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CAPÍTULO I

PROCESOS DE PURIFICACIÓN Y ENVASADO DE AGUA

El agua pura es un recurso renovable, sin embargo puede llegar a estar tan contaminada

por las actividades humanas, que ya no sea útil, sino nociva, de calidad deficiente.

La evaluación de la calidad del agua ha tenido un lento desarrollo. Hasta finales del

siglo XIX no se reconoció el agua como origen de numerosas enfermedades infecciosas;

sin embargo hoy en día, la importancia tanto de la cantidad como de la calidad del agua

está fuera de toda duda1.

La importancia que ha cobrado la calidad del agua ha permitido evidenciar que entre los

factores o agentes que causan la contaminación de ella están: agentes patógenos,

desechos que requieren oxígeno, sustancias químicas orgánicas e inorgánicas, nutrientes

vegetales que ocasionan crecimiento excesivo de plantas acuáticas, sedimentos o

material suspendido, sustancias radioactivas y el calor.

La contaminación del agua es el grado de impurificación, que puede originar efectos

adversos a la salud de un número representativo de personas durante períodos

previsibles de tiempo.

Se considera que el agua está contaminada, cuando ya no puede utilizarse para el uso

que se le iba a dar, en su estado natural o cuando se ven alteradas sus propiedades

químicas, físicas, biológicas y su composición. En líneas generales, el agua está

contaminada cuando pierde su potabilidad para consumo diario o para su utilización en

actividades domésticas, industriales o agrícolas2.

Para evitar las consecuencias del uso del agua contaminada se han ideado mecanismos

de control temprano de la contaminación. Existen normas que establecen los rangos

permisibles de contaminación, que buscan asegurar que el agua que se utiliza no sea

dañina.

1.1 PURIFICACIÓN DEL AGUA

1 www.clubecologico.com/ce

2 www.tudiscovery.com/contaminacion

4

La purificación del agua para el consumo humano significa la extracción, desactivación

o eliminación de los microorganismos patógenos que existen en el agua. La destrucción

y desactivación de los microorganismos supone el final de la reproducción y

crecimiento de estos microorganismos. Si estos microorganismos no son eliminados el

agua no es potable y es susceptible de causar enfermedades.

Debido a esto nuestro proyecto va enfocado a obtener agua purificada, que sea apta para

el consumo, con los procesos y métodos más convenientes para nuestro medio y así

garantizar una óptima calidad.

La inactivación química de los contaminantes microbiológicos en agua natural o no

tratada es normalmente uno de los pasos finales de la purificación para la reducción de

microorganismos patógenos en el agua3. La combinación de diferentes procesos para la

purificación del agua (sedimentación, filtración, desinfección, cloración, por ozono,

rayos ultravioleta, etc.) se utiliza para la producción de agua potable y segura para la

salud.

1.1.1 PROCESOS DE PURIFICACIÓN DEL AGUA

El agua purificada se obtiene mediante varios procesos de purificación, contrario a lo

que se puede pensar, ya que antes el agua solo se "filtraba" y estaba lista para tomar,

hoy en día no solo se debe filtrar, pues la filtración es solo eliminar partículas

suspendidas en el agua como tierra, estos contaminantes son los mas inofensivos, por lo

que actualmente se deben eliminar mucho más contaminantes del agua.

1.1.1.1 PURIFICACIÓN DEL AGUA POR SEDIMENTACIÓN

La sedimentación es el proceso a través del cual el material sólido, contenido en una

corriente de agua, se deposita en el fondo del río, embalse, canal artificial, o dispositivo

construido especialmente para tal fin. Toda corriente de agua, que tenga un caudal de

agua, tiene la capacidad de transportar material sólido en suspensión. Al tener el líquido

en reposo puede hacer que el material transportado se sedimente.

El sedimento es un material sólido, acumulado sobre la superficie terrestre derivado de

las acciones de fenómenos y procesos que actúan en la atmósfera, en la hidrosfera y en

3 www.lenntech.es/...es/que-es-desinfeccion.htm

5

la biosfera (vientos, variaciones de temperatura, precipitaciones meteorológicas,

circulación de aguas superficiales o subterráneas, desplazamiento de masas de agua en

ambiente marino o lacustre, acciones de agentes químicos, acciones de organismos

vivos).

Para la realización del proceso de Sedimentación es indispensable la acción de la

gravedad, para lograr que los sólidos suspendidos en el líquido por acción de su propio

peso tiendan a depositarse en el fondo.

La sedimentación es un proceso que forma parte de la potabilización del agua y de la

depuración de aguas residuales4.

En el caso de la potabilización del agua, el proceso de sedimentación está gobernado

por la ley de Stokes, que indica que las partículas sedimentan más fácilmente cuando

mayor es su diámetro, su peso específico comparado con el del líquido, y cuando menor

es la viscosidad del líquido. Por ello, cuando se quiere favorecer la sedimentación se

trata de aumentar el diámetro de las partículas, haciendo que se agreguen unas a otras.

La sedimentación puede ser simple o secundaria. La sedimentación simple se emplea

para eliminar los sólidos más pesados sin necesidad de otro tratamiento especial;

mientras mayor sea el tiempo de reposo mayor será el asentamiento y consecuentemente

la turbidez será menor, haciendo el agua más transparente5.

El reposo natural prolongado también ayuda a mejorar la calidad del agua, pues provee

oportunidad de la acción directa del aire y los rayos solares, lo cual mejora el sabor y

elimina algunas sustancias nocivas del agua.

La sedimentación secundaria ocurre cuando se aplica un coagulante para producir el

asiento de la materia sólida contenida en el agua.

1.1.1.2 PURIFICACIÓN DEL AGUA POR FILTRACIÓN

Al fluir el agua a través de la arena y rocas dirigiéndose a los acuíferos, es filtrada y

purificada. Muchos sistemas de filtración de agua creados por el hombre son basados

4 SENIOR, D. A. G. y ASHURST, P. R. Tecnología del agua embotellada

5 contaminacion-purificacion-agua.blogspot.com

6

sobre los mismos principios que nosotros vemos cuando el agua fluye verticalmente

hacia adentro de los acuíferos.

La filtración es el proceso de remover sólidos suspendidos del agua al pasar ésta a

través de una estructura permeable o un lecho poroso de materiales. El agua subterránea

es filtrada naturalmente cuando fluye a través de capas porosas del suelo. Sin embargo,

las aguas superficiales y el agua subterránea bajo la influencia de agua superficial esta

sujeta a contaminación de varias fuentes. Algunos de estos contaminantes ponen en

riesgo la salud humana, y la filtración es uno de los métodos más antiguos y simples

para removerlos.

1.1.1.3 PURIFICACIÓN DEL AGUA POR DESINFECCIÓN

La desinfección del agua para uso humano tiene por finalidad la eliminación de los

microorganismos patógenos contenidos en el agua que no han sido eliminados en las

fases iniciales del tratamiento del agua6.

La desinfección del agua es necesaria como uno de los últimos pasos en la planta de

tratamiento de agua potable, para prevenir que esta sea dañina para nuestra salud.

Muchas veces, tratándose de agua de manantiales naturales o de pozo, la desinfección es

el único tratamiento que se le da al agua para obtener agua potable. Existen diversos

métodos para la desinfección del agua

1.1.1.3.1 EBULLICIÓN DEL AGUA

Es un método efectivo para desinfectar pequeñas cantidades de agua, aun si presenta

contenido de materia orgánica7. Al hervir el agua se logra la destrucción de los agentes

patógenos presentes en ella. Para ello se debe garantizar la ebullición vigorosa de todo

el líquido durante, al menos, uno o tres minutos. Es una buena práctica almacenar el

agua en el mismo recipiente en el que se hirvió. Si es necesario el almacenamiento del

agua hervida en otro recipiente, es importante que éste sea desinfectado antes de

transferir el agua.

6 SENIOR, D. A. G. y ASHURST, P. R. Tecnología del agua embotellada

7 www.sld.cu/galerias/pdf/sitios/vigilancia

7

Los quistes de amebas se destruyen en dos minutos en el agua a 50º C, mientras los de

Giardia se inactivan de inmediato cuando son sometidos al agua hirviendo. Los virus

también son inactivados luego de aproximadamente 1 o 3 minutos de exposición al agua

en ebullición.

Sin embargo, hervir el agua tiene varias desventajas, siendo la más importante el hecho

de que no proporciona protección contra la recontaminación, por lo que debe tenerse

especial cuidado en su conservación y posterior manipulación.

Además, el sabor del agua hervida suele ser desagradable y, aunque la aireación puede

mejorarlo, no se recomienda por la posibilidad de recontaminación que esto representa.

Otro aspecto a considerar es el costo del proceso y lo difícil y poco práctico que resulta

manejar grandes cantidades de agua hirviendo o hervida.

1.1.1.3.2 DESINFECCIÓN QUÍMICA

Existen diferentes sustancias químicas que pueden utilizarse para la desinfección del

agua para consumo humano, siendo de las más utilizadas el cloro y el yodo, tanto en

compuestos líquidos como sólidos.

Cada uno de estos compuestos puede proporcionar una desinfección eficaz si se aplican

de forma adecuada.

Cloro: El cloro se encuentra a la venta en diferentes formulaciones y presentaciones,

relativamente sencillas de aplicar al agua, siendo un bactericida y virucida eficaz en la

mayoría de las situaciones que, además, proporciona un residual que puede medirse

fácilmente y ayuda a proteger el agua contra la recontaminación microbiana8.

Los agentes patógenos bacterianos presentes en el agua pueden controlarse eficazmente

mediante una cloración fiable siempre que esta esté clara. Esto es importante, si

tenemos en cuenta que los agentes bacterianos son responsables de hasta el 45,0% de

los casos de diarrea en los niños de países en desarrollo.

8 www.sld.cu/galerias/pdf/sitios/vigilancia

8

De igual manera Vibrio cholerae, causante de la reciente epidemia en América Latina es

susceptible al cloro.

Sin embargo, con relación a los protozoos, Giardia lamblia considerada entre los

agentes patógenos más resistentes a la desinfección, sus quistes pueden persistir en el

agua clorada, a las dosificaciones, temperaturas y tiempos de contacto normalmente

usados en la cloración del agua para fines potables.

Presentación y uso.

El cloro se comercializa en diferentes tipos de compuestos, fundamentalmente como

hipoclorito de calcio o de sodio. En el primero de los casos, se trata de un polvo con

concentraciones entre el 20 y el 70 %, mientras que el hipoclorito de sodio es un líquido

con concentraciones inferiores, del orden del 3 al 10 %.9

Es oportuno señalar que el hipoclorito de sodio comercial puede contener sustancias

tóxicas, en cuyo caso no deberá emplearse para la desinfección del agua para beber.

Otro aspecto de importancia es la inestabilidad de estos compuestos, cuya actividad

disminuye con el tiempo, por lo que deben conservarse cuidadosamente protegidos de la

luz.

Para tratar de obviar estos inconvenientes existen preparados comerciales, usualmente

en forma de tabletas, cuyo principio activo es un compuesto de cloro cuya estabilidad

es superior y pueden conservarse durante un período mayor de tiempo. Las formas de

empleo de estas tabletas vienen definidas por los fabricantes de acuerdo a las

concentraciones de cloro activo que aportan una vez disueltas.

Si no se conoce la concentración del contenido de cloro, añada diez gotas por litro de

agua. Doble la cantidad de cloro para agua turbia o con color.

El agua tratada se deberá mezclar bien y dejarla reposar durante 30 minutos. El agua

deberá tener un ligero olor a cloro, si no es así, repita la dosis y permita al agua reposar

9SENIOR, D. A. G. y ASHURST, P. R. Tecnología del agua embotellada

9

otros 15 minutos. Si después del tiempo de 45 minutos, el agua ha quedado con olor y

sabor a cloro que resulte desagradable, se recomienda poner el agua en botellas o

garrafones transparentes de plástico o vidrio y colocarla por lo menos 2 horas expuestas

a la luz del día o dejarla reposar expuesta al aire durante varias horas.

Yodo:

La utilización del yodo no es muy recomendable ya que puede ocasionar problemas en

la salud de personas sensibles a su composición y además por su alto costo.

La eficacia del yodo contra las bacterias, los virus, quistes de amebas y otros

microorganismos de enfermedades transmitidas por el agua es bien conocida, si bien

esta acción, al igual que en el caso del cloro se reduce cuando el pH es alto aunque, a

diferencia de este, su eficacia contra los virus aumenta al incrementarse el pH10

.

La combinación del yodo con el cloro posee, aparentemente, un efecto sinérgico y

juntos, aún a bajas dosis, manifiestan una acción desinfectante superior a la de cada uno

por separado, siendo especialmente eficaz esta asociación sobre microorganismos

resistentes al cloro

Presentación y uso:

Tintura de Yodo: El yodo común que se utiliza en el hogar por motivos medicinales se

puede también utilizar para desinfectar el agua. Añada dos gotas al 2 por ciento de

tintura de yodo por cada litro de agua limpia. Para el agua turbia añada diez gotas,

aunque se recomienda una clarificación previa del líquido previa a la desinfección.

Después de la aplicación del yodo, el agua debe mezclarse y dejarse reposar durante

unos 15 o 20 minutos. Si después del tiempo de 45 minutos, el agua ha quedado con

olor, sabor a yodo y además de color amarillento, se recomienda poner el agua en

botellas o garrafones transparente de plástico o vidrio y colocar por lo menos 2 horas a

la luz del día. Así puede removerse del agua el exceso de Yodo.

1.1.1.3.3 DESINFECCIÓN POR RAYOS ULTRAVIOLETA

10

www.sld.cu/galerias/pdf/sitios/vigilancia/

10

La desinfección de agua por radiación ultravioleta (U.V.) es un procedimiento físico,

que no altera la composición química, ni el sabor ni el olor del agua11

.

La seguridad de la desinfección U.V. está probada científicamente y constituye una

alternativa segura, eficaz, económica y ecológica frente a otros métodos de desinfección

del agua, como por ejemplo la cloración.

La radiación U.V. constituye una de las franjas del espectro electromagnético y posee

mayor energía que la luz visible. La irradiación de los gérmenes presentes en el agua

con rayos U.V. provoca una serie de daños en su molécula de ADN, que impiden la

división celular y causan su muerte.

La luz ultravioleta, a la onda germicida de 253.7 nanómetros, altera el material genético

(DNA) en las células para que los microbios, virus, mojo, alga y otros microorganismos

no puedan reproducirse. Los microorganismos están considerados muertos y se les

elimina el riesgo de enfermedad.

La principal aplicación de los equipos U.V. es la desinfección de agua. Cualquier

industria que utilice agua en su proceso industrial es susceptible de usar estos equipos.

Los esterilizadores U.V están compuestos:

Cámara de Irradiación.

Tubo de cuarzo.

Lámpara germicida.

Cuadro eléctrico constituido por:

11

www.sefiltra.com/esterilizadores-radiacion-ultravioleta

11

Interruptor/ piloto de funcionamiento.

Indicador visual de avería de cada lámpara.

Medidor de horas de uso.

Ventajas:

A diferencia del cloro y el ozono, el UV no genera subproductos de desinfección como

trihalometanos (THM) y bromato, que son considerados cancerígenos.

El UV no altera el sabor, olor, color y pH del agua.

El UV no requiere la adición de productos químicos. El UV es un equipo compacto,

fácil de instalar y casi no requiere mantenimiento.

Provee desinfección sin el uso de químicos.

Reduce bacteria, virus y protozoa en un 99.99%.

Arranques electrónicos proveen un voltaje estable.

Avisa cuando requiere mantenimiento.

Fabricado en acero inoxidable 304 pulido.

Fácil de operar y mantener.

1.1.1.4 PURIFICACIÓN DEL AGUA POR OZONO

El Ozono se utiliza para la desinfección de agua ya que descompone agresivamente a

los organismos vivos sin dejar residuos químicos que puedan afectar la salud o el sabor

del agua12

.

De manera general se puede decir que el ozono tiene las siguientes ventajas:

12

SENIOR, D. A. G. y ASHURST, P. R. Tecnología del agua embotellada

12

Eliminación del color, olor y sabor del agua.

Reducción de la turbiedad, contenido en sólidos en suspensión y de las

demandas químicas (DQO) y biológicas del oxígeno (DBO).

El ozono es un producto desinfectante y no solo elimina las bacterias patógenas,

además crea un residual que inactiva los virus y otros microorganismos que no son

sensibles a la desinfección con cloro.

Como purificador de agua, el ozono es un gas muy efectivo. No sólo elimina las

bacterias causantes de enfermedades, sino que también inactiva virus y otros

microorganismos que el cloro no puede destruir. El equipo consta de un generador de

ozono, dos válvulas y un secador de aire, y tiene la capacidad para purificar

aproximadamente 300 litros de agua diarios por alrededor de 6 años. Su principal

desventaja es su elevado costo; además, requiere mantenimiento constante, instalación

especial y utiliza energía eléctrica.

1.1.1.5 PURIFICACIÓN DEL AGUA POR OSMOSIS INVERSA13

El proceso de ósmosis inversa utiliza una membrana semipermeable que separa y

elimina del agua sólidos, sustancias orgánicas, virus y bacterias disueltas en el agua.

Puede eliminar alrededor de 95% de los sólidos disueltos totales (SDT) y 99% de todas

las bacterias. Las membranas sólo dejan pasar las moléculas de agua, atrapando incluso

las sales disueltas. Por cada litro que entra a un sistema de ósmosis inversa se obtienen

500 ml de agua de la más alta calidad, sin embargo, deben desecharse los otros 500 ml

que contienen los SDT. Durante la operación, la misma agua se encarga de limpiar la

membrana, disminuyendo los gastos.

1.2 PROCESOS DE ENVASADO DE AGUA

1.2.1 ABASTECIMIENTO DE AGUA

El agua bruta puede provenir de aguas superficiales (ríos, lagos, embalses, canales) o de

aguas subterráneas (pozos, manantiales). Cuanta mayor calidad tenga, menores serán los

tratamientos de potabilización a los que habrá que someterla. En ocasiones se

13

www.ecomundo.com.mx/.../articulo_16

13

construyen depósitos de reserva de agua bruta, que aseguran el suministro durante un

cierto tiempo en caso de cortes de la fuente de abastecimiento.

En general, las fuentes subterráneas de agua son preferibles porque requieren menos

tratamiento, especialmente si se trata de agua procedente de manantiales cuyo flujo es

movido por la gravedad, es decir, sin que haya necesidad de utilizar bombas de

extracción. Es necesario mantener la vigilancia de todas las fuentes de agua para evitar

la explotación excesiva14

.

1.2.2 RECEPCIÓN

La recepción del agua desde el punto de abastecimiento hasta la planta de envasado se

ha de hacer en un material apto para el contacto con alimentos, como el acero

inoxidable, algunos materiales plásticos, etc. En cualquier caso, la recepción debe ser

inspeccionable, cerrada, continua y estar totalmente protegida frente a la eventual

contaminación. No son recomendables los almacenamientos de grandes masas de agua

en recintos previos a la planta, pues esta práctica conlleva una proliferación de la flora

bacteriana hasta límites no deseados.

1.2.3 PURIFICACIÓN

Para las aguas en general se permite la oxigenación, decantación y filtración para la

separación de elementos inestables, tales como el hierro, azufre y otros, siempre que

dicho tratamiento no persiga modificar la composición de aquellos constituyentes del

agua que le confieren sus propiedades esenciales. Se permite también, en este tipo de

aguas, la adición o eliminación de anhídrido carbónico, así como la separación de

compuestos de hierro, manganeso y arsénico por aire enriquecido en ozono. Se admiten

los efectos derivados de la evolución normal del agua durante la conducción y

envasado, tales como variaciones en la temperatura, radiactividad, gases disueltos.

1.2.4 LIMPIEZA DE ENVASES

14

www.sphereproject.org/content

14

El ciclo de lavado se realiza con chorros de agua bajo presión internos y externos. Una

operación de cepillado externo, facilitada por la rotación de los botellones, permite

remover inclusive los sedimentos más resistentes.

Las distintas estaciones de lavado se basan en:

1. Vaciado de los botellones.

2. Prelavado interno y externo en recirculación, con agua a 30ºC.

3. Escurrido.

4. Lavado interno y externo en recirculación a 65ºC y estaciones de cepillado

externo.

5. Escurrido/Vaciado por medio de chorros de aire bajo presión.

6. Enjuagado 1º interno y externo con agua a 40ºC, seguido de escurrido.

7. Enjuagado 2º más desinfectante interno y externo con agua más desinfectante a

30ºC, seguido de escurrido.

8. Enjuague final interno y externo con agua ozonizada corriente.

9. Escurrido /Vaciado por medio de chorros de aire bajo presión.

1.2.5 ENVASADO

Los equipos de llenado son sistemas de manejo de productos diversos que son

dosificados a un envase por medio de una válvula o boquilla mediante el uso de presión,

gravedad o la combinación de ambos factores y usan para este fin sistemas de control

como son la volumetría, gravimetría, peso, control de flujo, etc.

El llenado se hace sin ninguna corriente de aire ya que esto puede interferir con la

calidad bacteriológica del agua principalmente.

Si el garrafón se llena en un lugar abierto el contenido de mesofilos aerobios del agua se

sale de la norma, y de todas maneras no es nada higiénico hacerlo de esta manera.

1.2.6 TAPADO Y SELLADO

Durante el proceso de: tapado o sellado, tanto como envases retornables y no

retornables, el desempeño de la taponadora y la selladora deben ser monitoreados y los

envases llenados deben ser inspeccionados visual o electrónicamente, para asegurar que

han sido tapados y sellados apropiadamente. Los envases que no sean satisfactorios

15

deben ser reprocesados o rechazados. Deben ser utilizados envases, tapones y sellos no

tóxicos. Todos los envases, tapones y sellos deben ser muestreados e inspeccionados

para asegurar que están libres de contaminación.

1.2.7 ETIQUETADO

El etiquetado es necesario para la imagen del producto, la marca será visible en esta

para que los clientes puedan reconocerla además tendrá la descripción del producto así

como su composición.

Este proceso puede ser manual o automatizado, la etiqueta será fabricada en un material

plástico o de papel plastificado que por su reverso tenga un material adherente para

fijarla en el envase de manera segura.

1.2.8 ALMACENAMIENTO DEL PRODUCTO

El almacenamiento del producto consiste en llevar los garrafones desde el fin de la línea

de producción hasta la bodega de producto terminado, el mismo que lo adecuamos para

almacenarlo y su posterior despacho, la bodega debe contener una limpieza óptima,

tamaño adecuado y su ubicación debe ser el apropiado dentro de la planta.