Investigación de la inactivación de Clostridium perfringens y Enterococcus sp. en aguas mediante procesos convencionales y avanzados de oxidación

Resumen

Los contaminantes de tipo biológico deben ser eliminados de las aguas naturales que van a ser utilizadas para el abastecimiento a poblaciones en las estaciones de tratamiento de aguas potables (ETAPs), con el fin de asegurar que cumplen los requisitos mínimos que establece la legislación vigente sobre la calidad del agua de consumo humano (RD 140/2003). Según dicha normativa, un agua es considerada ¿apta para consumo humano¿ si no contiene ningún tipo de microorganismo o sustancia, en una cantidad o concentración que pueda suponer un peligro para la salud humana. El cloro es el desinfectante que se ha utilizado históricamente en el tratamiento de aguas; sin embargo, en 1974 Rook y Bellar descubren que tras clorar aguas naturales se forman subproductos organoclorados nocivos para la salud humana. Posteriormente, se detectan patógenos y otros contaminantes químicos con alta resistencia al cloro a las dosis que habitualmente se utilizan en la línea de tratamiento convencional en una ETAP. Es por ello que se desarrollan los Procesos de Oxidación Avanzada (POAs), técnicas basadas en la generación de especies radicalarias oxidativas muy potentes y de ataque poco selectivo, con un elevado poder de oxidación y desinfección sobre los contaminantes y microorganismos presentes en el agua, sin producir en un principio, ningún tipo de subproducto peligroso. Dentro de este marco, el principal objetivo de esta Tesis Doctoral es el estudio de varios tratamientos de oxidación avanzada, aplicables como alternativa o complementación a los procesos convencionales de desinfección y dirigidos a la eliminación de dos indicadores bacterianos de contaminación fecal presentes en aguas naturales y residuales e incluidos en el RD 140/2003, Clostridium perfringens (células vegetativas y esporos) y Enterococcus sp., con el fin de obtener aguas tratadas de buena calidad. Este objetivo principal se extiende a los siguientes puntos: I. Puesta en marcha de la metodología de preparación de una muestra fortificada. Identificación de C. perfringens y Enterococcus sp. y determinación de sus concentraciones habituales en las aguas prepotables en la ciudad de Zaragoza. II. Estudio de la efectividad de las diversas etapas de un tratamiento convencional de potabilización (cloración, coagulación-floculación y decantación, filtración, adsorción con carbón activo) en la eliminación de C. perfringens y Enterococcus sp. a escala real y a escala de laboratorio. III. Estudio de Procesos de Oxidación Avanzada como tratamientos de agua alternativos de desinfección. Entre ellos se evalúan sistemas basados en ozono (O3), peróxido de hidrógeno (H2O2), dióxido de titanio (TiO2) e irradiación, así como combinaciones entre ellos: peroxona (O3/H2O2), O3/TiO2, O3/H2O2/TiO2, fotocatálisis (irradiación/TiO2), fotocatálisis/H2O2 e irradiación/H2O2. Estudio de la influencia de variables que pueden afectar al proceso/s. IV. Estudio y aplicación de modelos matemáticos primarios sobre los resultados de inactivación de C. perfringens y Enterococcus sp. obtenidos en los diferentes tratamientos de desinfección aplicados. Las conclusiones generales del estudio son las siguientes: - Se puede conseguir eliminar de las aguas Clostridium perfringens y Enterococcus sp. de manera eficaz usando POAs de manera alternativa a los procesos de cloración convencional. - Las células vegetativas de C.perfringens presentan una mayor sensibilidad que Enterococcus sp. y a su vez, que sobre sus formas esporuladas frente a los tratamientos de oxidación avanzada. - La presencia de materia orgánica en las aguas disminuye la efectividad de desinfección de los tratamientos aplicados. - La radiación UVB presenta un elevado poder bactericida. La presencia de esta radiación en el tratamiento enmascara cualquier efecto producido por los otros agentes oxidantes estudiados. - Es necesaria la activación del dióxido de titanio mediante una fuente de radiación adecuada (¿ <385 nm) para que participe activamente en el fenómeno de desinfección. - La combinación de irradiación UV/VIS (¿ >320 nm) con dióxido de titanio o con peróxido de hidrógeno mejora de manera sustancial la desinfección obtenida sobre C. perfringens y Enterococcus sp. respecto al tratamiento de irradiación por sí solo. - La combinación de ozono con peróxido de hidrógeno mejora los resultados de inactivación obtenidos sobre C. perfringens y Enterococcus sp. en relación al tratamiento de ozonización en solitario. - El peróxido de hidrógeno no potencia directamente la acción del dióxido de titanio, en relación a la generación de especies reactivas del oxígeno. - Los modelos matemáticos primarios de Hom, Hom modificado, bifásico, Mafart y Geeraerd describen adecuadamente las cinéticas de desinfección de los tratamientos de cloración, ozonización y de irradiación UV/VIS estudiados sobre células vegetativas y esporos de C. perfringens y Enterococcus sp. - En relación a los costes asociados, el tratamiento de cloración es el que resulta más económico, seguido de los basados en ozono, siendo los de mayor coste aquellos en los que interviene el dióxido de titanio.