Desinfección Solar de Aguas en...Solar water disinfection in Tambo Pariachi, Huaycan, Lima, Per œ-----69 Patricia Galarza, Eder S⁄nchez, Dora Maurtua, Juan Rodr guez y Walter Estrada

Desinfección Solar de Aguas enComunidades Rurales de América Latina

Proyecto OEA AE 141/2001

Solar Disinfection of Water in RuralCommunities of Latin America

ASO Project AE 141/2001

Argentina – Brasil – Chile – México – Perú – Trinidad & Tobago

Editores: Marta I. Litter y Héctor D. MansillaColaboró: Raquel Gettar

Marzo de 2003

ISBN Nº 987-43-6942-6

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Prefacio --------------------------------------------------------------------------------------------5Foreword ------------------------------------------------------------------------------------------9

Capitulo 1 / Chapter 1Desinfección solar de aguas de Los Pereyra (Tucumán)y del Río de La Plata, Argentina ---------------------------------------------------------13

Solar disinfection of waters from Los Pereyra (Tucumán)and from the Río de la Plata, Argentina-----------------------------------------------29Maria Laura Gagliano y Marta I. Litter

Capitulo 2 / Chapter 2Desinfección solar de aguas de represaen Campina Grande, PA, Brasil ----------------------------------------------------------37

Solar disinfection of waters from a damin Campina Grande, PA, Brazil -----------------------------------------------------------55Patrícia Pulcini R. Donaire y Wilson de F. Jardim

Capitulo 3 / Chapter 3Desinfección solar de aguasen Tambo Pariachi, Huaycán, Lima, Perú --------------------------------------------63

Solar water disinfection in Tambo Pariachi,Huaycan, Lima, Perú-------------------------------------------------------------------------69Patricia Galarza, Eder Sánchez, Dora Maurtua, Juan Rodríguez y Walter Estrada

Capitulo 4 / Chapter 4Aplicación de la metodología DSAUI en aguasde lluvia y de llave en Mayaro, Trinidad y Tobago ------------------------------- 73

Application of the SODIS methodology to rainand tap waters in Mayaro, Trinidad and Tobago -----------------------------------83Ramsey Saunders, Winston Mellowes, Ricardo Clarke y Kimberly Kimkeran

Indice / Contents

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La última Reunión Cumbre sobreDesarrollo Sostenible de las NacionesUnidas, realizada en Johannesburgoen 2002, ha calificado de crucial el te-ma de la gestión racional del agua entodo el planeta. En regiones pobresdel Tercer Mundo, la contaminacióndel agua induce problemas sociales,económicos y de salud, tales como en-fermedades endémicas fatales (hepa-titis, fiebre tifoidea o cólera). Segúndatos de la Organización Mundial de laSalud, alrededor de 80.000 niños mue-ren cada año en América Latina porenfermedades asociadas a las dia-rreas que, generalmente, son origina-das por las condiciones insalubres delagua. En Perú, por ejemplo, la mortali-dad infantil alcanza al 42 por mil. La si-tuación más grave se sitúa, actual-mente, en las zonas rurales con insufi-ciente acceso al suministro de aguapotable, con alto grado de aislamientoy dispersión, donde las condiciones devida, prestaciones de salud y preven-ción de enfermedades son muy inferio-res, en comparación con las urbanas.En localidades con menos de 2500 ha-bitantes, vive alrededor del 30% de lapoblación de varios países de AméricaLatina, generalmente con niveles alar-mantes de pobreza extrema, desgra-ciadamente en creciente aumento. Allí,sin recursos económicos ni apoyo tec-nológico del estado, los pobladoresutilizan agua de ríos, vertientes, pozos

y estanques con un elevado grado decontaminación. La situación se agravaen regiones agrícolo-ganaderas, don-de se han venido usando desde hacetiempo plaguicidas y fertilizantes quí-micos de relativa toxicidad. Otro as-pecto muy grave del problema es lapresencia de arsénico en aguas subte-rráneas: en Argentina, México y Chilese han detectado altísimos niveles deeste peligroso contaminante.

Las metodologías tradicionales detratamiento de aguas son extraordina-riamente caras, por lo que se hace ne-cesario el desarrollo de tecnologíassimples, eficientes y de bajo costo pa-ra la eliminación in situ de estas sus-tancias. Por otro lado, para los habi-tantes por debajo de la línea de pobre-za, el tradicional método de hervir elagua para su potabilización puede noser una solución adecuada por la posi-bilidad de ocurrencia de incendios y laescasez de energía. Este método tam-poco elimina arsénico ni otros metalespesados, así como compuestos orgá-nicos recalcitrantes.

Por lo hasta aquí mencionado, losproblemas relacionados con la gestióndel agua en América Latina son muycomplejos y se acentúan por la falta detécnicas bien establecidas para desin-fección y descontaminación. Por ello,es imprescindible contar con procedi-mientos innovadores, económicos ysocialmente aceptados por la pobla-

Prefacio

Marta I. Litter* y Héctor D. Mansilla**

* Comisión Nacional de Energía Atómica, Unidad de Actividad Química, Av. General Paz 1499, 1650,Gral. San Martín, Provincia de Buenos Aires, Argentina** Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Concepción, Chile

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Prefacio

dos han sido aplicados con bastantebuen éxito en países como ColombiaTailandia, México y Bangla Desh. Sumayor ventaja es que son dependien-tes únicamente de la energía solar yaplicables a regiones con alta inciden-cia de radiación diurna, es decir, másde 3000 horas de sol en promedio poraño, como las existentes en regionesde América Latina de climas tropicales(con intensidades luminosas entre los5 y 6 kW/h/m2). Esta cantidad de luzsolar garantizaría la factibilidad de laaplicación de las tecnologías propues-tas, ya que ninguna requiere equipa-miento o desarrollos tecnológicos so-fisticados o caros, ni altos costos deenergía. Afortunadamente, el proyectofue aprobado y comenzamos a traba-jar en marzo de 2002. En noviembrede 2002 editamos un libro que contie-ne un relevamiento de zonas de lassubregiones de los países participan-tes, sus características geográficas,clima y otros aspectos valiosos para lacaracterización de la localidad, quehemos realizado como nuestra prime-ra actividad (1).

En siguientes actividades, hemosintentado validar las tecnologías en laszonas relevadas y éste es el objetivode los dos volúmenes que aquí se pre-sentan. Próximas etapas del proyectoserán impulsar su aplicación, median-te la diseminación de los métodos y laeducación de la población. No seráuna tarea menor convencer a las auto-ridades de aplicación, así como un ob-jetivo a más largo alcance: diseminarlas tecnologías en otros lugares deAmérica Latina.

La tecnología DSAUI, cuya valida-ción se trata en este primer volumen,se basa en la exposición al sol por al-

ción. Como científicos y tecnólogos deesta región del mundo, pero por sobretodo, como habitantes de la región,entendemos que es crucial prestaratención a los ingentes problemas quepadecen una gran parte de nuestroscoterráneos. Mediante el empleo denuestros conocimientos, queremoscontribuir con soluciones técnicas yeducativas que culminen en una mejo-ra de la calidad de vida de la poblaciónde América Latina. No se pretende conesto solucionar el problema del agua –que sería misión de los gobiernos dela región – sino sólo paliar la situaciónpara evitar el agravamiento de la de-gradación de la calidad de vida.

En el año 2001, un grupo de exper-tos en tratamiento de efluentes porTecnologías Avanzadas de Oxidación,presentamos un proyecto a la Organi-zación de Estados Americanos cuyopropósito era aplicar tecnologías debajo costo para tratar aguas en locali-dades con escasos recursos hídricos yeconómicos. Los países participanteseran Argentina, Brasil, Chile, México,Perú y Trinidad & Tobago. En este pro-yecto, proponíamos un relevamiento yla posterior validación de tecnologíaseconómicas y socialmente aceptadaspor la población, para evaluar su posi-ble aplicación en algunas localidadesde las distintas subregiones. Las tec-nologías propuestas son la Desinfec-ción Solar de Aguas o DSAUI (SODIS,desarrollado por el Instituto EAWAGde Suiza), la Remoción de Arsénicopor Oxidación Solar (RAOS, cuyo an-tecedente es el Proyecto SORAS,también desarrollado por EAWAG) y lafotocatálisis heterogénea (FH). Estastecnologías pueden usarse solas o encombinación. Los dos primeros méto-

Desinfección Solar de Aguas en Comunidades Rurales de América LatinaSolar Disinfection of Waters in Rural Communities of Latin America

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1 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologíaseconómicas para la potabilización de aguas, Informe Proyecto OEA AE 141/2001, Organización deEstados Americanos (AICD), noviembre de 2002. M. Litter (Ed.), Digital Grafic, La Plata, 2002.

Referencias

gunas horas de botellas de plásticoque contienen agua contaminada. Losrayos solares actúan por combinaciónde la radiación UV-A (315-400 nm) y laradiación infrarroja, que eleva la tem-peratura del agua a unos 50-55ºC. Deeste modo, pueden destruirse bacte-rias y virus (incluyendo al Vibrio chole-rae). El método cumple con excelentescriterios económicos y de factibilidad:

las botellas de plástico son un residuode consumo habitual, y se encuentranfácilmente en las regiones que pade-cen el problema; pueden usarse nosólo para el tratamiento sino para eltransporte y consumo final del agua.Esto evita, además, el riesgo de re-contaminación por transvases, puestoque el método no provee acción resi-dual como la cloración.

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The last Summit on SustainableDevelopment of the United Nations,hold in Johannesburg in 2002, hasqualified the rational management ofwater as a crucial issue in the wholeplanet. In poor regions of the ThirdWorld, water pollution induces social,economical and health problems,such as fatal endemic diseases (hep-atitis, typhus or cholera). According tothe World Health Organization, almost80.000 children die every year in LatinAmerica by diseases associated todiarrheas, which are generally origi-nated in the unhealthy conditions ofwaters. In Peru, for example, childrenmortality reaches 42 per thousand.The highest problem is localized,presently, in the rural zones with insuf-ficient access to drinking water supply,with a high degree of isolation and dis-persion, where the life conditions,health facilities and prevention of dis-eases are very low in comparison withurban zones. In regions integrated byless of 2500 inhabitants, lives around30% of the population of LatinAmerican countries, in an alarmingextreme poverty, which unfortunatelyincreases daily. There, without eco-nomic resources or state technologi-cal support, the population consumeshigh-polluted water of rivers, water-

* Comisión Nacional de Energía Atómica, Unidad de Actividad Química, Av. General Paz 1499, 1650,Gral. San Martín, Provincia de Buenos Aires, Argentina** Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Concepción, Chile

Foreword

Marta I. Litter* and Héctor D. Mansilla**

sheds, wells and ponds. The situationbecomes worse in agriculturalregions, where toxic chemical pesti-cides and fertilizers have been usedsince long time ago. Another very dra-matic aspect is the presence ofarsenic in groundwaters: in Argentina,Mexico and Chile, very high levels ofthis hazard pollutant have beendetected.

The traditional water treatmentsare extraordinarily expensive, justify-ing the need to develop simple, effi-cient and low-cost technologies for insitu removal of these substances. Onthe other hand, for the inhabitantsunder the poverty line, the traditionalmethod of boiling water for drinkingpurposes can be a non-adequatesolution, owing to the possibility of fir-ing occurrence and to the lack of ener-gy. In addition, this method does noteliminate arsenic or other heavy met-als, or recalcitrant organic com-pounds.

By these reasons, in Latin America,the problems related with water man-agement differ in scale and complexi-ty, and are increased by the lack ofwell-established techniques for disin-fection and decontamination. The-refore, it is imperative to have innova-tive procedures, but, at the same time,

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Foreword

economically and socially accepted bythe population. As scientists and tech-nologists belonging to this part of theworld, but mainly as inhabitants of theregion, we understand that it is crucialto pay attention to the huge problemsthat suffer a large part of our neigh-bors. Therefore, using our knowledge,we would like to contribute with tech-nical and educational solutions toimprove the quality of life in LatinAmerica. We do not pretend to solvethe problem of water –which is a mis-sion of the regional governments –butonly to palliate the situation to avoidthe increase of the degradation of lifequality.

In 2001, a group of experts in treat-ment of effluents by AdvancedOxidation Technologies, presented aproposal to the Organization ofAmerican States with the objective ofapplying low-cost technologies to treatwaters in populations of scarce hydricand economical resources. The partic-ipating countries were Argentina,Brazil, Chile, Mexico, Peru andTrinidad & Tobago. In the project, weproposed a prospect and a subse-quent validation of low-cost technolo-gies to later assess the possible appli-cation in some localities of the differ-ent subregions. The proposed tech-nologies are the Solar Disinfection(SODIS, developed by EAWAG,Switzerland), Arsenic Removal bySolar Oxidation (SORAS, from thesame Swiss Institute) and heteroge-neous photocatalysis (FH). The threetechnologies can be used alone orcombined. The first two methods havebeen rather successfully applied incountries like Colombia, Thailand,Mexico and Bangladesh. The highest

advantage is that they depend only onsolar energy, and can be easily appli-cable to regions with high radiationincidence, that is to say, more thanaverage 3000 sun hours per year, asthose existing in Latin Americanregions of tropical climates (with lightintensities between 5 and 6 kWh/m2).This amount of solar light would war-rant the feasibility of application ofthese technologies, because they donot require sophisticated or expensiveequipment, technological develop-ments or high-energy costs.Fortunately, the project has beenapproved and we began to work inMarch 2002. In November 2002 wepublished a book containing aprospect of zones of the subregions ofthe participating countries, with thegeographical features, climate andother valuable aspects for the charac-terization of the locality. This was ourfirst activity (1).

In following activities, we haveintended to validate the technologiesin the prospected zones, and this isthe objective of the two volumes herepresented. Next stages of the projectwill be to impulse the application bydisseminating of the methods andeducating the population. Not a minorobjective will be to convince the appli-cation authorities; a further objectiveis the dissemination in other places ofLatin America.

The SODIS technology, whose vali-dation is exposed in this first volume, isbased on the solar exposure for somehours of plastic bottles containing pol-luted water. Solar rays act by combina-tion of UV-A radiation (315-400 nm) andinfrared radiation, which raises the tem-perature of water to 50-55ºC. Thereby,


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1 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologíaseconómicas para la potabilización de aguas, Informe Proyecto OEA AE 141/2001, Organización deEstados Americanos (AICD), noviembre de 2002. M. Litter (Ed.), Digital Grafic, La Plata, 2002.

References

bacteria and viruses can be destroyed(including Vibrio cholerae). The methodaccomplishes excellent economic andfeasibility criteria: plastic bottles are adaily consumption waste, and can beeasily found in the affected regions:

they can be used not only for the treat-ment but also for the transportation andfinal consumption. This avoids, in addi-tion, the risk of recontamination,because the method does not provideresidual action as chlorination.

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ResumenEn este capítulo se resumen los re-

sultados de la aplicación de la tecnolo-gía DSAUI, Desinfección Solar deAguas en Unidades Individuales, aaguas de pozos de Los Pereyra, pro-vincia de Tucumán. Se compararon losresultados con los de muestras deaguas de los lagos de Palermo y delRío de la Plata, en la Ciudad de Bue-nos Aires, Argentina. La aplicación delmétodo en aguas de tan distinta com-posición y origen indica que es total-mente aplicable a todas las muestrasde agua estudiadas, y que cumple conel objetivo de reducir el contenido mi-crobiano de acuerdo a los límites esta-blecidos para agua potable.

1.1. IntroducciónLa tecnología DSAUI, Desinfección

Solar de Aguas en Unidades Individua-les (Solar Water Disinfection, SODIS,desarrollado por el EAWAG –Institutodel Agua– de Zurich(1-3)), es un métodoeficiente para la eliminación de microor-ganismos patógenos presentes enaguas de consumo humano.

El método tiene la ventaja de ser

económico y fácilmente aplicable encualquier localidad que lo necesite; só-lo requiere de la energía solar, apartán-dose de los métodos convencionalesde purificación de agua tales como lacloración, el hervido del agua, etc., cu-yo costo es tal vez inaccesible para po-blaciones que viven en condicionesprecarias.

Los microorganismos patógenosson eliminados por la radiación ultravio-leta (UV-A), en sinergia con la radiacióninfrarroja (IR) a partir de determinadatemperatura. Aunque el método no es-teriliza el agua, elimina microorganis-mos causantes de serias enfermeda-des como diarreas, infecciones intesti-nales, cólera, etc. La diseminación efi-ciente del método lograría evitar mu-chas muertes causadas por el consumode aguas contaminadas no tratadas, yasea por falta de información de la po-blación acerca de los potenciales da-ños o por su imposibilidad para accedera algún método de purificación.

Los requerimientos para la aplica-ción de este método son solamente ladisponibilidad de luz solar y de botellasde PET (polietiléntereftalato). También

Capítulo 1

María L. Gagliano y Marta I. Litter

Desinfección Solar de Aguasde Los Pereyra (Tucumán)

y del Río de La Plata, Argentina

Comisión Nacional de Energía Atómica, Unidad de Actividad Química, Av. General Paz 1499, 1650,Gral. San Martín, Provincia de Buenos Aires, Argentina

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Desinfección Solar de Aguas de Los Pereyra (Tucumán)y del Río de La Plata, Argentina

debe promoverse una buena difusiónde la metodología, proveyendo ins-trucciones claras a la población o fami-lia que va a utilizar el método, para sucorrecta aplicación. El método debe,además, adaptarse al tipo de clima yrelieve que posea la región en que seutilice, dado que será más exitoso enclimas cálidos y con pocas precipita-ciones que en otros de nubosidad ele-vada y clima frío.

Los límites indicados por la Organi-zación Mundial de la Salud (OMS)(4)

para el número de organismos colifor-mes fecales para agua potable indicanque un método adecuado debe llegara 0 UFC (Unidades Formadoras deColonias)/100 mL de agua (Tabla 1).

En el año 2002, se inició un estudiode aplicabilidad del proceso DSAUI enforma simultánea en Argentina, Brasil,Perú y Trinidad & Tobago, consideran-do las zonas de relevamiento escogi-das en un estudio anterior(5). El objeti-vo del presente trabajo fue comprobarla eficiencia del método en aguas pro-venientes de distintos lugares de la Ar-gentina, realizando tanto el recuentode bacterias totales viables como el demicroorganismos coliformes. Se eva-luaron distintas variables como intensi-dad de luz, temperatura y tipo de en-vase utilizado.

1.2. Área de estudio La localidad de Los Pereyra se en-

cuentra ubicada 70 km al este de la ciu-dad de San Miguel de Tucumán. Se tra-ta de una pequeña localidad rural, quecuenta con unos 1000 habitantes, dedi-cados principalmente a actividades agrí-colo-ganaderas. El clima en la región essubtropical, con una estación seca quese extiende entre mayo y septiembre.La precipitación media anual es 800mm/año y la temperatura media 19 °C.No existen cursos de agua superficialdestacados en la región, por lo que elabastecimiento de agua de la poblaciónse realiza por medio de aguas subterrá-neas. La caracterización geoquímica delas aguas subterráneas someras y pro-fundas de la localidad de Los Pereyrafue realizada en mayo - junio de 2001 alfinal del período húmedo(6). La composi-ción dominante de las aguas de la freá-tica es bicarbonatada sódica con con-centraciones muy variables de los ionesmayoritarios. La salinidad y el contenidode sólidos totales son también muy va-riables (entre 375 y 5990 mg/L). El pHvaría entre 6,8 y 8,6, con un valor pro-medio de 7,8. Estas aguas son princi-palmente óxicas, con concentracionesde oxígeno disuelto que varían entre0,17 y 8,06 mg/L. En algunos pozos, laconcentración de nitrato excede el lími-

UFC/100 mL / RIESGO / RISKCFU/100 mL0 Conforme con las recomendaciones de la OMS /

According with WHO recommendations1-10 Riesgo bajo / Low risk10-100 Riesgo intermediario / Medium risk100-1000 Riesgo elevado / High risk> 1000 Riesgo muy elevado / Very high risk

Tabla 1. Categorización del riesgo por la OMS / Table 1. WHO risk categorization


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te establecido por el Código AlimentarioArgentino (45 mg/L), con un valor pro-medio para la zona de 100 mg/L.

En este trabajo se analizaron mues-tras de los pozos llamados 1, 2 y 3 (ca-pa freática), tomadas el 29/10/02 y al-macenadas a temperatura ambiente enbidones plásticos hasta el momento delanálisis. A continuación se indican losresultados.

Datos físico-químicos Pozo 1

• Profundidad del pozo (m.b.b.p.)*: 12• Profundidad del agua (m.b.b.p.): 5,5• Temperatura (ºC): 21,9• pH: 8,56• Conductividad (µS @ 25 ºC): 510• Turbidez (NTU): 9,8• M.O. (mg O2/L): 2,09• S.T.D.* (ppm): 1216• Cloruros (ppm): 5,24• Bicarbonato (ppm): 1112,64• Nitratos (ppm): 1,41• Sulfatos (ppm): 22,84• Calcio (ppm): 3,07• Hierro (ppm): 0 • Magnesio (ppm): 3,22• Sodio (ppm): 255• Potasio (ppm): 9,75• Arsénico (ppm): 1022,65• Coliformes totales: 460 NMP/100mL• Coliformes fecales: 3 NMP/100 mL• Pseudomonas: 590 UFC/mL• Bacterias totales: 4 × 103 UFC/mL

Pozo 2

• Profundidad del pozo (m.b.b.p.): 10

• Profundidad del agua(m.b.b.p.): 7,66• Temperatura (ºC): 22,6• pH: 8,73• Conductividad (µS @ 25 ºC): 490• Turbidez (NTU): 0,6• M.O. (mg O2/L): 0,88• S.T.D. (ppm): 1125• Cloruros (ppm): 23,23• Bicarbonato (ppm): 666,12• Nitratos (ppm): 51,67• Sulfatos (ppm): 48,61• Calcio (ppm): 3,45• Hierro (ppm): 0,03• Potasio (ppm): 6,83• Magnesio (ppm): 1,61• Sodio (ppm): 228• Arsénico (ppm): 613,55• Coliformes totales y fecales: infe-

rior al detectable • Recuento de bacterias totales: 8 ×102 UFC/mL

Pozo 3

• Profundidad del pozo (m.b.b.p.): 9• Profundidad del agua (m.b.b.p.):3,18

• Temperatura (ºC): 21,3• pH: 8,39• Conductividad (µS @ 25 ºC): 258• Turbidez (NTU): 1,32• M.O. (mg O2/L): 0,43• S.T.D. (ppm): 514• Cloruros (ppm): 10,47• Bicarbonato (ppm): 270,84• Nitratos (ppm): 57,03• Sulfatos (ppm): 22,53• Calcio (ppm): 16,51• Hierro (ppm): 0• Potasio (ppm): 20,48• Magnesio (ppm): 4,38

* m.b.b.p: metros bajo boca de pozo** S.T.D.: sólidos totales disueltos

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• Sodio (ppm): 78• Arsénico (ppm): 237,3• Coliformes totales: 3 NMP/100 mL• Coliformes fecales: < 3 NMP/100mL

• Recuento de Pseudomonas: positivo (no se pudo cuantificar)• Recuento de bacterias totales: 1,2 × 103 UFC/mL

1.3. Materiales y métodosPara medir la radiación UV-A que

incide en las botellas, se utilizó un ra-diómetro Cole-Parmer 9811-58 (máxi-mo en 365 nm).

Para estimar la cantidad de bacte-rias presentes en la muestra se reali-zaron mediciones de densidad ópticaa 650 nm, mediante un espectrofotó-metro Shimadzu UV-120-02.

Elección del tipo de botellasa ser utilizadasComúnmente se utilizan botellas

plásticas de 1 a 2 litros de capacidadde PET. Las botellas deben ser trans-parentes y lisas, para optimizar la ab-

sorción de luz. También se pueden uti-lizar botellas transparentes pero con al-gunos relieves, aunque con estos en-vases se perdería eficiencia.

Espectros de las botellasSe realizaron espectros de muestras

del plástico de las botellas PET a utili-zar, usando un espectrofotómetro Hew-lett Packard 845X UV-Visible (Figura 1).Se concluyó que las mejores botellaspara este uso son las de una conocidamarca de refresco de naranja envasadolocalmente (Prov. de Buenos Aires). Seobserva que desde 318 nm hacia me-nores longitudes de onda, el porcentajede transmitancia es sólo del 2 %.

Reactivos para el análisismicrobiológico(7):Agar nutritivo: preparado con 23

g/L de caldo nutritivo para microbiolo-gía (Merck), 15 g/L de agar-agar de al-ta pureza (Merck) y 5 g/L de cloruro desodio (Merck).

Agar Cetrimida (Merck): para el re-cuento de Pseudomonas spp.

Figura 1.Transmitancia debotellas PET

Figure 1.Transmittance ofPET bottles


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Caldo Mc Conkey (Merck): para latécnica de tubos múltiples.

Procedimiento para las irradiaciones Las irradiaciones se realizaron en el

Centro Atómico Constituyentes, Provin-cia de Buenos Aires, Argentina (34°28'S, 58°28' O). Con excepción de los ca-sos indicados, se realizaron siempre enbotellas de 1,75 litros de capacidad,conteniendo 1 litro de la muestra. Seutilizó como control una muestra deagua mantenida en la oscuridad y atemperatura ambiente. Se siguió laevolución de la temperatura de botellairradiada. Se tomaron muestras cadahora, procediéndose luego a su análi-sis, de acuerdo a los métodos que sedescriben a continuación.

Análisis de los microorganismos a) Recuento de bacterias totales via-

bles: se realizó por siembra en agar nu-tritivo y cultivo a temperatura ambienteen la oscuridad durante 48 horas. Parael recuento se utilizó un contador debacterias convencional, expresando losresultados en UFC/mL. Los datos fina-les se expresan como fracción de so-brevida, N/No, donde N es el númerode bacterias final y No es el inicial

b) Contenido de coliformes totales yfecales: se realizó por el método de tu-bos múltiples(7), que permite el recuentode microorganismos coliformes totalesy fecales, expresados como NMP (nú-mero más probable)/100 mL. El límitede detección de esta técnica es de 3NMP/100 mL. De acuerdo a tablas es-tadísticas se puede relacionar UFC/mLcon NMP/mL. Se usaron muestras in-cubadas a 37 ºC por 48 horas.

c) Recuento de Pseudomonas: por

siembra en agar Cetrimida.

Procedimiento de aplicacióndel método DSAUILa metodología empleada, y que de-

bería aplicarse en aguas reales, fue la si-guiente:

1) Se lavan previamente las botellascon agua destilada. Si no se dispone deagua destilada, las botellas deberían serenjuagadas con la misma muestra a serirradiada.

2) Se coloca el agua a tratar en la bo-tella y se agita por unos 20 segundos, demanera de disolver la mayor cantidad deoxígeno posible. La botella debe estarbien cerrada y no abrirse nuevamentehasta el momento del consumo.

3) Se comienza la irradiación en unhorario conveniente para aprovechar almáximo la irradiación solar, por lo me-nos durante 5 ó 6 horas. En este casose comenzó la exposición solar siempreentre las 9:00 y 10:00 hs. de la mañana.

4) Se realiza el recuento de los mi-croorganismos antes y después de la irra-diación mediante el método preestableci-do más conveniente.

5) Cada vez que se desee evaluar la efi-ciencia del método para ofrecerlo como tra-tamiento de potabilización en aguas de unadeterminada población, deberían hacersepreviamente estos ensayos con muestrasreales del agua de la localidad.

6) Modificaciones posibles del métodopara su mejoramiento:

a) Uso de un concentrador solar: pue-de ser construido con maderas cortadas,de manera que una pieza cuadradaconstituya la base del concentrador,otras 4 piezas cuadradas constituyanalerones o aletas colocados con un án-gulo de 60º, y también se pueden colocarotros cuatro triángulos cubriendo los es-

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pacios que quedan entre las aletas.Luego se cubre toda la estructura conpapel de aluminio (Figura 2). Tambiénpuede hacerse con una simple caja decartón forrada con papel aluminio.

b) Semipintado de la botella de colornegro: de esta manera se concentraaún más la radiación solar, lo cual au-menta la temperatura alcanzada por elagua dentro de la botella y favorece elprocedimiento en días soleados.

1.4. Resultados y discusiónPara comprobar la eficiencia del mé-

todo DSAUI, se llevaron a cabo una se-rie de ensayos sobre las muestras de

aguas reales de los pozos, comparán-dolas con otras obtenidas en la Ciudadde Buenos Aires. Según los casos, seevaluó el contenido total de bacteriasviables, el contenido de coliformes tota-les, el de coliformes fecales y, en algu-nos casos, el de Pseudomonas.

1.4.1. Experimento #1 (23-25/10/02).Muestra de agua del Río dela Plata (Costanera Sur, Ciudad deBuenos Aires)

La cuantificación de microorganis-mos coliformes iniciales, efectuado porla técnica de tubos múltiples, arrojó lossiguientes resultados para esta muestra:

Figura 2.Concentradorsolar

Figure 2. Solarconcentrator


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Coliformes totales: 348 NMP/100 mLColiformes fecales: < 2 NMP/100 mL

Mediante el procedimiento antesdescrito, se irradiaron 750 mL de la

muestra, utilizando otros 500 mL comocontrol en la oscuridad, en 2 botellasdistintas. El tiempo de irradiación fue de5 horas (desde las 10:00 a.m.) En la Fi-gura 3 se muestra la variación de la ra-

Figura 3. Mediciónde la radiación(23/10/02)

Figure 3.Radiationmeasurement(10/23/02)

Figura 4.Recuento(UFC/mL)

Figure 4. Counts(FCU/mL)

Figura 5. Recuentoduplicado

Figure 5.Duplicated counts

Figura 6. Fracciónde sobrevida(calculada de laFigura 5)

Figure 6. Survivalfraction (calculatedfrom Figure 5)

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diación UV incidente. Se tomaronmuestras de aproximadamente 1 mLcada hora, que se sembraron en agarnutritivo y se incubaron a temperaturaambiente en la oscuridad. Se realiza-ron los recuentos (por duplicado), y losresultados se muestran en las Figuras4-6.

Los resultados indican que la irradia-

ción durante 5 horas produce una re-ducción significativa (tres órdenes demagnitud) en el número de bacterias to-tales, visualizado en la disminución dela fracción de sobrevida. Si bien inicial-mente las aguas no contenían práctica-mente coliformes fecales, se puedeconcluir que el método permite inactivargran parte de las bacterias presentes.

Figura 8.Recuento(31-10-02)

Figure 8. Counts(31-10-02)

Figura 9.Recuento(1-11-02)

Figure 9. Counts(1-11-02)

Figura 10.Fracción desobrevida(1-11-02)

Figure 10.Survival fraction,calculated fromFigure 9 (1-11-02)

Figura 7.Medición de laradiación UV(30/10/02)

Figure 7.Radiationmeasurement(30/10/02)


21

1.4.2. Experimento #2 (28/10-1/11 de2002). Muestra de agua de los Lagosde Palermo (Ciudad de Buenos Aires)

Estas aguas contenían > 1100NMP/100 mL de coliformes totales,medidas por la técnica de tubos múlti-ples.

Se irradió 1 litro de agua en la bote-lla durante 5 horas (desde las 10:00a.m. del 30-10-02). La variación de laradiación se muestra en la Figura 7. Seanalizaron las muestras y los resulta-dos se muestran en las Figuras 8-10.

Resultado por la técnica de tubosmúltiples (medición realizada sólo a las0, 3 y 5 horas de irradiación)

Coliformes totalesT0: > 1100 NMP/100 mLT3: < 3 NMP/100 mLT5: < 3 NMP/100 mLEstos resultados indican que se

pueden eliminar totalmente los mi-croorganismos presentes en la mues-tra, ya que se logra 0 UFC/mL de mi-croorganismos totales y una disminu-ción de los coliformes al mínimo posi-ble, de acuerdo al límite de detecciónindicado anteriormente.

1.4.3. Experimento #3 (1/11/02).Muestras de agua del pozo 1de Los PereyraLa muestra se irradió con luz solar

el día 6/11/02 durante 5 horas (desdelas 10:00 hasta las 15:00). Las me-didas de radiación UV-A de ese díase indican en la Figura 11. Se siguióla evolución de la temperatura de labotella irradiada (Figura 12). Los re-sultados se presentan en las figuras13 y 14.

Recuento de coliformes

Figura 12. Evolución de la temperaturadurante los experimentos Figure 12. Temperature evolution during theexperiments

Figura 13. Recuento (8/11/02)Figure 13. Counts (11/8/02)

Figura 14. Fracción de sobrevida (8/11/02)Figure 14. Survival fraction (11/8/02)

Figura 11. Medición de la radiación (6/11/02)Figure 11. Radiation measurement (11/6/02)

22


Coliformes totales:T0: 460 NMP/100 mLT1: 21 NMP/100 mLT2: <3 NMP/100 mLT3: <3 NMP/100 mLT4: <3 NMP/100 mLT5: <3 NMP/100 mL

Coliformes fecales:T0: 3 NMP/100 mLT1: 3 NMP/100 mLT2: <3 NMP/100 mLT3: <3 NMP/100 mLT4: <3 NMP/100 mLT5: <3 NMP/100 mLLos resultados de este experimento

indican nuevamente que se obtiene unasignificativa reducción de los microorga-nismos coliformes totales y fecales, asícomo también una significativa disminu-

ción de la fracción de sobrevida. Se realizó un segundo experimen-

to el 13/11/02, es decir, luego de 16días de tomada la muestra. Duranteeste período, el contenido de colifor-mes totales había variado de 460 a150 NMP/100 mL, mientras que el decoliformes fecales se redujo de 3NMP/100 mL al valor límite de detec-ción. La irradiación se realizó durante5 horas, desde las 10:00 hasta las15:00 hs., en las mismas condicionesanteriores. Los datos de la radiaciónUV-A y la evolución de la temperaturase muestran en las Figuras 15 y 16.Los resultados de los experimentosse resumen en las Figuras 17 y 18.

Medición de coliformes totales:T0: 150 NMP/100 mLT1: 23 NMP/100 mL

Figura 16. Evolución de la temperaturaFigure 16. Temperature evolution


Figura 18. Fracción de supervivencia (15/11/02)Figure 18. Survival fraction (11/15/02)



23

T2: < 3 NMP/100 mLT3: < 3 NMP/100 mLT4: < 3 NMP/100 mLT5: < 3 NMP/100 mLLos resultados obtenidos en la pri-

mera irradiación se pueden compararcon los de la segunda, dado que el sis-tema tiene las mismas condiciones ex-ceptuando la temperatura alcanzada yla radiación recibida, ambos mayoresen el segundo ensayo. Este hecho seve reflejado al comparar las fraccionesde sobrevida de las muestras irradia-

das: 0,01 contra 0,07 después de doshoras de irradiación. Teniendo encuenta que el contenido inicial bacte-riano es inferior en el segundo experi-mento, no se aprecian diferencias sig-nificativas entre ambos resultados.

1.4.4. Experimento #4 (26/11/02).Muestras de agua del pozo 2de Los PereyraSe irradió el agua del pozo 2 el

día 26/11/02 desde las 10:00 hastalas 15:00 hs. En este caso se utiliza-





24


ron 2 botellas, una transparente y otrasemipintada de negro. Las medicionesde radiación UV-A y temperatura du-rante los experimentos se presentanen las Figuras 19 y 20. Los resultadosse resumen en las Figuras 21 y 22.

Los resultados de este experimen-to fueron óptimos. Las altas tempera-turas alcanzadas por ambas botellasy la elevada radiación que recibieronllevó a que se lograra un recuento de0 UFC/mL en tan sólo una hora. De-bido a que se eliminaron totalmentelos microorganismos en ambas con-diciones, no se pudieron observar di-ferencias entre la botella semipintaday la transparente, a pesar de que latemperatura alcanzada en la primerafue mayor (Figura 19).

1.4.5. Experimento #5 (3/12/02).Muestras de agua del pozo 3de Los PereyraSe irradió el agua del pozo 3 du-

rante 5 horas (desde las 10:00 hastalas 15:00 hs.). Se utilizaron 2 bote-llas, una transparente y otra semipin-tada de negro. Las mediciones de ra-diación y temperatura se presentanen las Figuras 23 y 24. Las medicio-nes del recuento y de la fracción desobrevida se realizaron el 5/12/02(Figuras 25 y 26). Además, se realizóla prueba de tubos múltiples tomandouna muestra cada hora de la botellatransparente irradiada.

Se obtuvieron los siguientes resul-tados:

Coliformes totales:T0: 3 NMP/100 mL

T1: < 3 NMP/100 mLT2: < 3 NMP/100 mLT3: < 3 NMP/100 mLT4: < 3 NMP/100 mLT5: < 3 NMP/100 mLLos resultados de este experimen-

to son comparables a los obtenidosanteriormente: la pérdida de viabili-






25

dad es total a las cinco horas. En lamuestra irradiada (T5), no se obser-vó el crecimiento de Pseudomonasspp.

Ensayo de recrecimientoPara este experimento, se mantu-

vo el agua en las mismas botellas enlas que se las había irradiado. Sesembró el 9/12/02 (es decir, 6 díasdespués de la irradiación), y se reali-zó el recuento el 10/12/02. Los resul-tados obtenidos fueron los siguien-tes:

Tiempo Recuento control Recuento botella Recuento botellabotella transparente transparente semipintada

Time (h) Count transparent Count transparent Count half-bottle control bottle painted bottle

(UFC/mL) (UFC/mL) (UFC/mL)0 1,2 x 103 1,2 x 103 1,2 x 1031 9,6 x 102 1,5 x 102 1,2 x 1022 1,2 x 103 4 x 101 2 x 1013 1,1 x 103 2 x 101 2 x 1014 1,1 x 103 2 x 101 05 9,4 x 102 0 0

Tabla 2. Recuento pozo 3 y ensayo de recrecimiento (5 y 10/12/02)Table 2. Counts of well 3 and regrowth experiment (5 and 12/10/02)

Tabla 3. Fracción de sobrevida del día 5/12/02Table 3. Survival fraction (12/5/02)



Tiempo Fracción de Fracción de Fracción de sobrevida control sobrevida de sobrevida de

botella transparente botella pintadaTime Survival Survival fraction Survival fraction(h) fraction control transparent bottle painted bottle

0 1 1 11 0,8 0.1 0,12 1 0,03 0,023 0,9 0,01 0,024 0,9 0,01 05 0,8 0 0

26




Recuento:Botella semipintada: 20 UFC/mLBotella transparente: 210 UFC/mLSe obtuvo mejor resultado con la

botella semipintada, como se obser-va en el recuento total de bacterias(Tablas 2 y 3). Hay que tener encuenta que las botellas utilizadas nohabían sido esterilizadas, y no sepuede descartar la presencia de bac-terias del ambiente en las muestrastomadas.

El día 11/12/02 se irradió por 5 ho-ras (desde las 10:00 hasta las 15:00)otra muestra del agua del pozo en 2botellas, una transparente y otra se-mipintada de negro. La radiación me-dida en ese intervalo se muestra enla Figura 27 y la evolución de la tem-peratura en la Figura 28. Los recuen-tos y fracciones de sobrevida se re-sumen en las Figuras 29 y 30.

Los resultados indican la disminu-ción de la fracción de sobrevida, que,en este caso, no llegó a 0 UFC/mL.Ello se puede haber debido a las fluc-tuaciones de la radiación durante elexperimento, como se observa en laFigura 27.

1.5. ConclusionesLos resultados obtenidos coinci-

den con lo esperado para la tecnolo-gía DSAUI. Se irradiaron con luz so-

lar muestras de aguas provenientesde distintos lugares de Argentina (esdecir, con distinta población bacteria-na) y se comprobó que, en todos loscasos, luego de aplicar la tecnologíaDSAUI, se reduce en forma impor-tante la cantidad de bacterias totalesy la de coliformes totales y fecales.Es importante destacar que lasmuestras de Tucumán no recibieronla cantidad de luz que hubieran podi-do recibir en su lugar de origen, si-tuado a 70 km al este de la ciudad deSan Miguel de Tucumán (26° 50´ S,65° 12´ O).

También se observó que las bote-llas semipintadas de negro alcanzanmayor temperatura en días soleados,lo cual es una ventaja importantefrente a las botellas no pintadas, da-do que temperaturas mayores a 50ºC en conjunción con la radiaciónUV-A contribuyen a incrementar laeliminación de microorganismos. Es-to sería importante en días frescos.

En la mayoría de los experimentosse ha logrado llegar a un recuento de0 UFC/mL de agua. Por otra parte, laprueba de recrecimiento indica quelos microorganismos recrecen, aun-que en menor cantidad que en lamuestra original. Por lo tanto, aun-que no se logre mantener nulo el re-crecimiento bacteriano, se logra dis-


27

minuir su cantidad en un número im-portante con relación al valor original.Se recomienda, sin embargo, consumirel agua tratada lo antes posible.

Como el objetivo final es mejorar lacalidad sanitaria del agua a la que se leaplica la tecnología, se concluye que el

método es óptimo, ya que logra, en lamayoría de los casos, reducir significa-tivamente el recuento de los organis-mos coliformes, en concordancia conlo estipulado por la legislación de casitodos los países del mundo (basada enlos límites indicados por la OMS (4)).

1 EAWAG-SANDEC. http://www.sodis.ch.2 Sommmer B., Mariño A., Solarte Y., Salas M. L., Dierolf C., Valiente C., Mora D., Rechsteiner R. Setter P.,Wirojanagud W., Ajarmah H., Al-Hassan A., Wegelin M., J. Water SRT- Aqua Vol. 46, No. 3, pp. 127-137,1997.3 Wegelin M., Canonica S., Mechsner S., Fleischman T., Pesaro F., Metzler A. Solar water disinfection: scopeof the process and analysis of radiation experiments. J. Water SRT-Aqua Vol. 43, No. 3, pp. 154-169, 1994.4 OMS-OPS, Guías para la Calidad del Agua Potable, Vol. 3, Control de la calidad del agua potable ensistemas de abastecimiento para pequeñas comunidades, OPS, 1988.5 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologías económicaspara la potabilización de aguas, Informe Proyecto OEA AE 141/2001, Organización de EstadosAmericanos (AICD), noviembre de 2002. M. Litter (Ed.), Digital Grafic, La Plata, 2002.6 Remoción de arsénico asistida por luz solar en comunidades rurales de América latina, H. Mansilla yM.I. Litter (Eds.), Digital Grafic, La Plata 2003.7 Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 18o. ed. Washington:APHA/AWWA/WEF, 1998.

Referencias

28

29

AbstractIn this chapter are summarized the

results of the application of the SODIStechnology, Solar Water Disinfection,to waters of wells of the province ofTucumán. The results were comparedwith those of samples of the PalermoLakes and from the Río de la Plata, inBuenos Aires City, Argentina. Theapplication of the method in waters ofsuch a different composition and originindicates that it is totally applicable toall the studied samples, and that theobjective of reducing the microbialcontent in agreement with the estab-lished regulations for drinking watercan be accomplished.

1.1. IntroductionSODIS technology, Solar Water

Disinfection (developed by EAWAG inZurich(1-3)), is an efficient method for theelimination of pathogen microorgan-isms in water for human consumption.

The method is inexpensive and canbe easily used in any population, sinceit only requires solar energy, at vari-

ance with conventional water purifica-tion methods such as chlorination, boil-ing water, etc., whose costs can beinaccessible for people living in precar-ious conditions.

Pathogen microorganisms are elim-inated by the synergy of UV-A and IRradiation, above a certain temperature.Although this method does not sterilizewater, it eliminates microorganismscausing serious illnesses such as diar-rhea, intestinal infections, cholera, etc.The efficient dissemination of themethod would prevent the large num-ber of deaths caused by the consump-tion of untreated, contaminatedwaters, due to the lack of informationof the population about the potentialdangers, or due to the inaccessibility toother purification methods.

The requirements for the applica-tion of the method are only solar lightand PET (polyethylene terephthata-late) bottles. Its diffusion by means ofgood educational campaigns togetherwith clear instructions on the correctapplication for the population or family

Chapter 1

María L. Gagliano and Marta I. Litter

Solar Disinfection of Waters fromLos Pereyra, Tucumán and fromThe Río de La Plata, Argentine

Comisión Nacional de Energía Atómica, Unidad de Actividad Química, Av. General Paz 1499, 1650,Gral. San Martín, Provincia de Buenos Aires, Argentina

30

Solar Disinfection of Waters from Los Pereyra, Tucumán and from The Río de La Plata, Argentine

should be provided. The methodshould also be adapted to the climateand geography of the region where itwill be used, because a higher suc-cess is predicted in hot, climates, withfew precipitations, than in cold andcloudy weathers.

The World Health Organization(WHO)(4) indicates that the limits for thenumber of fecal coliform organisms inpotable water should be 0 CFU(Colony Forming Units)/100 mL ofwater (Table 1).

In 2002, an applicability study ofthe SODIS process was initiatedsimultaneously in Argentina, Brazil,Perú and Trinidad & Tobago, consid-ering the zones chosen in a priorstudy (5). The aim of the present workwas to test the efficiency of theSODIS method in waters from a vari-ety of localities in Argentina, perform-ing counts of total viable bacteria aswell as coliform microorganisms. Wealso evaluated different variablessuch as light intensity, temperatureand type of bottles.

1.2. Study areaLos Pereyra is located 70 km east

of the San Miguel de Tucuman City.It is a small rural locality on the 327Provincial route, with a populationaround 1,000 inhabitants; the mainactivity is agriculture / cattle raising.The climate is sub-tropical with a dryseason that extends from May toSeptember. The average annual pre-cipitation is 800 mm/year and theaverage temperature is 19 ºC. Thereare no important surface watercours-es in the region, forcing the popula-

tion to use groundwater for supply.The geochemical characterization ofshallow and deep groundwaters ofLos Pereyra was performed in May –June 2001, at the end of the wet sea-son(6). The shallow groundwater com-position is dominated by sodiumbicarbonate with highly variable con-centrations of major ions. Salinityand total solids content are also veryvariable (between 375 and 5990mg/L). The pH varied between 6.8and 8.6, with an average value of7.8. The waters are oxidic, with dis-solved oxygen concentrations thatvary between 0.17 and 8.06 mg/L. Insome wells, nitrate concentrationexceeds the limit established by theArgentine Food Code (CAA) (45mg/L) with an average value of 100mg/L for the study area.

In this work, samples of the wellsnamed 1, 2 and 3 (phreatic layer),taken on 10/29/02 and stored at roomtemperature in plastic reservoirs untilthe analysis, were analyzed. Theresults follow.

Physicochemical DataWell 1• Well Depth (m.d.b.h.)*: 12• Water Depth (m.d.b.h.): 5.5• Temperature (ºC): 21.9• pH: 8.56• Conductivity (mS @25 ºC): 510• Turbidity (NTU): 9.8• O.M. (mg O2/L): 2.09• T.D.S.** (ppm): 1216• Chlorides (ppm): 5.24• Bicarbonate (ppm): 1112.64• Nitrates (ppm): 1.41• Sulfates (ppm): 22.84

* m.d.b.h.: meter down bore hole** T.D.S.: total dissolved solids


31

• Calcium (ppm): 3.07• Iron (ppm): 0• Potassium (ppm):9.75• Magnesium (ppm): 3.22• Sodium (ppm): 255• Arsenic (ppm): 1022.65• Total coliform: 460 MPN/100 mL• Fecal coliform: 3 MPN/100 mL• Pseudomonas: 590 CFU/mL• Total bacteria: 4x103 CFU/mL

Well 2

• Well Depth (m.d.b.h.): 10• Water Depth (m.d.b.h.): 7.66• Temperature (ºC): 22.6• pH: 8.73• Conductivity (mS a 25 ºC): 490• Turbidity (NTU): 0.6• O.M. (mg O2/L): 0.88• T.D.S. (ppm): 11125• Chlorides (ppm): 23.23• Bicarbonate (ppm): 666.12• Nitrates (ppm): 51.67• Sulfates (ppm): 48.61• Calcium (ppm): 3.45• Iron (ppm): 0.03• Potassium (ppm): 6.83• Magnesium (ppm): 1.61• Sodium (ppm): 228• Arsenic (ppm): 613.55• Total and fecal coliforms: under the detection limit• Total bacteria: 8x102 CFU/100 mL

Well 3

• Well depth (m.d.b.h.): 9• Water depth (m.d.b.h.): 3.18• Temperature (ºC): 21.3• pH: 8.39• Conductivity (mS a 25 ºC):258• Turbidity (NTU): 1.32

• O.M. (mg O2/L): 0.43• T.D.S. (ppm): 514• Chlorides (ppm): 10.47• Bicarbonate (ppm): 270.84• Nitrates (ppm): 57.03• Sulfates (ppm): 22-53• Calcium (ppm): 16.51• Iron (ppm): 0• Potassium (ppm):20.48• Magnesium (ppm): 4.38• Sodium (ppm): 78• Arsenic (ppm): 237.3• Total coliforms: 3 MPN/100 mL• Fecal coliforms: < 3 MPN/100 mL• Pseudomonas: positive (quantification not possible)• Total bacteria: 1.2 x 103 CFU/100

1.3. Materials and methodsTo measure the UV-A incident radia-

tion, a 9811-58 Cole-Parmer radiometer(365 nm maximum wavelength) wasused.

To estimate the amount of bacteriapresent in samples, optical densitymeasurements at 650 nm were per-formed with a UV-120-02 Shimadzuspectrophotometer.

Selection of the type of bottlesto be usedPlastic PET bottles of 1 or 2 liters are

commonly used. The bottles should betransparent and plain to optimize lightabsorption. Transparent bottles withsome relieves can also be used,although there would be some loss ofefficiency.

Spectra of the PET bottles Spectra of samples of PET of the bot-

tles to be used were performed with aHewlett Packard 845X UV-Visible spec-trophotometer (Figure 1). It was conclud-

32


ed that the best bottles for the presentuse are those of a very well know orangesoft-drink brand, locally bottled. From318 nm to shorter wavelengths, the per-centage of transmittance was only 2 %.

Reagents for microbiologic analysis (7):Nutritive agar: prepared with 23 g/L of

nutrient broth for microbiology (Merck),15 g/L of highly pure agar-agar (Merck)and 5 g/L of sodium chloride (Merck).

Cetrimide agar (Merck): to countPseudomonas spp.

Mc Conkey broth (Merck): for themultiple tube technique.

Irradiation procedureIrradiations were done at the Centro

Atómico Constituyentes, Province ofBuenos Aires, Argentina (34°28' S,58°28' W). Except for the indicatedcases, irradiations were performed in1.75 L-capacity bottles, containing 1 Lof the sample. A sample kept in the darkand at room temperature was used ascontrol. The evolution of the tempera-ture of the irradiated bottle was fol-lowed. Samples were taken every hour,and the analysis was performedaccording to the following methods.

Analysis of the microorganisms: a) Total viable bacteria count: it was

performed by plating in nutritive agar andculturing at room temperature in the darkfor 48 h. A conventional bacteria counterwas used for the total viable bacteriacount, expressing the results as CFU/mL.Final data are expressed as survival frac-tion, N/NO, where N is the final number ofbacteria and No is the initial value.

b) Total and fecal coliforms content:it was performed by the multiple tube

method (7), which allows to count totaland fecal coliform microorganisms,expressed as MPN (most probablenumber)/100 mL. The detection limit ofthis technique is 3 MPN/100 mL.According to statistical tables, CFU/mLcan be related to MPN/mL. Samplesincubated at 37 ºC for 48 h were used.

c) Pseudomonas count: by plating inagar Cetrimide.

Procedure to apply the SODISmethodThe methodology to be applied in real

waters was the following:1) The bottles are previously washed

with distilled water. If distilled water is notavailable, bottles should be rinsed withthe same sample to be irradiated.

2) The water sample is placed in thebottle and shaken for about 20 secondsin order to dissolve the highest amountof oxygen. The bottle should be tightlyclosed and should not be reopened untilconsumption.

3) The irradiation should be initiatedat a convenient time to profit the maxi-mum solar irradiation, at least during 5 or6 hours. In the present case, sun exposi-tion always began between 9:00 and10:00 a.m.

4) Microorganisms are countedbefore and after the irradiation, using themost convenient and pre-establishedmethod.

5) When an assessment of themethod is intended to offer the techniqueto a locality, these tests should be madepreviously with real samples of the water.

6) Possible modifications to improvethe method:

a) Use of a solar concentrator: it canbe made of wood. A square piece is usedas the base and other 4 square pieces,


33

placed at a 60º, are the sides. Four trian-gular pieces can be used to cover theempty spaces between the sides. Oncecomplete, the whole structure is coveredwith aluminum foil (Figure 2). The struc-ture can also be made of simple card-board, covered by aluminum foil.

b) Half-blackened bottles: in this way,solar radiation will be more concentrat-ed, increasing the temperature of thewater inside the bottle and favors theprocedure in sunny days.

1.4. Results and discussionTo test the efficiency of the SODIS

method, a series of tests with realwaters taken from the wells, in compari-son with other samples collected inBuenos Aires City. According to thecase, total viable bacteria, total coliform,fecal coliform and, in some cases,Pseudomonas content were evaluated.

1.4.1. Experiment #1 (23-25/10/02). Río de la Plata sample(Costanera Sur, Buenos Aires City)

A quantification of coliform microor-ganisms, performed with the multipletube technique, yielded the followingresults:

Total coliforms: 348 MPN/100 mLFecal coliforms: < 2 MPN/100 mL.

Using the procedure describedabove, 750 mL of the water were irra-diated and another 500 mL were usedas a dark control, in two different bot-tles. The irradiation time was 5 hours(starting at 10:00 a.m.) In Figure 3 thevariation of the UV incident radiationis shown. Samples (approximately 1mL) were taken every one hour, plat-ing them in nutritive agar, and incu-

bated at room temperature in thedark. The results after counting (byduplicate) are shown in Figures 4-6.The results indicate that after irradia-tion for 5 hours, a significant reduc-tion in total bacteria (three orders ofmagnitude) took place, visualized inthe decrease of survival fraction.Even though initially the waters didnot contain fecal coliforms, we canconclude that the method allows theinactivation of a large amount of theoriginally present bacteria.

1.4.2. Experiment #2 (28/10 to1/11, 2002). Palermo’s Lake sample(Buenos Aires City)

These waters contained > 1100MPN/100 mL of total coliforms, meas-ured by the multiple tube technique.

The bottle, containing an 1-L sam-ple, was irradiated for 5 hours (start-ing at 10:00 a.m., 30 October). Thevariation of the light radiation isshown in Figure 7. The samples wereanalyzed and the results are shownin Figures 8-10.

Results of the multiple tube tech-nique (only samples at 0, 3 and 5hours of irradiation).

Total ColiformsT0: > 1100 MPN/100 mLT3: < 3 MPN/100 mLT5: < 3 MPN/100 mLThese results indicate that the

method can eliminate the microor-ganisms present in the sample,reaching 0 CFU/mL of total microor-ganisms, together with the highestpossible decrease of coliforms,according to the detection limit indi-cated previously.

34


1.4.3. Experiment #3 (1/11/02).Samples of Well 1 (Los Pereyra)The sample was irradiated under

solar light on November 6, during 5 h(10:00 to 15:00 h). The UV-A radiationmeasurements are shown in Figure11. The evolution of the temperatureof the irradiated bottle is shown inFigure 12. The results of the experi-ments are presented in Figures 13and 14.

Coliform CountTotal coliform:T0: 460 MPN/100 mLT1: 21 MPN/100 mLT2: < 3 MPN/100 mLT3: < 3 MPN/100 mLT4: < 3 MPN/100 mLT5: < 3 MPN/100 mL

Fecal coliform:T0: 3 MPN/100 mLT1: 3 MPN/100 mLT2: < 3 MPN/100 mLT3: < 3 MPN/100 mLT4: < 3 MPN/100 mLT5: < 3 MPN/100 mL

The results of this experiment indi-cate once again that the methodresulted in a significant reduction in thetotal and fecal coliform microorgan-isms as well as in a significant survivalfraction decrease.

A second experiment was per-formed on 11/13/02, i.e. 16 days afterthe sample was taken. During thisperiod, total coliform content variedfrom 460 to 150 MPN/100 mL, whilethe fecal content dropped from 3MPN/100 mL to the detection limitvalue. The irradiation process lasted

five hours (from 10:00 to 15:00 h), inthe same conditions as before. TheUV-A radiation data and the evolutionof the temperature are presented inFigures 15 and 16. The experimentalresults are summarized in Figures 17and 18.

Total coliforms:T0: 150 MPN/100 mL

T1: 23 MPN/100 mLT2: > 3 MPN/100 mLT3: > 3 MPN/100 mLT4: > 3 MPN/100 mLT5: > 3 MPN/100 mL

The results obtained in the firstirradiation can be compared withthose of the second one, because thetwo systems were under the sameconditions except for the reachedtemperature and the radiation dose,both higher in the second test. Thisfact was noticed when comparing thesurvival fractions of the irradiatedsamples: 0.01 vs. 0.07 after two hoursof irradiation. Considering that the ini-tial bacterial content is lower in thesecond experiment, significant differ-ences between both results were notobserved.

1.4.4. Experiment #4 (26/11/02). Samples of well 2 (Los Pereyra)The water from well 2 was irradi-

ated on 11/26/02, from 10:00 to15:00 h. Two 1.75-L bottles wereused: a transparent one and a half-blackened one. The UV-A radiationmeasurements and the hourly tem-perature are shown in Figures 19and 20. The results are summarizedin Figures 21 and 22.

The results of this experiment


35

were optimal. The high temperaturesreached in both bottles and the ele-vated radiation produced a count of 0CFU/mL after only one hour. Due tothe fact that all the microorganismswere totally eliminated in both condi-tions, we could not observe differ-ences between the half-blackenedand the transparent bottle, despitethe fact that the reached temperaturewas greater in the half-blackenedbottle (see Figure 20).

1.4.5. Experiment #5 (3/12/02).Samples from well 3 (Los Pereyra)

The sample from well 3 was irradi-ated on 3/12/02. Two 1.75-L bottleswere used: a transparent one andanother half-blackened. The irradia-tion lasted 5 hours (from 10:00 to15.00 h). The radiation and tempera-ture measurements are presented inFigures 23 and 24.

Count was performed on 12/5/02(see Figures 25 and 26). The multi-ple tube test was also performedusing the samples taken every onehour from the irradiated transparentbottle. The following results wereobtained:

Total ColiformsT0: 3 MPN/100 mL

T1: < 3 MPN/100 mLT2: < 3 MPN/100 mLT3: < 3 MPN/100 mLT4: < 3 MPN/100 mLT5: < 3 MPN/100 mL

The results of this experiment arecomparable with those obtained previ-ously: the loss of viability is total after 5hours. In the irradiated sample (T5), nogrowth of Pseudomonas spp wasobserved.

Regrowth testFor this test, the water was stored

in the same bottles in which theyhave been irradiated, and then cul-tured on 12/9/02 (six days after irra-diation); the count was performed on12/10/02. The following results wereobtained:

Count:Half-blackened bottle: 20 CFU/mLTransparent bottle: 210 CFU/mL

The best result was obtained withthe half-blackened bottle, as reflectedin the total bacteria count (Tables 2and 3). It should also be taken intoaccount that the used bottles havebeen not sterilized, and we cannot ruleout the presence of ambient bacteria inthe samples.

Another sample of the well was irra-diated on 12/11/02 for 5 hours (from10:00 to 15.00 h) in two bottles, a trans-parent one and a half-blackened one.The radiation variations and the temper-ature are presented in Figures 27 and28. The counts and survival fractions aresummarized in Figures 29 and 30.

The results indicate the decrease ofthe survival fraction, although the valueof 0 CFU/mL could not be reached.This result could be due to fluctuationsin the radiation during the experiment,as can be observed in Figure 27.

1.5. ConclusionsThe results are coincident with

what was expected from this technol-ogy. Water samples from someArgentine localities (each one with adistinct bacterial population) havebeen irradiated. The results confirmedthat, in all cases, after applying the

36


SODIS technology, an importantreduction in the total number of bac-teria and in the total and fecal coliformcounts was attained. It is important totake into account that the samplescoming from Tucuman did not receivethe amount of light corresponding tothe locality of origin, 70 km east fromSan Miguel de Tucumán (26° 50´ S,65° 12´ W).

It was also observed that the half-blackened bottles reached a highertemperature on sunny days, which isan important advantage over the non-painted bottles, because tempera-tures greater than 50 ºC combinedwith UV-A radiation enhance the elim-ination of microorganisms. This resultwould be important in the coldestdays.

In most of the experiments, a 0CFU/mL count was attained. On theother hand, the regrowth test indicatedthat the microorganisms indeed growagain, although in a smaller quantitythan in the original sample. Therefore,although a null bacteria count is notachieved, an important decrease onthe number of bacteria present results.However, it is convenient to consumethe treated water as soon as possible.

Since the final objective is toimprove the sanitary quality of thewater, we conclude that the SODIStechnology is optimal. In the majority ofthe cases, a significant reduction of thecoliforms was attained, in agreementwith the legislation of almost all countries(based on the limits indicated byWHO(4)).

1 EAWAG-SANDEC. http://www.sodis.ch.2 Sommmer B., Mariño A., Solarte Y., Salas M. L., Dierolf C., Valiente C., Mora D., Rechsteiner R.Setter P., Wirojanagud W., Ajarmah H., Al-Hassan A., Wegelin M., J. Water SRT- Aqua Vol. 46, No. 3,pp. 127-137, 1997.3 Wegelin M., Canonica S., Mechsner S., Fleischman T., Pesaro F., Metzler A. Solar water disinfection:scope of the process and analysis of radiation experiments. J. Water SRT-Aqua Vol. 43, No. 3, pp. 154-169, 1994.4 OMS-OPS, Guías para la Calidad del Agua Potable, Vol. 3, Control de la calidad del agua potableen sistemas de abastecimiento para pequeñas comunidades, OPS, 1988.5 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologíaseconómicas para la potabilización de aguas, Informe Proyecto OEA AE 141/2001, Organización deEstados Americanos (AICD), noviembre de 2002. M. Litter (Ed.), Digital Grafic, La Plata, 2002.6 Remoción de arsénico asistida por luz solar en comunidades rurales de América latina, H. Mansillay M.I. Litter (Eds.), Digital Grafic, La Plata 2003.7 Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 18o. ed. Washington:APHA/AWWA/WEF, 1998.

References

37

ResumenEn la región Nordeste de Brasil, la fal-

ta de agua tratada y la irregularidad en ladistribución de las lluvias ocasiona quelos embalses, represas, pozos y "ojos deagua" sean las principales fuentes deagua para consumo humano, principal-mente en el área rural. Sin embargo, eluso múltiple de esos cuerpos hídricos fa-vorece, por diversos factores, la conta-minación de los mismos. La desinfec-ción de estas aguas a través de técnicassimples y económicamente accesibles ala mayoría de la población es imprescin-dible en la interrupción de la cadena epi-demiológica de las enfermedades infec-ciosas de origen hídrico.

En el presente trabajo fue evaluada laeficiencia de desinfección bacteriana deaguas recolectadas de un embalse pú-blico, exponiéndolas a la luz solar (ensa-yo S) y también manteniéndolas en laoscuridad para evaluar solamente elefecto del aumento de la temperatura(ensayo D). Se evaluó la carga bacteria-na pre- y pos-exposición solar en los en-sayos D y S en el momento de la tomade muestra, después de 7 horas de ex-posición solar y a las 24 y 48 horas lue-

Capítulo 2

Patricia Pulcini R. Donaire y Wilson de F. Jardim

Desinfección Solar de Aguas deRepresa en Campina Grande,

Paraíba, Brasil

Laboratorio de Química Ambiental, Instituto de Química, Universidad Estadual de Campinas,Caixa Postal 6154, Campinas, SP 13083-970, Brasil

go de la irradiación. Se observó que enel ensayo S las mayores reducciones decarga bacteriana tanto para E. coli comopara coliformes totales fueron alcanza-das con 4 horas de exposición solar, yque en el ensayo D no ocurrió ningunareducción. Luego de la exposición solaro del confinamiento durante 24 e 48 ho-ras después de la irradiación, se registrórecrecimiento bacteriano.

El proceso de desinfección solar fueeficiente, teniendo en cuenta que elagua presentaba una turbidez muy porencima de la esperada para aguas so-metidas a procesos de desinfección quedependen de la penetración de la luz.Por otra parte, el efecto del aumento dela temperatura no fue suficiente por sísolo para la inactivación de E. coli y coli-formes totales.

2.1. IntroducciónLa ciudad de Campina Grande, situa-

da en el estado de Paraíba, región Nor-deste de Brasil, ocupa un área de apro-ximadamente 644,1 km2, y es el segun-do centro urbano del Estado. Por lo tan-to, constituye un polo económico degran importancia en la Microrregión Ho-

38

Desinfección Solar de Aguas deRepresa en Campina Grande, Paraíba, Brasil

mogénea, en el Agreste da Borborema.En esta ciudad está situada la Universi-dad Federal de Campina Grande, antesdenominada Universidad Federal de Pa-raíba.

El clima predominante en la región esde tipo cálido y húmedo con lluvias en elperíodo de otoño-invierno. La precipita-ción pluviométrica promedio es de 700mm por año, con temperaturas mediasanuales de 26 ºC y humedad relativa delaire promedio de 80 %. Por otro lado, laslluvias y los recursos hídricos superficia-les están irregularmente distribuidos,aprovechados y malamente almacena-dos, lo cual produce períodos dramáti-cos de sequía para la población del nor-deste, tanto en las situadas cerca de lasgrandes ciudades, como en las del inte-rior del Estado.

A sólo 25 km de Campina Grande es-tá localizada la región más seca del Es-tado de Paraíba y de Brasil, conocidocomo "los Cariris da Paraíba", donde laprecipitación media anual es de 100mm. En ese lugar, y entre otros munici-pios, está el de Queimadas, lugar esco-gido para el estudio del agua de la repre-sa.

Los recursos hídricos disponibles enestas regiones semiáridas, que no cuen-tan con agua potable provista por laCompañía de Agua y Alcantarillado delEstado, o disponen de ella en forma in-termitente, comprenden los embalses,represas, pozos y "cacimbas" u "ojos deagua", estos últimos alimentados poraguas subterráneas. Son pocas las ca-sas que poseen cisternas para recogeragua de lluvias. Los embalses son losreservorios de mayor extensión, cons-truidos en depresiones naturales del te-rreno, a través de un muro o de una re-presa de tierra y piedras, mientras que

las represas y ojos de agua son de me-nor tamaño. Aquéllas que son alimenta-das solamente con agua de lluvias inva-riablemente se secan, mientras que lasque poseen afloramiento de agua subte-rránea en el lugar, permanecen por lomenos parcialmente llenos en los perío-dos de sequía.

Las familias y pequeñas comunida-des en general, que por motivos diver-sos (geográficos, financieros, etc.) noson abastecidas con agua tratada de laCompañía de Agua y Alcantarillado deParaíba (CAGEPA), son obligadas a re-currir a las fuentes citadas para suplirsus necesidades de supervivencia. Algu-nas comunidades, como parte de las po-líticas públicas de los municipios locales,cuentan con cisternas públicas o llavesinstaladas en las escuelas, relativamen-te próximas a sus casas. Sin embargo,la mayoría de la población debe recorrervarios kilómetros hasta las represas,embalses y ojos de agua más próximos,los cuales, además de estar general-mente contaminados, son de difícil acce-so, generando numerosas dificultadespara las personas. Los problemas másimportantes son la recolección, el alma-cenamiento y el transporte del agua.

Las principales fuentes de contami-nación microbiológica en los embalses ylas otras fuentes son: los alcantarilladosde la periferia urbana o las acequias,que se manifiestan como pequeñas co-rrientes de aguas contaminadas que es-curren desde las fosas sépticas, y lasaguas de escurrimiento superficial, don-de pastan animales (ganado bovino ycaprino), y que son acarreadas con laslluvias hasta los embalses.

Cabe resaltar que un manantial deagua exclusivamente destinado al con-sumo humano puede ser contaminado


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en el momento de la recolección por lospropios consumidores o recolectores, yaque no es raro que lleguen con un carroa tracción animal para facilitar el procesode recolección. Además, no siempre losbaldes, botellas plásticas y envases usa-dos están en condiciones higiénicasadecuadas.

El agua contaminada y la falta de sa-neamiento son responsables de cercadel 30 % de los fallecimientos en Améri-ca Latina, un valor 6 veces mayor que elde las naciones más desarrolladas. EnBrasil, más del 60 % de los ingresoshospitalarios ocurren por falta de instala-ciones adecuadas de saneamiento enlas comunidades(1).

En la Tabla 1 se presentan datos co-rrespondientes a las condiciones sanita-rias de Brasil, provistas por el InstitutoBrasileño de Geografía y Estadística (IB-GE). En función de la escasez de recur-sos y de la urgencia en la demanda deaguas tratadas, las tecnologías de opti-mización y técnicas de reciclaje deberán

volverse prioritarias en el corto plazo.Estas soluciones deben adecuarse a larealidad nacional para garantizar su apli-cabilidad. Esto evidencia la necesidadde nuevas investigaciones en las áreasdedicadas a soluciones de abasteci-miento público que buscan tecnologíasracionales adecuadas y de bajo costopara optimizar el abastecimiento de lapoblación, en un sistema de recursos li-mitados como el brasileño.

Básicamente existen 3 métodos dedesinfección(2):

• Procesos naturales: lagunas de es-tabilización

• Agentes químicos: cloro, NaOCl,Ca(OCl)2, ClO2, cloraminas, ozono, etc.

• Agentes Físicos: calor, irradiaciónUV

El objetivo del presente trabajo es es-tudiar la viabilidad de desinfección deaguas de las fuentes antes citadas por elmétodo de Desinfección Solar en Unida-des Individuales (DSAUI, SODIS en in-glés), que usa los agentes físicos citados

Tabla 1. Numero de domicilios por condición sanitaria (%) - 1999Table 1. Percentage (%) of households classified according to their health condition – 1999

Agua canalizada y red Alcantarillado yBrasil y Grandes Regiones general de distribución fosa sépticaBrazil and Large Regions Canalized water and Sewage and

general distribution septic tanknetwork

Brasil / Brazil (1) 76,1 52,8Norte / North (2) 61,1 14,8

Nordeste / Northeast 58,7 22,6Sudeste / Southeast 87,5 79,6

Sur / South 79,5 44,6Centro-Oeste / Center-West 70,4 34,7

1. Excluye la población de Rondônia, Acre, Amazonas, Roraima, Pará y Amapá /Excluded the population of Rondônia, Acre, Amazonas, Roraima, Pará and Amapá2. Excluye la población rural / Excluded the rural population

Fuente: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE, 2000.Source: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE, 2000.

40


en tercer lugar. De este modo, se po-drían aplicar tecnologías simples y eco-nómicamente accesibles. Para ello, elembalse a estudiar fue cuidadosamenteseleccionado. Se realizaron análisis delas aguas y se tuvo en cuenta principal-mente la posibilidad de utilización real deésta por las comunidades locales, princi-palmente para usos potables.

2.2. Elección del sitio de trabajoPara una mayor validez del estudio

en cuestión, usuarios de la fuente deagua fueron entrevistados para definir laelección del manantial más adecuadopara los objetivos del ensayo de desin-fección.

Del conjunto de cuerpos acuáticospreviamente seleccionados, fueron ele-gidos tres reservorios: un embalse públi-co, uno privado y un ojo de agua privado(Figura 2). Se denominan "privados"porque están dentro de propiedadesparticulares, aunque tienen libre accesopara la recolección de agua.

A) Embalse públicoSegún los moradores locales, en par-

ticular los adyacentes al embalse (Figu-ra 1 (a)), este reservorio es utilizado pordistintas familias que diariamente recu-rren al mismo para obtener agua paramúltiples usos, incluso para consumohumano.

B) Ojo de agua privadoEl ojo de agua, o cacimba, mostrado

en la Figura 2 abastece a la mayoría dela comunidad de Chupadouro. Está si-tuada tras un embalse público, llamado"Embalse del gobierno", pero se lo pre-fiere debido a la mejor calidad de suagua, que es de origen subterráneo. Co-mo el agua aflora muy lentamente, y du-

rante el día la búsqueda de agua es másintensa, los usuarios más exigentes vanen busca de agua al amanecer (3 a 4 dela mañana), con el fin de garantizar lacantidad y calidad de la recolección.Cuando el agua rebalsa, llena otra ver-tiente que es usada para lavar ropa. Esinteresante destacar que estas comuni-dades tienen nociones bien definidas deaguas "buenas" y aguas "malas", por loque intentan separar y proteger los cuer-pos de agua para beber de aquéllosdestinados a otros usos. Sin embargo,no siempre tienen éxito, sea por la faltade agua, por las distancias para conse-guir aguas más limpias o porque obliga-toriamente el ganado debe beber de lamisma fuente.

C) Embalse privadoEste embalse, que está localizado

dentro de una propiedad particular y esrelativamente grande, es utilizado poraproximadamente 40 familias que reco-gen cada una alrededor de 120 a 180 li-tros de agua por día. En la Figura 3 seobserva el proceso de recolección deagua para usos domésticos y, simultá-neamente, animales bebiendo agua ypersonas tomando un baño.

2.3. Selección del manantialde trabajoSe optó por realizar el trabajo en el

embalse de Dona Judite porque éste re-fleja los usos múltiples a los que se des-tinan los cuerpos de agua de esta re-gión, principalmente la recolección deagua para consumo doméstico (se ob-servaron carros de burros recogiendohasta 380 litros por día). Cabe resaltartambién que en este embalse, las fuen-tes de contaminación son ocasionadasprincipalmente por los usuarios (en el


41

(a) consumidor / consumer (b) vertiente / spring

Figura 1: Embalse localizado a la orilla del camino que une CampinaGrande con Queimadas, situada a 12 km de la primera ciudad.Figure 1: Reservoir located on the side of the road connecting CampinaGrande and Queimadas, 12 km from Campina Grande.

(a) Casa de algunos consumidoresConsumer’s house

(b) Embalse públicoPublic reservoir

Figura 2. Vertiente situada en Sitio Gameleira, ubicado en el municipiode Serra Redonda a 55 km de Campina Grande.Figure 2. Spring situated in Gameleira site, located in the SerraRedonda County at 55 km from Campina Grande.

(a) embalse particular / private reservoir (b) consumidor / consumer

Figura 3. Embalse de Dona Judite, ubicado en el municipio deQueimadas, a 25 km de Campina GrandeFigure 3. Dona Judite Reservoir, located in Queimadas County, 25 kmfrom Campina Grande

42


acto de recolección, en la entrada de loscarros al agua, por los bañistas) y por losanimales. Otro factor importante de deci-sión fue el fácil acceso, la disponibilidadde agua suficiente para el ensayo a lahora y día que fuera necesario, y la pro-ximidad a la Universidad Federal deCampina Grande (UFCG), donde serealizó todo el trabajo experimental.

2.4. ObjetivosEl objetivo principal de esta investiga-

ción fue evaluar la eficiencia de desin-fección por luz solar (DSAUI, SODIS eninglés) de aguas superficiales contami-nadas y utilizadas para consumo huma-no. Para ello las aguas fueron colocadasen botellas de polietiléntereftalato (PET),y los coliformes totales y E. coli fueronutilizados como microorganismos indica-dores de contaminación.

Se realizaron las siguientes activida-des:

• Exposición solar de las botellas, en-vueltas en papel de aluminio, para verifi-car la inactivación bacteriana por efectodel aumento de la temperatura (ensayodark, o D).

• Exposición solar del agua en bote-llas PET transparentes (ensayo solar, oS).

• Estudio de recrecimiento bacteriano24 y 48 horas en confinamiento despuésde la desinfección.

2.5. Materiales y Métodos2.5.1. Recolección en terrenoEl experimento fue realizado utilizan-

do botellas PET de plástico transparenteincoloro, todas de la misma marca. Lasbotellas fueron divididas en dos lotes dela siguiente manera:

1) Botellas oscuras: un grupo de bo-tellas fue cubierto con papel de aluminio

para evaluar el efecto del aumento de latemperatura, sin influencia de la luz solar(ensayo D).

2) Botellas claras: el otro grupo de bo-tellas se usó en estado natural para eva-luar el efecto de la luz solar en la inacti-vación bacteriana (ensayo S).

La recolección de agua en el embal-se de Dona Judite fue realizada el día 26de enero de 2003. Se inició el experi-mento a las 8:50 a.m. y se finalizó a las9:22 a.m. La temperatura del agua erade 17 ºC en el momento de la recolec-ción, mientras que la del aire era de 31ºC, con un cielo parcialmente nublado.

Un recipiente de "plumavit" ("isopor")con capacidad para 100 litros fue llena-do con agua recogida en el embalse conbaldes plásticos de 15 litros, perfecta-mente limpios y desinfectados con alco-hol etílico. Se eligió este procedimientodebido al gran volumen necesario parallenar todas las botellas, no siendo viablellenarlas una a una en el mismo embal-se debido a la variabilidad del agua en elmismo.

Para obtener muestras homogénease idénticas en todas las botellas, el aguaguardada en la caja de "plumavit" fueagitada con varillas estériles de vidrio.Inmediatamente se procedió al llenadocompleto de las botellas, las que fueronalmacenadas en cajas de "plumavit" contapa, y refrigeradas, tal como se muestraen la Figura 4.

A las 9:22 h, todas las botellas esta-ban completamente llenas, y fueron lle-vadas rápidamente hasta el laboratoriode Saneamiento de la UFCG, donde seinició el experimento con la colaboraciónde la profesora Dra. Beatriz S. O. Ceba-llos. Las botellas fueron colocadas al sol(inicio del experimento: 10:10 a.m.); el


43

Figura 4. Procedimiento de recolección de agua en el embalse de Dona JuditeFigure 4. Water recollection process in the Dona Judite reservoir.

Figura 5. Montaje del experimento con las botellas completamentellenas de agua y expuestas directamente al sol (Ensayo S) y con lasmismas envueltas en papel aluminio (Ensayo D).Figure 5. Experiment setup with the bottles completely filled with waterand directly exposed to sunlight (S Test) and with bottles wrapped inaluminum foil (D Test).

44


cielo estaba nublado con un 10 % de nu-bosidad. A las 2:00 p.m. la nubosidad lle-gó al 70 %. El control de temperatura delagua a lo largo del día se siguió con 2botellas PET con agua y termómetro, es-tando una de ellas cubierta con papel dealuminio. La Figura 5 muestra como fueel montaje del experimento.

2.5.2. Procedimiento experimentalLas botellas fueron irradiadas con luz

solar durante 7 horas, desde las 10:10a.m. hasta las 5:10 p.m. Cada hora, unabotella oscura y una transparente eranretiradas y analizadas en su contenidode coliformes totales y E. coli; otro par debotellas era guardado en cajas de "plu-mavit" para ser analizado 24 hs. des-pués (estudio de recrecimiento), y otropar de botellas guardadas para análisis48 hs. más tarde. Después de dos horasde exposición al sol, otros 3 pares de bo-tella fueron retiradas, procediéndose enla misma forma, y así sucesivamentehasta transcurridas 7 horas, cuando yano había luz solar.

Cada hora se procedió a leer la tem-peratura en las dos botellas preparadascon este fin. Los datos de horas totalesde insolación y de radiación solar fueronprovistos por EMBRAPA-Algodão, Cam-pina Grande-PB (EA CG-PB), en su es-tación meteorológica, localizada a 600 mde la UFCG.

2.5.3. Cuantificación microbiológicaLa cuantificación de E. coli en las

muestras pre- y pos-desinfección fuerealizada con la técnica NMP (NúmeroMás Probable de Microorganismos), uti-lizando el método Colilert, reconocidocomo método patrón(3). Las placas usa-das en este trabajo fueron las denomina-das "2000", que poseen 2400 NMP/100

mL como límite máximo de detección decoliformes en muestras brutas. Comolos datos previos habían demostradoque las concentraciones de coliformestotales en las muestras brutas eran su-periores a ese valor, se prepararon dilu-ciones decimales en serie. El procedi-miento realizado para la cuantificaciónde coliformes se basó en el método Co-lilert, adicionándose el medio de cultivo(contenido en bolsas plásticas en canti-dad adecuada para 100 mL de muestrao de sus diluciones). Después de la dilu-ción del medio de cultivo en 100 mL demuestra o de sus diluciones, este mate-rial fue vertido en las placas Quanti-Tray“/2000 (para conteos de 1 a 2400NMP/100 mL), donde fue aplanado conel material adecuado (Quanti-Tray); me-diante este procedimiento la muestra sedistribuyó automáticamente sobre la pla-ca. Después del aplanado, las placasfueron incubadas a 35 ºC por 24 ± 6 hs.,y realizando posteriormente la medición.Para la lectura de la concentración de E.coli, cada una de las placas fue expues-ta a luz UV de 365 nm, y el cálculo deNMP/100 mL se efectuó utilizando la Ta-bla correspondiente (IDEXX Quanti-Tray/2000), que da los resultados decombinaciones de células positivas y ne-gativas.

El método Colilert usa la tecnologíadel sustrato definido (Defined SubstrateTechnology, DST“) para cuantificar si-multáneamente los coliformes totales yE. coli. Dos nutrientes indicadores,ONPG (o-nitrofenil/b-D-galactopiranosa)y MUG (4-metil-umberliferil/b-d-glucoro-nídeo son las principales fuentes de car-bono en el Colilert, y son metabolizadaspor las enzimas β-D-galactosidasa y β-D-glucuronosidasa, identificando lasbacterias coliformes y E. coli, respectiva-


45

mente. Para ello, los coliformes utilizanla enzima galactosidasa para metaboli-zar ONPG, con lo que la muestra anali-zada pasa de incolora a amarilla. Por suparte, E. coli utiliza la glucuronidasa pa-ra metabolizar MUG y generar fluores-cencia cuando la muestra es expuesta aluz negra (365 nm). Todo el material uti-lizado en los ensayos fue cuidadosa-mente esterilizado.

2.5.4. Datos meteorológicosEA CG-PB proveyó los datos meteo-

rológicos del día del ensayo (26/01/03).Las variaciones de la temperatura y hu-medad relativa del aire se muestran enla Tabla 2. La misma institución entregótambién un heliograma, en el que se re-gistraron las horas de insolación de ese

día, que en total fueron 6,75 hs. Cabe re-saltar que de acuerdo con lo observadoen el heliograma, la insolación de esedía cayó bruscamente de las 2:00 a las5:00 p.m.

2.6. Resultados y discusiónDe acuerdo con los resultados mos-

trados en la Tabla 3, se observa que latemperatura del agua en la botellatransparente fue siempre superior du-rante todo el periodo de exposición so-lar (ensayo S).

Según los valores de la Tabla 4,después de una exposición solar de 7horas, la alcalinidad, dureza, sólidostotales y volátiles disminuyeron tantoen el ensayo D como en el ensayo S.Los sólidos totales filtrables, sólidos

Tabla 2. Datos de temperatura y humedad relativa del aire el díadel experimento entregados por EA CG-PBTable 2. Temperature and relative air humidity information on theday of the experiment provided by EA CG-PB

Hora Temperatura Humedad relativa del aireTime Temperature Relative air humidity

(ºC) (%)9:00 26,2 68

15:00 30,3 4721:00 23,8 84

- Máxima / Maximum 31,2 Media / Average: 71- Mínima / Minimum 21,6 -- Media / Average 25,3 -

Tabla 3. Variación de la temperatura durante el experimentoTable 3. Temperature variation during the experiment

Hora / Tiempo de exposición solar Temperatura TemperaturaTime Time of sun exposure Temperature Temperature

(horas) (hours) (ºC) (ºC)Ensayo D / D Test Ensayo S / S Test

10:10 0 28,5 31,011:10 1 31,5 37,512:10 2 34,0 42,013:10 3 36,0 46,514:10 4 35,5 44,517:10 7 34,0 38,0

46


suspendidos, suspendidos filtrables ysuspendidos volátiles aumentaron en

los dos ensayos. Por otro lado, en elcaso de los sólidos disueltos hubo dis-

Tabla 4. Características físico-químicas del agua estudiadaTable 4. Physico-chemical characteristics of the water studied

Parámetros analizados Valores Muestra expuesta al solobtenidos por 7 horas / Sample exposed

Analyzed Parameters to the sun for 7 hoursEnsayo D / D Test Ensayo S / S Test

Alcalinidad / Alkalinity (mg CaCO3/L) 166,65 151,5 151,5Dureza / Hardness (mg CaCO3/L) 99,55 90,5 90,5Sólidos totales / Total solids (mg/L) 570 495 539Sólidos totales filtrablesTotal filterable solids (mg/L) 205 248 237Sólidos totales volátiles / Total volatile solids (mg/L) 365 247 302Sólidos suspendidos / Suspended solids (mg/L) 47 56 68Sólidos suspendidos filtrables Filterable suspended solids (mg/L) 29 37 39Sólidos suspendidos volátilesVolatile suspended solids (mg/L) 18 19 29Sólidos disueltos / Dissolved solids (mg/L) 480 440 520Oxígeno disuelto / Dissolved oxygen (mg/L) 3,5 - -

Tabla 5. Variación de las características físico-químicas del agua estudiada altranscurrir 24 y 48 horas de confinamientoTable 5. Variation in the physico-chemical characteristics of the water studiedafter 24 and 48 hours of confinement

Alcalinidad / Alkalinity (mg CaCO3/L) 151,5 151,5 151,5 151,5Dureza / Hardness (mg CaCO3/L) 81,45 81,45 81,45 81,45Sólidos totales / Total Solids (mg/L) 525 468 541 545Sólidos totales filtrablesTotal filterable solids (mg/L) 244 245 217 211Sólidos totales volátilesTotal Volatile Solids (mg/L) 281 223 324 334Sólidos suspendidosSuspended Solids (mg/L) 54 45 56 47Sólidos suspendidos filtrables Filterable Suspended Solids (mg/L) 40 29 37 24Sólidos suspendidos volátilesVolatile suspended solids (mg/L) 14 16 19 23Sólidos disueltos / Dissolved solids (mg/L) 452 408 472 484

Ensayo D Ensayo D Ensayo S Ensayo S7 horas de 7 horas de 7 horas de 7 horas deExp.solar Exp.solar Exp.solar Exp.solar

D Test D Test S Test S Test 7 hours of 7 hours of 7 hours of 7 hours of sun exp. sun exp. sun exp. sun exp.

Confinamiento 48 horas48-hours confinement

Confinamiento 24 horas24-hours confinement

Parámetros analizados

Analyzed parameters


47

minución en el ensayo D y aumentoen el ensayo S.

Después de 24 y 48 hs. de confina-miento, conforme a la Tabla 5, los pa-rámetros de alcalinidad, dureza y sóli-dos totales filtrables aumentaron enambos ensayos; los sólidos totales,totales volátiles, sólidos suspendidos,suspendidos filtrables y suspendidosvolátiles aumentaron en ambos ensa-yos. En contraste con el ensayo D, lossólidos totales volátiles y los sólidosdisueltos aumentaron en el ensayo S.Parámetros como alcalinidad, durezay sólidos totales filtrables no presenta-ron ninguna variación después de 24y 48 hs.

2.6.1. Variación de la turbidez,acidez y conductividad eléctricadel agua La turbidez inicial del agua fue de

40 NTU, un valor muy alto para proce-sos dependientes de la penetración

de la luz, como en el caso de este ex-perimento. Este valor de turbidez pue-de ser atribuido a la acción de lluviasdispersas durante los días previos a larecolección, que ocasionó la erosióndel suelo de las riberas y el acarreo dematerial particulado al agua.

Como se indicó anteriormente, elagua del embalse de Dona Judite,además de ser utilizada por numero-sas familias para diversos fines (inclu-so el consumo humano), es utilizadatambién como fuente de bebida paralos animales de haciendas y sitios ad-yacentes al embalse.

Según la EPA(4), para que ocurrauna efectiva inactivación bacteriana,los microorganismos deben absorberla radiación UV. Por ello, cualquierfactor que impida que la radiación UValcance a las bacterias, contribuirá ala disminución de la eficiencia de de-sinfección. También de acuerdo conEPA(4), el pH no afecta el proceso de

Figura 6. Variación de turbidez en el agua durante los ensayos D y S.Figure 6. Turbidity variation in the water during the D and S tests.

48


desinfección con UV. Sin embargo,otros factores como compuestos or-gánicos e inorgánicos disueltos, colo-nias de microorganismos, turbidez ycolor, pueden interferir en la eficiencia

del mismo. Se puede observar en los resulta-

dos de la Figura 6 que no hay varia-ción de la turbidez durante el períodode exposición solar, ni después de 24

Figura 7. Variación del pH en el agua durante los ensayos D y SFigure 7. Variation of pH in the water during the D and S tests.

Figura 8. Variación de la conductividad eléctrica del agua durante el transcurso delos ensayos D y S Figure 8. Variation of electrical conductivity of the water during D and S tests.


49

y 48 hs. de confinamiento.El patrón de potabilidad de agua en

vigencia en Brasil exige una franja depH exige una franja de pH entre 6,0 e9,5. De los resultados de la Figura 7,podemos observar que el agua pre-sentaba un pH inicial de 7,67 al mo-mento de la recolección, por lo que,según la legislación ambiental, semantuvo dentro de la faja potable du-rante los respectivos ensayos.

Las aguas de abastecimiento y

aguas residuales domésticas tienengeneralmente valores de conductivi-dad entre 50 y 1500 mmhos/cm. Laconductividad eléctrica del agua eneste experimento tuvo un valor inicialde 599 µmhos/cm y aumentó duranteel transcurso del ensayo S, llegando a750 µmhos/cm después de 3 hs. deexposición al sol (Figura 8). Por otrolado, los demás ensayos no presenta-ron variación de la conductividad eléc-trica.

GD- 0 2,4x104 2,4x104 0 1,5x103 1,5x103 0GD - 1 2,4x104 2,4x104 0 1,5x103 1,2x103 0,10GD - 2 2,4x104 2,4x104 0 1,5x103 1,2x103 0,10GD - 3 2,4x104 2,4x104 0 1,5x103 1,2x103 0,10GD - 4 2,4x104 3,1x104 (-)0,11 1,5x103 7,4x102 0,31GD - 7 2,4x104 3,1x104 (-)0,11 1,5x103 6,3x102 0,38

Tabla 6. Eficiencias de desinfección obtenidas en los ensayos DTable 6. Disinfection Efficiencies obtained in D Tests

Coliformes totales / Total Coliforms Escherichia coli

N0 N Eficiencia N0 N EficienciaNMP/100 mL NMP/100 mL Efficiency NMP/100 mL NMP/100 mL Efficiency

(-log N/N0) -log N/No)

EnsayoTexp. solar

(horas)Test Texp. solar

(hours)

N0 es el número de microorganismos antes de la exposición solar y N es el número de microor-ganismos después de la exposición solar.N0 is the number of microorganisms before solar exposure and N is the number of microorganismsafter solar exposure

GS - 0 2,4x104 2,4x104 0 1,5x103 1,5x103 0GS - 1 2,4x104 2,4x104 0 1,5x103 8,2x102 0,26GS - 2 2,4x104 1,4x104 0,23 1,5x103 6,3x102 0,38GS - 3 2,4x104 3,4x102 1,85 1,5x103 5,1x101 1,47GS - 4 2,4x104 8,6 3,44 1,5x103 3,1 2,68GS - 7 2,4x104 3,1x101 2,89 1,5x103 2,1x101 1,85

Tabla 7. Eficiencias de desinfección obtenidas en los ensayos STable 7. Disinfection Efficiencies obtained in S Tests

Coliformes totales / Total Coliforms Escherichia coli

N0 N Eficiencia N0 N EficienciaNMP/100 mL NMP/100 mL Efficiency NMP/100 mL NMP/100 mL Efficiency

(-log N/N0) -log N/No)

EnsayoTexp. solar

(horas)Test Texp. solar

(hours)

N0 es el número de microorganismos antes de la exposición solar y N es el número de microor-ganismos después de la exposición solar.N0 is the number of microorganisms before solar exposure and N is the number of microorganismsafter solar exposure

50


2.6.2. Desinfecciónen los ensayos D y SEl monitoreo del número de microor-

ganismos pre- y pos-desinfección, N0 yN, respectivamente, fue estrictamentenecesario, dado que la relación entreellos es directamente proporcional a laeficiencia de desinfección del sistemapropuesto. La desinfección del sistemafue determinada por medio de la ecua-ción 1:

E = -(log N/N0) (1)

donde:E = eficienciaN0 = número de microorganismos vi-

vos antes de la desinfecciónN = número de microorganismos vi-

vos después de la desinfección

Los resultados de la eficiencia de de-

Figura 9. Variación en laeficiencia de desinfecciónde agua del embalse deDona Judite para losensayos D y S como E.coli y coliformes totalesen función del período deexposición solar

Figure 9. Variation in thedisinfection efficiency forwater from Dona Juditereservoir for D and Stests as E. coli and totalcoliforms in function ofthe time of sun exposure.

Tabla 8. Ensayo D para coliformes totales después de 24 y 48 hs. de confinamiento de las botellasTable 8. D Test for total coliforms after 24 and 48 h of bottle confinement

0 2,4x104 N.D. N.D.1 2,4x104 7,4x103 6,9x103

2 2,4x104 8,8x103 1,1x104

3 2,4x104 2,4x103 1,3x104

4 3,1x104 8,8x103 1,1x104

7 3,1x104 3,1x104 1,3x104

N.D.: no determinado; N0 es el número de microorganismos antes de la exposición solar y N es elnúmero de microorganismos después de la exposición solarN.D.: not determined; N0 is the number of microorganisms before solar exposure and N is the num-ber of microorganisms after solar exposure

(Ensayo D)Tiempo de

exposición solar(D Test)

Time of sunexposure

Coliformestotales

NMP/100 mLTotal

ColiformsNMP/100 mL

Coliformes totalesNMP/100 mL

Confinamiento 48 hTotal Coliforms

NMP/100 mLConfinement 48 h

Coliformes totalesNMP/100 mL

Confinamiento 24 hTotal Coliforms

NMP/100 mLconfinement 24 h


51

sinfección para los ensayos D y S sepueden observar en las Tablas 6 y 7. Deacuerdo con la ecuación 1, los valoresse representan en términos logarítmi-cos, indicando el orden de magnitud enel cual se redujo la cantidad inicial de mi-croorganismos (N0).

Los resultados presentados en la Fi-gura 9 para el ensayo D demuestran queel aumento de la temperatura por sí solono tuvo efecto suficiente para inactivarcoliformes totales y E. coli en el agua deembalse estudiada.

Se observa que en los ensayos S,tanto los coliformes totales como E. colituvieron la mayor reducción, respectiva-mente 3,44 y 2,68 órdenes de magnitud,con un tiempo de exposición de 4 hs.Cabe resaltar que, a partir de este perío-do de exposición solar, la eficiencia dedesinfección comenzó a decaer un po-co. Esto puede haber ocurrido porque laintensidad de insolación tuvo una brusca

caída a partir de las 2:00 p.m., y se man-tuvo baja hasta el final del experimento(5:10 p.m.), de acuerdo a los datos regis-trados.

2.6.3. Evaluación de comporta-miento bacteriano en los ensayos D yrecrecimiento en los ensayos S

En las Tablas 8 y 9 se registran los re-sultados del estudio de comportamientobacteriano en la oscuridad para colifor-mes totales y E. coli en el ensayo D des-pués de 24 y 48 hs. de confinamiento.Conforme a lo observado en la Tabla 6,la concentración de los microorganis-mos no fue alterada, ya que de acuerdoa lo comentado, no hay inactivación só-lo por efecto del aumento de la tempera-tura.

En la Tabla 7 se observa que sola-mente a partir de 3 horas de exposiciónsolar se inicia el proceso de decaimientobacteriano. Por esta razón, los ensayos

Tabla 9. Ensayo D para E. coli después de 24 y 48 hs. de confinamiento de las botellasTable 9. D Test for E. coli after 24 and 48 h of bottle confinement.

0 1,5x103 N.D. N.D.1 1,5x103 3,4x102 2,6x102

2 1,2x103 3,4x102 2,9x102

3 1,2x103 5,3x102 2,6x102

4 7,4x102 3,9x102 2,0x102

7 6,3x102 5,6x102 2,0x102

N.D.: no determinado; N0 es el número de microorganismos antes de la exposición solar y N es elnúmero de microorganismos después de la exposición solarN.D.: not determined; N0 is the number of microorganisms before solar exposure and N is the num-ber of microorganisms after solar exposure

Nota: no se realizó el ensayo de recrecimiento porque no ocurrió reducción bacteriana / Note: theregrowth test was not performed because no bacterial decrease was observed

E. coliNMP/100 mL

E. coliNMP/100 mL

Confinamiento

Confinement48 h

E. coliNMP/100 mL

Confinamiento

Confinement24 h

(Ensayo D)Tiempo de

exposición solar(D Test)

Time of sunexposure

52


de recrecimiento fueron iniciados luegode 3 horas de exposición.

Las Tablas 10 y 11 ilustran los resul-tados del estudio de recrecimiento bac-teriano para coliformes totales y E. colidespués de 24 y 48 hs. para el ensayoS. Se observó un recrecimiento tanto co-mo para E. coli como para coliformes to-tales a partir de las 3, 4 y 7 hs. de expo-sición solar. Esto fue representado en-tonces como porcentaje de recrecimien-to calculado para un dado tiempo de ex-

posición solar, como la relación entre elnúmero de bacterias medido despuésde 24 y 48 horas y el valor encontradodespués de cada tiempo de exposiciónsolar. Se observa el menor número demicroorganismos activos, tanto en el ca-so de E. coli como de los coliformes to-tales, a las 4 hs. de exposición solar y,por lo tanto, la mayor eficiencia de desin-fección. Se observó también que, aun-que se producía una disminución de lacarga bacteriana a las 3, 4 y 7 horas de

Tabla 10. Ensayo S para coliformes totales después de 24 y 48 hs. de confinamiento de las botellasTable 10. S Test for total coliforms after 24 and 48 h of bottle confinement

0 2,4x104 N.D. N.D. N.D. N.D.1 2,4x104 5,7x103 N.D. 7,0x103 N.D.2 1,4x104 5,7x103 N.D. 5,2x103 N.D.3 3,4x102 2,2x103 547 5,2x102 534 8,6 5,8x101 574 1,2x102 12957 3,1x101 18,7x101 503 6,9x102 2126

N.D: no determinado/ not determined

ColiformestotalesTotal

Coliforms

NMP/100 mL

Recreci-miento

Regrowth(%)

24 h

Coliformestotales

Total ColiformsNMP/100 mL

ConfinamientoConfinement

24 h

(Ensayo S)Tiempo deexposición

solar(S Test)

Time of sunexposure

Recreci-miento

Regrowth(%)

48 h

Coliformestotales

Total ColiformsNMP/100 mL


48 h

Tabla 11. Ensayo S para E. coli después de 24 y 48 hs. de confinamiento de las botellasTable 11. S Test for E. coli after 24 and 48 h of bottle confinement.

0 1,5x103 N.D. N.D. N.D. N.D.1 8,2x102 1,6x102 N.D. 1,7x102 N.D.2 6,3x102 1,6x102 N.D. 1,1x101 N.D.3 5,1x101 1,7x102 233 5,9x101 164 3,1 2,6x101 739 2,8x101 8037 2,1x101 9,3x101 343 4,6x101 119

N.D: no determinado/ not determined

E. coliNMP/100 mL

Recreci-miento

Regrowth(%)24 h

E. coliNMP/100 mL


24 h

(Ensayo S)Tiempo de ex-posición solar

(S Test)Time of sun

exposure

Recreci-miento

Regrowth(%)48 h

E. coliNMP/100 mL


48 h


53

exposición solar, en todos estos casosfue observado recrecimiento bacterianodespués de 24 y 48 horas de confina-miento, con diferentes grados de exten-sión. Este hecho demuestra que no sealcanzó una inactivación efectiva de losmicroorganismos presentes.

2.7. Consideraciones finalesLas mayores reducciones de colifor-

mes fecales totales y E. coli fueron de3,44 y 2,68 órdenes de magnitud, res-pectivamente, alcanzadas con 4 horasde exposición solar en botellas PETtransparentes.

Se verificó que ocurre un recreci-miento tanto para E. coli como para coli-formes totales partir de 3, 4 y 7 horas deexposición solar para el ensayo S.

De acuerdo con los datos registradospor la EMBRAPA, a partir de las 2:00p.m. (4 horas de ensayo), donde se ob-tuvieron los mejores resultados de de-

sinfección, la insolación decayó brusca-mente. Esta caída puede explicar el he-cho de que el agua expuesta por 7 horaspresentó menor eficiencia de desinfec-ción que la expuesta por sólo 4 horas.Las botellas que quedaron al sol des-pués de las 2:00 p.m. pueden haber re-cibido radiación UVA, ocasionando unaposible fotorreactivación de las bacte-rias.

La desinfección por luz solar deaguas superficiales contaminadas mi-crobiológicamente, acondicionadas enbotellas PET (DSAUI) es una alternati-va promisoria, considerando los resul-tados obtenidos en este estudio. Ade-más, deben tenerse en cuenta dos fac-tores perjudiciales para la aplicación delmétodo: una muy alta concentracióninicial de E. coli y de coliformes totalespara consumo humano, y una turbidezde 40 NTU, que impide la penetracióneficiente de la luz.

1 Garrido, C. Água, o grande desafio do milênio. Revista de Engenharia, n.541, año 58, p. 32-44,2000. 2 Daniel, L..A. Desinfecção de esgotos com radiação ultravioleta: fotorreativação e obtenção deparâmetros cinéticos. São Carlos, 1993.164 p. Tesis de Doctorado en Ingeniería Civil, Escuela deIngeniería de San Carlos, USP.3 Standard methods for the examination of water and wastewater. 18a. Ed. Washington:APHA/AWWA/WEF, 1992.4 EPA – United States Environmental Protection Agency. Alternative Disinfectants and OxidantsGuidance Manual. EPA 815-R-99-014, disponible en: www.epa.gov, Acceso el 10/12/1999.5 BRASIL. Portaria nº 1469, de 29 de Dezembro de 2000 - Ministério da Saúde - Estabelece os pro-cedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para con-sumo humano e seu padrão de potabilidade e dá outras providências.6 BRASIL. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Embrapa - Centro de Pesquisa de algo-dão - CNPA. Disponible en http://www.cnpa.embrapa.br, Acceso el 27/1/2003.

Referencias

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Chapter 2

Patricia Pulcini R. Donaire and Wilson de F. Jardim

Solar Water Disinfection of Damsin Campina Grande, Paraíba, Brazil

Laboratory of Environmental Chemistry, Institute of Chemistry, Universidade Estadual deCampinas, Caixa Postal 6154, Campinas, SP 13083-970, Brazil

AbstractIn the Northeast area of Brazil, the

lack of treated water and the irregular-ity in the distribution of the rains makethe public reservoirs, dams, wells andsprings the main sources of water forhuman consumption, mainly in therural areas. However, the multiple usesof those hydric bodies favors their pol-lution. The disinfection of these watersthrough simple techniques, economi-cally accessible to most of the popula-tion, is indispensable for the interrup-tion of the epidemic chain of infectiousdiseases of hydric source.

In the present work, the efficiency ofbacterial disinfection of waters collectedfrom a public reservoir was evaluated,exposing them to the solar light (S Test)and maintaining them in the dark toassess only the effect of the increase oftemperature (D Test). The bacterial loadbefore and after sun exposure for boththe D and S Tests at the moment of thecollection, after 7 hours of solar expo-sure and after 24 and 48 hours of con-finement was evaluated. It wasobserved that in the S Test, the largestreductions of bacterial load for E. coli aswell as for total coliforms were reached

after 4 hours of solar exposure, and thatin the D Test no reduction of viabilitytook place. After solar exposure or con-finement for 24 and 48 hours, bacterialregrowth occurred.

The process of solar disinfection wasefficient, taking into account that thewater presented a degree of turbiditymuch above the one expected forwaters submitted to disinfectionprocesses that depend on the penetra-tion of the light. On the other hand, theeffect of the increase of the temperatureby itself was not enough for the inacti-vation of E. coli and total coliforms.

2.1. IntroductionThe city of Campina Grande, located

in the State of Arabia, Northeast regionof Brazil, with an area of approximately644.1 km2, represents the secondlargest urban center of the State.Consequently, Campina Grande is aneconomic pole of great importance inthe Homogeneous Micro-region, in theAgreste da Borborema. TheUniversidade Federal de CampinaGrande (originally named UniversidadeFederal de Paraíba) is located in thiscity.

56


The principal climate in the region ishot and humid, with rains during the fall-winter season. The pluviometric precip-itation is around 700 mm per year withan annual average temperature of 26ºC and a relative air humidity of 80 %.On the other hand, the rains and thesuperficial water resources are poorlydistributed, both spatially and temporal-ly. This fact, combined with the irregu-larity of the precipitations and that thewaters of the rainy season are not effi-ciently utilized or adequately stored,produces dramatic drought periods forthe Northeastern population as well asthat living in the periphery of the largecities and in the interior of the State.

The driest region of the Arabia Stateand of Brazil, known as "Los Cariris deParaíba", is located at only 25 km fromCampina Grande, and its averageannual precipitation is 100 mm. TheQueimadas County, located in thisregion, was the population chosen forthe water dam study.

The available water resources inthese semi-arid regions, which do nothave drinking water provided by theState Water and Sewage Company (orhave it only intermittently), consist ofreservoirs (açude), dams (barreiros),wells (poços) and springs ("watereyes", cacimbas). In wells and springs,the water comes from subterraneanwater. Some few houses have watertanks to collect rainwater. The reser-voirs are the largest collectors, built innatural depressions in the ground, viaa wall or a dam of earth and stones.The dams and springs are smallersources. Those sources, whose watercomes principally from rainwater,invariably become dry; those feed bysubterranean waters remain full, atleast partially, during drought periods.

The families and small communitiesthat do not receive treated water fromthe Arabia Water Company (CAGEPA)for a variety of reasons (geographical,financial, etc.), are forced, for survival,to obtain their water from the indicatedsources. Some communities, as part oflocal county public policy, have publicwater tanks or water taps installed inschools, relatively close to their house.However, the majority is forced to trav-el several kilometers to reach the near-est dams, reservoirs and springs, gen-erally contaminated and difficult toreach; this generates numerous diffi-culties for the users, the most impor-tant problems being water collection,storage and transportation.

The principal sources of microbio-logical pollution in the reservoirs andother sources are: the periurbansewage systems or irrigation ditches,which emerge as small currents ofcontaminated water that leak out fromseptic tanks, as well as from superficialwater leakages, carried by rainwaterinto reservoirs from fields where ani-mals graze (bovine and goat cattle).

It is important to note that waterconsumers can also contaminate aspring used exclusively for human con-sumption at the moment of collection,since they usually arrive at the reser-voir entrance with an animal-tractioncart to make the process easier.Furthermore, buckets, plastic bottlesand containers are not always in ade-quate hygienic conditions.

The contaminated water and thelack of purification are responsible foraround 30 % of the deaths in LatinAmerica, a value 6 times greater thanin the most- developed countries. InBrazil, more than 60 % of hospitaladmittances are due to the lack of ade-


57

quate purification installations in thecommunities(1).

In Table 1, data of health conditionsin Brazil, provided by the BrazilianInstitute of Geography and Statistics(IBGE), are presented. According to thescarce resources and the urgentdemand for treated water, optimizationtechnologies and recycling techniquesshould be prioritary in the short term.Additionally, these solutions should beappropriate to the national reality toguarantee their applicability. Indeed,new research should be dedicated tofind solutions for a public water supplybased on rational, appropriate, low-costtechnologies that can optimize the pub-lic water supply, which is a limitedresource in Brazil.

There are basically three methodsfor water disinfection(2):

• Natural Processes: stabilizationlagoons

• Chemical Agents: chloride,NaOCl, Ca(OCl)2, ClO2, chloramines,ozone, etc.

• Physical Agents: heat, UV irradia-tion

The objective of this present work isto study the viability of water disinfec-tion, in the water sources previouslycited, by the Solar Disinfection inIndividual Units (SODIS) method,which uses the physical agents citedabove. In this way, simple technolo-gies, economically accessible to thegeneral population, could be applied.For this sake, the dam to be studiedwas carefully selected. Its water wasanalyzed, taking into account its realutilization by the local communities,principally for drinking water.

2.2. Selection of Work SiteTo establish a greater validity of the

study, users of the water source wereinterviewed for the selection of themost adequate spring according to theobjectives of the disinfection study.

Of the group of previously selectedwater bodies, three water sourceswere chosen: a public reservoir, a pri-vate water eye, and a private reservoir.The last two water sources are identi-fied as "private" because they arelocated on private property, althoughfree access is permitted for water col-lection.

A) Public ReservoirAccording to local inhabitants,

especially those next to the reservoir(Figure 1(a)), different families use thisreservoir, going daily there to obtainwater for a variety of uses, includinghuman consumption.

B) Private Spring (Water Eye)The spring, or cacimba, shown in

Figure 2, supplies water to the majorityof the Chupadouro community. It is situ-ated behind a public reservoir, called"Government Reservoir", and is thepreferred water source due to the goodquality of its water, which is subter-ranean. Since it rises very slowly andduring the day, there is an intense waterdemand; the most exigent users collectwater at dawn (3 or 4 a.m.) in order toassure the quantity and quality of thewater collection. When this water over-flows, another spring is filled, which isused to wash clothes. It is interesting tonote that these communities have well-defined notions of "good" and "bad"waters, and strive to separate and pro-tect the water bodies used for drinkingfrom those used for less noble uses.However, they are not always success-ful, due to the lack of water, the dis-

58


tances required to obtain cleaner water,or because cattle must obligatorily drinkfrom the same source.

C) Private ReservoirApproximately 40 families, who col-

lect around 120 to 180 liters of waterper day each one, use this reservoir,which is relatively large and located ona private property. In Figure 3, one canobserve the water collection processfor domestic use, while animals aresimultaneously drinking water andpeople are bathing.

2.3. Selection of the study springWe decided to work with the Dona

Judite Reservoir because it reflects themultiple uses of water bodies in thisregion, principally water collection fordomestic consumption (donkey cartscollect up to 380 liters per day). It isalso important to note that, in thisreservoir, the sources of contaminationare produced principally by the users(during the collection act, introducingcarts in the water, by bathers) and byanimals. Another important factor forthe decision was its easy access, theavailability of sufficient water for thetest at any time or day, and its proxim-ity to the Federal University ofCampina Grande (UFCG), where theexperimental work was performed.

2.4. ObjectivesThe principal objective of this

research was to assess the efficiencyof disinfection by solar light (SODIS)on contaminated superficial watersused for human consumption. For thissake, water was placed in polyethyl-ene terephtalate (PET) bottles, andtotal coliforms and E. coli were used asindicators of microorganism pollution.

The following activities were per-formed:

• The bottles were exposed to sun-light, wrapped with aluminum foil, toverify the bacterial inactivation due tothe heat effect (Dark Test or D Test)

• The bottles were exposed to sun-light in transparent PET bottles (SunTest or S Test)

• Bacterial Regrowth Studies, 24 and48 hours confinement after disinfection.

2.5. Materials and Methods2.5.1. Field Sampling The experiment was performed using

transparent plastic PET bottles, all of thesame commercial brand. The bottleswere divided in two batches, as follows:

1. Dark bottles: a group of bottleswas covered with aluminum foil toevaluate the effect of the increase ofthe temperature without influence ofthe solar light (D Test).

2. Transparent Bottles: anothergroup of bottles were used in their nat-ural state to evaluate the effect of solarlight on bacterial inactivation (S Test).

Water collection in the Dona Juditereservoir was performed on January26, 2003. The experiment began at8:50 a.m. and finished at 9:22 a.m.The temperature of the water was 17ºC at the moment of collection, whilethe air temperature was 31 ºC, withpartially cloudy skies.

A Styrofoam (isopore) 100-L reser-voir was filled with water taken fromthe spring with 15-liter plastic buckets,perfectly clean and disinfected withethyl alcohol. This procedure was cho-sen because a large quantity of waterwas necessary to fill all the bottles, andit was not viable to fill the bottles onefor one at the reservoir due to the vari-ability of the water.


59

To obtain homogenous and identi-cal samples in all the bottles, the watersaved in the Styrofoam box was stirredwith sterile glass batons, and then thebottles were immediately filled com-pletely and stored in Styrofoam boxeswith lids, and refrigerated, as shown inFigure 4.

At 9:22 a.m., all the bottles werecompletely full and were quickly takento the Sanitation Laboratory of theUFCG, where the experiment was initi-ated with the collaboration of Dr. BeatrizS. O. Ceballos. The bottles were placedin sunlight, beginning at 10:10 a.m.; thesky was cloudy with 10 % cloudiness. At2:00 p.m., the cloudiness reached 70%. The control of the temperature of thewater during the day was taken from 2PET bottles with water and a ther-mometer, with one bottle covered withaluminum foil. Figure 5 presents thesetup used in the experiment.

2.5.2. Experimental ProcedureThe bottles were irradiated with

sunlight for 7 hours from 10:10 a.m. to5:10 p.m. Every hour, one dark andone transparent bottle were removedand the total coliforms and E. coli con-tent was analyzed. Another pair of bot-tles was kept in the Styrofoam boxesto be analyzed 24 h after sun exposure(regrowth study 24 hours after expo-sure), and another pair of bottles waskept for analysis 48 hours after sunexposure. After two hours under sunexposure, other three pairs of bottleswere removed and the same proce-dure was followed. This procedure wasrepeated successively for 7 hours, untilthere was no solar light.

Every hour, the temperature wasmeasured in the corresponding twobottles. The information of total sun

hours and of solar radiation was sup-plied by EMBRAPA-Algodão, CampinaGrande-PB (EA CG-PB), and was col-lected in its meteorological stationlocated 600 m from UFCG.

2.5.3. Microbiological Quantification

The quantification of E. coli in thesamples before and after disinfectionwas performed using the MostProbable Number (MPN) of Micro-organisms Technique, with the Colilertmethod, recognized as the patternmethod(3). The plates used in this workwere the so-called "2000", which pos-sess 2400 MPN/100 mL as the maxi-mum detection limit of coliforms inbrute samples. Since previous infor-mation had demonstrated that the totalcoliform concentration in the brutesamples was superior to this value,decimal dilutions were prepared inseries. The procedure followed for thequantification of coliforms was basedon the Colilert method, adding the cul-ture medium (contained in plastic bagsin adequate quantities for 100 mL ofsample or one of its dilutions). After theculture medium was dissolved in 100mL of sample (or one of its dilutions),the material was placed on the Quanti-Tray “/2000 plates (for counts from 1 to2400 MNP/100mL) and were leveledwith adequate material (Quanti-Tray),and the 100 mL sample was distributedautomatically on the plate. After the flat-tening, the plates were incubated at 35ºC for 24 ± 6 h, and measured again.For the E. coli concentration measure-ment, each one of the plaques wasexposed to 365-nm UV light, and thecalculation of MPN/100 mL wasobtained using the corresponding Table(Table IDEXX Quanti-Tray/2000), which

60


provides the combination results of pos-itive and negative cells.

The Colilert method DefinedSubstrate Technology, DST“ was usedto quantify simultaneously the total col-iforms and E. coli. Two nutrient indica-tors, ONPG (o-nitrophenyl/b-D-galac-topiranose) and MUG (4-methyl-umberlipheryl/b-d-glucoroni-deo), arethe principal sources of carbon in theColilert, and are metabolized by theenzymes b-D-galactosidase and b-D-glucuronosidase, identifying the col-iform bacteria and E. coli, respectively.For this sake, the coliforms use thegalactosidase enzyme to metabolizeONPG, the analyzed sample changingfrom uncolored to yellow. On the otherhand, E. coli utilizes the glucuronidaseto metabolize MUG and generate fluo-rescence when the sample is exposedto black light (365 nm). All the materialused in the tests was carefully steril-ized.

2.5.4. Meteorological InformationEA CG-PB provided meteorological

information for January 26, 2003. Thevariations in temperature and relativeair humidity are presented in Table 2. Aheliogram was also provided, indicatingthe sunlight hours, which were 6.75 h intotal. It is important to note that accord-ing to the heliogram, the sun intensityfell abruptly from 2:00 p.m. to 5:00 p.m.

2.6. Results and DiscussionAccording to the results presented

in Table 3, the temperature of thewater in the transparent bottle wasalways higher all through the period ofsolar exposure (S Test).

In Table 4, it can be observed thatafter a 7-h solar exposure, alkalinity,hardness, total solids and volatiles

decreased in the D as well as in the STest. Total filterable solids, suspendedsolids, suspended filterable and sus-pended volatiles increased in bothtests. On the other hand, in the case ofdissolved solids, there was a decreasein D Test and an increase in S Test.

After 24 and 48 h confinement,according to Table 5, parameters likealkalinity, hardness and total filterablesolids increased in both tests. In con-trast with D Test, total volatile and dis-solved solids increased in S Test.Parameters such as alkalinity, hardnessand total filterable solids did not presentany variation after 24 and 48 hours.

2.6.1. Variation of the turbidity,acidity and electrical conductivity of the water The initial water turbidity was 40 NTU,

which is a very high value for processesdependent on light penetration, as in thecase of this experiment. This turbidityvalue can be attributed to the occurrenceof disperse rains during several daysprior to the recollection, which resulted insoil erosion of the shores, transportingparticulate material to the water.

As said before, the waters of DonaJudite Reservoir are not only used bymany families for different purposes(including drinking water) but also as awater source for animals belonging tothe farms and plots next to the reser-voir.

According to EPA(4), for an effectivebacterial deactivation, microorganismsneed to absorb UV radiation. This iswhy any factor hindering UV radiation toreach the bacteria, will contribute to adecrease in the disinfection efficiency.In addition, according to EPA(4), pH doesnot affect the UV disinfection process.Other factors that can interfere with the


61

efficiency of the disinfection process areorganic and inorganic dissolved com-pounds, microorganism colonies, waterturbidity and color.

Results in Figure 6 show that there isno variation in the turbidity during thesolar exposure period, or after 24 and48 hours of confinement.

The potable water requirement pres-ent in Brazil requires a range of pHbetween 6.0 and 9.5(5). From the resultsof Figure 7, we can observe that thewater presented an initial pH of 7.67 atthe moment of collection, and accordingto environmental legislation, remainedin the potable range during the respec-tive tests.

The domestic supply and waste-waters have generally conductivity val-ues between 50 and 1500 mmhos/cm.The initial value of electrical conductivi-ty of the water of this experiment was599 µmhos/cm and this value increasedduring S Test, reaching a value of 750µmhos/cm after 3 h of sun exposure(Figure 8). On the other hand, in theother tests, the electrical conductivitydid not vary.

2.6.2. Disinfection in D and S TestsThe monitoring of the number of

microorganisms pre- and post-disinfec-tion, N0 and N, respectively, was strict-ly necessary, because their ratio isdirectly proportional to the disinfectionefficiency of the system, was deter-mined with the eqn. 1:

E = -(log N/N0) (1)

where:E = efficiencyN0 = number of live microorganisms

before disinfectionN = number of live microorganisms

after disinfection

The disinfection efficiency results forD and S Tests are presented in Tables 6y 7 and, according to equation 1, wererepresented in logarithmic terms, whichexpresses how many orders of magni-tude was reduced the initial amount ofmicroorganisms (N0).

The results presented in Figure 9 forD Test demonstrate that the effect oftemperature increase by itself was notsufficient to inactivate total coliformsand E. coli in the studied dam. It can beobserved that for the S Tests, total col-iforms and E. coli had their greatestdecreases, 3.44 and 2.68 orders ofmagnitude respectively, after 4 h sunexposure. It is important to note thatafter this sun exposure time, the disin-fection efficiency began to fall. The dropin efficiency could be due to the abruptdrop in sun intensity which began at2:00 p.m., and remained at this lowlevel until the end of the experiment(5:10 p.m.), as indicated by the record-ed information.

2.6.3. Bacterial behavior evalua-tion in D Tests and regrowth evalu-ation in S Tests

Tables 8 and 9 present the results ofthe assessment of bacterial darkbehavior for total coliforms and E. coli inD Test after 24 and 48 h confinement.According to the results in the Table 6,the concentration of microorganismswas not altered, which is explained, aspreviously mentioned, by the fact thatthere is no inactivation due only to theeffect of temperature increase.

Table 7 shows that the bacterialdecay process started only after 3hours of solar exposure. By this rea-son, regrowth tests were started after3 hours of solar irradiation.

Tables 10 and 11 illustrate the resultsof the bacterial regrowth study for total

62


coliforms and E. coli after 24 and 48 hfor the S Test. A regrowth was observedin both E. coli and total coliforms after 3,4 and 7 h of sun exposure. This wasdisplayed then as the regrowth percent-age calculated for a particular irradia-tion time as a ratio between the numberof bacteria present after 24 and 48hours and the value found after eachtime of irradiation. The lowest numberof active microorganisms, E. coli as wellas total coliforms, was observed after 4h of sun exposure, indicating the high-est disinfection efficiency. It was alsoobserved that, although a decrease inthe bacterial charge took place after 3,4 and 7 hours of sun exposure, in allthese cases, bacterial regrowth after 24and 48 hours of confinement tookplace. This fact shows that an effectiveinactivation of the microorganisms pres-ent in the water was not achieved.

2.7. Final ConsiderationsThe largest reductions in total fecal

coliforms and E. coli were 3.44 and2.68 orders of magnitude, respective-ly, reached after 4 hours of sun expo-sure in transparent PET bottles.

It was verified that a regrowth

1 Garrido, C. Água, o grande desafio do milênio. Revista de Engenharia, n.541, año 58, p. 32-44,2000. 2 Daniel, L..A. Desinfecção de esgotos com radiação ultravioleta: fotorreativação e obtenção deparâmetros cinéticos. São Carlos, 1993.164 p. Tesis de Doctorado en Ingeniería Civil, Escuela deIngeniería de San Carlos, USP.3 Standard methods for the examination of water and wastewater. 18a. Ed. Washington:APHA/AWWA/WEF, 1992.4 EPA – United States Environmental Protection Agency. Alternative Disinfectants and OxidantsGuidance Manual. EPA 815-R-99-014, disponible en: www.epa.gov, Acceso el 10/12/1999.5 BRASIL. Portaria nº 1469, de 29 de Dezembro de 2000 - Ministério da Saúde - Estabelece os pro-cedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para con-sumo humano e seu padrão de potabilidade e dá outras providências.6 BRASIL. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Embrapa - Centro de Pesquisa de algo-dão - CNPA. Disponible en http://www.cnpa.embrapa.br, Acceso el 27/1/2003.

References

occurs for E. coli as well as for totalcoliforms after 3, 4 and 7 hours of sunexposure for the S Test. On the otherhand, the largest regrowth was regis-tered in bottles exposed for 4 hours.

According to the information record-ed by Embrapa, since 2:00 p.m. (after4 hours of testing), when the best dis-infection results were obtained, thesun intensity dropped abruptly. Thisdrop can explain the fact that the waterexposed to 7 hours presented less dis-infection efficiency than the sampleexposed to only 4 hours. The bottlesthat remained in the sun after 2:00p.m. could have received UVA radia-tion, possibly resulting in a photoreac-tivation of bacteria.

Solar disinfection of microbiologi-cally contaminated superficial waterstreated in PET bottles (SODIS) is apromising alternative, considering theresults obtained in this study. In thisparticular case, the following twodetrimental factors must be consid-ered: a very high initial concentrationof E. coli and total coliforms forhuman consumption and an initial tur-bidity of 40 NTU, which hinders anefficient light penetration.

ResumenSe ha aplicado la tecnología de De-

sinfección Solar en Unidades Individua-les (DSAUI, SODIS en inglés) a aguasdel asentamiento humano Tambo Paria-chi en Huaycán. Los valores iniciales decontaminación encontrados (coliformes)reflejan que las aguas no son aptas pa-ra el consumo humano, pudiendo cau-sar múltiples enfermedades en la pobla-ción.

El agua contaminada fue expuesta alsol dentro de botellas de plástico PET.Los resultados indican que la desconta-minación se debe a una sinergia entre latemperatura dentro de la botella de plás-tico y la componente ultravioleta de la ra-diación solar.

Cuando las botellas de PET fueronsometidas a un envejecimiento acelera-do por irradiación con la luz ultravioleta,se observó un cambio en la transmitan-cia de las mismas, que podría influir di-rectamente sobre la eficiencia de desin-fección de las aguas.

Capítulo 3

Patricia Galarza*, Eder Sánchez**, Dora Maurtua*, Juan Rodríguez**,*** José Solís**,*** y Walter Estrada**,***

Desinfección Solar de Aguas enTambo Pariachi, Huaycán, Lima, Perú

* Departamento de Microbiología, Universidad Cayetano Heredia, Av. Honorio Delgado 430, Lima,Perú** Laboratorio de Películas Delgadas, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Ingeniería,Av. Tupac Amaru 210, Lima, Perú*** Instituto Peruano de Energía Nuclear, Av. Canadá 1470, Lima, Perú

El método empleado es sencillo yeconómico, y podría ser empleado demanera masiva por la población, comouna alternativa para obtener agua pota-ble.

3.1. IntroducciónEn ámbitos urbanos de Perú existen

altos niveles de contaminación hídrica.Como ejemplo podemos citar al río Rí-mac, cuyas aguas presentan cuatro ve-ces la concentración de coliformes per-mitidos por la Organización Mundial dela Salud (OMS). Sin embargo, el mayorproblema persiste en las zonas rurales,ya que, a pesar de que la red de desa-güe alcanza al 52 % de la población delpaís, sólo un 12 % de los asentamientosrurales se benefician de ella. Por otro la-do, el problema se acentúa por la faltade técnicas bien establecidas para la de-sinfección y descontaminación del agua.Para los habitantes por debajo de la lí-nea de pobreza, el tradicional método dehervir el agua puede no ser una solución

63

64

Desinfección Solar de Aguas en Tambo Pariachi, Huaycán, Lima, Perú

adecuada para su potabilización, bási-camente por falta de recursos económi-cos. En este contexto, son necesariosprocedimientos innovadores para en-frentar esta gran variedad de problemas,que difieren tanto en escala como encomplejidad. Por esa razón, en el pre-sente trabajo se evalúa la utilización dela tecnología de descontaminación solarde agua (DSAUI)(1-3). Esta tecnologíaconsiste en la irradiación solar de aguacontaminada contenida en de botellasde plástico (recipientes de bebidas co-merciales) que contienen el agua conta-minada, obteniéndose al final del proce-so agua apta para consumo humano.

3.2. Procedimiento experimental Para la realización de los ensayos,

se eligieron aguas del asentamiento hu-mano Tambo Pariachi, en Huaycán, si-tuado en la periferia de Lima (km 15 dela carretera central). Allí, el agua para elconsumo diario se extrae de pozos arte-sianos, tal como se ve en la Figura 1.

Se tomaron las muestras en el lugaren botellas esterilizadas de vidrio y fue-ron llevadas inmediatamente a un am-biente esterilizado. Luego de homoge-neizar la muestra, se procedió al llenadode 10 botellas de plástico de polietilen-tereftalato (PET) de 500 mL. En un gru-po de botellas, se pintó la mitad exteriorde negro mate. Las botellas se coloca-ron horizontalmente bajo el sol en unsistema reflectante de radiación. La ra-diación solar se midió con un radiómetroartesanal calibrado con un radiómetroHaenni Solar 130. La temperatura se to-mó cada 10 minutos con un termómetrode mercurio colocado en una de lasmuestras. Los experimentos se llevarona cabo en las botellas durante cinco ho-ras, como se muestra en detalle en lasFiguras 2a y 2b.

Durante la irradiación, se recogierondos muestras cada hora. Se midió elnúmero más probable (NMP) de coli-formes fecales y totales antes y des-pués del tratamiento, utilizando el pro-

Figura 1. Pozo artesiano en el asentamientohumano Tambo Pariachi en Huaycán. Nótesela cercanía del río RímacFigure 1. Artesian well in the human settle-ment Tambo Pariachi in Huaycán. Note theproximity of the Rímac River.

(a) (b)

Figura 2. (a) Detalle de la botella de plásticoPET pintada de negro. (b) Detalle de lasmuestras durante su irradiación solarFigure 2. (a) Detail of the plastic PET bottlethat was half-blackened. (b) Detail of the sam-ples during solar irradiation.


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cedimiento de tubos múltiples con cal-do de sulfato de laurilo para la identifi-cación y con caldo Brila para la cuanti-ficación. La incubación se llevó a cabopor 37 ºC durante 48h. La presencia deE. coli se determinó incubando durante48 h en caldo Ec a 44 ºC. Luego de laincubación, se procedió a la lectura delos coliformes o E. coli, según el caso (4,

5). Se midieron los parámetros fisicoquí-micos como la radiación solar, tempe-ratura, turbidez (mediante un sistemaportátil Hach) y pH (mediante un pH-metro Orion 520 A), durante el trata-miento. Las medidas de radiación solaren W/m2 y temperatura (ºC) de un ex-perimento típico se muestran en la Fi-gura 3a.

3.3. Resultados y discusiónEn la Figura 3 se observa la irradia-

ción solar (a) y la concentración de coli-formes normalizada (b) con respecto a laconcentración inicial, C0, durante un ex-perimento típico de descontaminación deagua con radiación solar. Se puede ob-servar que aproximadamente a las doshoras de irradiación se ha destruido cer-ca del 90 % del total de coliformes, lle-gándose a la desinfección total del aguaen unas cinco horas de irradiación.

En la Tabla 1, se muestran las medi-das de pH y turbidez del agua del expe-rimento de desinfección reportado en laFigura 3. Al inicio del experimento, lasaguas eran neutras, pero el pH se incre-mentó durante la irradiación solar, debi-do posiblemente a la destrucción de áci-dos nucleicos y proteínas, que basificanligeramente la solución(6). En la Tabla 1se observa un ligero decrecimiento en laturbidez a medida que el tiempo de irra-

Figura 3. (a) Irradiación solar y (b) Concentración de coliformes norma-lizada para un experimento típico de desinfecciónFigure 3. (a) Solar irradiation and (b) normalized coliform concentrationfor a typical disinfection experiment.

Tabla 1. Medidas de pH y turbidez del agua durante la aplicación del método de desinfección.Tabla 1. The pH and turbidity for water during the application of the disinfection method.

Tiempo de irradiación / Irradiation time (min) 0 60 120 360pH 7.47 7.50 7.70 7.78Turbidez / Turbidity 13.7 13.15 13.5 13.15

66


diación aumenta, debido a que se pro-duce una decantación.

Durante los experimentos realiza-dos, se observó en el agua estudiadauna variación en la concentración decoliformes de 2400 a 220 NMP/(100mL). Esta fluctuación es asociada a va-riaciones estacionales en el grado decontaminación del río Rímac, que estácercano a los pozos artesianos estu-diados. Esta concentración de conta-

minantes es alta, por lo que el agua noes apta para el consumo humano. Sinembargo, esto es ignorado por las per-sonas de estos lugares, las cuales in-cluso la llegan a beber directamenteluego de ser extraída de los pozos.

3.3.1. Influencia de la temperaturaDe acuerdo con las pruebas efec-

tuadas, se observó una relación direc-ta entre la radiación solar y el grado decontaminación remanente, obteniéndo-se mejores resultados en los días mássoleados. Con el objetivo de analizar lainfluencia de la temperatura en el pro-ceso, se procedió a calentar una mues-tra a las temperaturas alcanzadas du-rante el experimento; en este caso, seobtuvo un decrecimiento de los colifor-mes de aproximadamente 30 %. Con-siderando este hecho, se pintó exter-namente la mitad inferior de las bote-llas con pintura negro mate, y se reali-zó el experimento como en el caso an-terior, con las botellas colocadas hori-zontalmente sobre el sistema reflectan-te. Los resultados de E. coli se obser-van en la Figura 4.

En la Figura 4a se presenta la varia-ción de la irradiación solar durante eltratamiento, y en la Figura 4b se puedever la influencia positiva del pintado ex-terno de la mitad inferior de la botellacon pintura negra, que provoca un au-mento de la temperatura de ~5 oC res-pecto de la temperatura de la botellasin pintar. Por otro lado, en la Figura 4c

Figura 4. (a) Variación en irradiación solar, (b) variación en temperatura medida en botellas trans-parentes (▲) y en botellas pintadas externamente en su mitad inferior de negro (▼), (c) concen-tración de E. coli normalizada, C/C0, en botellas transparentes (■) y botellas pintadas de negro enla mitad inferior (●) durante un experimento típico de descontaminación de agua. C0 es la concen-tración inicial de E. coli.Figure 4. (a) Solar irradiation variation, (b) temperature variation measured in transparent bottles(▲) and in half-blackened bottles (▼), (c) normalized E. coli concentration, C/C0, in transparent (■)and painted bottles (●) during a typical experiment of water decontamination. C0 is the initial E.coli concentration


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se observa un aumento en la eficienciade la destrucción de E. coli del ordende 20 % en las botellas pintadas res-pecto de las botellas sin pintar.

3.3.2. Envejecimientode las botellas PETPara la elección de las botellas de

plástico comerciales con mejor trans-mitancia de luz y mejor estabilidadfrente a la irradiación ultravioleta, seescogieron diferentes botellas de re-frescos de cola de marcas conocidas,embotellados en el Perú. Las denomi-naremos botellas A, B y C. La Figura 5muestra los espectros UV-visible demuestras de plástico de las tres bote-

llas, obtenidos con espectrofotómetroOptometrics RS-350. Todas las mues-tras presentaron una transmitancia es-pectral aproximada de 0,85 entre 300 y800 nm. Las muestras fueron someti-das luego a un proceso de envejeci-miento acelerado por irradiación conuna lámpara de mercurio de alta pre-sión de 250 W, colocada a 12 cm dedistancia de la muestra.

El efecto de la radiación se muestraen la Figura 6, donde se observa que,aunque todas las muestras presentanuna transmitancia inicial similar, lamuestra de la botella C fue la que me-jor se comportó frente a la irradiaciónultravioleta. Después de 91 horas de

Figura 5. Espectro de transmitancia en elrango UV-visible de las diferentes botellas deplástico de bebidas comerciales.Figure 5. Spectral transmittance in the UV-vis-ible range of the different commercial softdrink plastic bottles.

Figura 6. Transmitancia UV-visible de difer-entes botellas de plástico PET de bebidas

gaseosas comerciales (a) Cola C, (b) Cola A,(c) Cola B, después de haber sido sometidas

a envejecimiento ultravioleta a diferentestiempos de irradiación.

Figure 6. UV-visible transmittance of differentcommercial soft-drink bottles (a) Cola C, (b)Cola A, (c) Cola B, after being submitted to

ultraviolet aging at different irradiation times.

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irradiación, la transmitancia a 500 nmdisminuyó de 0,85 a 0,52, de 0,82 a0,40 y de 0,84 a 0,22, para las botellasde C, A y B, respectivamente. En elrango UV (370 nm), la transmitancia delas botellas C, A y B, disminuye de 0,76a 0,25, de 0,74 a 0,20 y de 0,78 a 0,08,respectivamente. Este efecto de enve-jecimiento producido por la luz ultravio-leta, que puede producirse al cabo decierto tiempo de irradiación con luz so-lar, podría reducir la eficiencia de lasbotellas para la desinfección.

3.4. ConclusionesSe han irradiado con luz solar bote-

llas de PET conteniendo agua de la zo-na de Huaycán, contaminada con coli-formes. Los valores de contaminaciónencontrados reflejan que las aguas an-tes del tratamiento no son aptas para elconsumo humano, pudiendo causarmúltiples enfermedades en la pobla-ción. Los resultados obtenidos luego

de los ensayos indican que se ha llega-do a un buen grado de descontamina-ción y que el efecto se debe a una si-nergia entre la temperatura dentro dela botella de plástico y la componenteultravioleta de la radiación solar.

Se evaluó el comportamiento de lasbotellas comerciales frente a un enveje-cimiento acelerado producido por la irra-diación con luz ultravioleta. Se ensaya-ron muestras de botellas de plástico detres populares marcas de refrescos decola envasados en Perú, encontrándo-se una disminución de la transmitanciaal cabo de la irradiación en las tresmuestras, con diferencias entre las mis-mas. La disminución de la transmitanciapodría influir negativamente sobre la efi-ciencia de desinfección.

El método empleado es sencillo yeconómico, y podría ser empleado demanera masiva por la población, comoalternativa para obtener agua potable.

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Referencias

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Chapter 3

Patricia Galarza*, Eder Sánchez**, Dora Maurtua*,Juan Rodríguez**,*** José Solís**,*** and Walter Estrada**,***

Solar Water Disinfection in TamboPariachi, Huaycán, Lima, Perú

* Departamento de Microbiología, Universidad Peruana Cayetano Heredia, Av. Honorio Delgado430, Lima, Perú.** Laboratorio de Películas Delgadas, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Ingeniería,Av. Tupac Amaru 210, Lima, Perú.*** Instituto Peruano de Energía Nuclear, Av. Canadá 1470, Lima, Perú

AbstractThe Solar Water Disinfection technol-

ogy (SODIS) has been applied in watersfrom the Tambo Pariachi human settle-ment, in Huaycán. The initial contamina-tion values showed that water is not aptfor human consumption and can pro-duce several diseases in the population.

The polluted water was exposed tosolar light in PET plastic bottles. Theresults indicate that the decontaminationarises from a synergy between the tem-perature inside the plastic bottle and theultraviolet component of the solar radia-tion.

When PET bottles were submitted toan accelerated aging produced by UVlight irradiation, a change in light trans-mission was observed, which couldinfluence directly on the disinfection effi-ciency.

The method is very simple and eco-nomical, and it could be used by thepopulation as an alternative to obtaindrinking water.

3.1. IntroductionIn urban areas of Peru, there are

high levels of hydric contamination.One example is the Rímac River,whose water contains four times thecoliform concentration permitted by theWorld Health Organization (WHO).However, the problem is even greaterin rural areas where, even though 52% of the total country population hasaccess to a sewage system, only 12 %of rural settlements have access to thistreatment. Furthermore, the problem iseven more serious due to the lack ofwell-established water disinfection anddecontamination techniques.

Especially for those individuals liv-ing below the poverty line, the tradi-tional method of boiling the water maybe not an appropriate potabilizationsolution, primarily due to lack of eco-nomic resources. In this context, inno-vative procedures are necessary toface this large variety of problems,which differ in their scale as well as in

70

Solar Water Disinfection in Tambo Pariachi, Huaycán, Lima, Perú

their complexity. By this reason, thepresent work evaluates the utilizationof the Solar Water Disinfection tech-nology (SODIS)(1-3). This technologyconsists in the solar irradiation ofplastic bottles (commercial soft-drinkbottles), which contain the contami-nated water; at the end of theprocess, water for human consump-tion can be obtained.

3.2. Experimental methodologyTo perform the experiments,

waters from the human settlementTambo Pariachi in Huaycán, situatedin the periphery of Lima (15 km fromthe central highway) were chosen.There, the water for daily consump-tion is obtained from artesian wells,as shown in Figure 1. Water sampleswere collected in sterilized glass bot-tles, and immediately placed in a cen-tral sterilized environment. Afterhomogenizing the sample, ten 500-mL plastic polyethylene terephtalate(PET) bottles were filled. A group ofbottles was half-blackened. The bot-tles were placed horizontally andexposed to solar radiation in a reflect-ing system. The solar radiation wasmeasured with a hand-maderadiometer calibrated with a HaenniSolar 130 radiometer. The tempera-ture was taken every 10 minutes witha mercury thermometer placed in oneof the samples. The experimentswere performed in bottles for fivehours, as shown in detail in Figures2a and 2b. During irradiation, twosamples every hour were collected.The most probable number (MPN) offecal and total coliforms before andafter exposure was determined usingthe multiple tube procedure with lauril

sulfate broth for identification and withBrila broth for quantification.Incubation was performed at 37 oCduring 48 h. To determine E. coli pres-ence, the sample was incubated for48 h in Ec broth at 44ºC. After incuba-tion, readings for coliforms or E. coli,depending on the case, were per-formed(4, 5). Physical-chemical param-eters, such as solar radiation, temper-ature, turbidity (using a portable Hachsystem) and pH (using an Orion 520pH-meter), were also measured dur-ing the treatment. Solar radiation(W/m2) and temperature (ºC) meas-urement data of a typical experimentare shown in Figure 3a.

3.3. Results y discussionFigure 3 shows the solar irradiation

(a) and the normalized coliform con-centration (b) with respect to the initialcoliform concentration, CO, during atypical experiment of water decontam-ination by solar radiation. It can beobserved that after approximately twohours of irradiation, around 90 % of thetotal coliforms were destroyed, reach-ing total water disinfection afterapproximately five hours.

Table 1 presents the pH and turbid-ity measurements for the disinfectionexperiment reported in Figure 3. At thebeginning of the experiment, waterwas neutral, but during the solar radia-tion, treatment the pH increased, duepossibly to the destruction of nucleicacids and proteins, which produce aslight basification of the solution(6). Aslight decrease in turbidity (Table 1)was observed as the irradiation pro-ceeds, due to a decantation.

During the experiments, a variationin coliform concentration from 2400 to


71

220 MPN/(100 mL) was observed inthe studied water. This fluctuation isassociated with seasonal variations inthe degree of contamination of theRímac River, which is close to thestudied artesian wells. The concentra-tion of contaminants is high, makingthe water no apt for human consump-tion. However, people living in theseplaces ignore this fact and even drinkthe water directly after the extractionfrom the wells.

3.3.1. Influence of temperatureFrom the performed tests, a direct

relationship was extracted betweensolar radiation and the degreeremaining contamination, obtainingthe best results in the sunniest days.In order to analyze the influence ofthe temperature on the process, thesample was heated to the tempera-ture attained during the experiment;in this case, an approximately 30 %decrease in coliforms was obtained.Based on this result, the bottom halfof the bottles were externally black-painted and the experiment was per-formed in the same conditions, withthe bottles placed horizontally on thereflecting system. The results for E.coli are presented in Figure 4. Figure4a presents the solar irradiation vari-ations during the treatment, and inFigure 4b, the positive influence ofthe black-painting of the bottles canbe seen, which provokes an increaseof the temperature in ~5 oC withrespect to the temperature of theunpainted bottle. Additionally, inFigure 4c a ca. 20 % increase in theefficiency of E. coli destruction, dueto the use of black-painted bottlescan be seen.

3.3.2. Aging of the PET bottles To select the commercial plastic

bottles presenting the best light trans-mittance and the greatest stabilityagainst ultraviolet irradiation, differentcola soft-drink bottles, bottled in Peru,were chosen. We will called them A, Band C bottles. The results of spectraltransmittance of plastic samples of thethree bottles in the UV-visible range,obtained with an Optometrics RS-350spectrophotometer, are presented inFigure 5. All samples presented aspectral transmittance around 0.85between 300 and 800 nm. The sam-ples were submitted then to an accel-erated aging process under irradiationfrom a high-pressure 250 W mercurylamp, placed at 12 cm from the sam-ple. The effect of the irradiation is pre-sented in Figure 6, where it can beobserved that, although all samplespresent an approximately similar initialtransmittance, C bottle displayed a bet-ter performance against ultraviolet irra-diation. After 91 hours of irradiation, thetransmittance at 500 nm decreasedfrom 0.85 to 0.52, from 0.82 to 0.40, andfrom 0.84 to 0.22, for bottles C, A and B,respectively. In the ultraviolet range (370nm), the transmittance for C, A and Bbottles decreased from 0.76 to 0.25,from 0.74 to 0.20, and from 0.78 to 0.08,respectively. This aging effect producedby UV light, which can be produced aftersome time of sunlight irradiation, couldreduce the disinfection efficiency of thebottles.

3.4. ConclusionsPET bottles containing water from

the region of Huaycán, contaminatedwith coliforms was irradiated with solarlight. Values of contamination found

72

Solar Water Disinfection in Tambo Pariachi, Huaycán, Lima, Perú

before treatment showed that water isnot apt for human consumption, and cancause several diseases in the popula-tion. The results obtained after the testsindicate a good disinfection degree,coming from a synergy between thetemperature inside the plastic bottle andthe ultraviolet component of solar radia-tion.

The behavior of commercial bottlesagainst an accelerated aging by ultravi-olet light was evaluated. Plastic bottle

samples of three popular cola soft-drinkbrands, bottled in Peru, were essayed; adecrease in the transmittance after irra-diation was found in the three samples,with differences among them. Thedecrease in the transmittance couldinfluence negatively in the disinfectionefficiency.

The method is very simple and eco-nomical, and could be used by the pop-ulation as an alternative to get drinkingwater.

1 Acra, A., Raffoul Z., Karahagopian Y., Solar disinfection of drinking water and oral rehydration solu-tions, UNICEF, S.A.L, Beirut, Lebanon, 1984.2 Arafa S., Cotis M. C., Solar disinfection for rural communities, Taller en Brace Research Institute,15-27 de Agosto, Quebec, Canadá, 1988.3 Sommer B., Solar water disinfection: impact on Vibrio cholerae and faecal coliforms, TallerCINARA, Universidad del Valle, Cali, Colombia; EAWAG/SANDEC, Duebendorf, Switzerland, 1995.4 EAWAG-SANDEC, Water & sanitation in developing countries, http:/www.sodis.ch.5 Wegelin M., EAWAG News, 48, 11-12, Setiembre 2000.6 Hug S., EAWAG News, 49, 18-20, Diciembre 2000.

References

73

ResumenSe ha evaluado la metodología

DSAUI (en inglés SODIS) en aguas delluvia y de llave de una localidad en elsudeste de la Isla de Trinidad, dondela radiación diaria promedio es de 7kWh/m2 en la estación seca y 4kWh/m2 en la estación húmeda. En Tri-nidad y Tobago existen comunidadesen las cuales el agua de lluvia de lostechos de las casas se recogen en ba-rriles. Debido a los escasos medios desuministro de agua en estas comuni-dades, el agua de lluvia recogida enesta forma se usa para beber sin nin-gún proceso de purificación. La pre-sencia de coliformes fecales y de otrasbacterias en el agua recogida de estaforma puede ser un serio peligro paraestas comunidades.

Los resultados indican que la tecno-logía DSAUI es un posible método ca-sero de tratamiento de agua para redu-cir la contaminación fecal y potabilizarel agua. Las muestras de agua de lluviaantes del tratamiento mostraron valoressorprendentemente altos en el conteni-do de coliformes fecales y totales. Porsu parte, el agua de llave tiene una muy

buena calidad inicial, debido a que estratada normalmente con cloro. En to-dos los casos, se llegó a la ausencia to-tal en el contenido de coliformes feca-les después de 4 horas de irradiación ya valores muy bajos para las coliformestotales después de 6 horas.

4.1. IntroducciónEn Trinidad y Tobago existen comu-

nidades rurales donde el agua de lluviade los techos de las casas es recogidaen barriles para su uso doméstico. De-bido al pobre suministro de agua en es-tas comunidades, el agua de lluvia reco-gida de esta forma se usa para beber,sin ningún proceso de purificación. Lapresencia de coliformes fecales así co-mo de otras bacterias en estas aguasconstituyen un serio riesgo para la saludde estas comunidades. La bacteria Es-cherichia coli (E. coli, coliforme fecal) esun buen organismo indicador para eva-luar contaminación fecal en agua parabeber cuando existen limitaciones derecursos para el examen microbiológi-co(1). La tecnología DSAUI ha sido apli-cada en varios países en vías de desa-rrollo para purificar agua contaminada

Capítulo 4

Ramsey Saunders*, Winston Mellowes+, Ricardo Clarke* y Kimberly Kimkeran+

Aplicación de la Tecnología DSAUIen Agua de Lluvia y Agua de Llave

en Mayaro, Trinidad & Tobago

*Departamento de Física, Universidad de West Indies, St. Augustine, Trinidad, W.I. +Departamento de Ingeniería Química, Universidad de West Indies, St. Augustine, Trinidad, W.I.

74

Aplicación de la Tecnología Dsaui en Agua de Lluvia y Agua de Llave en Mayaro, Trinidad & Tobago

con bacterias, haciéndola segura parabeber(2). En su forma más simple, estatecnología involucra la exposición delagua contaminada a la luz del sol porperíodos de tiempo variables, y la deter-minación de la población bacterianadespués de los diferentes tiempos deexposición. Las bacterias son destrui-das por el efecto sinérgico de las com-ponentes de la radiación solar en las re-giones infrarrojo y ultravioleta (UV-A).La radiación infrarroja (longitud de ondamayor a 700 nm) conduce al aumentode la temperatura del agua y desnatura-liza la actividad enzimática. La radiaciónUV-A, en el rango de longitudes de on-da de 320 nm a 400 nm, actúa directa-mente sobre el ADN, ácidos nucleicos yenzimas de las células vivas, cambian-do la estructura molecular de las bacte-rias presentes en el agua y conducien-do a la muerte celular. La radiación UV-A también reacciona con el oxígeno di-suelto en el agua, produciendo especiesaltamente reactivas de oxígeno (radica-les libres de oxígeno y peróxido de hi-drógeno). Estas moléculas reactivastambién interfieren con las estructurasde la célula y matan los organismos pa-tógenos. Por lo tanto, la tecnología pro-porciona un método simple y barato pa-ra purificar aguas contaminadas en lascomunidades rurales en los países envías de desarrollo. Las variaciones esta-cionales y diarias dependen de la latitudy clima de cada región. Dado que la ra-diación y las condiciones solares pue-den variar de país en país, es esencialdeterminar las condiciones apropiadaspara aplicar la metodología en cadapaís o región.

Los objetivos de este proyecto, fi-nanciado por la Organización de Esta-dos Americanos (OEA), fueron adaptarla tecnología DSAUI para su uso en dis-

tintas regiones latinoamericanas, te-niendo en cuenta factores climáticos ygeográficos locales, así como condicio-nes socioeconómicas de las regiones.En 2002, se inició un estudio de aplica-bilidad del proceso en forma simultáneaen Argentina, Brasil, Perú y Trinidad &Tobago, considerando las zonas de re-levamiento escogidas en un estudio an-terior(3). En el presente caso, se aplicóla tecnología DSAUI tanto en muestrasde agua de llave como en muestras deagua de lluvia obtenidas en Mayaro, unpequeño pueblo situado en el sudestede Trinidad y Tobago, y que había sidorelevado en el estudio citado. Se deter-minó el grado de disminución de la con-centración bacteriana total y de colifor-mes fecales luego de aplicar el métododurante diferentes períodos de tiempo.

4.1.1. Fisiografía generalde Trinidad y Tobago En la Figura 1 se muestra un ma-

pa de Trinidad y Tobago que muestrael área rural seleccionada, Mayaro-Guayaguayare. Trinidad y Tobago selocalizan aproximadamente en 10° Ny 61° E. La temperatura media máxi-ma es de 29-31°C. La población (da-tos de 1990) es de 1,24 millones y susuperficie territorial es de 5164 km2,dando una densidad de poblaciónglobal de 242 personas por km2.Aproximadamente el 40% de la po-blación vive en el área urbana y elresto se localiza en áreas rurales. EnTobago y Trinidad hay dos estacionesclimáticas distintas, la estación seca,que se extiende de enero a mayo, y laestación lluviosa, de junio a diciem-bre. La radiación solar diaria para laregión caribeña es 7 kWh/m2 durantela estación seca y 4 kWh/m2 durantela estación lluviosa(4). La región de


75

Mayaro-Guayaguayare tiene unadensidad de población de 20-100 per-sonas por km2. Esta región es mayo-ritariamente llana con áreas pantano-sas, las cuales se están convirtiendoen populares áreas de eco-turismo.Las actividades económicas principa-les de esta región son la pesca y laagricultura. El uso de la tierra y el ma-pa de agricultura se muestran en Fi-gura 2.

4.2. Materiales y métodos 4.2.1. EquipamientoEl equipamiento utilizado consistió

en un enfriador con hielo para el alma-cenamiento de las muestras despuésde la recolección, botellas plásticas de 2L para recolección de las muestras, bo-tellas de 600 mL de polietilentereftalato(PET) transparentes a la radiación so-lar(5), pintura al aceite negra, equipa-miento para medir radiación y tempera-

Figura 1. Mapa de Trinidad & Tobagomostrando el área rural seleccionada,

Mayaro-GuayaguayareFigure 1. Map of Trinidad & Tobago

showing the selected rural area ofMayaro-Guayaguayare

Figura 2. Uso de la tierra y mapa agrícola deTrinidad y TobagoFigure 2. Land Use and Agricultural map ofTrinidad & Tobago

Figura 3. Recolección típica de agua de lluviapara el uso doméstico en el área rural de MayaroFigure 3. Typical rainwater collection for domesticuse in the rural area of Mayaro

Figura 4. Aguas de lluvia alma-cenadas en barriles plásticos

descubiertos para uso domésticoFigure 4. Rainwater stored inuncovered plastic barrels for

domestic use

76


tura del aire, termómetro para medir latemperatura del agua, sistemas para elrecuento de bacterias totales y colifor-mes fecales y una incubadora que po-día ser mantenida a varias temperatu-ras.

4.2.2. Recolección y preparaciónde la muestra Los medios típicos de recolección de

agua de lluvia para uso doméstico en elárea de Mayaro se muestran en Figura 3.El agua de lluvia recogida se almace-na luego en barriles plásticos abiertos(Figura 4).

Para la aplicación de la tecnologíaDSAUI, se recogieron muestras deagua de lluvia y muestras de agua dellave del área de Mayaro en botellasplásticas esterilizadas de 2 L y guarda-das en hielo hasta aproximadamentedos horas antes del inicio de los experi-mentos. Las botellas PET de 600 mL(botellas desechables de bebidas a lasque se les removió la etiqueta) fueronlavadas con agua destilada. En la Figu-ra 5 se muestra una botella transparen-te de 600 mL usada en este experimen-to. Para aumentar la absorción solar, lamitad de cada botella se pintó de negro,como se muestra en Figura 6.

Posteriormente, y antes del experi-mento, las botellas fueron esterilizadas.Tres de estas botellas se llenaron conagua de llave y tres con agua de lluvia,de las muestras previamente colecta-das en las botellas de 2 litros. Las bote-llas se colocaron en la plataforma delLaboratorio de Energía Solar, en el te-cho del edificio de Ciencias Naturalesde la Universidad de West Indies, don-de fueron expuestas a la luz del sol, talcomo se muestra en la Figura 7.

Las botellas se pusieron horizontal-

mente con la mitad negra descansan-do sobre la plataforma, en una alinea-ción norte-sur, y se fueron girando du-rante el día para minimizar la sombra.Se registró la radiación solar y la tem-peratura ambiente. Además, se colocóuna botella provista con un termóme-tro, como se muestra en la Figura 8.

La temperatura del agua se registróa intervalos de 10 minutos. También secolocaron en la incubadora a 20 °Cuna botella llena con la muestra deagua de llave y otra con la muestra deagua de lluvia, que fueron utilizadascomo controles. Cada dos horas, dosbotellas PET, una con el agua de la lla-ve y otra con el agua de lluvia, fueronremovidas de la incubadora y coloca-das en un refrigerador hasta realizarlos ensayos microbiológicos.

4.2.3 Ensayos bacteriológicos Para la cuantificación de coliformes

fecales, se usó un proceso de filtraciónpor membrana en condiciones estéri-les. 1 mL de la muestra pura no tratadase filtró por un filtro de membrana bajovacío. El mismo proceso se aplicó a 1mL de muestras de agua de llave y deagua de lluvia que habían sido expues-tas a dos horas de luz solar. Despuésde la filtración, cada filtro de membranase colocó por separado en placas dePetri esterilizadas, conteniendo un pre-parado de agar mFC, utilizado para laconfirmación de coliformes fecales. Lapresencia de coliformes fecales se evi-dencia por la aparición de coloniasazules luminosas que crecen en el fil-tro. El proceso fue repetido utilizandomuestras expuestas a la luz solar du-rante 4 y 6 horas. Para cada botella so-metida a diferentes exposiciones seprepararon cinco placas de Petri. Las


77

placas de Petri fueron rotuladas y seincubaron a 37 °C durante 24 horas.Después del período de incubación,las placas fueron sacadas de la incu-badora y examinadas para registrar lascolonias de coliformes fecales. En ca-da caso, se contó sólo la placa que

presentó mayor crecimiento de las co-lonias, y el resto de las placas fue de-sechado.

La cuenta bacteriana total se realizóutilizando la técnica de recuento enplaca: un volumen conocido de mues-tra se colocó en una placa de Petri es-

Figura 9.Temperatura delagua durante losexperimentosSODISFigure 9. Water temperatureduring SODISexperiments

Figura 5. Botella PET transparente de 600 mLusada en el experimento SODISFigure 5. A 600 mL transparent PET bottleused in the SODIS experiment

Figura 6. Botella PET de 600 mL pintada denegro hasta la mitad

Figure 6. Half black painted 600 mL PET bottle

Figura 7. Botellas llenas colocadas horizontalmentey expuestas a la luz solar en la azotea del edificiode Ciencias Naturales, UWI, TrinidadFigure 7. Water-filled bottles placed horizontally andexposed to sunlight on the rooftop of the NaturalSciences Building, UWI, Trinidad

Figura 8. Medida de la temperatura del agua

Figure 8. Measurement of water temperature

78


Tabla 1. Medidas de temperatura del aguadurante el experimento de SODISTable 1. Measurements of water temperatureduring the SODIS experiment

Tiempo Temperatura del aguaTime Water temperature (ºC)

10.45 a.m. 27.511.05 a.m. 36.511.15 a.m. 39.011.25 a.m. 41.011.35 a.m. 42.511.45 a.m. 44.011.55 a.m. 45.512.05 p.m. 46.012.20 p.m. 47.512.30 p.m. 48.512.40 p.m. 49.5

1.00 p.m. 52.01.15 p.m. 501.25 p.m. 49.01.35 p.m. 48.0

Tiempo Temperatura del aguaTime Water temperature (ºC)

1.45 p.m. 48.01.55 p.m. 48.02.05 p.m. 47.02.15 p.m. 46.02.25 p.m. 46.02.35 p.m. 46.02.50 p.m. 46.03.00 p.m. 46.03.15 p.m. 44.03.25 p.m. 44.03.40 p.m. 44.03.50 p.m. 42.04.00 p.m. 41.54.10 p.m. 41.0

Figura 10.Temperatura delaire durante la apli-cación de SODIS

Figure 10. Air tem-perature during theapplication ofSODIS

Figura 11. Radiaciónsolar medidadurante el períododel experimento

Figure 11. Measuredsolar radiation overthe experimentalperiod


79

terilizada y se vertió encima el agar-nu-triente fundido. Las placas se incuba-ron durante 48 horas a 30 °C. La cuen-ta de bacterias se hizo de una manerasimilar a la cuenta fecal. Las coloniasfueron contadas usando un contadorde colonias convencional, obteniéndo-se la cuenta bacteriana total.

4.3. Resultados y discusión 4.3.1. Temperatura del agua Los resultados de temperatura del

agua durante el tiempo de la exposi-ción para la botella PET provista con eltermómetro se muestran en la Tabla 1y en la Figura 9. La temperatura delagua estaba inicialmente 27,5 °C, alas 10:45 a.m, aumentó gradualmentehasta 52 °C a la 1:00 p.m., y luego

descendió lentamente, alcanzándoseun valor de 41 °C a las 4:10 p.m.

4.3.2. Temperatura ambientey radiación El experimento DSAUI se realizó du-

rante la estación lluviosa en el mes deoctubre. La variación de la temperaturaambiente se muestra en la Figura 10. Latemperatura del aire varió entre un míni-mo de aproximadamente 30 °C y unmáximo de aproximadamente 32 °C. Laradiación solar recibida durante el expe-rimento se muestra en la Figura 11. Laradiación solar medida fue de alrededorde 800 W m-2 al inicio del experimento,aumentó a un máximo cercano a 950 Wm-2 a las 12:30 p.m., y luego decreció acerca de 400 W m-2 a las 4:10 p.m.

Agua de lluvia Agua de llaveTiempo de exposición Rainwater Tap water

Exposure time (h) No. de colonias/100 mL No. de colonias/100 mLNo. colonies/100 mL No. colonies/100 mL

0 7 x 104 02 9 x 103 04 2 x 102 06 0 0

Figura 12.Decaimiento de lacuenta fecal debidoa la exposición a laluz solar

Figure 12. Fecalcount decay due toexposure to sunlight

Tabla 2. Resultados del análisis microbiológico en agua de lluvia y agua de llaveTable 2. Results of microbiological analyses on the rainwater and the tap water

80


4.3.3. Análisis microbiológico 4.3.3.1. Recuento bacteriano fecal El recuento de las bacterias feca-

les para el agua de lluvia y de la lla-ve se muestra en la Tabla 2. Estosdatos se presentan gráficamente enFigura 12. Mientras el recuento fuede cero para el agua de la llave a las0, 2, 4 y 6 horas, el agua sin tratarpresenta inicialmente un valor de 7 ×104 y decrece a cero en forma expo-nencial después de 4 horas.

4.3.3.2. Recuento bacteriano totalEstos resultados se presentan tan-

to en la Tabla 3 como en la Figura 13.El recuento fue de 2 × 106 para lamuestra de agua de lluvia no trataday disminuyó a 5 × 103 después de 6horas de tratamiento. Para el agua de

llave se inició con una cuenta de 6,5× 104, y disminuyó a cero después de6 horas.

4.4. Conclusiones En este trabajo hemos evaluado la

metodología DSAUI en nuestras con-diciones locales. Trinidad y Tobagoson islas tropicales situadas a una lati-tud baja (10° N) y con baja nubosidad.Los resultados indican que la tecnolo-gía DSAUI es un posible método detratamiento de agua en el ámbito ca-sero para reducir la contaminación fe-cal y potabilizar el agua. Las muestrasde agua de lluvia antes del tratamien-to mostraron valores sorprendente-mente altos en el contenido de colifor-mes fecales y totales. El agua de llavese trata normalmente con cloro para

Agua de lluvia Agua de llaveTiempo de exposición Rainwater Tap water

Exposure time (h) No. de colonias/100 mL No. de colonias/100 mLNo. colonies/100 mL No. colonies/100 mL

0 2 x 106 6.5 x 104

2 4 x 105 1.0 x 105 (*)4 1 x 105 3.5 x 104

6 5 x 103 0

Figura 13. Reducciónde cuenta bacterianatotal de agua de lluvia yagua de la llave porexposición a la luz solar

Figure 13. Reduction oftotal bacterial count ofrainwater and tap waterfrom exposure to sun-light

Tabla 3. Resultados de reducción de cuenta bacteriana total por laexposición a la luz solarTable 3. Results of reduction of total bacterial due to sunlight exposure

(*) Se confirmó contaminación aérea / Airborne contamination confirmed


81

1 WHO: Guidelines for Drinking Water Quality. 2nd ed. Vol.1, Ginebra. 1993.2 EAWAG-SANDEC. http://www.sodis.ch.3 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologíaseconómicas para la potabilización de aguas, Informe Proyecto OEA AE 141/2001, Organización deEstados Americanos (AICD), noviembre de 2002. M. Litter (Ed.), Digital Grafic, La Plata, 2002.4 Headley O. Renewable Energy Technologies In The Caribbean. Solar Energy, 59, 1-9. 1997.5 Wegelin M., Canonica S., Marazuela D., Suter M., Bucheli Th.D., Haefliger O. P., Zenobi R.,McGuigan K. G., Kelly M. T., Ibrahim P., Larroque. Does sunlight change the material and contentof polyethylene terephtalate (PET) bottles? IWA Publishing, Journal of Water Supply: Research andTechnology, Aqua No. 1, 2000.

Referencias

su potabilización, por lo cual presentabaja contaminación. El contenido decoliformes fecales disminuyó a cero

después de 4 horas de irradiación y elde coliformes totales a valores muybajos después de 6 horas.

82

83

AbstractThe SODIS methodology has been

evaluated in rain and tap waters of alocality in the South East of theTrinidad Island, where average dailysolar radiation is 7 kWh/sq.m in the dryseason and 4 kWh/sq.m in the wetseason. In Trinidad and Tobago, thereare several rural communities in whichrainwater from the roofs of homes iscollected in barrels for domestic use.Because of the poor mains water sup-ply in these communities, rainwatercollected in this manner is used fordrinking without any purificationprocess. The presence of fecal col-iform as well as other bacteria in therainwater collected can be a serioushealth hazard to these communities.

The results support the applicationof SODIS as a water treatment methodat the household level to reduce fecalcontamination of drinking water. Therainwater samples before the treat-ment surprisingly demonstrated highfecal coliform and total bacterial val-ues. On the other hand, tap water isnormally treated with chlorine, andpresents a very good initial quality. Inall cases, the counts decreased

achieving a value of zero after 4 hoursfor the fecal coliform bacteria and verylow values for the total bacterial countsafter 6 hours.

4.1. IntroductionIn Trinidad and Tobago, there are

several rural communities in whichrainwater from the roofs of homes iscollected in barrels for domestic use.Because of the poor means for watersupply in these communities, rainwa-ter collected in this manner is used fordrinking without any purificationprocess. The presence of fecal col-iforms as well as other bacteria in therainwater supply can be a serioushealth hazard for these communities.Escherichia coli (E. coli, a fecal col-iform) is a good indicator organism toassess fecal contamination of drink-ing water if the resources for microbi-ological examination are limited(1). TheSODIS technology has been appliedin several developing countries topurify water that has been contami-nated with bacteria, thereby making itsafe for drinking(2). In its simplestform, this technology involves placingthe contaminated water in sunlight for

Chapter 4

Ramsey Saunders*, Winston Mellowes+, Ricardo Clarke* and Kimberly Kimkeran+

Application of SODIS Technologyto Rain and Tap Water Samples

from Mayaro, Trinidad & Tobago

*Physics Department, University of West Indies, St. Augustine, Trinidad, W.I. +Chemical Engineering Department, University of West Indies, St. Augustine, Trinidad, W.I.

84

Application of Sodis Technology to Rain and Tap Water Samples from Mayaro, Trinidad & Tobago

varying times and determining thebacterial counts after the variousexposure times. Bacteria are destroyedby the synergetic effect of infraredand ultraviolet (UV-A) components ofsolar radiation. Infrared radiation(light of wavelength beyond 700 nm)increases the temperature of thewater and denatures enzyme activity.Ultraviolet radiation in the wavelengthrange of 320 nm – 400 nm reachingthe surface of the earth, directly inter-acts with the DNA, nucleic acids andenzymes of the living cells, andchanges the molecular structure ofbacteria in water, which leads to celldeath. UV-A radiation also reacts withthe oxygen dissolved in the water andproduces highly reactive forms of oxy-gen (oxygen free radicals and hydro-gen peroxide). These reactive mole-cules also interfere with cell struc-tures and kill the pathogens. TheSODIS technology therefore providesa simple and inexpensive method ofpurifying contaminated water in ruralcommunities in developing countries.The seasonal and daily variationsdepend on the latitude and climate ofthe region. Because the irradiationpower and solar conditions may varyfrom country to country, it is essentialto determine the conditions appropri-ate to each country or region.

The objectives of this project, fundedby the Organization of American States(OAS), were to adapt the technologySODIS for using in different Latin-American regions, considering weatherand geographic local factors as well associoeconomic conditions of theregions. In 2002, an applicability studyof the process was initiated simultane-ously in Argentina, Brazil, Peru and

Trinidad & Tobago, taking into accountthe prospect zones chosen in a previousstudy(3). In the present case, the SODIStechnology was applied to tap watersamples as well as rainwater samplesobtained in Mayaro, a small village inthe South East of Trinidad and Tobago,which has been investigated in the citedstudy. The extent to which the total bac-terial count as well as the fecal coliformcould be reduced by applying themethod for different times was deter-mined.

4.2. Brief general physiographyof Trinidad and TobagoA map of Trinidad and Tobago

showing the selected rural area,Mayaro- Guayaguayare, is shown inFigure 1. Trinidad and Tobago arelocated at approximately 10º N and61º W. The average maximum tem-perature is 29-31 ºC. The population(1990 data) is 1.24 million. The landarea is 5164 sq. km, which gives anoverall population density of 242 per-sons per sq. km. About 40 % of thepopulation lives in urban and 60 % inrural areas. There are two distinctseasons: the dry season, whichoccurs during the period January toMay, and the rainy season, whichoccurs during the period June toDecember. The daily solar irradiationfor the Caribbean region is 7 kWh/sq.m. for the dry season and 4 kWh/sq.m. during the rainy season(4). TheMayaro-Guayaguayare region inwhich this study was carried out has apopulation density of 20-100 personsper sq. km. This region is generallyflat, with areas of swampland, whichare now becoming a popular eco-tourism area. The main economic


85

activities of this region consist of fish-ing and agriculture. A land usage andagriculture map is shown in Figure 2.

4.2. Apparatus and methods4.2.1. ApparatusThe apparatus consisted of a cooler

with ice for sample storage after collec-tion, 2 L plastic bottles for collectingsamples, 600 mL transparent bottlesmade of polyethylene terephtalate(PET) for optimal transmittance for solarradiation(5), black oil paint, weather sta-tion for measuring solar radiation andair temperature, thermometer for meas-uring water temperature, systems fortotal bacteria and fecal coliform countsand an incubator which could be main-tained at various temperatures.

4.2.2. Collection and samplepreparationThe typical means of collecting rain-

water for domestic use in the Mayaroarea are shown in Figure 3. Rainwaterstored in uncovered plastic barrels fordomestic use is shown in Figure 4.

To apply the SODIS technology, rainand tap water samples were collectedin the Mayaro area in sterilized 2 L plas-tic bottles and stored on ice for abouttwo hours prior to beginning experi-ments. The 600 mL PET bottles, whichwere discarded soft drink bottles, werede-labeled and washed with distilledwater. Figure 5 shows a 600 mL trans-parent PET bottle used in this experi-ment. Half of each bottle was paintedblack, as shown in Figure 6, to increasesolar absorption. The bottles were ster-ilized before the experiment. Three 600mL PET bottles were filled with tapwater and three with rainwater from thesamples collected in the 2 L bottles.

These bottles were placed on the plat-form of the Solar Energy Laboratory, onthe roof of the Natural SciencesBuilding of the W.I. University, wherethey were exposed to sunlight as shownin Figure 7. The bottles were placedhorizontally with the black half of thebottle resting on the platform, in a north-south alignment, and rotated during theday to minimize shadowing. An onlineweather station servicing the solar labo-ratory recorded the solar radiation andthe ambient temperature. In addition,one PET bottle was fitted with a ther-mometer, as shown in Figure 8, torecord the water temperature at 10minute intervals. In addition, one PETbottle was filled with the tap water sam-ple and another with the rainwater sam-ple and placed in the incubator at 20 °C,as controls. Every two hours, two PETbottles, one with tap water and the otherwith rainwater, were removed from theincubator and placed in a refrigeratoruntil microbiological testing.

4.2.3. Bacteria testingFor the fecal count, a membrane fil-

tration process under sterile conditionswas performed. 1 mL of the pureuntreated sample was filtered by amembrane filter under vacuum condi-tions. The same process was appliedto 1 mL of the tap water and rainwatersamples that were exposed to twohours of sunlight. After filtration, eachmembrane filter was placed in a sepa-rate sterile Petri plate containing pre-pared mFC agar, which is used forconfirmation of the fecal coliform bac-teria. Fecal coliform is confirmed bythe presence of bright blue coloniesgrowing on the membrane filter paper.The process was repeated using sam-

86

Application of Sodis Technology to Rain and Tap Water Samples from Mayaro, Trinidad & Tobago

ples exposed to four (4) and six (6)hours of sunlight. For each PET bot-tle submitted to different exposure,five Petri plates were prepared. ThePetri plates were labeled and incu-bated at 37 °C for 24 hours. After theincubation period, the plates wereremoved from the incubator andexamined for fecal coliform colonies.In each case, the plate yielding thebest colony growth was counted andthe rest discarded.

The total bacterial count was car-ried out by a "Pour Plate" technique,whereby a known volume of samplewas placed in a sterile Petri plate andmolten nutrient agar poured on top.This was incubated for 48 hours at 30°C. Bacteria count was done in a sim-ilar manner to the fecal count.Colonies were counted using a con-ventional colony counter and the totalbacterial count obtained.

4.3. Results and discussion4.3.1. Water TemperatureThe results of water temperature

over the exposure time for the PETbottle fitted with the thermometer aregiven in Table 1 and Figure 9. Thewater temperature was initially 27.5°C at 10.45 a.m. This increased grad-ually to 52 °C at 1:00 p.m. and thendecreased slowly to 41 °C at 4:10p.m.

4.3.2. Ambient temperatureand solar radiationThe SODIS experiment was run

during the rainy season in the monthof October. The ambient tempera-tures measured are shown Figure 10.The air temperatures varied betweena minimum of about 30 °C to a maxi-

mum of about 32°C. The solar radia-tion received during the experiment isshown in Figure 11. The measuredsolar radiation was about 800 W m-2

at the start of the experiment. Thisincreased to a maximum of about 950W m-2 at 12:30 p.m., and thendecreased to about 400 W m-2 at 4:10p.m.

4.3.3. Microbiological analysis4.3.3.1. Fecal countFecal counts are shown in Table 2

for both rainwater and tap water. InFigure 12, the data are plotted graph-ically. While the fecal count is zero fortap water at 0, 2, 4 and 6 hours, itbegins at a value of 7 × 104 for theuntreated sample and decreases tozero in an exponential-like mannerafter 4 hours.

4.3.3.2. Total bacterial countThese results are displayed in tab-

ular and graphical forms in Table 3and Figure 13 respectively. The totalbacterial count is 2 × 106 for theuntreated rainwater sample anddecreased to 5 × 103 after 6 hours.The tap water count started at acount of 6.5 × 104 and decreased tozero after 6 hours.

4.4. ConclusionWe have evaluated the SODIS

methodology under our local condi-tions. Trinidad and Tobago are tropi-cal islands situated at a low latitude(10° N) with a fair amount of cloudcover. The results support the appli-cation of SODIS as a water treatmentmethod at the household level toreduce fecal contamination of drink-ing water. The rainwater samples sur-

1. WHO: Guidelines for Drinking Water Quality. 2nd ed. Vol.1, Ginebra. 1993.2. EAWAG-SANDEC. http://www.sodis.ch.3. Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologíaseconómicas para la potabilización de aguas, Informe Proyecto OEA AE 141/2001, Organización deEstados Americanos (AICD), noviembre de 2002. M. Litter (Ed.), Digital Grafic, La Plata, 2002.4. Headley O. Renewable Energy Technologies In The Caribbean. Solar Energy, 59, 1-9. 1997.5. Wegelin M., Canonica S., Marazuela D., Suter M., Bucheli Th.D., Haefliger O. P., Zenobi R.,McGuigan K. G., Kelly M. T., Ibrahim P., Larroque. Does sunlight change the material and contentof polyethylene terephtalate (PET) bottles? IWA Publishing, Journal of Water Supply: Research andTechnology, Aqua No. 1, 2000.

References

prisingly demonstrated high fecal col-iform and total bacterial counts whenuntreated by SODIS. The tap water isnormally treated with chlorine, pre-senting a low contamination degree.

The counts decreased achieving avalue of zero after 4 hours for thefecal coliform bacteria and very lowvalues for the total bacterial countsafter 6 hours.

Este libro se terminó de imprimiren el mes de agosto de 2003

en Digital Grafic, La Plata

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Desinfección Solar de Aguas en...Solar water disinfection in Tambo Pariachi, Huaycan, Lima, Per œ-----69 Patricia Galarza, Eder S⁄nchez, Dora Maurtua, Juan Rodr guez y Walter Estrada