xvEPA
                 United States
                 Environmental Protection
                 Agency
                       Office of Water
                       Washington, D.C.
EPA832-F-99-063
Septiembrede1999
Folleto  informativo  de  tecnologia
de aguas residuales
Desinfeccion con  ozono
 DESCRIPCION

 Las  actividades  de desinfeccion son
 consideradas  como los  mecanismos
 principales  en  la desactivacion  o
 destruction de los organismos patogenos
 para  prevenir   la   dispersion  de
 enfermedades transmitidas  a traves del
 agua tanto a los usuarios  aguas abajo
 como al  ambiente.  Es  muy importante
 que las  aguas residuales sean tratadas
 adecuadamente antes de realizarse las
 actividades de  desinfeccion para que  la
 action de cualquier desinfectante sea
 eficaz.    La  Tabla   1  muestra los
 microorganismos que  comunmente  se
 encuentran   en   aguas   residuales
 domesticas y las enfermedades asociadas
 a ellos.

 El  ozono  se  produce  cuando  las
 moleculas   de   oxigeno   (02)  son
 disociadas por medio de una fuente de
 energia produciendo atomos de oxigeno
 que  posteriormente chocan  con una
 molecula de oxigeno para formar un gas
 inestable, el ozono (Os), que se utiliza
 para  desinfeccion  de  las   aguas
 residuales. La mayoria  de las plantas de
 tratamiento de  aguas residuales generan
 ozono mediante la aplicacion de una
 corriente alterna de alto voltaje (6 a 20
 kilovoltios) a traves de una  brecha entre
 placas dielectricas de descarga en donde
 se encuentra un gas de alimentation que
                      contiene  el  oxigeno.   El  ozono  es
                      generado en la planta debido a que el gas

                            TABLA 1 AGENTES
                      INFECCIOSOS POTENCIALMENTE
                           PRESENTES EN AGUAS
                       RESIDUALES DOMESTICAS NO
                                TRATADAS
Organismo
Bacterias
Escherichia coli
(enterotoxigeno)
Leptospira (spp.)
Salmonella typhi
Salmonella (2,100
serotipos)
Shigella (4 spp.)
Vibrio cholerae
Protozoos
Balantidium coli
Cryptosporidium
parvum
Entamoeba
histolytica
Giardia lamblia
Helmintos
Ascaris lumbricoides
T. solium
Trichuris trichiura
Viruses
Enteroviruses (72
tipos; porejemplo:
viruses echo y
coxsackie del polio)
Hepatitis A
Agente de Norwalk
Enfermedad Causada

Gastroenteritis
Leptospirosis
Fiebre tifoidea
Salmonelosis
Shigellosis (disenteria bacilar)
Colera

Balantidiasis
Cryptosporidiasis
Amebiasis (disenteria
amoebica)
Giardiasis

Ascariasis
Teniasis
Tricuriasis

Gastroenteritis, anomalias del
corazon y meningitis.
Hepatitis de tipo infeccioso
Gastroenteritis

-------
Rotavirus
                Gastroenteritis
Fuente: Tabla adaptada de Crites and Tchobanoglous,
1998
es inestable y se descompone en oxigeno
elemental en un periodo corto de tiempo
luego de su generation.

El  ozono  es  un  oxidante  y  agente
germicida de  virus  muy fuerte.   Los
mecanismos de desinfeccion asociados
con el uso del ozono incluyen:
•  La oxidation o destruction directa
   de la pared de la celula con la salida
   de componentes celulares fuera de la
   misma.

•  Las  reacciones con los subproductos
   radicales  de  la descomposicion del
   ozono.

•  El dafio a los componentes de los
   acidos    nucleicos    (purinas    y
   pirimidinas).

•  La  ruptura   de  las  uniones  de
   carbono-nitrogeno que conduce a la
   despolimerizacion

Cuando  el  ozono  se descompone  en
agua, los radicales libres del peroxido de
hidrogeno (HO2) y del hidroxido  (OH)
que se forman tienen  gran capacidad de
oxidation y desempefian un papel activo
en  el proceso  de desinfeccion.   En
general  se cree  que  las  bacterias son
destruidas   debido   a   la   oxidation
protoplasmatica,  dando como  resultado
la desintegracion de la pared de la celula
(fisuramiento o lisis de la celula).

La eficacia de la  desinfeccion  depende
de la susceptibilidad de los organismos a
ser tratados, del tiempo de contacto y de
la concentration de ozono. Un diagrama
linear del proceso de desinfeccion con
ozono se muestra en la Figura 1.   Los
componentes   de   un   si sterna   de
desinfeccion utilizando  ozono incluyen
la preparation del gas  de alimentation,
la generation del ozono, el contacto con
el ozono, y la destruction del ozono.

El aire  o el oxigeno  puro  se utilizan
como fuente de oxigeno  en  el  gas de
alimentation, el cual  es transmitido al
generador   de   ozono   a   una   tasa
establecida  de  flujo.    La   fuente  de
energia  para la production es generada
mediante una descarga  electrica en un
gas  que   contenga  oxigeno.     Los
generadores de  ozono son comunmente
clasificados de acuerdo a:

•  El mecanismo de control  (voltaje o
   unidad de frecuencia).

•  El mecanismo de enfriamiento (agua,
   aire, o agua mas aceite).

•  El   arreglo  fisico   de las  placas
   dielectricas (vertical u horizontal).

•  El nombre del  inventor.

Si  bien  los  generadores  de  ozono
fabricados por diversas compafiias tienen
caracteristicas   unicas,   estos  tambien
tienen   algunas   configuraciones   en
comun.

El metodo de descarga  electrica  es la
fuente   de   energia  mas  comunmente
utilizada para la production  de ozono.
El aire extremadamente seco  u oxigeno
puro  se  exponen  a   una   descarga
controlada y uniforme de alto voltaje a
una frecuencia alta o baja.  El punto de
condensation del gas  de alimentation
debe ser igual o menor de -60 °C  (-76
°F).  La corriente de gas generada del

-------
       aire contiene cerca del 0.5  a 3.0% de
       ozono por peso, mientras que el oxigeno
       puro genera aproximadamente de 2 a 4
       veces esa concentration.

       Despues de su generation, el ozono es
       alimentado a una camara de  contacto de
       flujo vertical de caida que  contiene el
       agua residual  a ser desinfectada.   El
       proposito  principal  de  la  camara  de
       contacto  es transferir el ozono  que se
       encuentra dentro de la burbuja de gas al
                           Destruction del
                               ozono
               r_RecicJaje_
          Preparation de gas de alimentation
          •  Production de oxigeno
          •  Almacenamiento de oxigeno
          •  Tratamiento con aire/oxigeno
                       Gases de
                        escape
Generation de
    ozono
               V_
Camara de contacto
     de ozono
Descarga
                                                      Entrada del agua
                                                         residual
       Fuente: U.S. EPA, 1986

        FIGURA 1  DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL PROCESO DE OZONIZACION
cuerpo  del  liquido  mientras  que  se permite
suficiente   tiempo   de  contacto   para  la
desinfeccion.  Los tipos de camara  de contacto
de  burbujas  difusas  comunmente utilizados
(bien  sea  en   direction   del   flujo   o  a
contracorriente) son los de inyeccion de presion
positiva,  de  presion  negativa  (Venturi),  de
agitation  mecanica y las torres de lecho  fijo.
Debido a que el ozono se consume rapidamente,
debe  proveerse un contacto  uniforme en una
camara de flujo en piston (tubular).

Los gases de  escape de la camara  de contacto
deben ser tratados para destruir cualquier ozono
           restante antes de ser liberados a la atmosfera.
           Por  lo  tanto,   es  esencial  mantener  una
           dosificacion optima del ozono para una mejor
           eficacia.   Cuando  se  utiliza  el  oxigeno puro
           como gas de alimentation, los gases de escape
           de la camara de contacto pueden ser reciclados
           para generar el ozono o para la reutilizacion en
           el tanque de aereacion. Los gases de escape del
           ozono que no se utilizan se envian a una unidad
           de destruction de ozono o se reciclan.

           Los  parametros  principales  de  control  del
           proceso son la dosis, la mezcla y el tiempo de
           contacto.   Los  sistemas  de  desinfeccion  por

-------
medio  de  ozono  tienen  como  objetivo  el
maximizar  la solubilidad del  ozono en el  agua
residual ya que  la desinfeccion  depende de la
transferencia  del ozono al agua residual.  La
cantidad de ozono que  se disuelve en el  agua
residual  a  una  temperatura  constante es una
funcion de  la presion parcial del  ozono gaseoso
sobre el agua  o en  la corriente  del gas de
alimentation.

Es critico que todos los sistemas de  desinfeccion
que  utilizan  ozono  sean evaluados  a escala
piloto y calibrados antes de la instalacion para
asegurar que  se  cumplan con los requisites del
permiso de descarga en los sitios especificos de
uso.
APLICABILIDAD
La   desinfeccion   con   ozono   se   utiliza
generalmente en plantas de tamafio mediano o
grande  una vez  que  el  agua  residual haya
recibido por lo menos tratamiento  secundario.
Ademas de la desinfeccion, otro uso comun del
ozono en el tratamiento del agua residual es el
control de malos olores.

La desinfeccion con ozono es el metodo menos
utilizado en los Estados Unidos aun cuando en
Europa  esta tecnologia ha tenido una  amplia
aceptacion  por varias decadas.  El  tratamiento
con ozono  tiene la capacidad de lograr niveles
mas altos de desinfeccion en comparacion  con
el cloro o la luz ultravioleta; sin embargo, los
costos  de  inversion asi  como  los gastos  de
mantenimiento  no  son competitivos con  las
alternativas disponibles. Por lo tanto,  el ozono
es utilizado con poca frecuencia, principalmente
en  casos  especiales  en  los   cuales  otras
alternativas no son efectivas.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Ventajas:
   El ozono es mas eficaz que la utilization del
   cloro para la desinfeccion  o destruction  de
   virus y bacterias.

   El proceso de ozonizacion utiliza un periodo
   corto de contacto (aproximadamente de 10 a
   30 minutos).

   No existen residues peligrosos que necesiten
   ser  removidos  despues  del  proceso  de
   ozonizacion porque el ozono se descompone
   rapidamente.

   Despues del proceso  de  ozonizacion, los
   microorganismos no crecen nuevamente, a
   exception  de aquellos  que estan protegidos
   por  las particulas en la corriente de  agua
   residual.

   El ozono es generado dentro de la  planta,
   existiendo  asi  muy  pocos  problemas  de
   seguridad industrial asociados con el envio y
   el transports.

   El   proceso  de   ozonizacion  eleva  la
   concentration de  oxigeno disuelto  (O.D.)
   del  efluente.   El incremento  O.D. puede
   eliminar la  necesidad  de reaereacion   y
   tambien puede incrementar el nivel de  O.D.
   en la corriente de agua receptora.
Desventajas
•  La baja dosificacion puede no  desactivar
   efectivamente  algunos  virus,  esporas   o
   quisles.

•  El proceso de ozonizacion es una tecnologia
   mas  compleja  que  la  deration  o  la
   desinfeccion con luz ultravioleta, por lo cual

-------
   se requieren equipos complicados y sistemas
   de contacto eficientes.

   El  ozono  es muy  reactive  y corrosive,
   requiriendo asi de materiales resistentes a la
   corrosion tales como el acero inoxidable.

   El proceso de ozonizacion no es economico
   para   las   aguas  residuales   con  altas
   concentraciones   de  solidos   suspendidos
   (SS),  demanda  bioquimica  del  oxigeno
   (DBO),  demanda quimica  de oxigeno, o
   carbono organico total.

   El  ozono  es extremadamente  irritante y
   posiblemente  toxico,  asi que  los gases de
   escape que salen de la camara de contacto
   deben ser  destruidos  para  evitar que  los
   trabaj adores esten expuestos a ellos.

   El   costo   del   tratamiento   puede   ser
   relativamente  alto en cuanto a la inversion
   de capital y la demanda de energia electrica.
DESEMPENO
Plantas de tratamiento de aguas residuales de
Belmont  y  Southport  en   Indianapolis,
Indiana

En  1985, la ciudad de  Indianapolis, Indiana,
operaba dos plantas de tratamiento avanzado de
aguas residuales en Belmont y Southport,  cada
una con capacidad de  125 millones de gal ones
por dia (mgd) en donde se utilizaba el proceso
de  desinfeccion  con  ozono.   La  capacidad
nominal  de   los   generadores   de  ozono
alimentados por  oxigeno era  de 6,380 libras
diarias, lo cual era utilizado para cumplir  con
los   promedios  geometricos   semanales  y
mensuales de desinfeccion de coliformes fecales
establecidos en los permisos de descarga (400 y
200 por 100 ml, respectivamente).
La desinfeccion fue requerida en ambas plantas
de tratamiento  de Indianapolis desde el 1 de
abril hasta el 31  de octubre de  1985.   Las
caracteristicas  del  funcionamiento  de  los
equipos fueron evaluadas durante el periodo de
desinfeccion  llevado  a  cabo  en   1985   y,
consecuentemente,   el   desempefio   de   la
desinfeccion   fue   optimizado    durante   la
temporada de 1986.  El costo de inversion de
ambos sistemas de ozonizacion represento cerca
del 8% del costo total de la construction de las
plantas. La operacion y el mantenimiento de los
sistemas de ozonizacion representaron cerca del
1.9  % y del 3.7  % de los  costos totales de
operacion  y  mantenimiento  de  las  plantas
Belmont y Southport, respectivamente.

En 1989 se llevo a cabo un programa detallado
de monitoreo y de control del  proceso.   Los
datos  indicaron  efectos  significativos  en  el
desempefio del proceso debido a los cambios en
el caudal del  agua residual, la concentration de
las  coliformes  fecales  que  ingresaban  a  la
camara de contacto y la demanda de ozono.

La information sobre la demanda de ozono no
se conocia previamente. Se realizaron diversos
estudios  para permitir un mejor  control  del
proceso  de  desinfeccion  con ozono.   Estos
incluyeron la  instalacion reciente  de una camara
de contacto  de ozono a  escala  piloto para
permitir que  el personal  de la planta midiera
diariamente la demanda de  ozono.  Ademas,  se
realizaron las pruebas con rastreadores para
medir la posibilidad de flujo de corto circuito en
la camara de contacto. Los  resultados indicaron
que se lograba  una ventaja notable al agregar
deflectores adicionales. Los resultados tambien
sefialaron estrategias operacionales  que podrian
lograr  una maxima remocion  de  coliformes
fecales, tales  como la reduction del numero de
camaras   de   contacto   en   operacion  en
condiclones de flujo bajo y moderado.

-------
OPERACION Y MANTENIMIENTO
La generation  de ozono  utiliza una cantidad
significativa de energia electrica.  For esto  se
debe dar una atencion constante al sistema para
asegurar que el uso de la energia es optimizado
para   un   rendimiento   controlado  de   la
desinfeccion.

No deben existir conexiones con fugas dentro o
en los alrededores del generador de ozono.  El
operador  debe  monitorear regularmente  las
subunidades apropiadas para asegurar que no
esten recalentadas.   For lo tanto  el  operador
debe  verificar  rutinariamente  que no existan
escapes  puesto  que  una  fuga  muy pequefia
puede  causar  concentraciones inaceptables  de
ozono en el ambiente.  El  equipo de  monitoreo
de ozono debe ser probado y calibrado segun lo
recomendado por el fabricante del equipo.

Tal  como  el  oxigeno,  el  ozono  tiene una
solubilidad  limitada  y se  descompone  mas
rapidamente en agua que en el aire. Este factor,
junto con la reactividad del ozono, requiere que
la camara  de  contacto  de  ozono  este  bien
cubierta  y que  el ozono  se difunda al   agua
residual lo mas eficazmente posible.

El ozono en forma gaseosa es explosivo una vez
que  alcanza una concentracion  de 240  g/m3.
Puesto  que la mayoria  de  los  sistemas  del
proceso  de ozonizacion  nunca exceden una
concentracion  gaseosa de  ozono de  50 a 200
g/m3, esto no es generalmente un problema. Sin
embargo, el ozono  en forma gaseosa  sigue
siendo   peligroso   durante   una   cantidad
significativa  de  tiempo,   de  modo que  es
necesario   tomar   medidas   extremas    de
precaution cuando se operan sistemas del gas  de
ozono.

Es importante que las tuberias del generador  de
ozono, de distribucion, de contacto, del gas  de
escape y de entrada a la unidad de destruction
de  ozono  sean  purgadas antes de  abrir  los
diversos sistemas o subsistemas.  Al ingresar a
la camara  de  contacto de  ozono,  el  personal
debe estar consciente de que existe un potencial
de deficiencia de oxigeno o  de  gas  de ozono
atrapado a pesar de que se realicen los mejores
esfuerzos de limpieza del sistema.  El operador
debe estar enterado de todos los procedimientos
de operacion de  emergencia requeridos en caso
que  surgiese un problema.   Los operadores
deben  tener  todo   el  equipo  de  seguridad
industrial disponible para su utilization en caso
de que suceda una emergencia. Los parametros
de  operacion  y  mantenimiento  importantes
incluyen:
•  Abastecer al generador de ozono con un gas
   limpio de alimentacion que tenga un punto
   de condensacion igual o menor a -60 °C (-76
   °C). Si el gas alimentado tiene humedad, la
   reaction de  ozono  y la humedad puede
   generar una condensacion muy corrosiva en
   el interior  del ozonizador.   La production
   del generador puede ser disminuida por la
   formation de los oxidos  de nitrogeno (tales
   como acido nitrico).

•  Mantener el flujo requerido del enfriador del
   generador (aire, agua u otro liquido).

•  Lubricar el compresor  o  el  soplador  de
   acuerdo   con   las   especificaciones   del
   fabricante.     Asegurarse  que  todas   las
   empaquetaduras  de sellado del  compresor se
   encuentren en buenas condiciones.

•  Operar el generador de ozono  dentro de  los
   parametros de disefio.  Examinar y limpiar
   regularmente el ozonizador, el suministro de
   aire  y   los  ensamblajes  dielectricos,  y
   monitorear regularmente  la temperatura  del
   generador de ozono.

•  Hacer   monitoreo    del    sistema   de
   alimentacion y distribucion  de ozono para

-------
   asegurar que  el  volumen  necesario  tenga
   suficiente contacto con las aguas residuales.

•  Mantener los niveles  ambientales de ozono
   por debajo  de los limites de las regulaciones
   de seguridad aplicables.

COSTOS

El costo de los sistemas de desinfeccion con
ozono depende del fabricante,  de la ubicacion,
de  la   capacidad  de la  planta,   y  de  las
caracteristicas   del   agua   residual   a   ser
desinfectada.   Los   costos  del proceso  de
ozonizacion   son    generalmente   altos  en
comparacion con otras tecnicas de desinfeccion.

La Tabla  2 muestra  una estimation de costos
tipica (valores  bajos a medianos) para el sistema
de  desinfeccion  con ozono  utilizado  para
desinfectar 1 mgd de agua residual.  Los costos
se basan en agua residual que ha  pasado por los
procesos de tratamiento primario y  secundario
en  un  sistema  correctamente  disefiado  (el
contenido  del DBO  no  debe exceder  30
miligramos por litro  [mg/L] y el contenido de
los  solidos  suspendidos  debe  ser menor a 30
mg/L).  En general, los costos son influenciados
en gran parte  por  factores especificos  de  la
localidad;  por  esto,  las  estimaciones  que  se
presentan a continuation son valores tipicos que
pueden variar de un sitio a otro.

Debido  a   que la  concentration  de  ozono
generada del aire o del oxigeno es tan reducida,
la eficacia  de  transferencia  a la fase liquida es
una consideration economica critica.  Por esta
razon las camaras de contacto  utilizadas son
generalmente muy profundas y recubiertas.

El costo total  de  un  sistema de ozonizacion
tambien es  determinado  en gran parte por el
costo de inversion y  los  costos de operacion y
mantenimiento.    Los  costos  anuales  de
operacion  para la  desinfeccion  con  ozono
incluyen el consumo de energia, los suministros,
la reparation  de  equipos  miscelaneos y  las
necesidades de personal.
   TABLA 2 ESTIMACION DE COSTOS
      TlPICOS DE UN SISTEMA DE
              OZONIZACION
Componente
Costos de inversion
de capital
Gas de alimentacion y
compresor de oxigeno
Camara de contacto
(500 gpm)
Unidad de
destruccion
Pequena (cerca de 30
pern)
Grande (cerca de 120
pern)
Costos miscelaneos
Costos de ingenieria
Contingencias
Costo anual de
operacion y
mantenimiento
Mano de obra
Energia electrica
Otros (reemplazo de
filtros, aceite del
compresor, repuestos
dielectricos, etc)
Costo del sistema
(dolares)

$245,500
$4,000-5,000

$800
$1,000-1,200
$ 35,000
$12,000-15,000
30%

$12,000
90 kW
$6,500
gpm: galones por minuto
pcm: pies cubicos por minuto
Fuente: Champion Technology, 1998

-------
Otra consideration referente al costo es que
cada sistema de ozonizacion es muy especifico
para cada caso, dependiendo de las limitaciones
del  efluente de la planta.  Se deberan contactar
empresas  de  abastecimiento  de  substancias
quimicas para obtener information especifica de
costos.
REFERENCIAS

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      Orlando, FL.
                                                 INFORMACION ADICIONAL
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