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Disinfection by-products in drinking water: occurrence, health issues and regulations/ Subproductos de la desinfeccion del agua potable: formacion, aspectos sanitarios y reglamentacion/ Subprodutos da desinfeccao da agua potavel: formacao, aspectos sanitarios e regulamentacao.

SUMMARY

The purpose of water disinfection is to eliminate and inactivate pathogen microorganisms. Chlorine and its derivates are the predominant disinfectant in the drinking water industry. In addition to inactivate microorganisms, chlorine reacts with organic matter naturally present in water to form the so-called chlorination by-products, which mostly are organic contaminants. These by-products may potentially cause health problems. Other disinfectants have been used as alternative to chlorine, such as chloramines, ozone and chlorine bioxide. However, these disinfectants also generate potentially harmful by-products. In this paper, the mechanisms and factors responsible for the formation of disinfection by-products in drinking water are presented. The potential health impacts of human exposure to these contaminants are also discussed as well as the regulatory aspects. Finally, strategies aimed at reducing the occurrence of these contaminants in water distribution systems are presented and discussed.

RESUMEN

La desinfeccion del agua tiene como objetivo la eliminacion y la desactivacion de microbios patogenos. Los desinfectantes utilizados predominantemente en la potabilizacion del agua son el cloro y sus derivados. Adernas de desactivar los organismos patogenos, el cloro reacciona con la materia organica presente en el agua, lo que genera subproductos de cloracion, especiricamente compuestos organicos sinteticos. Estos subproductos pueden tener potencialmente efectos en la salud humana. Otros desinfectantes han sido utilizados como alternativa al cloro, pero cada uno de ellos forma igualmente subproductos; ejemplos de estos son la cloramina, el ozono y el bioxido de cloro. En este articulo se presentan los mecanismos y los factores que determinan la formacion y la presencia de subproductos de la desinfeccion en el agua potable. Se discute igualmente los problemas de salud publica que estos subproductos pueden ocasionar y se presentan los aspectos normativos para estos contaminantes y estrategias para limitar su presencia en el agua distribuida a la poblacion.

RESUMO

A desinfeccao da agua tem como objetivo a eliminacao e a desativacao de microbios patogenos. Os desinfetantes utilizados predominantemente na potabilizacao de agua sao: o cloro e seus derivados. Alem de desativar os organismos patogenos, o cloro reage com a materia organica presente na agua, o que gera subprodutos de cloracao, especificamente compostos organicos sinteticos. Estes subprodutos podem ter potencialmente efeitos na saude humana. Outros desinfetantes tem sido utilizados como alternativa ao clo ro, mas cada um deles forma igualmente subprodutos; exemplos destes sao: a cloramina, o ozonio e o bioxido de cloro. Neste artigo se apresentam os mecanismos e os fatores que determinam a formacao e a presenca de subprodutos na desinfeccao da agua potavel. Discutem-se igualmente os problemas de saude publica que estes subprodutos podem ocasionar e se apresentam os aspectos normativos para estes contaminantes e estrategias para limitar sua presenca na agua distribuida a populacao.

PALABRAS CLAVE / Agua Potable / Cloro / Desinfeccion / Reglamentacion / Salud Publica / Subproductos de Desinfeccion /

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La desinfeccion del agua se ha llevado a cabo de forma habitual desde comienzos del s.XX con el fin de eliminar y desactivar los microbios patogenos en el agua potable. Ademas de remover elementos patogenos, los desinfectantes tambien actuan como oxidantes. Asimismo, son utilizados para a) remover el sabor y el color, b) oxidar el Fe y el Mn, c) prevenir la reaparicion de elementos biologicos en el sistema de distribucion de agua, d) mejorar la eficiencia de la coagulacion y la filtracion, y e) prevenir el crecimiento de algas en tanques de sedimentacion y filtros (EPA, 1999a). Un desinfectante utilizado predominantemente en el tratamiento es el cloro y sus compuestos. Su uso generalizado no se debe solo a su bajo costo, sino tambien a su capacidad oxidante, la cual proporciona un nivel minimo de cloro residual en el sistema de distribucion y de esa manera lo protege contra la recontaminacion microbiana.

En los paises en via de desarrollo las enfermedades propagadas por el agua se encuentran usualmente entre las cinco causas mas importantes de morbilidad y mortalidad. En los EEUU la gran mayoria de los brotes epidemicos han sido causados por patogenos microbianos (Reiff, 1995)y en el periodo 1990-1991 fueron reportados mas de 17000 casos de enfermedades propagadas por el agua; de estos casos, menos del 2% se debieron a contaminacion quimica; los restantes estuvieron relacionados con contaminacion microbiana (Moore et al., 1994). En America Latina la con-. taminacion microbiana, debida al tratamiento inadecuado del agua, causo el 99% de las enfermedades ocasionadas por el consumo de agua (Reiff, 1995). Muchos de los desinfectantes utilizados comunmente han sido exitosos en reducir la presencia de la bacteria coliforme (un indicador de la contaminacion microbiana) a niveles aceptables, lo que ha sido el principal criterio para determinar la calidad del agua potable. Ahora se sabe que algunos patogenos pueden existir en presencia de cloro libre. La Agencia de Proteccion Ambiental de los EEUU (EPA) ha evaluado la eficiencia biocida de diferentes desinfectantes y establecio (EPA, 2001) pautas para la desinfeccion (y/o otros tratamientos) del agua potable con el fin de permitir la eliminacion de al menos 99; 99,9 y 99,99% de Gryptosporidium, Giardia cysts y virus, respectivamente, en adicion al criterio de remocion de coliformes.

Para controlar la eficiencia de la desinfeccion con cloro, en las plantas de tratamiento se determina la concentracion de desinfectante residual, el tiempo de reaccion del cloro en el agua, el flujo de agua horario maximo y el pH. La exposicion de desinfeccion (Ct) es el producto de la cantidad de desinfectante residual (C; [mg x [.sup.-l] y el tiempo de contacto (t; mn). Este factor es usado para establecer parametros en la operacion de desinfeccion y tambien para comparar la eficiencia biocida de los diferentes desinfectantes. La desactivacion microbiana es medida y expresada generalmente en Log-removals o unidades logaritmicas de remocion. Asi, 2 unidades corresponden al 99% de desactivacion patogena. La Tabla I presenta valores de Ct necesarios para obtener el 99% de eficiencia biocida para diferentes organismos patogenos. Un analisis mas detallado sobre el factor Ct puede encontrarse en EPA (1999b). El ozono tiene la mayor eficiencia de desinfeccion, ya que remueve el 99% de los organismos patogenos (de cualquier grupo) con el menor valor de Ct, mientras que la cloramina tiene la eficiencia de desinfeccion mas baja. Richardson (1998) establecio la escala de eficiencia biocida para diferentes desinfectantes como ozonodioxido de cloro>cloro>cloramina.

Los Subproductos de la Desinfeccion (SPD)

Hacia la mitad de los anos 70, se descubrio que ademas de desactivar los organismos patogenos, como se espera, el cloro reacciona con la materia organica presente en el agua generando subproductos de desinfeccion (SPD), especificamente compuestos organicos sinteticos como los trihalometanos (THM; Rook, 1974), aunque se ha identificado a otros SPD tales como los acidos haloaceticos (AHA; Mills et al., 1998).

Los THM son la suma de cuatro compuestos: cloroformo (CH[Cl.sub.3]), bromodiclorometano (CHBr[Cl.sub.2]), dibromoclorometano (CH[Br.sub.2]Cl) y bromoformo (CH[Br.sub.3]). Los AHA son la suma de varios acidos haloaceticos; cinco de ellos (llamados en adelante AHA5) son los acidos monocloroacetico (C[H.sub.2]ClCOOH), dicloroacetico (CH[Cl.sub.2]COOH), tricloroacetico (C[Cl.sub.3]COOH), monobromoacetico (C[H.sub.2]BrCOOH) y dibromoacetico ([CHBr.sub.2]COOH). Se han detectado asimismo otros SPD, tales como dicloroacetonitrilo, tricloroacetonitrilo, bromocloroacetonitrilo, dibromoacetonitrilo, 1,1-dicloro-2 propanona, etc. Sobre estos subproductos se hace menor enfasis, ya que los THM, seguidos de los AHA, son los subproductos que se encuentran en mayor cantidad en el agua potable clorada.

La utilizacion de desinfectantes alternativos (cloramina, bioxido de cloro, ozono) tambien genera SPD. El uso de cloramina esta asociado no solo a la formacion de THM y de AHA (aunque en menos cantidades que cuando se usa cloro) sino tambien a la de nitritos, nitratos, haloacetonas y N-Nitrosodimetilamina (NDMA) El bioxido de cloro genera cloritos y cloratos, mientras que la utilizacion de ozono genera bromatos aldehidos, carbono organico biodegradable, acidos cetoaldehidicos, bromoformos, peroxidos y epoxidos (Vinette, 2001).

[FIGURA 1 OMITIR]

Ademas de ser economico, el cloro es un poderoso agente desinfectante. Permite la destruccion de germenes patogenos y tiene la ventaja de dejar un residuo en la red de distribucion, lo que impide la reaparicion de estos germenes en la red de agua potable. En contraposicion, el cloro genera inconvenientes organolepticos evidentes (gusto y olor del cloro), ademas de pro ducir grandes concentraciones de SPD clorados (Droste, 1997). Ira cloramina tiene la ventaja de producir menores concentraciones de SPD, pero su efecto bactericida es comparativamente menor que el del cloro (Guay et al., 2005). El bioxido de cloro tiene como inconveniente principal la formacion de subproductos toxicos inorganicos; finalmente, el ozono es un agente desinfectante muy poderoso pero no deja residuo dentro de la red de distribucion, haciendo necesaria una segunda desinfeccion o post-desinfeccion (Oxenford, 1996).

Mecanismos de Formacion de Subproductos de la Cloraeion

Esta seccion y las siguientes estan dedicadas a la teoria de la formacion de los THM, los SPD mejor conocidos hasta ahora.

La formacion de los SPD es el resultado de una reaccion entre el agente desinfectante (p.e., el cloro) y la materia organica natural (MON) constituida en gran parte por sustancias humicas y que esta presente naturalmente en el agua bruta (sin ningun tratamiento). La reaccion entre cloro y MON se inicia desde la adicion del desinfectante y se mantiene hasta el agotamiento de los reactantes (Singer, 1999). Rook (1974) propuso un mecanismo de formacion de los THM a partir de las moleculas de tipo resorcinol (Figura 1). La oxidacion por el acido hipocloroso (HOCl) permite una halogenacion y la iniciacion del ciclo aromatico. A continuacion, una fractura de la molecula (en a) torma los trihalometanos. La fractura por la insercion de un hidroxido (en b) permite la formacion de un acido haloacetico mientras que una tercera fractura (en c) forma halocetonas. La reaccion de formacion de los SPD es afectada por varios parametros como la temperatura y el pH del agua, la cantidad de MON presente, la concentracion de iones bromuro, la dosis de desinfectante y el tiempo de contacto entre el desinfectante y la MON (tiempo de permanencia del agua en la red de distribucion; Amy et al., 1987a).

Estos factores que afectan la formacion de los SPD, pueden ser reagrupados en dos categorias: los parametros de la calidad del agua relacionados directamente con las caracteristicas del agua bruta (MON e iones bromuro) y los parametros operacionales (pH, temperatura, dosis de desinfectante y tiempo de contacto). A continuacion se suministra informacion sobre estos parametros.

Parametros que Afectan la Formacion de los SPD

La materia organica

La materia organica natural (MON) es el precursor de los SPD en el agua potable. Esta presente de manera natural en el agua sin tratar pero su cantidad y reactividad varian de acuerdo con las fuentes de agua (lagos, rios, arroyos, agua subterranea). Resulta principalmente de la degradacion total o parcial de la fauna y flora circundantes que conforman el sistema acuifero utilizado para captar el agua.

Las caracteristicas de la MON varian de un curso de agua a otro. Esto implica que sus caracteristicas quimicas dificilmente pueden ser generalizadas y deben determinarse en cada caso. En general, se considera que la materia organica esta dividida en dos categorias diferentes: la materia hidrofoba (acidos humicos y fulvicos) y la materia hidrofila (proteinas, carbohidratos y aminoacidos), siendo los acidos humicos los compuestos de la MON con el mayor peso molecular, debido principalmente a la alta concentracion de carbono aromatico con relacion a la concentracion de los acidos carboxilicos y carbonilos (Krasner et al, 1996). Los acidos fulvicos tienen un peso molecular inferior al de los acidos humicos y su concentracion en carbonos aromaticos es menor; sin embargo, las concentraciones de carbonilo y acidos carboxilicos en los acidos fulvicos son superiores a las de los humicos (Croue et al., 1993). Los acidos fulvicos representan la fraccion mayor de la MON (~50%), mientras que los acidos humicos son el 5% (Andrews y Huck, 1996). Los acidos humicos favorecen la formacion de los SPD por su mayor concentracion en carbono aromatico (Singer, 1999), pero como los acidos fulvicos estan presentes en mayor cantidad en la MON, los SPD son formados principalmente por estos ultimos.

Los indicadores de la presencia de MON mas utilizados son el carbono organico total (COT) o el carbono organico disuelto (COD), y la absorbencia ultravioleta a 254nm (UV254). Los parametros COT y UV-254 son complementarios entre si; el COT informa sobre la cantidad de MON existente y disponible para la reaccion y la UV-254 sefiala mas que todo su reactividad o tendencia a formar SPD (Amy et al., 1987b), ya que es un indicador de los vinculos aromaticos contenidos en las sustancias humicas. En los dos casos, su aumento tiende a favorecer la formacion de SPD. Por otro lado, para ciertos tipos de agua estos dos parametros pueden estar estrechamente correlacionados (Rathbun, 1996a, b).

En general, mientras mayores sean las concentraciones de COT y el valor de UV-254 de un agua bruta, mas importante sera la reaccion entre la MON y el desinfectante, lo que favorece la formacion de una gran cantidad de SPD.

La MON esta afectada directamente por el tratamiento fisicoquimico aplicado al agua bruta en la planta de tratamiento. El tratamiento permite la disminucion de la MON, lo que reduce la formacion de los SPD. Tres procedimientos eficaces para este fin son la coagulacion mejorada o sobrecoagulacion, la filtracion con carbon activado granular (CAG) y la filtracion a traves de membranas (Vinette, 2001). Sin embargo, estas tecnicas por si solas no remueven toda la MON presente en el agua.

Los iones bromuro

La presencia de iones bromuro es otro factor que tiene relacion con los parametros de calidad del agua bruta y tienen incidencia en la cantidad de SPD formados. En la formacion de THM la presencia de iones bromuro no afecta tanto la cantidad de los THM formados como la proporcion relativa de las cuatro sustancias que los componen. En efecto, la presencia de concentraciones importantes de bromuro conduce a que se forme una mayor proporcion de iones de THM a base de productos bromados en relacion con los THM totales (Rathbun, 1996c). Las concentraciones de iones bromuro son con frecuencia muy bajas en aquellas regiones cuyo aprovisionamiento se hace con aguas superficiales que no sufren penetraciones salinas provenientes de algun deposito cercano de agua salada. En esas condiciones se formara cloroformo (CH[Cl.sub.3]) en mayor proporcion.

La presencia de iones bromuro afecta tambien la velocidad de formacion de los SPD (Trussell y Umphress, 1978). Los bromuros son oxidados por el acido hipocloroso (HOCl) para formar acido hipobromoso (HOBr), el cual reacciona de inmediato en combinacion con el acido hipocloroso para formar subproductos bromados. El acido hipobromoso reacciona mas facilmente con la MON que el acido hipocloroso por ser un agente mas eficaz de sustitucion halogena (Amy et al., 1991). Estos autores observaron en ensayos de potencial de formacion de los THM que, enterminos generales, menos del 10% del HOCl estaba incorporado en los THM clorados mientras que para el HOBr ese porcentaje se elevaba a ~50% en los THM bromados.

El pH

El pH condiciona las caracteristicas de las reacciones quimicas responsables de la formacion de los SPD y puede ser considerado como un parametro operacional, ya que su valor es susceptible de ser ajustado antes de la desinfeccion.

La reaccion responsable de la formacion de los THM se lleva a cabo en dos etapas. Por una parte, la cinetica de la primera etapa es favorecida por la presencia de la forma no ionizada del HOCl en pH acido; por otra, la segunda etapa es una hidrolisis catalitica en medio basico, favorecida cuando el pH es mas alto. Como al final la determinante es la segunda etapa, la formacion de los THM sera favorecida en un pH elevado (Krasner, 1999). No obstante, el pH afecta de manera diferente a los otros SPD.

La temperatura

En el caso de la formacion de THM, una temperatura mas alta favorece la velocidad de reaccion entre el cloro residual y la MON, por lo que las concentraciones de THM en el agua contenida en la red de distribucion son mayores en el verano (Williams et al., 1997; Rodriguez et al., 2004). Ademas de afectar la velocidad de reaccion responsable de la formacion de los SPD, las condiciones estacionales afectan tambien la disponibilidad de los precursores (MON) y su composicion. Por ejemplo, el regimen termico de las aguas superficiales, fenomeno tipico de la primavera y el otono, contribuye al aumento de la carga organica del agua bruta. De igual manera el deshielo y las condiciones lluviosas favorecen el escurrimiento de la materia organica hacia los cursos de agua (El Dib y Ali, 1995). Finalmente, la congelacion en invierno constituye una barrera fisica contra la polucion de los cursos de agua debida a la MON.

La dosis de cloro

La dosis de desinfectante aplicada al agua durante el tratamiento afecta directamente la formacion de los SPD, ya que ademas de favorecer su formacion afecta sus caracteristicas especificas y su importancia relativa (Singer, 1994). Por ejemplo, una mayor dosis de cloro favorecera la formacion de AHA en lugar de THM, asi como tambien favorece la formacion de subproductos clorados respecto a la de los subproductos bromados, tanto para los THM como para los AHA.

El tiempo de contacto

El tiempo de contacto entre el desinfectante y la MON, que corresponde al tiempo de permanencia del agua tratada en la red de distribucion, es un parametro fundamental de la formacion de los SPD (Serodes et al., 2003). A mayor tiempo.de contacto mayor sera la concentracion de SPD (Rodriguez y Serodes, 2001). En efecto, como la reaccion del cloro con los precursores de los THM sigue produciendose hasta que no quede cloro residual libre en la red de distribucion, se formaran mas THM en ta medida en que el tiempo de permanencia del agua sea mayor (Rodriguez y Serodes, 2005). Sin embargo, la formacion de los THM en funcion del tiempo no es lineal (Urano et al., 1983) pues una cantidad importante se forma en la planta de tratamiento y en el comienzo de la red; ademas, la reaccion disminuye con el tiempo.

El tratamiento del agua

Un elemento determinante Para la formacion de los SPD es el tratamiento aplicado al agua antes de la desinfeccion por medio del cloro. Cuando el agua bruta es demasiado coloreada o posee un grado elevado de turbidez se utiliza frecuentemente un proceso de tratamiento fisicoquimico previo a la cloracion.

Un sistema convencional de tratamiento de agua potable esta compuesto por .las "'etapas siguientes: tratamiento previo, coagulacion-floculacion, decantacion, filtracion y desinfeccion. El tratamiento previo consiste en la adicion de un oxidante (cloro, ozono o permanganato de potasio) a la entrada de la planta, con el fin de reducir la carga bacteriana del agua y facilitar asi los tratamientos siguientes. Esta etapa es opcional y depende de la calidad de la fuente de agua; cuando se utiliza cloro las dosis aplicadas son inferiores a las utilizadas en la desinfeccion final, por lo que no hay formacion de THM. A continuacion, la coagulacion-floculacion-de-cantacion es un conjunto de tratamientos que sirven para aglomerar las particulas en suspension y facilitar su remocion. En este proceso se utiliza generalmente el alumbre como agente coagulante.. Aunque esta etapa sirve principalmente para reducir la turbidez y el color del agua, tambien permite remover cierta cantidad de MON. Ademas, dicho tratamiento conduce a aumentar la eficacia de la desinfeccion final. A continuacion, la filtracion permite remover las particulas aun en suspension en el agua y reducir asi la concentracion de precursores de THM. Finalmente, la desinfeccion, generalmente por cloro, completa el tratamiento desactivando los organismos patogenos y asegurando la presencia de un residuo en la red de distribucion. Si el desinfectante utilizado es diferente al cloro, habitualmente es necesario afiadir una cierta cantidad de cloro despues de la desinfeccion con el fin de garantizar la presencia de un residuo en la red de distribucion y evitar la reaparicion de microorganismos (Morin, 1999).

Con el paso de los anos las investigaciones han permitido desarrollar otros procedimientos encaminados a mejorar tanto la calidad fisicoquimica del agua tratada como su calidad microbiologica. Uno de ellos es la filtracion con carbon activado granular (CAG), procedimiento que generalmente sigue a la filtracion por metodos convencionales y se utiliza con el fin de remover por adsorcion sabores y olores presentes en el agua tratada (Lykins et al., 1988). La filtracion por CAG permite asimismo reducir de manera significativa el COT, indicador de la presencia de MON, y en esa forma minimizar la formacion de THM (Jacangelo et al., 1995). Por otra parte, el uso de membranas filtrantes permite retirar mas del 90% de los precursores de los SPD y la mayoria de los patogenos eventualmente presentes en el agua bruta (EPA, 1992). Sin embargo, estos dos sistemas son costosos y requieren de operadores calificados. Finalmente, la coagulacion mejorada consistente en aplicar dosis mayores a las habituales y ba demostrado ser eficaz para disminuir las concentracions de precursores y reducir asi la posibilidad de formacion de THM (White et al., 1997).

Los SPD y la Salud Publica

La exposicion de la poblacion a los THM representa un riesgo de salud publica, ya que son considerados potencialmente cancerigenos para el humano. Se han determinado cuatro tipos de THM (Tabla II) segun las categorias de clasificacion de la agencia de la EPA (1994): el cloroformo, el bromodiclorometano y el bromoformo que pertenecen al grupo 2B (potencialmente cancerigeno para humanos, basado en evidencia suficiente para animales y sin datos o con datos inadecuados para los humanos), mientras el dibromoclorometano hace parte del grupo C (cancerigeno posible para humanos, basado en una evidencia limitada para los animales y sin datos para los humanos). En cuanto a los AHA, se considera al acido dicloroacetico como probablemente cancerigeno para humanos (con base en pruebas suficientes para animales y evidencia insuficiente para humanos; Health Canada, 2006). Se considera tambien que el acido tricloroacetico es posiblemente cancerigeno para los humanos, pero con base en pruebas muy limitadas.

La exposicion total de la poblacion a los SPD es el resultado de la suma de tres formas de exposicion: ingestion por via oral, absorcion cutanea e inhalacion a traves de las vias respiratorias (Milot, 1999). La ingestion de THM por via oral es consecuencia del consumo de agua potable, de bebidas fabricadas a partir de agua tratada con cloro y de ciertos productos lacteos (Wallace, 1997). La absorcion cutanea tiene lugar en piscinas. Por otra parte, las duchas o banos calientes (~40[grados]C) favorecen la absorcion de cloroformo por la piel (Levesque et al., 1994). En cuanto a la inhalacion respiratoria los THM, por ser un componente volatil del agua potable desinfectada con cloro, estan presentes en el aire. En el interior de las viviendas proviene de la evaporacion de agua caliente clorada, (duchas, banos, lavado de platos y de ropa). Los THM tambien estan asociados al uso de detergentes y blanqueadores a base de cloro. Igualmente pueden contener cloroformo otros productos de consumo domestico como desmanchadores, liquidos correctores, suavizantes, insecticidas y pesticidas. Los humidificadores, cuando son llenados con agua clorada, son susceptibles de emitir cloroformo durante su utilizacion (Wallace, 1997). El aire ambiente de una piscina cubierta, debido a la cloracion continua del agua, contiene gran cantidad de cloroformo susceptible de ser inhalado (Levesque et al., 1994; Wallace, 1997). Por otra parte, el aire exterior contiene concentraciones de cloroformo emitidas principalmente por actividades industriales (industria del papel y pasta de papel, centrales nucleares, plantas de tratamiento de agua potable y de aguas servidas, industria de produccion directa de cloroformo, etc.; Wallace, 1997). En cuanto a los AHA, se ha establecido que la principal forma de exposicion es la via oral (Health Canada, 2006).

Los efectos de los SPD sobre la salud han sido identificados en estudios toxicologicos y epidemiologicos. Los estudios toxicologicos analizan el efecto sobre los animales de laboratorio expuestos a dosis diferentes de un producto especifico. Los datos obtenidos son extrapolados para el caso de humanos, lo que permite establecer dosis asociadas a riesgos significantes para la salud humana. Los estudios epidemiologicos tienen la ventaja, en relacion con los anteriores, de evaluar el riesgo asociado a la exposicion a los THM a partir de observaciones efectuadas con humanos; evaluan el riesgo para la salud humana debido a la ingestion de dosis reales y permiten evaluar el riesgo asociado con la exposicion simultanea a los cuatro THM.

En 1976 se observo que el cloroformo por via oral podia causar tumores en el higado y los rinones de ratones (NCI, 1976); en dosis menores, en ratas induciria tumores en los rinones pero no en el higado (Jorgenson et al., 1985). El bromodiclorometano puede causar tumores de colon y renales en ratones de laboratorio (NTP, 1987). Con una exposicion prolongada a dosis elevadas, el bromodiclorometano produciria lesiones en el higado y los rinones (NTP, 1985). En cuanto al bromoformo, dosis altas provocarian tumores en el colon en ratas pero no en ratones (NTP 1989). Con relacion a los AHA, se ha demostrado que estos pueden causar tumores en animales de laboratorio (Buli et al., 1990; De Angelo et al., 1996; Pereira, 1996). Existe relacion entre la exposicion al acido dicloroacetico y la formacion de tumores del higado en ratas y ratones de laboratorio (Health Canada, 2006), al igual que en ratones ante exposicion al acido tricloroacetico. Podrian existir relaciones entre la exposicion a los acidos di y tricloroacetico y problemas de desarrollo fetal, en particular anomalias cardiacas, y se han mostrado efectos posibles de los acidos dicloroacetico y dibromoacetico sobre los espermatozoides. En cuanto a los acetonitrilos, se ha mostrado que la exposicion a estas sustancias puede estar relacionada con la muerte del embrion en las ratas (Mills et al., 1998).

Varios estudios epidemiologicos han relacionado el cancer de vejiga con el consumo de agua potable clorada (Cantor et al., 1987; McGeehin et al., 1993; King y Marrett, 1996; Koivusalo et al., 1997). Se han efectuado observaciones similares respecto del cancer de colon y el cancer de recto, pero las pruebas no son tan uniformes como para el cancer de vejiga (Doyle et al., 1997; Koivusalo et al., 1997; King et al., 2000a). Se han realizado estudios epidemiologicos con el fin de determinar los efectos de la exposicion a los THM sobre las funciones de reproduccion y el desarrollo. Hasta hace poco, las pruebas en este sentido no eran significativas (Sante Canada, 1998). Sin embargo, se ha identificado una relacion entre la exposicion a los THM y los abortos espontaneos (Savitz et al., 1995; Swan et al., 1998; Waller et al., 1998; Nieuwenhuijsen, 2005; Hinckley et al., 2005). El riesgo de abortos espontaneos en mujeres expuestas a concentraciones altas de THM habia crecido ligeramente pero no era significativo en terminos estadisticos. King et al. (2000b) pusieron en evidencia un aumento del riesgo de mortinatos despues de la exposicion a los THM y mas especificamente al bromodiclorometano. Otro estudio ha identificado una relacion debil entre la exposicion a subproductos de la cloracion durante el embarazo y los partos prematuros; mas fuerte es la relacion con el bajo peso al nacimiento, retardos del crecimiento, malformacion del tubo neural y fisura labio-palatina (Bove et al., 1995).

Pocos estudios epidemiologicos han documentado los efectos especificos en humanos (cancer o problemas de reproduccion) de la exposicion a los AHA del agua potable. Recientemente, King et al (2005) no encontraron relacion entre la exposicion a los AHA y el riesgo de mortinatalidad, y Savitz et al. (2005) no encontraron relacion entre el incremento de problemas de gestacion durante el embarazo y la exposicion a los AHA en el agua potable. Considerando la metodologia utilizada, hay diferencias entre los datos relativos a los estudios toxicologicos y epidemiologicos. Cualquiera sea el metodo utilizado para determinar los riesgos asociados a los SPD, estos son relativamente pocos, pero teniendo en cuenta la gran cantidad de personas expuesta al agua clorada, sus efectos no son despreciables.

Aspectos Reglamentarios

El Safe Drinking Water Act (SDWA) obliga a la EPA a implementar nuevas disposiciones respecto al agua potable. Las regulaciones relativas a los SPD estan sustentadas en la evidencia de sus efectos nocivos para la salud humana. Hasta la fecha se han publicado mas de quince estudios epidemiologicos sobre los efectos nocivos de los SPD??? en la reproduccion y desarrollo humanos (Graves et al., 2002; King et al., 2005; Porter et al., 2005; Toledano et al., 2005; Lewis et al., 2006). Igualmente, hay abundante informacion disponible de estudios toxicologicos que evidencian efectos nocivos para la salud humana. La EPA (1999b) ha establecido los efectos nocivos de algunos de los mas importantes SPD hallados en el agua potable (Tabla II).

La Organizacion Mundial de la Salud (WHO, 1993) publico valores guia para el agua potable de algunos de los SPD como THM, AHA, acetonitrilos, cloritos, hidrato de cloral, formaldehidos y cloruro de cianogeno. Ademas de los valores individuales para cada THM, la OMS ha sugerido que la suma de las relaciones entre los valores medidos y los especificados para cada THM no deberia exceder de 1 (Tabla III). Estos valores guia no tienen reconocimiento oficial en EEUU y Canada. La EPA (2001) ha establecido un nivel maximo de contaminacion de 0,08mg x [l.sup.-1] para el total de los THM (TTHM; Tabla III), y tambien ha establecido metas para el maximo nivel de contaminacion (MCLG) para cada uno de los THM. La suma de los cinco AHA (acidos mono--, di-- y tricloroaceticos, y mono-- y dibromoaceticos), bromatos y cloritos tambien estan regulados. Por su parte, Canada ha establecido para los TTHM valores provisionales de 0,10mg x [l.sup.-1] como concentracion maxima aceptable (IMAC; Health Canada, 2001). Por el momento, no existen en Canada valores guia para calidad del agua potable referidos a otros SPD; sin embargo, esta en evaluacion un valor guia para los AHA (Health Canada, 2006). En la Tabla III se incluyen para comparacion valores estandar para agua potable de Australia y Nueva Zelanda (Aus-NZ, 2000) y el Reino Unido (UK, 2000).

Conclusiones

El control de la contaminacion microbiologica en el tratamiento del agua tiene dos objetivos claros: desactivar los elementos patogenos presentes en el agua bruta y prevenir la recontaminacion del agua tratada durante su permanencia en la red de distribucion antes del consumo. La desinfeccion por medio del cloro permite alcanzar estos objetivos por su gran eficacia para destruir patogenos y por asegurar la presencia de un residuo en la red de distribucion. Sin embargo, de todas maneras habra formacion de SPD. Los encargados del suministro de agua potable deberan enfrentar un objetivo complejo, cual es encontrar el equilibrio entre el suministro de un agua potable libre de microorganismos y minimizar al mismo tiempo la formacion de SPD.

Es importante hacer notar que el objetivo de minimizar la generacion de SPD no debe afectar en ningun caso el objetivo principal de distribuir agua libre de patogenos. Es primordial que el agua tratada sea siempre potable desde el punto de vista microbiologico.

Existen algunas alternativas para reducir las concentraciones de THM generadas en las redes de distribucion sin que resulte afectada la calidad microbiologica del agua. Sin embargo, ciertas estrategias de reduccion de los THM pueden tener un impacto economico significativo para ciertas municipalidades. Las tres posibilidades de solucion son el cambio en la fuente de aprovisionamiento de agua bruta (de superficial por subterranea), la reduccion de los precursores de THM (supresion por tratamiento) y el mejoramiento de las estrategias de desinfeccion (desinfectantes alternativos y/o optimizacion de la operacion).

Respecto de la primera opcion, la de reemplazar la fuente de aprovisionamiento de agua por otra de mejor calidad (i.e., subterranea) que contenga menos precursores de THM, no es siempre factible encontrar una fuente de la calidad deseada a una distancia razonable de la municipalidad y que este en capacidad de suministrar la cantidad de agua necesaria tanto para las necesidades presentes como para las futuras.

La segunda estrategia, reducir los precursores de los THM utilizando un tratamiento fisicoquimico anterior a la desinfeccion, haria posible disminuir la demanda de cloro y consecuentemente las dosis necesarias de desinfectante.

Finalmente, es posible mejorar las estrategias de desinfeccion con la utilizacion de un desinfectante menos problematico. Una alternativa consiste en reemplazar el cloro por el ozono. Sin embargo, la ozonizacion es un procedimiento costoso cuya aplicacion exige el empleo de personal altamente calificado. Ademas, en algunos casos se forman cantidades apreciables de bromatos. La desinfeccion por ozono requiere de todas maneras una cloracion final que asegure la presencia de un residuo desinfectante en la red. Sin embargo, la dosis necesaria de cloro despues de haber desinfectado el agua con ozono es generalmente baja, ya que el ozono oxida buena parte de la materia organica, disminuyendo la cantidad de cloro necesario. En estas condiciones, la formacion de subproductos clorados es generalmente muy baja. Finalmente, una alternativa mas reciente es la desinfeccion fisica por medio de rayos ultravioleta, pero esto requiere igualmente un consumo importante de energia.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a Julie Milot por su colaboracion en la investigacion bibliografica.

Recibido: 05/07/2006. Modificado: 26/09/2007. Aceptado: 01/10/2007.

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German Rodriguez. Ingeniero, Universidad Nacional, Colombia. Economista, Universidad de los Andes, Colombia. Sub-gerente, Proestudios Limitada, Santafe de Bogota, Colombia. Jean Serodes. Ph.D. en Ingenieria Civil, UL, Canada. Profesor, Departement de Genie Civil Profesor, UL, Canada.

Rehan Sadiq. Ph.D., Memorial University, Canada. Investigador, National Research Council, Canada.
ABLA I
VALORES DE CT (mg x min x [1.sup.1]) AL 99% DE EFICIENCIA BIOCIDA
PARA DIFERENTES DESINFECTANTES A UN pH = 6,0-7,0

Agente patogeno         Cloro
                        libre       Cloramina *

E-coli                0,034-0,05      95-180
Poliovirus-I           1,1-2,5       768-3740
Rotavirus             0,01-0,05      3806-6476
Giardia lambia a        47-150         2200
Cryptospordium           7200          7200

Agente patogeno        Dioxido
                        de Cl          Ozono

E-coli                 0,4-0,75        0,02
Poliovirus-I           0,2-6,7        0,1-0,2
Rotavirus              0,2-2,1      0,006-0,06
Giardia lambia a          26          0,5-0,6
Cryptospordium            78           5-10

* pH= 8,0-9,0. Modificada de Clark et al. (1994)

ABLA II INFORMACION TOXICOLOGICA DE LOS SPD

    Clase de                                Clasificacion
   subproducto            Compuesto              EPA

                    Cloroformo                    B2

                    Dibromoclorometano            C

Trihalometanos      Bromodicloromehano            B2
(THM)

                    Bromoformo                    B2

Haloacetonitrilo    Tricloroacetonitrilo          C
(HAN)

Aldehidos           Formaldehido                  B1
halogenados y
cetonas

Halofenol           2-Chlorofenol                 D

                    Acido                         B2
                    dicloroacetico

Acidos
haloaceticos
(AHA)               Acido                         C
                    tricloroacetico

                    Bromatos                      B2

Compuestos          Cloritos                      D
inorganicos

    Clase de
   subproducto            Compuesto         Efectos nocivos

                    Cloroformo              Cancer, higado, rinon,
                                            efectos sobre la
                                            reproduccion

                    Dibromoclorometano      Sistema nervioso, higado,
                                            rinon, efectos sobre la
                                            reproduccion

Trihalometanos      Bromodicloromehano      Cancer, higado, rinon,
(THM)                                       efectos sobre la
                                            reproduccion

                    Bromoformo              Cancer, sistema nervioso,
                                            higado, efectos sobre el
                                            rinon

Haloacetonitrilo    Tricloroacetonitrilo    Cancer, efectos mutagenicos
(HAN)                                       y clastogenicos

Aldehidos           Formaldehido            Mutagenicos
halogenados y
cetonas

Halofenol           2-Chlorofenol           Cancer, agente de tumores

                    Acido                   Cancer, efectos sobre
                    dicloroacetico          la reproduccion y el
                                            desarrollo
Acidos
 haloaceticos
(AHA)               Acido                   Higado, rinon, bazo,
                    tricloroacetico         efectos sobre el desarrollo

                    Bromatos                Cancer

Compuestos          Cloritos                Efectos sobre el desarrollo
inorganicos                                 y la reproduccion

A: carcinogeno humano, B1: carcinogeno humano probable (con alguna
evidencia epidemiologica), B2: carcinogeno humano probable (evidencia
de laboratorio suficiente), C: carcinogeno humano posible, D:
no clasificable, * : exposicion por inhalacion. Modificada de
EPA (1999b).

ABLA III
ESTANDARES Y VALORES-GUIA RELATIVOS A LOS SPD (mg x [l.sup.1])
EN DIFERENTES PAISES

Compuesto                Acronimo         WHO         US EPA
                                        (1993)        (2001)

Trichlorometano             TCM         0,200        0,000 (3)
(chloroform)
Bromodiclorometano         BDCM          0,060       0,060 (3)
Dibromoclorometano         DBCM          0,100       0,000 (3)
Tribromometano              TBM          0,100       0,000 (3)
(bromoformo)
Total trihalometanos       TTHM      [4.summation      0,080
                                     over (i=1)]
                                     THM/WHO=1

Acido cloroacetico
Acido dicloroacetico       DCAA          0,050
Acido tricloroacetico      TCAA          0,100
Acidos haloaceticos        AHAS                        0,060
Dicloroacetonitrilo        DCAN          0,090
Tricloroacetonitrilo       TCAN          0,001
Dibromoacetonitrilo        DBAN          0,010
Haloacetonitrilo            HAN
Hidrato cloral              CH           0,010
Formaldehido                             0,900
Cloritos                                 0,200         1,000
Cloruro de cianogeno                     0,070
Bromatos                                               0,010
2-clorofenol
2,4-diclorofenol
2,4,6-triclorofenol

Compuesto                 Canada        Aus-NZ          UK
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Trichlorometano
(chloroform)
Bromodiclorometano
Dibromoclorometano
Tribromometano
(bromoformo)
Total trihalometanos     0,100 (2)       0,250         0,100

Acido cloroacetico                      0,1500
Acido dicloroacetico                    0,1500
Acido tricloroacetico                   0,1500
Acidos haloaceticos         (2)
Dicloroacetonitrilo
Tricloroacetonitrilo
Dibromoacetonitrilo
Haloacetonitrilo            (2)
Hidrato cloral              (2)          0,020
Formaldehido                             0,500
Cloritos                    (2)
Cloruro de cianogeno        (2)
Bromatos                 0,010 (1)
2-clorofenol                             0,300
2,4-diclorofenol                         0,200
2,4,6-triclorofenol                      0,020

(1): concentraciones provisionales maximas aceptables (IMAC),
(2): en consideracion, (3): meta de nivel maximo contaminante (MCLG).
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Author:Rodriguez, Manuel J.; Rodriguez, German; Serodes, Jean; Sadiq, Rehan
Publication:Interciencia
Date:Nov 1, 2007
Words:7869
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