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Mirando bajo el agua
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Hay infinidad de factores que concurren a la contaminación del agua. En esta nota hemos considerado un aspecto, talvez desconocido para muchos, pero no por ello menos importante: la presencia de Giardia y Criptosporidium Parvum.
Revista Nº 37 marzo-abril 1999
El Criptosporidium Parvum es un protozoo identificado por largo tiempo como un patógeno importante en los animales domésticos y de corral; no así el Criptosporidium humano, que sólo se conoció en 1976. Este parásito ocasiona enfermedades diarreicas que tienen un período de incubación de una semana aproximadamente después de la infección. La enfermedad es generalmente auto-delimitante y los síntomas, en la mayoría de los casos, se prolongan de una a dos semanas. Sin embargo, si no existe sistema de inmunidad (como en el caso de los enfermos de SIDA), el mal puede ser muy serio y en algunos casos mortal.
La forma real del Criptosporidium es la de un ooquiste esférico, que es excretado en gran número en las heces de los infectados. Al comienzo se pensó que la infección se producía por transmisión directa entre animales y humanos y por contacto de persona a persona. Sin embargo, se han confirmado varios ejemplos de transmisión a través del suministro de agua. Las apariciones más serias de Criptoporidium producidas por agua han sido detectadas en Carrolton, Georgia, Estados Unidos, y en Oxford/Swindon, Reino Unido. En el primer caso, se vieron afectadas alrededor de 13.000 personas. Los brotes más recientes se produjeron en Oregon y Milwakee donde se infectaron casi 130.000 personas.
Los ooquistes se encuentran en muchas aguas superficiales y prácticamente en todos los efluentes de alcantarillas. Las concentraciones pueden ir desde miles por litro en los efluentes de alcantarilla a sólo un ooquiste en muchos cientos de litros en aguas de superficie de buena calidad o en aguas tratadas. Lo importante es tener algún grado de información acerca de la remoción o inactivación como resultado de los procesos de tratamiento de agua. De igual forma, se requieren métodos confiables de monitoreo para estos parásitos en las aguas crudas y tratadas.
La Giardia Lamblia es otro importante parásito protozoo. Los ooquistes de Giardia son un poco más grandes que los ooquistes Criptosporidium y deben sacarse rápidamente por medios físicos.
Esta nota centra su atención en el Criptosporidium, pero mucho de lo señalado se aplica también a la Giardia.
Método de Tratamiento
Hasta el momento existe poca información acerca de la efectividad de los procesos de tratamiento de agua en la inactivación o remoción de los ooquistes Criptosporidium. Una razón es que éstos no se pueden producir in vitro, sino que tienen que ser aislados desde las heces de un huésped infectado, generalmente vacuno, lo que significa que los suministros son limitados. Los procedimientos de verificación también son difíciles e inseguros.
Desinfección
La desinfección es la principal salvaguarda contra la contaminación de los suministros de agua por la mayoría de los patógenos. Aunque se puede dar un alto grado de remoción física de bacteria y virus en procesos tales como floculación y filtración, la desinfección aún se considera como una etapa esencial en el tratamiento del agua. En el caso de los ooquistes Criptosporidium, la desinfección, específicamente por cloro, es mucho menos efectiva que para la mayoría de los otros patógenos.
La efectividad de un desinfectante se logra reduciendo el grado de excitación de este tipo de parásitos, que es el proceso por medio del cual liberan “sporozoites”, que son los agentes infecciosos que contienen.
El dióxido de cloro parece ser el agente más efectivo, pero se necesita una dosis de varios mg/l para la inactivación después de un tiempo de contacto de pocos minutos. Entre los desinfectantes comunes, el ozono aparece como el más prometedor, ya que proporciona un alto grado de inactivación después de cerca de 4 mn. a 1 mg/l .
La mayoría de las plantas de tratamiento de agua en el mundo usan solamente cloro como desinfectante y, es muy poco probable que se cambien a ozono en un futuro próximo. En tales casos, es poco probable que se produzca una inactivación significativa de Criptosporidium. Por lo tanto, es decisivo asegurar una remoción física virtualmente completa de estos parásitos mediante otros procesos. La opinión es que se podría lograr una remoción de al menos el 99,99% de ellos.
Sedimentación
Debido al tamaño relativamente pequeño y a la muy baja densidad de los ooquistes (cerca de 1.05 g cm3 ) su tasa de asentamiento en el agua es extremadamente baja (cerca de 2 mm por hora o menos) y su remoción por medio de sedimentación no sería significativa, aún después de largos períodos de almacenamiento en el depósito.
Floculación
La información que existe sobre floculación de ooquistes es limitada, pero parece ser que se pueden remover con efectividad por medio de este mecanismo. La carga de superficie es pequeña a juzgar por los bajos valores de movilidad electroforética y del potencial zeta (típicamente cerca de -10 mV en aguas naturales). Por lo tanto, debería existir poca repulsión entre los ooquistes y otras partículas cargadas negativamente existentes en el agua. Por esta razón, deberían ser incorporados en flóculos de hidróxido producido por coagulantes: aluminio o sales de hierro.
Todo indica que los parásitos Criptosporidium se comportan en aguas naturales del mismo modo que muchas partículas de similar tamaño y que la remoción por floculación/sedimentación no presenta problemas especiales. Sin embargo, tales procesos no siempre son efectuados del modo más efectivo y muchas partículas se escapan. La optimización de la remoción de partículas debería llevar a una mejor remoción de los ooquistes.
Existe disponibilidad en el mercado de un instrumento in-line basado en el monitoreo de la carga iónica neta de las partículas y del potencial Z (Chemtrac Systems Inc., USA), que permite automatizar la dosificación de floculantes de acuerdo al aumento o disminución de partículas que se traduce en una alta eficiencia de remoción en la decantación y proceso de filtración.
Filtración Rápida
La evidencia disponible sugiere que los ooquistes pueden ser removidos de manera efectiva por filtración rápida a través de medios granulares, especialmente a continuación de la floculación y sedimentación. El tratamiento terciario de efluentes de alcantarilla por filtración rápida de arena ha demostrado ser un medio efectivo para reducir los niveles de su presencia (de 100 veces aproximadamente).
El tamaño individual de estos microorganismos es tal que su captura en el medio poroso será menos efectiva que por partículas de otros tamaños. Las predicciones teóricas indican que se debieran obtener remociones de un 99,9% (3.log) en filtros típicos de arena rápida, asumiendo que se adhieren todos aquellos parásitos que llegan a una superficie granular de filtro (es decir, eficiencia de captura =1).
Cuando la filtración sigue a la floculación y a la sedimentación es posible que la mayoría de los ooquistes se una a pequeños flóculos que se adhieren rápidamente a los granos del filtro o a los depósitos existentes.
El retrolavado de los filtros se efectúa periódicamente y se espera que libere la mayoría de los parásitos capturados en el agua de lavado. Debido a que el agua de lavado puede representar solamente cerca de un 2% o menos del agua tratada, la filtración efectiva y el agua de retrolavado da un alto grado de concentración de ooquistes, hasta niveles que podrían ser peligrosos. El retorno del agua de lavado depositada al proceso de tratamiento podría dar un aumento inaceptable de estos microorganismos patógenos en el sistema. Una opción viable puede ser su remoción del agua de lavado por filtración o inactivación mediante un desinfectante poderoso.
Filtración Lenta de Arena
Los filtros de arena lentos emplean una arena más fina y operan a tasas de flujo mucho más bajas (50 veces) que los filtros rápidos y ambos factores pueden aumentar la remoción de las partículas del tamaño de los quistes. Sin embargo, los filtros de arena lentos generalmente funcionan sin adición química u otros pre tratamientos, por lo que la eficiencia de la captura puede no ser óptima.
El aspecto característico de los filtros de arena lentos es una capa biológica (la Schmutzdecke), en la parte de arriba, de pocos centímetros de arena. La bacteria aeróbica en esta capa produce polímeros extracelulares que forman una red adhesiva, aumentando la remoción de partículas finas, como de bacteria, por ejemplo. Es altamente probable que los quistes sean efectivamente capturados en la “schmutzdecke” y es posible que puedan estar sujetos a predación por otros organismos que colonizan la capa.
El filtro se deja fuera de servicio y los 2-3 centímetros superiores de la arena son raspados y lavados. Nuevamente ocurre que el agua de lavado podría contener un gran número de ellos y resultaría aconsejable efectuar un tratamiento.
Métodos de Monitoreo
Idealmente se requiere una técnica específica que dé una indicación en línea de la presencia de quistes en el agua a niveles de hasta 1 por 100 litros, o aún más bajos. Dicho método no está aún disponible y los procedimientos existentes toman mucho tiempo y exigen mucho trabajo. Como alternativa, se puede usar una técnica de monitoreo no específica, que dará una indicación de la contaminación particulada en el agua tratada, especialmente de partículas que están dentro del rango del tamaño de los ooquistes.
Procedimiento de Ensayo Específico
Debido a que la concentración de ooquistes en las aguas naturales y tratadas puede ser muy baja, las técnicas de ensayo requieren una etapa de concentración. Normalmente (método EPA) se filtra un gran volumen de agua (100 litros o más) con un filtro de1 um, que remueve esencialmente todos los parásitos.
Luego, el filtro es desintegrado efectuando un lavado con una solución de detergente para que libere los ooquistes, los que entonces son concentrados por centrifugación y separados de los otros materiales por medio de flotación en un gradiente de densidad. Por este procedimiento, los ooquistes presentes en el gran volumen original de agua pueden concentrarse en una muestra de solamente 1 ml.
Después de la concentración, los ooquistes deben identificarse y la mejor técnica para hacerlo es usar un anticuerpo monoclonal de cola fluorescente que sea específico para Criptosporidium. De este modo, éstos se tiñen con tintura fluorescente que se ve verde bajo la iluminación UV (ultravioleta) en un microscopio epifluorescente. Un analista experimentado puede contar las partículas que cumplen con los siguientes criterios:
1. Fluorescencia verde brillante
2. Tamaño entre 4 a 6 micrones para criptosporidium y 10-r para Giardia
Turbiedad
Esta es lejos la técnica más común para determinar la contaminación por particulas en las aguas. Las aguas tratadas deben cumplir estándares de turbiedad, por lo que su monitoreo es esencial.
No es posible sacar información sobre la concentración o naturaleza de las partículas en el agua sólo a través de las mediciones de turbiedad debido a que los turbidímetros no detectan a las partículas en el rango de tamaño del Criptosporidium y Giardia. Según esto, el uso de la turbiedad como parámetro de medición puede no ser suficiente.
Conteo de Partículas
Para un monitoreo más sensible se puede usar algún tipo de técnica de conteo de partículas. En la práctica, los métodos en línea para la medición de la calidad del agua se limitan a aquellos basados en el sensor óptico, ya sea dispersión de luz o el bloqueo de la luz. Estos son análogos a la medición de turbiedad mediante luz dispersada o transmitida, pero con partículas individuales.
Los instrumentos disponibles pueden detectar en el agua partículas que no sean más grandes que 0.5 mm, 5-10 mm, etc. o solamente el número total de las partículas más grandes que un tamaño dado.
El conteo de partículas es un medio más sensible de monitorear la calidad del agua filtrada que el monitoreo por turbiedad. Se ha demostrado que aún cuando la turbiedad es muy baja (<0.1 NTU) pueden haber cientos o miles de partículas por ml. Al dejar fuera de servicio un filtro a la primera señal que las partículas se están abriendo paso o atravesando, se reduce considerablemente la posibilidad de que los ooquistes Criptosporidium ingresen al suministro de agua potable.
Los instrumentos contadores de partículas dan más información que puede ser usada para control, pero no debe asumirse que los contadores de partículas podrán detectar parásitos específicamente. En cambio, puede establecerse una correlación entre el número de partículas y la presencia de parásitos y ser utilizada como un indicador de su presencia.
Existe disponibilidad de unidades comerciales (Chemtrac Systems Inc , USA) para el monitoreo de partículas que se asocian a los turbidímetros en línea de bajo rango a la salida de los filtros del agua tratada que va a consumo.
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