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Floraciones de algas en el agua potable.

Floraciones de algas en el agua potable

Causas de la floración de algas

Los frecuentes brotes de proliferación de algas a menudo degradan el agua en los reservorios de agua potable en todo el mundo, haciendo que el agua sea inutilizable. Las floraciones de algas pueden ser tan masivas que son visibles desde el espacio exterior. El aumento de las temperaturas, el estancamiento prolongado del agua, el clima extremo y el aumento de la escorrentía de nutrientes de las tierras urbanas y agrícolas agravan el problema de las algas. Especialmente en los meses de verano, cuando la temperatura del agua aumenta, la concentración de algas puede crecer exponencialmente y formar espumas superficiales densas.

El agua se vuelve verde, los filtros de arena o grava pueden obstruirse, y algunas algas y bacterias presentes pueden producir metabolitos volátiles, la geosmina y el metilisoborneol (MIB), que le dan al agua un olor y un sabor a tierra que no pueden eliminarse fácilmente con los tratamientos convencionales de agua. Las cianobacterias (algas azul-verdes) son las principales productoras de geosmina y MIB que producen problemas de sabor y olor en las aguas superficiales. Algunas especies de cianobacterias pueden liberar toxinas dañinas (HAB) que son tóxicas para los seres humanos, la fauna acuática y el ganado. Además, debido a los eventos de floración de algas regulares y prolongados, las concentraciones de oxígeno disuelto disminuyen dramáticamente con la profundidad y alcanzan niveles anóxicos debido a la materia orgánica que demanda oxígeno. Las bacterias, que descomponen esta materia orgánica, filtran el oxígeno del agua y producen subproductos ácidos. Los organismos delicados que no pueden sobrevivir bajo estas condiciones químicas morirán.

Causas de la proliferación de algas

  • Agua estancada
  • Altas temperaturas
  • Fertilizante escurrido
  • Exceso de nutrientes
  • Descarga química y residuos

Los efectos de las algas en el agua potable.

La eliminación de algas o subproductos de algas de las plantas de tratamiento de agua donde se toma agua de un reservorio de agua potable es costosa y requiere mucho tiempo (por ejemplo, la remoción y limpieza de los filtros de arena) y, por lo tanto, es poco práctica.

Muy a menudo, el crecimiento masivo de algas ocurre dentro de la planta de tratamiento de agua y causa varios problemas dentro del proceso, como la obstrucción de las pantallas de admisión, la contaminación de presas, el aumento de la demanda química, los sabores/olores y la liberación de toxinas. La intervención química en plantas de tratamiento de agua con el objetivo de reducir las algas y los problemas de contaminación involucra el uso de varios aditivos como el cloro y los algicidas (por ejemplo, sulfato de cobre). Su uso a su vez crea problemas con subproductos químicos peligrosos como el THM (trihalometano) o conduce a una liberación excesiva de concentraciones nocivas de toxinas en el agua tratada debido a la rápida descomposición de las algas. Tales compuestos hacen que el agua sea inadecuada para el consumo humano o para cualquier otro uso. Por lo tanto, es importante abordar el problema en el origen de la proliferación de algas, que es la represa, para evitar el impacto en todo el sistema de tratamiento.

Impacto de las cianotoxinas en el agua potable.

  • Riesgo de salud publica
  • Disminución o restricción del uso del agua.
  • Problemas de sabor y olor.
  • ¿Mayor consumo de químicos?
  • ¿Suministro de agua limitado? 

Se deben tomar medidas para que el agua sea segura para beber. Las algas deben ser controladas para reducir la frecuencia, duración y magnitud de la proliferación de algas nocivas. Las floraciones de algas son dinámicas, ya que pueden moverse hacia arriba y hacia abajo en la columna de agua y se distribuyen físicamente por todo el reservorio. Estas flores pueden aparecer al atardecer o al amanecer y desaparecer durante el día. El control del agua en tiempo real y el control de las algas antes de que se convierta en una floración importante es esencial. El monitoreo de los parámetros de calidad del agua tales como clorofila-a, ficocianina, temperatura, turbidez, oxígeno disuelto, pH y redox puede proporcionar información directa e indirecta sobre el crecimiento de algas en el agua. Sobre la base de esta información sobre la calidad del agua, es posible pronosticar oportunamente la aparición de posibles floraciones de algas nocivas. Teniendo ese conocimiento disponible, los operadores de la planta pueden lidiar mejor con los efectos secundarios negativos de los brotes de floración.

Tratamiento de algas en agua potable.

Las opciones de tratamiento clásico son productos químicos, rayos ultravioleta (UV) y aireación. La intervención química de la proliferación de algas implica tratar el agua con diferentes compuestos, generalmente sulfuro de cobre, alumbre o lantano, o cualquier otro producto que precipite o aisle los ortofosfatos ionizados. El uso de productos químicos para el tratamiento y el control de algas en estanques más pequeños puede ser eficiente, pero como el método es caro y las consecuencias ecológicas son inciertas en una variedad de formas, estos productos no son adecuados para el tratamiento de aguas más grandes. Además, la dosificación frecuente hace que el uso de productos químicos sea problemático y costoso. La iluminación UV representa una de las tecnologías de restauración de lagunas actuales más populares para la gestión de algas azul-verdes. Este método destruye las algas transmitidas por el agua al hacer que el agua pase a través de la luz ultravioleta, que esteriliza las algas y evita que se reproduzcan. El método de aireación es un proceso de agregar oxígeno al agua. Esto se puede hacer burbujeando aire en el agua, o dejando que el agua caiga a través del aire.

Soluciones para la floración de algas

  • Productos químicos
  • Aireación
  • Luz ultravioleta
  • Ultrasonido

Una solución efectiva en el suministro de agua son las ondas sonoras ultrasónicas. El ultrasonido son ondas sonoras con frecuencias superiores al límite audible superior de la audición humana (22 kHz). En frecuencias específicas, estas ondas de sonido se pueden utilizar para controlar el crecimiento de algas. El control de las algas con ultrasonido es una tecnología bien establecida que existe desde hace años. Es una tecnología respetuosa con el medio ambiente que es inocua para organismos acuáticos no objetivo como el zooplancton, los peces y las plantas. Debido al efecto directo del ultrasonido en la distribución vertical de las algas en la columna de agua, el ultrasonido influye en la capacidad de una especie de algas para formar una floración densa cerca de la superficie. Sin embargo, es importante para la eficiencia de la tecnología que se utilicen programas de frecuencia específicos, en función del tipo de alga que requiere control. Además, debido a la adaptabilidad de las algas durante las temporadas dentro de un cuerpo de agua, la capacidad de cambiar estas frecuencias ultrasónicas es importante para un control de algas de larga duración.

¿Cómo controlan las ondas sonoras las algas?

Las algas pueden moverse verticalmente a través del agua debido a sus vesículas de gas. Cuando suben a la superficie del agua donde la luz del sol es abundante para su fotosíntesis, pueden formar altas densidades y crear floraciones de algas visibles. Durante el tratamiento, las ondas de sonido ultrasónicas crean una presión ultrasónica en la capa superior del agua que no permite que las algas se muevan verticalmente a través del agua. De esta manera, las algas son empujadas hacia aguas más profundas y están aisladas en capas de agua donde las condiciones de luz son limitadas. Por lo tanto, las algas no son capaces de absorber la luz para su fotosíntesis y realizar otras funciones críticas para su crecimiento. Con más detalle, las frecuencias de ultrasonido generadas se dirigen a las estructuras celulares específicas de las algas, como las vesículas de gas y las vacuolas contráctiles, y por lo tanto interrumpen sus funciones vitales, como la fotosíntesis, la absorción de nutrientes y el control de la presión interna. Sin estas funciones, estas algas unicelulares eventualmente morirán. Además, el crecimiento de nuevas algas durante el tratamiento es limitado. Durante el tratamiento, la pared celular de las algas permanece intacta y evita la liberación de toxinas potencialmente dañinas de las algas al agua. El control ultrasónico interactivo de algas puede apuntar a tipos comunes de algas (por ejemplo, algas verdes, cianobacterias, diatomeas, algas filamentosas).

Cómo funciona

  • Monitorea la calidad del agua
  • Usa ondas de sonido específicas para especies de algas específicas
  • Restaura ecosistemas
  • Previene futuras floraciones de algas

Ultrasonido de baja potencia para controlar el crecimiento de algas que no controla las algas a través de las altas presiones y temperaturas asociadas con la cavitación. La cavitación es un fenómeno en el que el ultrasonido de alta potencia provoca la formación de microburbujas que implosionan, causando calor intenso, alta presión local y la generación de radicales de hidrógeno. Este proceso puede destruir las células y dará lugar a la liberación de toxinas de algas en el reservorio, además, el consumo de energía requerido para esta técnica o para tratar incluso un volumen pequeño es alto, lo que hace que esta tecnología no sea adecuada para el tratamiento en un lago o estanque. Una solución más efectiva es el uso de ultrasonidos de baja potencia para controlar el crecimiento de algas, esto evita la liberación de toxinas algales en el agua. La solución MPC-Buoy utiliza este tipo de ultrasonido. Es un sistema de energía solar flotante que combina el monitoreo de la calidad del agua en tiempo real con la tecnología de ultrasonido interactivo. Los datos del agua recolectados se envían a un servidor en línea donde se pueden predecir la proliferación de algas y los programas ultrasónicos se pueden actualizar automáticamente. De esta manera, se detecta oportunamente un crecimiento excesivo de algas y se trata a diario.

Casos

La tecnología de ultrasonido combinada con el monitoreo de la calidad del agua en tiempo real proporciona una solución rentable para controlar la proliferación de algas en los reservorios de agua potable. Al manejar el problema en la fuente, se reduce la ingesta de células de algas y sus subproductos potenciales (toxinas, geosminas, MIB) en la planta de tratamiento de agua, lo que resulta en menos problemas operativos dentro de la planta en sí.

Estudio de caso de Empresas Públicas de Medellín: Tratamiento ultrasónico de la reserva de agua de La Fe (Colombia)

El embalse de La Fe es un reservorio de agua dulce en Medellín, Colombia. El lago mide 1.1 kilómetros cuadrados y se utiliza para suministrar agua potable a aproximadamente el 55% de las personas en la ciudad de Medellín. Debido a los problemas de la floración de algas, tanto el suministro de agua potable como la recreación se vieron obstaculizados. Empresas Públicas de Medellín (EPM) es la empresa responsable de la calidad del agua del embalse. La práctica principal de los operadores de plantas de tratamiento de agua para eliminar algas fue la dosificación de productos químicos como el sulfato de cobre y otros alguicidas. Dichos métodos se consideran económicos y pueden funcionar rápidamente, pero deben aplicarse de forma continua e implican un alto riesgo de toxicidad debido a la lisis directa de las algas y los efectos negativos en organismos no objetivo. Para controlar las algas de forma respetuosa con el medio ambiente y controlar las algas de manera eficaz, EPM instaló ocho sistemas MPC-Buoy en 2015 en el embalse de La Fe. Durante los primeros meses del tratamiento en el embalse de La Fe, el área fótica en el lago ya había aumentado debido a la disminución de las concentraciones de algas. Las pruebas de calidad del agua de EPM también indicaron una reducción drástica de diatomeas y cianobacterias en toda la columna de agua del embalse de La Fe. Además, desde la instalación del sistema, la proliferación de algas se ha controlado de manera efectiva, incluso en las condiciones ambientales extremas de “El Niño” de 2015-2016. Los sistemas interactivos de control de algas permitieron ajustar el tratamiento para una población de algas altamente dinámica y de rápido crecimiento. Esto redujo significativamente los costos de tratamiento químico también.

Tratamiento ultrasónico de algas en un embalse de Nueva Jersey (EE.UU.)

En 2014, American Water, la mayor empresa de servicios públicos de agua y aguas residuales que cotiza en bolsa en Estados Unidos, instaló cuatro sistemas de control de algas MPC-Buoy en la planta de tratamiento de agua de Canoe Brook en Short Hills, Nueva Jersey. Los episodios de sabor y olor se produjeron debido a las altas concentraciones de algas. El objetivo principal era reducir las algas y, por lo tanto, los compuestos que causan el sabor y el olor (geosmina y MIB), mientras que el objetivo secundario era disminuir las dosis químicas y aumentar los tiempos de funcionamiento del filtro. El uso del tratamiento ultrasónico interactivo se usó para controlar las algas como una alternativa a los alguicidas a base de cobre. El monitoreo de agua en tiempo real estuvo continuamente midiendo la calidad del agua y el progreso del tratamiento ultrasónico. Sobre la base de los datos de clorofila-a, ficocianina y turbidez, las boyas parecían controlar muy bien el crecimiento de algas. Cuando las nuevas especies de algas (Aphanizomenon sp.) comenzaron a florecer en el reservorio debido a una importante entrada de agua de un reservorio ajustado, el programa ultrasónico se ajustó para apuntar a esta especie y dio como resultado el control activo de su crecimiento.

Las algas finalmente se hundieron hasta el fondo del reservorio. Debido a que las células de algas no están lisadas, los metabolitos (incluidos los compuestos T&O, pigmentos y toxinas) estaban contenidos dentro de las células y no se liberaban al agua. Las amplias mediciones analíticas realizadas por American Water mostraron que el sistema de ultrasonidos interactivo resultó en una mejora en la calidad del agua. Los valores para los recuentos de algas y pigmentos volvieron a los niveles de referencia, mientras que los compuestos indeseables de sabor y olor estaban bien controlados en el agua tratada entregada a los clientes. Además, la reducción del consumo de productos químicos fue más del 20% en comparación con el año anterior, mientras que los ciclos de filtros son más largos (127% mejores) y los volúmenes de ciclos de filtros unitarios más altos (83% más altos) se estimaron en comparación con el año anterior al tratamiento. Sobre la base de las comparaciones económicas, se calculó un tiempo de amortización de 1,8 años.

Estudio de caso de cuidado de aguas: tratamiento ultrasónico de la presa de bajo Nihotupu (Nueva Zelanda)

La presa de bajo Nihotupu es uno de los cinco reservorios de la cordillera Waitakere que suministran agua a Auckland. Cubre un área de 52,9 hectáreas y es administrado por Water Care Services Limited, una compañía propiedad del consejo. Se instalaron cinco sistemas MPC-buoys en 2017 con una cobertura total del reservorio para controlar las algas en sus niveles más bajos y evitar cualquier incidente de florecimiento. Sobre la base de los datos de monitoreo en línea y el algoritmo desarrollado, los programas de ultrasonidos se modificaron remotamente a las condiciones específicas del agua. Los datos de monitoreo del agua en tiempo real muestran una concentración de algas bastante estable y baja durante la primavera. Durante los períodos cálidos, los programas de ultrasonidos se ajustaron oportunamente para evitar la tendencia creciente de algas y cianobacterias y revertirla a niveles normales. Los niveles de algas durante el verano durante el año de tratamiento fueron un 90% menos en comparación con el año anterior. Además, se mantuvo un rango óptimo de pH durante el tratamiento de acuerdo con los umbrales establecidos con el usuario.

 

 

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