagrama de flujo del
sistema aparece recogido en la Figura 1.
El equipo (Figura 2), cedido por
la empresa Wedeco, Water Technology, estaba dotado con un
soporte/reflector plano, cuatro lámparas ultravioleta Spektrotherm, un
sensor ultravioleta y un sistema automático de limpieza, consistente
en dos rascadores de politetraflúor
de etileno no abrasivos y resistentes
a la luz UV. Las lámparas UV estaban selladas individualmente en tubos de cuarzo que permiten el paso
de la luz germicida. Cada lámpara,
de alto rendimiento (tecnología de
baja presión), presentaba una potencia de luz germicida de 125 W y producía una luz UV estable en un amplio rango de temperatura (5-60°C).
El módulo de radiación UV estaba
instalado dentro de un canal de acero inoxidable, colocado horizontal y
paralelamente a la corriente de
agua.
2.2. Criterios de calidad
A la espera de la normativa que
debe legislar el Gobierno Central
y/o Autonómico para establecer la
calidad del agua requerida en cada
una de las posibles aplicaciones de
Figura 1. Diagrama de flujo del tratamiento de desinfección.
reutilización, en el presente trabajo
de investigación se han utilizado los
estándares de calidad sugeridos por
la Consejería de Salud de la Junta de
Andalucía [3].
En dichos estándares, para los
usos del agua residual aplicables a
este estudio (usos de reutilización
municipal y turístico/recreativo,
riego de campos deportivos y de zonas verdes con acceso público) se
establece como valor máximo de
coliformes fecales (CF) 200 Unidades Formadoras de Colonias por cada 100 mL (UFC/100mL), sin especificar estándares para otros parámetros bacterianos. Además de este
parámetro, en el presente trabajo se
han introducido otras dos variables
microbiológicas, los coliformes totales (CT) y estreptococos fecales
(EF), adoptando como estándar de
calidad para ellas los valores máximos de 1.000 y 200 UFC/100 mL,
respectivamente (Tabla 1).
2.3. Dosis ultravioleta
La efectividad de la radiación
UV es una función directa de la can-
Figura 2. Módulo ultravioleta modelo TAK 55
2–1/32143CW.
tidad de energía, o dosis, absorbida
por los microorganismos. Esta dosis
se describe como el producto de la
cantidad de energía aplicada, o intensidad, y el tiempo de exposición
de los microorganismos a esa intensidad.
D=I·t
donde D es la dosis UV (J/m2); I es
la intensidad UV (J/m2·s), y t es el
tiempo de exposición (s).
En la desinfección UV del agua
residual intervienen factores que dificultan o impiden que los microorganismos reciban la dosis UV deseada. De todos los factores, la calidad
del agua residual que se desea tratar
Tabla 1
Aplicaciones de reutilización (a, b)
Municipal
(a)
Riego de campos deportivos
y de zonas verdes
con acceso público
Turístico y
recreativo (b)
Riego de campos deportivos
y de zonas verdes
con acceso público
Estándar de calidad utilizado
Coliformes totales (UFC/100mL) < 1.000 (1)
Coliformes fecales (UFC/100mL) < 200 (2)
Estreptococos fecales (UFC/100mL) < 200 (1)
Idem a
227 / AGOSTO / 2002
2. Material y métodos
(1) Consideraciones particulares.
(2) Consejería de Salud de la Junta de Andalucía [3].
Tabla 1. Estándares de calidad mínima recomendada para las distintas aplicaciones de reutilización.
TECNOLOGIA DEL AGUA
43
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Tabla 2
Parámetros
Unidad
Método analítico
Relacionados con la materia orgánica
Turbidez (Turb.)
Sólidos en Suspensión Totales (SST)
Demanda Química de Oxígeno (DQO)
Carbono Orgánico Disuelto (COD)
UNT
mg/L
mg O2/L
mg C/L
Nefelométrico
Gravimétrico
Colorimétrico
Combustión-infrarrojo
Relacionados con la materia inorgánica
pH
Conductividad (Cond.)
unidades de pH
µS/cm
Electrométrico
Electrométrico
UFC/100mL
UFC/100mL
UFC/100mL
Filtración por membrana
Filtración por membrana
Filtración por membrana
J/m2
%/cm
m3/h
EPA/625/1-86/021
Espectrofotométrico
Contador de agua
Microbiológicos
Coliformes totales (CT)
Coliformes fecales (CF)
Estreptococos fecales (EF)
Relacionados con la radiación UV
Dosis UV (D)
Transmitancia UV (Trans.)
Caudal (Q)
227 / AGOSTO / 2002
Tabla 2. Parámetros analizados y método analítico empleado.
44
es el que tiene, en general, mayor
impacto. Es decir, factores como la
transmitancia del agua a 254 nm
(transmitancia UV), los sólidos en
suspensión, el número de microorganismos, la distribución de las partículas (número, tamaño, composición, etc.) y la relación entre bacterias libres y asociadas a las partículas, son los que principalmente afectan a la cantidad de energía UV absorbida por los microorganismos [2,
6, 7, 9].
Por estos motivos, calcular correctamente la dosis UV que el sistema administra a los microorganismos es crucial para el funcionamiento óptimo de cualquier instalación UV. La determinación experimental de la dosis se realizó conforme al modelo descrito en el Manual
de Diseño para la Desinfección de
Aguas Residuales Municipales de la
Agencia de Protección Ambiental
de los Estados Unidos (EPA/625/186/021) [8]. Este modelo permite
construir una función de Transmitancia/Caudal/Dosis, mediante la
cual se calcula la dosis UV en función del caudal de trabajo y la transmitancia UV del agua.
2.4. Metodología
Se realizaron un total de 100 ensayos, desarrollados en el período
TECNOLOGIA DEL AGUA
comprendido entre febrero y julio
del 2000, con el objetivo de tratar
aguas de diferentes calidades, ya
que éstas se ven influenciadas por
las variaciones estacionales y podrían afectar a la eficacia de desinfección de la radiación ultravioleta.
En el desarrollo de los experimentos, antes de considerar el tiempo cero, se dejaba circular el agua
como mínimo durante unos quince
minutos, con el objeto de asegurar
que se renovase el agua estancada
en las conducciones y que las lámparas UV estuviesen en régimen de
funcionamiento. Transcurridos
otros quince minutos, se tomaban
muestras puntuales a la entrada y salida de la unidad de radiación para
analizarlas y determinar así el rendimiento de desinfección.
Para el cálculo correcto de la dosis UV, al inicio de cada ensayo, y
antes del tratamiento de desinfección, se tomaba una muestra de agua
residual depurada, a la que se le determinaba el valor de la transmitancia UV. Seguidamente, en función
de la dosis con la que se deseaba ensayar y a partir del modelo
EPA/625/1-86/021, se ajustaba el
caudal del agua de entrada a la instalación UV. La determinación del
caudal se realizaba a partir del registro de los cambios de volumen que
mostraba el contador instalado antes de la unidad de desinfección, durante periodos de tiempo, de al menos, 5 minutos.
Los parámetros utilizados para la
caracterización de las aguas antes y
después del tratamiento de desinfección, así como los métodos analíticos empleados para su determinación, se recogen en la Tabla 2. Todos los análisis se efectuaron siguiendo la metodología recomendada en el manual Métodos normalizados para el análisis de aguas potables y residuales [1].
2.5. Tratamiento estadístico
de los datos
El diseño de la base de datos de
esta investigación se realizó empleando todas las variables de tipo numérico, con 200 observaciones por
variable. En el procesado de datos
se emplearon los paquetes estadísticos STATISTICA 5.0 y SPSS 10.0,
así como las hojas de cálculo EXCEL 97 y SigmaPlot 4.0. Todo el
software fue utilizado bajo entorno
WINDOWS 98.
Se han representado las variables
mediante gráficos de tendencia asociada a las mismas, los cuales aportan información sobre los valores
máximos y mínimos del parámetro,
así como el valor de la mediana y la
distribución de los resultados entre
el 25 y el 75% (cuartil inferior y superior, respectivamente).
3. Exposición y discusión
de los resultados
3.1. Caracterización de las
aguas residuales
depuradas antes del
tratamiento con radiación
ultravioleta
Puesto que la calidad del agua incide en la eficacia del sistema de desinfección con radiación UV, debe
considerarse su variación dentro del
diseño de cualquier instalación, incluyendo los valores más desfavorables sobre los que se desea que la
desinfección obtenga una calidad de
salida determinada.
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Q (m3/h)
T (%/cm)
pH
Cond. (µS/cm)
Turb. (UNT)
COD (mg C/L)
DQO (mg O2/L)
SST (mg/L)
CT (UFC/100mL)
CF (UFC/100mL)
EF (UFC/100mL)
Mes
m
Md
Min
Máx
Q1
Q2
CV
Febrero
Marzo
23,9
25,0
23,8
20,3
13,9
14,8
33,0
45,5
16,6
18,5
29,6
33,8
27,9
36,8
Abril
Mayo
Junio
Julio
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Febrero
Marzo
Abril
22,7
23,1
23,2
28,0
49,0
46,4
46,5
44,3
38,8
53,8
7,7
7,7
7,6
7,7
7,7
7,8
1.575
1.517
1.338
1.640
1.674
1.528
7,3
7,0
6,3
8,3
12,6
6,8
15,9
17,1
17,0
18,1
23,1
18,3
65
67
51
24,2
22,9
20,0
31,1
51,2
46,2
43,8
44,8
38,6
51,5
7,7
7,6
7,6
7,7
7,7
7,8
1.564
1.521
1.587
1.654
1.666
1.546
5,7
7,0
5,0
8,4
9,6
6,6
16,7
17,5
17,4
17,9
23,6
18,7
64,0
67,0
47,0
12,1
14,6
15,5
13,3
38,0
38,0
28,1
32,3
24,1
49,7
7,5
7,6
7,5
7,6
7,6
7,8
1.537
1.436
736
1.510
1.594
1.480
4,6
4,1
2,8
4,0
6,3
4,8
12,0
14,2
10,8
12,6
20,1
15,9
49,0
46,0
34,0
32,6
28,8
44,3
37,1
55,0
56,6
60,4
54,6
52,5
60,7
7,9
7,8
7,8
7,8
7,8
7,9
1.645
1.616
1.693
1.729
1.757
1.558
12,2
9,7
12,2
12,2
24,5
9,4
18,8
20,1
24,1
24,9
25,6
20,9
88,0
84,0
98,0
17,8
21,2
18,9
18,4
43,4
41,5
39,8
34,2
26,6
49,7
7,7
7,6
7,5
7,7
7,7
7,8
1.553
1.468
911
1.550
1.617
1.482
5,1
5,3
4,1
4,5
6,7
5,2
14,5
15,7
12,9
13,3
21,0
16,2
58,0
62,0
39,8
26,5
27,5
26,0
35,6
53,0
51,6
57,2
54,2
48,3
59,9
7,7
7,7
7,7
7,7
7,7
7,9
1.590
1.551
1.643
1.717
1.748
1.555
10,0
8,8
9,3
12,0
19,6
8,4
17,3
18,1
20,7
22,7
25,2
19,8
70,0
72,0
62,3
22,1
23,9
34,8
33,3
11,1
12,4
22,8
23,8
27,9
9,4
0,1
0,1
1,6
0,1
0,7
0,5
2,2
3,4
27,7
5,1
3,8
2,4
38,1
25,9
47,5
46,3
55,8
25,5
11,5
8,8
25,0
26,6
9,3
10,5
16,0
12,4
31,0
Mayo
Junio
Julio
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
47
80
44
15
13
12
14
21
9
2,50E+06
3,10E+06
3,02E+06
6,23E+06
9,92E+06
1,10E+07
3,26E+05
1,87E+05
9,75E+04
4,78E+05
1,20E+06
6,58E+05
1,04E+05
1,19E+05
5,20E+04
1,01E+05
2,61E+05
9,38E+04
46,5
73,5
44,5
12,0
12,0
10,5
13,5
15,0
8,0
2,77E+06
2,91E+06
1,58E+06
6,04E+06
1,06E+07
1,23E+07
2,40E+05
1,77E+05
7,79E+04
4,19E+05
1,02E+06
4,17E+05
7,00E+04
1,31E+05
4,80E+04
6,77E+04
1,59E+05
1,16E+05
32,0
58,0
38,0
9,0
7,0
6,0
6,0
9,0
6,0
3,30E+05
2,10E+05
4,10E+05
2,30E+06
2,87E+06
2,65E+06
9,00E+03
9,00E+03
4,00E+03
3,33E+04
4,00E+05
2,30E+04
6,30E+03
9,70E+03
1,00E+03
1,40E+04
8,00E+04
1,87E+04
66,0
118,0
49,0
22,0
18,0
23,0
24,0
40,0
15,0
4,97E+06
8,50E+06
9,45E+06
1,12E+07
1,93E+07
1,85E+07
9,80E+05
6,32E+05
3,60E+05
1,09E+06
2,35E+06
1,56E+06
3,10E+05
3,03E+05
1,22E+05
2,47E+05
7,50E+05
1,58E+05
38,5
62,5
39,5
11,0
10,0
7,0
7,3
10,8
6,0
1,08E+06
6,28E+05
8,03E+05
2,76E+06
5,11E+06
2,89E+06
1,15E+04
3,60E+04
3,63E+04
4,93E+04
5,37E+05
3,05E+04
2,33E+04
3,77E+04
1,42E+04
1,68E+04
9,35E+04
2,17E+04
53,8
98,8
49,0
20,0
15,0
17,0
21,5
33,8
12,0
4,22E+06
4,77E+06
5,97E+06
9,95E+06
1,32E+07
1,76E+07
5,45E+05
2,80E+05
1,04E+05
8,90E+05
1,83E+06
1,52E+06
1,68E+05
1,80E+05
8,47E+04
2,16E+05
3,78E+05
1,38E+05
22,7
24,9
10,5
31,5
23,6
46,0
52,4
58,0
39,1
64,2
75,0
101,6
56,0
55,4
62,6
99,2
89,2
93,9
95,4
60,7
106,0
89,8
71,6
77,7
97,7
96,6
62,7
227 / AGOSTO / 2002
Tabla 3
Parámetro
45
µ: Media Md: Mediana Min: Mínimo Máx: Máximo Q1: Cuartil inferior Q2: Cuartil superior CV: Coeficiente de Variación
Tabla 3. Resultados del tratamiento estadístico mensual de las aguas residuales antes del tratamiento con radiación ultravioleta.
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227 / AGOSTO / 2002
Figura 3. Gráficos de tendencia asociada de la Turbidez, los Sólidos en Suspensión Totales, la Demanda Química de Oxígeno y el Carbono Orgánico Disuelto.
46
Teniendo esto en cuenta, se estudió estadísticamente la evolución
estacional que experimentó el agua
de salida de la EDAR de Jerez durante el período de muestreo (Tabla
3), recurriéndose a los gráficos de
tendencia asociada para obtener una
visión general de las dispersiones
que sufrieron las variables más representativas (Figuras 3 y 4).
Los coeficientes de variación
(Tabla 3) muestran como, en general, las medidas de las variables fisicoquímicas no sufrieron grandes
variaciones a lo largo del período de
estudio. Por el contrario, los parámetros bacteriológicos presentaron
grandes dispersiones, con coeficientes de variación próximos e incluso, en algunos casos, superiores
a cien. Al analizar las oscilaciones
de la mediana de los parámetros microbiológicos se observa que éstas
varían entre 1,6 y 12,3·106 UFC/100
mL para los CT; entre 7,8 y
102,0·104 UFC/100 mL para los CF
y entre 4,8 y 15,9·104 UFC/100 mL
para los EF.
TECNOLOGIA DEL AGUA
Tabla 4
Entrada
Parámetro
Salida
Media
Mínimo
Máximo
Media
Mínimo
Máximo
Q (m3/h)
24,1
12,1
45,5
24,1
12,1
45,5
D (J/m2)
–
–
–
975
438
2.208
46,39
24,10
60,67
46,71
23,99
60,81
7,7
7,5
7,9
7,7
7,4
7,8
1.506
736
1.757
1.505
721
1.750
Turb. (UNT)
7,5
2,8
24,5
7,6
2,6
24,3
SST (mg/L)
14
6
40
14
5
39
DQO (mg O2/L)
61
32
118
60
32
98
COD (mg C/L)
17,6
10,8
25,6
17,5
9,9
25,9
4.381.380
210.000
19.300.000
1.881
22
23.800
Trans. (%/cm)
pH
Cond. (µS/cm)
CT (UFC/100mL
CF (UFC/100mL)
339.978
4.000
2.350.000
242
1
3.800
EF (UFC/100mL)
110.215
1.000
750.000
109
1
921
Tabla 4. Valores de los parámetros físicos, químicos y microbiológicos de las aguas residuales antes y después de la radiación ultravioleta.
Este hecho se ratifica con los gráficos de tendencia asociada: mientras que los valores de la mediana de
los parámetros relacionados con la
presencia de materia orgánica (Fi-
gura 3) prácticamente permanecen
invariables durante el período de
muestreo, la mediana de los parámetros microbiológicos (Figura 4)
sufre un claro ascenso a partir del
DOSSIER
T R ATA M I E N T O T E R C I A R I O Y R E U T I L I Z A C I Ó N
3.2. Análisis cualitativo y
cuantitativo de la eficacia
de la radiación UV
Para poder estudiar la eficacia
del tratamiento de radiación UV en
las aguas residuales, y ver si cumplen los criterios mínimos de calidad establecidos previamente para
su reutilización (Tabla 1), se determinaron las características del agua
de salida de la planta.
En la Tabla 4 se muestran los valores medios, mínimos y máximos
de los parámetros físicos, químicos
y microbiológicos, junto con los
caudales y las dosis ensayadas, para
las aguas residuales a la entrada y
salida de la instalación UV. Al comparar los resultados, se observa como únicamente los parámetros microbiológicos sufren variaciones,
con lo que se comprueba que la radiación UV se comporta como un
agente desinfectante físico y no como un agente químico oxidante.
Para que el tratamiento de desinfección de las aguas residuales sea
adecuado para su implantación en la
EDAR de Jerez, se ha establecido
como condición que en el 95% de
las muestras la concentración de los
diferentes microorganismos estudiados a la salida del tratamiento debería estar por debajo de los criterios de calidad establecidos en la
Tabla 1. En este apartado se muestra el número de experimentos que
cumplieron los requisitos exigidos.
Al igual que para las aguas sin
irradiar (Tabla 3), los valores mensuales de la mediana de los parámetros microbiológicos tras la radiación UV mostraron importantes
oscilaciones, siendo éstas de entre
1,3 y 134·10 2 UFC/100 mL en los
CT; de 1,2 y 128·10 UFC/100 mL
en los CF, y de 1,0 y 14·10
UFC/100 mL en los EF (Tabla 5).
Al estudiar los valores medios globales de estas variables se observó
como en un porcentaje del 77, 83 y
Figura 4. Gráficos de tendencia asociada de los coliformes totales, coliformes fecales y estreptococos fecales.
84% de los ensayos, respectivamente, se cumplía el estándar de
calidad indicado (Tabla 5).
Para determinar las posibles causas que provocaron que parte de los
experimentos realizados no cumpliesen los requisitos establecidos,
se estudió la evolución de las variables microbiológicas, tanto en función de la dosis aplicada como del
TECNOLOGIA DEL AGUA
227 / AGOSTO / 2002
mes de abril, manteniéndose el alza
hasta finales de junio (segunda mitad del período de experimentación).
47
DOSSIER
T R ATA M I E N T O T E R C I A R I O Y R E U T I L I Z A C I Ó N
Tabla 5
Parámetro
Mes
Media
Mediana
Mínimo
Máximo
Febrero
1,30·102
1,27·102
3,40·101
2,50·102
Marzo
2,46·102
1,64·102
2,20·101
8,00·102
Abril
7,56·102
3,85·102
9,60·101
2,54·103
Mayo
4,49·102
2,56·102
1,17·102
1,26·103
Junio
1,17·104
1,34·104
1,23·103
2,38·104
Julio
5,18·103
5,11·103
1,50·103
1,27·104
Febrero
1,64·101
1,40·102
6,00·100
3,80·101
Marzo
3,90·101
1,20·101
1,00·100
1,45·102
Abril
5,70·101
3,05·101
2,00·100
2,19·102
Mayo
1,99·102
1,17·102
5,30·101
6,24·102
Junio
1,22·103
1,28·103
2,40·102
1,75·103
Julio
7,49·102
5,82·102
4,00·101
2,36·103
Febrero
1,82·101
1,00·101
3,00·100
7,40·101
Marzo
1,17·102
2,80·101
1,00·100
9,21·102
Estreptococos fecales
Abril
1,09·102
1,90·101
3,00·100
6,88·102
(UFC/100mL)
Mayo
1,56·102
2,00·101
4,00·100
4,53·102
Junio
2,31·102
1,39·102
4,00·101
8,00·102
Julio
6,12·101
4,00·101
9,00·100
2,02·102
Coliformes totales
(UFC/100mL)
Coliformes fecales
(UFC/100mL)
Concentración
media global
Porcentaje que
cumple la calidad establecida
1.880
77%
241
83%
109
84%
227 / AGOSTO / 2002
Tabla 5. Caracterización y calidad microbiológica del agua residual después del tratamiento con radiación ultravioleta.
48
período de muestreo (Figura 5). La
línea de referencia marca el valor de
calidad mínimo requerido en cada
microorganismo analizado. Se observa que los ensayos que no cumplen los requisitos de calidad fueron
desarrollados con dosis ultravioleta
entre 537 y 1.265 J/m2, coincidiendo con la segunda mitad del periodo
de muestreo, en la que las características microbiológicas del agua de
entrada a la planta piloto mostraban
peor calidad (Tabla 3).
Para dosis similares, cuanto menor es la concentración inicial de
microorganismos, menor es el número de organismos supervivientes.
Los resultados experimentales obtenidos muestran como para dicho intervalo (537 y 1.265 J/m2), existen
ensayos que sí cumplen los requisitos exigidos (Figura 5), correspondiendo estas muestras a ensayos
donde las concentraciones bacteriológicas iniciales eran muy bajas, y
por consiguiente, las concentracioTECNOLOGIA DEL AGUA
nes finales también. Se concluye
pues que para concentraciones iniciales superiores a 107 UFC/100mL
de coliformes totales, 106 de coliformes fecales y 3·105 de estreptococos fecales, concentraciones a
partir de las cuales no se han cumplido los estándares de calidad (Tabla 3), debieron aplicarse dosis UV
superiores a 1.265 J/m2.
Por último, se realizó un estudio
cualitativo de la eficacia de la radiación UV, calculando la reducción
microbiológica experimentada por
cada tipo de microorganismo analizado. Dado que la carga bacteriológica es diferente durante el periodo
de muestreo (Figura 5), para el cálculo de los rendimientos de desinfección se han diferenciado los resultados obtenidos por meses de
muestreo, de los conseguidos globalmente (Tabla 6). Estos rendimientos están expresados en tanto
por ciento y en unidades logarítmicas. Tanto en el análisis mensual co-
mo en el global, se observa que la
radiación ultravioleta consigue reducciones logarítmicas superiores a
tres. Además se comprueba que incluso en los meses de abril a julio,
donde tuvieron lugar las máximas
concentraciones bacteriológicas, la
radiación ultravioleta consigue una
desinfección media del 99,8%.
3.3. Estudio TécnicoEconómico
Se ha realizado un estudio económico del tratamiento de desinfección, considerando como dato de diseño un caudal a tratar de 450 m3/h.
Los resultados obtenidos se presentan a continuación.
3.3.1. Cálculo de la
instalación industrial
necesaria
Para la determinación de las características de la futura instalación
industrial, se facilitaron todos los
resultados del estudio a la empresa
DOSSIER
T R ATA M I E N T O T E R C I A R I O Y R E U T I L I Z A C I Ó N
Wedeco, junto con las características del agua a tratar (Tabla 7) y las
condiciones requeridas en el agua
una vez desinfectada (Tabla 1). Se
ha exigido una garantía, sobre la obtención de rendimientos, que suponga que el 95% de las muestras cumplan los valores recogidos en dicha
tabla.
En líneas generales, la configuración de la instalación propuesta por
la citada empresa constaría de un
sistema de desinfección instalado
en un canal abierto, trabajando por
gravedad, con ocho módulos UV y
doce lámparas por módulo. Las
lámparas serían de alta intensidad y
baja presión, con producción de 125
W de luz UV-C a 254 nanómetros,
colocadas horizontal y paralelamente a la dirección del efluente.
3.3.2. Estimación de los
costes de la instalación
industrial
Al coste del suministro de la instalación UV, que se eleva a 152.720
7, habría que sumar unos 50.485 7,
correspondientes a los costes de implantación, los que elevaría el precio total de la instalación a unos
203.205 7.
3.3.3. Estimación de los
costes operacionales de la
instalación
Para la determinación de los costes operacionales, se consideran
unas condiciones de operación de
450 m3/h, 24 horas al día, 210 días al
año, lo que supone un total anual de
2.268.000 m3 de agua tratada.
Dado el número y características
de las lámparas a instalar, se considera que el consumo horario de
energía eléctrica será 31,7 kW·h, y
que el coste de mantenimiento de
equipos estará en torno a los 252,43
7 por semana de operación. AsiTECNOLOGIA DEL AGUA
227 / AGOSTO / 2002
Figura 5. Evolución de los microorganismos frente a la dosis UV y el periodo de muestreo.
49
DOSSIER
T R ATA M I E N T O T E R C I A R I O Y R E U T I L I Z A C I Ó N
Tabla 6
Mes
Patógeno
Reducción (%)
Reducción (Log)
Febrero
Coliformes totales
Coliformes fecales
Estreptococos fecales
99,988
99,960
99,951
4,3
3,9
3,7
Marzo
Coliformes totales
Coliformes fecales
Estreptococos fecales
99,990
99,962
99,829
4,1
3,9
3,6
Abril
Coliformes totales
Coliformes fecales
Estreptococos fecales
99,962
99,918
99,796
3,6
3,3
3,0
Mayo
Coliformes totales
Coliformes fecales
Estreptococos fecales
99,994
99,931
99,893
4,3
3,3
3,3
Junio
Coliformes totales
Coliformes fecales
Estreptococos fecales
99,865
99,858
99,873
3,0
3,0
3,1
Julio
Coliformes totales
Coliformes fecales
Estreptococos fecales
99,904
99,736
99,870
3,3
2,7
3,2
Media global
Coliformes totales
Coliformes fecales
Estreptococos fecales
99,965
99,924
99,853
3,8
3,5
3,4
Tabla 6. Capacidad cuantitativa mensual y global de reducción de microorganismos por la radiación ultravioleta en las aguas residuales depuradas.
Tabla 7
Parámetros de entrada
450
SST (mg/L)
≤ 30
Turbidez (UNT)
≤ 15
Transmitancia (%/cm)
≥ 30
pH
Conductividad (–S/cm)
227 / AGOSTO / 2002
DQO (mg O2/L)
50
Diseño
Caudal (m3/h)
[7,8]
[700,2000]
≤ 90
Coliformes totales (UFC/100mL)
< 2 · 107
Coliformes fecales (UFC/100mL)
< 2 · 106
Estreptococos fecales (UFC/100mL)
< 9 · 105
Tabla 7. Características del agua residual a tratar
en la instalación ultravioleta.
mismo, se cuenta con la garantía de
que las lámparas tendrán una duración mínima de 12.000 horas y se
considera que la amortización de la
instalación se realizará en 10 años.
Las necesidades de personal y
análisis, así como los precios unitarios y los costes anuales estimados,
aparecen recogidos en las Tablas 8
TECNOLOGIA DEL AGUA
y 9. Teniendo en cuenta estos valores, se obtiene un coste unitario, exclusivamente de la desinfección, de
0,03 7/m3.
4. Conclusiones
• La radiación ultravioleta consigue reducciones logarítmicas del
contenido microbiológico superiores a tres, oscilando los valores medios entre 3,4 y 3,9 unidades, lo que equivale a unos porcentajes de eliminación próximos al 99,9%.
• En más del 77% de los ensayos
realizados se cumplió el estándar
de calidad indicado para riego de
zonas verdes, con acceso público, y zonas deportivas.
• Mediante la aplicación de dosis
UV superiores a 1.265 J/m 2, se
consiguen reducciones microbiológicas que cumplen, en la
gran mayoría de los casos, con la
calidad del agua propuesta.
• La planta piloto de radiación ultravioleta presenta óptimas condiciones de operación para dosis
desde 400 a 2.200 J/m2, en aguas
residuales cuya concentración
microbiológica sea inferior a:
107 UFC/100mL de coliformes
totales, 106 de coliformes fecales
y 3·105 de estreptococos fecales.
• Para un caudal de 450 m 3/h, la
implantación de la instalación de
desinfección supondría una inversión en torno a los 203.205 7.
• El coste unitario del tratamiento
de desinfección, tomando como
referencia el empleo de la instalación a pleno rendimiento durante 210 días al año, sería de
unos 0,03 7/m3.
5. Agradecimientos
Los autores desean expresar su
más sincero agradecimiento a la
empresa municipal Aguas de Jerez,
por la colaboración prestada, facilitando los medios materiales y humanos para la realización del trabajo de investigación.
También quisieran agradecer a la
empresa Wedeco, Water Technology y al personal de la EDAR, perteneciente a Prosein, su colaboración técnica en la instalación y
puesta en operación de la planta piloto.
Así mismo, los autores quieren
mostrar su gratitud al Ministerio de
Ciencia y Tecnología por financiar
el presente trabajo, a través de una
beca de acción MIT.
6. Bibliografía
[1] APHA; AWWA; WPCF.
(1992). "Métodos normalizados para el análisis de aguas
potables y residuales". Ed.
Díaz de Santos, S.A. Edición
en español.
[2] CAIRNS, W.L.; PETROZZI, B.
(1997). "Adelantos en la desinfección de aguas residuales por medio de luz ultravioleta". PROMA.
V Congreso de Ingeniería Ambiental: Aire-Aguas. Feria Internacional de Bilbao.
[3] CONSEJERIA DE SALUD. (1996).
"Criterios para la evaluación sanitaria de proyectos de reutilización directa de aguas residuales
urbanas depuradas". Consejería
DOSSIER
T R ATA M I E N T O T E R C I A R I O Y R E U T I L I Z A C I Ó N
Tabla 8
Concepto
Requerimiento
kW·h
Coste (euros)
0,06 / kW·h
Personal de vigilancia y limpieza
14 horas
15,78 / hora
Personal de supervisión, control y ajustes
10 horas
31,55 / hora
100
94,66 / control
Controles analíticos
Lámpara UV
[7]
340,77 / lámpara
Tabla 8. Precios unitarios de la instalación ultravioleta.
Tabla 9
Concepto
Coste (euros/año)
Energía eléctrica
9.074,13
Personal de vigilancia y limpieza
6.626,16
Personal de supervisión y control
9.465,94
Controles analíticos
9.465,94
Reposición de lámparas
13.740,00
Amortización sin intereses
20.320,22
Mantenimiento de equipos
7.572,75
TOTAL
76.265,14
[8]
[9]
Tabla 9. Costes anuales de la instalación ultravioleta.
de Salud de la Junta de Andalucía. Ed. Antonio Castillo Martín.
Granada.
[4] JAGGER, J. (1967). "Introduction
to Research in Ultraviolet Photobiology". Prentice-Hall Inc. Englewood Cliffs, NJ.
[5] KELLY, C.B. (1961). "Disinfection
of Sea Water by Ultraviolet Radiation". American Journal of Public Health. Vol. 51. Nº 11.
[6] LOGE, F.; EMERICK, R.W.; WILLIAMS, C.; KIDO, W.; TCHOBANOGLOUS, G.; DARBY, J. (1997). "Im-
[10]
pact of Particle Associated Coliform on UV Disinfection". Proceedings of the Water Environment
Federation. 70th Annual Conference and Exposition. Chicago.
TCHOBANOGLOUS, G.; EMERICK,
R.; LOGE, R.; DARBY, J.; SOROUSHIAN, F. (1999). "Recent Developments in Ultraviolet Disinfection". 6th National Drinking Water
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Research Information. Cincinnati, OH.
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815-R-99-014. Office of Water
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