El papel de la zona del ozono en el mejoramiento de la estabilidad de los desinfectantes del agua potable

En el caso de los cloromines (formados mediante la adición de amoníaco a cloro), el tratamiento previo del ozono puede reducir la formación de subproductos no deseados de desinfección como nitrosaminas. Debido a que se necesita menos cloro para mantener la química residual de formación de cloramina se vuelve más favorable, y el residuo de cloramina es más estable debido a la menor carga orgánica.

Beneficios del uso de ozono en el tratamiento del agua

La integración del ozono en un sistema de tratamiento con el fin de mejorar la estabilidad desinfectante ofrece una serie de beneficios prácticos:

• Menor costo químico: Reducir la demanda de cloro en 30–60% se traduce en menos cloro comprado y almacenado. Lo mismo se aplica a a amoníaco si se utilizan cloromisos.
• ]Producciones de desinfección reducidas (DBPs): Las dosis de cloro más bajas y las fracciones orgánicas reactivas más pequeñas conducen a una disminución de la formación de THMs, HAAs y otros DBP regulados, ayudando a los servicios públicos a cumplir con estándares DBP más estrictos.
• Mejor seguridad microbiana: Un residual más estable significa menos zonas de bajo cloro o cero cloro en el sistema de distribución, reduciendo el riesgo de crecimiento bacteriano y desarrollo de biopelículas.
• Mejor gusto y olor: El óxido de ozono oxida muchos compuestos de gusto y de olor (por ejemplo, geosmin, 2-MIB) que el cloro no puede eliminar eficazmente, lo que da lugar a una mayor satisfacción del consumidor.
• Protección del sistema de distribución: El residual del cloro dura más tiempo, por lo que las estaciones de cloración de impulsor pueden reducirse o eliminarse, simplificando las operaciones y el mantenimiento.
• ] Coagulación y filtración mejoradas: La preoxidación de la zona puede mejorar la eliminación de la turbidez y la materia orgánica en los procesos de aguas abajo, apoyando indirectamente la estabilidad desinfectante reduciendo la carga en la desinfección final.

Retos y consideraciones

Pese a sus numerosas ventajas, el uso del ozono para el mejoramiento de la estabilidad requiere una gestión cuidadosa de varios desafíos.

• Altos costos de capital y de funcionamiento:] El equipo de generación de ozono (células de descarga de la ciudad, suministros de energía, contactores) es más caro que los sistemas tradicionales de alimentación de cloro. El consumo de energía para la producción de ozono añade costos continuos, aunque los generadores de alta eficiencia más recientes han reducido estos.
• Formación de los bromidos: En aguas que contienen bromuro (común en zonas costeras y algunas aguas subterráneas), el ozono puede oxidar el bromuro para bromar, un carcinógeno regulado. Controlar el bromuro requiere una optimización de dosis cuidadosa, ajuste de pH (la baja pH reduce la formación de bromados), o adición de amonía o peróxido de hidrógeno diligente para inhibir la reacción.
• Formación y seguridad del oxidador: La zona es un gas tóxico (OSHA PEL de 0.1 ppm) y requiere sistemas adecuados de contención, detección de gases y ventilación. Los operadores deben recibir capacitación sobre el manejo y mantenimiento seguros de los generadores de ozono.
• ] Necesidad para la postfiltración: La zona puede aumentar el contenido de carbono orgánico asimilable (AOC) del agua, lo que puede promover el crecimiento bacteriano en el sistema de distribución si no se aborda por la filtración biológica. Un proceso bien diseñado de biofiltración del ozono es esencial para cosechar los beneficios de la estabilidad sin introducir nuevos riesgos microbianos.
• Calidad del agua vial: La eficacia del ozono para reducir la demanda de cloro depende del tipo y la concentración de la NOM. Las aguas con altos niveles de materia orgánica refractaria (no biodegradable) no pueden mostrar tanta mejora. Se recomiendan pruebas piloto antes de la implementación a gran escala.

Prácticas óptimas operacionales para la estabilidad causada por el ozono

Para maximizar el efecto estabilizador del ozono en los desinfectantes secundarios, las plantas de tratamiento de agua deberían considerar las siguientes estrategias operacionales:

• Optimizar la dosis de ozono: La dosis debe ser lo suficientemente alta como para oxidar los compuestos principales de cloro-manding pero no tan alto que la formación bromada se vuelve problemática o que el pico AOC se vuelve inmanejable. Las dosis típicas varían de 0,5 a 2 mg O₃ por mg de disolverC
• Use el ozono en conjunto con la filtración biológica: Un filtro biológicamente activo (por ejemplo, GAC o antracita con un biopelícula establecido) inmediatamente después de la ozonación eliminará gran parte de los AOC y los orgánicos de bajo peso molecular, reduciendo la carga en cloro y mejorando aún más la estabilidad residual.
• PH de control durante la ozonación: Bajar el pH (por ejemplo, a 6.5-7.0) puede reducir drásticamente la formación de bromas, permitiendo una oxidación efectiva de la materia orgánica. Para los servicios con preocupaciones de bromuro, el ajuste del pH es un parámetro de control clave.
• ]Mátodos de calidad del agua clave del mercurio: La medición continua del ozono residual, el ozono disuelto y el potencial de reducción de la oxidación (ORP) puede ayudar a la dosificación del ozono de fino. El muestreo regular para el bromato, el potencial de formación del THM y las curvas de decaimiento del cloro deben ser parte de la vigilancia del cumplimiento.
• Utilizar analizadores residuales de cloro en línea: Después de la cloración, la vigilancia residual de cloro en tiempo real en múltiples puntos del sistema de distribución revelará el impacto del pretratamiento de ozono en la estabilidad residual y los ajustes de guía.

Aplicaciones y estudios de casos en el mundo real

Numerosos servicios de agua de todo el mundo han utilizado con éxito el ozono para mejorar la estabilidad de sus desinfectantes secundarios.

Planta de Filtración de Acueductos de Los Ángeles (LAAFP), California

La LAAFP trata el agua del Acueducto de Los Ángeles, que tiene niveles naturalmente altos de bromuro. La planta utiliza el ozono para la desinfección primaria y luego añade cloramina para residual. Al controlar cuidadosamente la dosis de ozono y añadir amoníaco antes de la ozonación (para suprimir bromato), la planta logró una reducción del 40% en la demanda de cloramina en comparación con las condiciones de preozonación.

Plantas de tratamiento de NUEVA de Singapur

Las instalaciones avanzadas de recuperación de agua de Singapur utilizan ozono seguido de filtración biológica de carbono activada antes de la osmosis inversa y la desinfección ultravioleta. En el paso final de cloración, se encontró que la demanda de cloro es sustancialmente menor que sin tratamiento previo al ozono, permitiendo un residual estable de cloro de 1,5 mg/L en la red de distribución de agua recuperada.

Para más información sobre el papel del ozono en la estabilidad desinfectante, el resumen de la EPA de los Estados Unidos sobre el ozono en el agua potable ofrece una visión general autorizada. Las Directrices de la OMS para la calidad del agua potable incluyen información sobre la química del ozono y el control de subproductos, la American Water Works Association (ALTWA) también ha publicado numerosas aplicaciones manuales.

Perspectivas futuras

Es probable que el papel del ozono en la mejora de la estabilidad desinfectante crezca a medida que las empresas de agua se enfrentan a normas más estrictas sobre los subproductos de la desinfección y, a medida que las aguas de origen se vuelven más difíciles debido al cambio climático y la urbanización.

• Procesos avanzados de oxidación del ozono-UV (AOPs): La combinación de ozono con luz UV genera radicales hidroxilos que pueden descomponer una gama más amplia de compuestos orgánicos, reduciendo aún más la demanda de cloro y mejorando la estabilidad residual.
• ] Sistemas de control de tiempo real: Los avances en la tecnología de sensores y el aprendizaje automático permiten a las empresas utilizar una dosis dinámica de ozono basada en la calidad del agua entrante, optimizando el intercambio entre el mejoramiento de la estabilidad y el control de subproductos.
• Sistemas de ozono a pequeña escala: Los generadores de ozono modulares y containerizzatos se están convirtiendo en más asequibles, lo que hace que la tecnología sea accesible a los servicios públicos más pequeños que anteriormente dependían exclusivamente del cloro.
• ]Integración con tratamiento de membrana: El pretratamiento de la zona antes de la nanofiltración o la osmosis inversa puede reducir la manipulación de membrana y mejorar la calidad de la permeada, al tiempo que reduce la demanda de cloro del agua final del producto.

A medida que se sigan investigando, los beneficios sinérgicos del ozono y los desinfectantes secundarios se cuantificarán mejor, lo que permitirá diseñar diseños eficaces en función de los costos que garanticen el agua potable segura y estable de la fuente a la grieta.

Conclusión

La capacidad de Ozono para mejorar la estabilidad de los desinfectantes de agua potable es un activo poderoso pero a menudo subutilizado en el tratamiento del agua. Al oxidar la materia orgánica y reducir los compuestos inorgánicos que de otra manera consumirían cloro o cloromina, el ozono reduce la demanda química, disminuye la formación de subproductos de de desinfección y amplía la cobertura espacial y temporal del desinfectante residual en el sistema de distribución.

La aplicación exitosa requiere una atención cuidadosa a la dosis de ozono, la química del agua y procesos de aguas abajo como la filtración biológica. Con el diseño y operación adecuados, los beneficios superan mucho los desafíos. La zona no es simplemente un desinfectante primario, es un agente clave para crear una matriz de agua químicamente estable que apoye todo el sistema de distribución a través del grifo del consumidor.