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.
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1996. Operation of Municipal
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Alexandria, Virginia.
Rakness, K. L.; K. M. Corsaro; G. Hale;
and B. D. Blank. 1993. "Wastewater
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Control and Operating Results." Ozone:
Science and Engineering, vol. 15. no. 6.
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Rakness, K. L.; R. C. Renner; D. B.
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"Start-Up and Operation of the
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Wastewater Systems." Ozone: Science
10. Rasmussen, Karen (Frost & Sullivan).
1998. Pollution Engineering Online.
Market Forecast: Wastewater Treatment
Equipment Markets." WEFTEC,
Orlando, FL.
INFORMACION ADICIONAL
Mark Boner, P.E.
WWETCO
1825 2nd Avenue
Columbus, GA 31901
-------
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