UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE …MAPA CONCEPTUAL DE LA ESTRUCTURA DEL ARTICULO DE ......

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS CARRERA DE QUÍMICA FARMACÉUTICA TRABAJO DE TITULACION ARTICULO DE REVISIÓN SUBPRODUCTOS DE LA CLORACION DEL AGUA, SU FORMACIÓN, REGLAMENTACIÓN Y RIESGOS PARA LA SALUD HUMANA Para optar por el título de Químico Farmacéutico AUTOR: Eduardo Vinicio López Jiménez [email protected] TUTOR: MSc. Ronny Flores [email protected] Quito, noviembre de 2016

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

CARRERA DE QUÍMICA FARMACÉUTICA

TRABAJO DE TITULACION

ARTICULO DE REVISIÓN

SUBPRODUCTOS DE LA CLORACION DEL AGUA, SU FORMACIÓN,

REGLAMENTACIÓN Y RIESGOS PARA LA SALUD HUMANA

Para optar por el título de Químico Farmacéutico

AUTOR: Eduardo Vinicio López Jiménez

[email protected]

TUTOR: MSc. Ronny Flores

[email protected]

Quito, noviembre de 2016

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López Jiménez, Eduardo Vinicio (2016). Artículo de Revisión de los Subproductos de la

Cloración del Agua, su Formación, Reglamentación y Riesgos para la Salud Humana.

Artículo de Revisión para optar por el Titulo de Químico Farmacéutico. Facultad de

Ciencias Químicas. Quito: UCE. 38p.

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DEDICATORIA

Este Articulo de Revisión Dedico con todo mi Amor a mi Amada Esposa e Hija, Padres,

Hermano y Hermanas, quienes me dieron todo su apoyo incondicional, gracias por su

infinito amor y por creer en mí; quienes con mucho esfuerzo han hecho de mí la persona

que soy, por estar a mi lado apoyándome en momentos buenos y malos, guiándome por el

buen camino y enseñándome a ser un excelentes ser humano.

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AGRADECIMIENTOS

A Dios y a la Virgencita del Cisne por Guiarme e Iluminarme.

A mi Familia, por todas sus enseñanzas por comprenderme y apoyarme en todo momento.

A mí tío Ing. Iván López, Ing. Fausto Moreano y Lic. Alexandra Brito por darme la

oportunidad y acompañarme en el transcurso de mi vida de estudiante, por compartir sus

conocimientos, brindarme su ayuda y aconsejarme para cumplir con una de mis metas y

continuar superándome como profesional.

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS

CARRERA DE QUÍMICA FARMACÉUTICA

AUTORIZACIÓN DEL AUTOR

Yo, Eduardo Vinicio López Jiménez, en calidad de autor del Artículo de Revisión

cuyo título es “Subproductos de la Cloración, su Formación, Reglamentación y Riesgos

para la Salud Humana”, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL

ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen a parte de los que

contiene este Articulo de Revisión, con fines estrictamente académicos o de investigación.

Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los

Artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su

Reglamento.

Quito, a 30 de Noviembre de 2016

……………………….…….

Sr. Eduardo López Jiménez.

C.I. 1717729030

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS

CARRERA DE QUÍMICA FARMACÉUTICA

CONSTANCIA DE APROBACIÓN DEL TUTOR

Por la presente, dejo constancia que he leído el Artículo de Revisión; presentado

por el Señor Eduardo López Jiménez, para optar por el título de Químico Farmacéutico,

cuyo título es “Subproductos de la Cloración, su Formación, Reglamentación y Riesgos

para la Salud Humana”, el mismo que reúne los requisitos y méritos suficientes para ser

sometido a evaluación por el Tribunal Examinador.

En la ciudad de Quito, a los 30 días del mes de Noviembre de 2016

Firma del Tutor

…………………………….

MSc. Ronny Flores

CI: 1709556367

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INDICE DEDICATORIA .................................................................................................................... iii

AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................... iv

AUTORIZACIÓN DEL AUTOR .......................................................................................... v

CONSTANCIA DE APROBACIÓN DEL TUTOR ............................................................. vi

LISTA DE TABLAS ........................................................................................................... viii

LISTA DE FIGURAS ......................................................................................................... viii

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 12

MATERIALES Y MÉTODOS............................................................................................. 13

DESINFECTANTES DEL AGUA ...................................................................................... 14

Cloración .............................................................................................................................. 14

Reactivos de cloro utilizados en la desinfección .................................................................. 16

Cloro molecular (Cl2) ....................................................................................................... 16

Hipoclorito de sódio (NaClO) ........................................................................................... 17

Hipoclorito de calcio Ca(ClO)2 ........................................................................................ 17

Cloraminas ........................................................................................................................ 18

Dioxido de cloro (ClO2) ................................................................................................... 19

Clasificación de los subproductos de la cloración. ............................................................... 19

Subproductos mayoritarios ............................................................................................... 20 Trihalometanos ............................................................................................................................ 20

Subproductos minoritarios ................................................................................................ 22 Ácidos acéticos halogenados ....................................................................................................... 22

Mutágeno X (MX) ......................................................................................................................... 22

Mecanismos de formación de los subproductos del cloro .................................................... 23

REGLAMENTACIÓN NACIONAL E INTERNACIONAL .............................................. 25

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 32

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................................. 34

ANEXO 1. MAPA CONCEPTUAL DE LA ESTRUCTURA DEL ARTICULO DE REVISION ........................................................................................................................... 38

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. THMs comunes ..................................................................................................... 20 Tabla 2. Concentraciones medias de THM (ug/L) en el agua potable de diversos países de la Unión Europea .................................................................................................................. 26 Tabla 3. Valores máximos permisibles de THM de distintas regulaciones y normativas para agua de consumo .................................................................................................................. 27 Tabla 4. Dosis de referencia (RfD), Unidad de Riesgo de Cáncer (URC) y Factores de Potencia Carcinogénica (SF) utilizados, por vía de exposición y especie de THM ............. 28 Tabla 5. Residuos de desinfectantes .................................................................................... 30 Tabla 6. Subproductos de desinfección ............................................................................... 30 Tabla 7. Valores máximos permitidos de distintas legislaciones y normativas. ................. 33

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Mecanismo de formación de los THM ................................................................. 24

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SUBPRODUCTOS DE LA CLORACION DEL AGUA, SU FORMACIÓN,

REGLAMENTACIÓN Y RIESGOS PARA LA SALUD HUMANA

Autores:

Eduardo López1, Ronny Flores2

RESUMEN

Los subproductos de la cloración del agua resultan de la reacción entre la materia orgánica

natural y el cloro, se caracterizan por ser precursores de enfermedades cancerígenas cuando

el ser humano está expuesto a concentraciones elevadas, por otro lado, existen métodos

para la desinfección del agua que no dejan residuos, pero estos tienen un costo muy

elevado, por lo cual se continua utilizando el método tradicional y universal que es la

cloración del agua.

El objetivo del presente trabajo de investigación es dar a conocer la existencia de los

subproductos de la cloración que pueden generar patologías cancerígenas y la inclusión de

los límites máximos permisibles de los subproductos de la cloración del agua en la

normativa ecuatoriana.

Este trabajo recopila 50 artículos científicos desde el año 2000 hasta la actualidad sobre la

formación y efectos de los subproductos de desinfección presentes en el agua de consumo,

en especial los subproductos de cloración. Se conocen más de 600 subproductos, de los

cuales algunos han mostrado una serie de incidencias sobre la salud como mutagenicidad,

teratogenicidad y son productores de diferentes tipos de cáncer. Este estudio hace notar

que, si bien, en la norma ecuatoriana NTE INEN 1108: 2014 Agua Potable, requisitos,

existen límites máximos permitidos para los subproductos de cloración del agua, en otros

países estos límites son más bajos e inclusive se regulan algunos subproductos que no están

en esta norma y que deberían incluirse debido a que pueden poseer efectos dañinos sobre la

salud.

1 Estudiante de la Carrera de Química Farmacéutica de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central del Ecuador 2 Quím, MSc, PhD, Docente e Investigador de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central del Ecuador

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Palabras clave: Cloración del agua, subproductos de cloración del agua, subproductos de

desinfección del agua, trihalometanos, ácidos haloacéticos, subproductos minoritarios.

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ABSTRACT

The by-products of water chlorination result from the reaction between natural organic

matter and chlorine, they are characterized by are precursors of cancerous diseases when

humans are exposed to high concentrations; however, there are experimental studies only in

animals. On the other hand, there are methods for the disinfection of water that do not leave

residues, but these have a very high cost, by which is why the traditional and universal

method of water chlorination is used.

The objective of this research is to make known the existence of chlorination by-products

that can generate cancerous pathologies and the inclusion of the maximum permissible

limits of the byproducts of water chlorination in the Ecuadorian legislation.

This paper compiles more than 50 scientific articles on the formation and effects of

disinfection by-products present in drinking water, especially chlorination byproducts.

There are more than 600 by-products known, some of which have shown a number of

health effects such as mutagenicity, teratogenicity and are producers of different types of

cancer. This study showa that although, in the Ecuadorian norm NTE INEN 1108: 2014

Drinking Water, requirements, there are maximum limits allowed for by-products of water

chlorination, in other countries these limits are lower and even some by-products are

regulated Are not in this standard and should be included because they may have harmful

effects on health.

Key words: Water chlorination, by-products water chlorination, by-products disinfection

of water.trihalomethanes, haloacetic acids, minority by-products.

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INTRODUCCIÓN

La seguridad de los usuarios contra la contaminación y la proliferación microbiana en el

sistema de distribución de agua está asegurada por la desinfección de agua potable

(Vasconcelos, Rossman, Grayman, Boulas, & Clark, 1997). La desinfección del agua

potable ha llevado a una mejora importante en la salud pública. Se aplicó por primera vez

en el siglo XX. Los compuestos de cloro son todavía los más usados en todo el mundo,

debido a su capacidad de asegurar una concentración residual en la red, lo que limita el

recrecimiento de las especies microbianas en una planta de tratamiento (Weinberg,

Krasner, Richardson, & Thurston, 2002); Sin embargo, a partir de 1974 el enfoque de la

desinfección cambió radicalmente por el descubrimiento de los trihalometanos (THM),

como subproducto de la cloración (White, 1996). Actualmente se conocen más de 600

subproductos de cloración del agua a los que, tanto los estudios toxicológicos, como los

epidemiológicos reconocen muy diversa nocividad (Zhao, Boyd, & Fang, 2010), (Castano,

Toledo, Martín, & Harriet, 2012) La preocupación por la carcinogenicidad de estos

compuestos abrió una puerta a varias investigaciones, enfocadas en evaluar los posibles

efectos del uso de agua de consumo humano clorada sobre la salud de los seres humanos

(Florentin, Hautemanièrea, & Hartemann, 2011), (Ching-Hung Hsu, Chang, Chien, & Han,

2001). Los haloacetonitrilos (HANs) y halonitrometanos (HNMs) son dos subproductos

nitrogenados de desinfección típicos (N-SPD por sus siglas en inglés), pero también se ha

encontrado en el agua clorada halocetonas (HKs).

A pesar de que los N-SPD están presentes en bajas concentraciones, también son más

cancerígenos y mutagénicos que otros subproductos de desinfección, por lo que THMs y

HANs están siendo regulados alrededor del mundo (Chiang & Huang, 2010).

El interés por los posibles efectos adversos de subproductos de la desinfección en la

reproducción es más reciente (Nieuwenhuijsen, Toledano, Eaton, Fawell, & Paul, 2000). El

primer estudio epidemiológico sobre el tema fue publicado en 1992, a partir de entonces,

han surgido varios estudios sobre los posibles efectos sobre el feto. Aunque los resultados

de estudios epidemiológicos llevados a cabo son bastante inconsistente, la evidencia

disponible sugiere una asociación positiva entre la exposición a los subproductos de

cloración y el crecimiento intrauterino (Levallois, y otros, 2012).

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MATERIALES Y MÉTODOS

La búsqueda bibliográfica se realizó vía on-line en base de datos científicos

internacionales, utilizando como criterios de búsqueda las palabras: desinfección del agua,

cloración del agua, subproductos de desinfección del agua y subproductos de cloración del

agua. Se seleccionaron las fuentes que correspondían a artículos científicos libres, artículos

de revistas científicas, revisiones bibliográficas, libros y publicaciones de organizaciones

que regulan la presencia de los subproductos de desinfección por el proceso de cloración

del agua en algunas partes del mundo. Otro criterio de colección fueron las publicaciones

recientes, con fecha de publicación con un máximo de 16 años, es decir a partir del año

2000. De igual manera se escogieron fuentes en español e inglés, de las cuales se observó

que la mayoría de artículos en español encontrados son traducciones de los artículos

originales realizados en inglés. Se realizó un total de selección de 50 publicaciones.

Para el análisis se realizaron las siguientes etapas:

• Lectura de las fuentes seleccionadas.

• Clasificación de los documentos en base a su contenido, ya que la mayoría de

publicaciones muestran similares estudios y resultados de los efectos que producen los

subproductos de cloración del agua, además las publicaciones más antiguas muestran

los estudios que llevaron a determinar la existencia de los SPD mayoritarios y

minoritarios.

• Selección de la información más destacada, esta información se muestra en la

introducción del presente trabajo, y es la que permitió realizar el análisis y las

posteriores conclusiones y recomendaciones.

La síntesis del contenido se realizó como se menciona a continuación:

• La información se combinó, iniciando en la introducción al tema, la definición,

clasificación, los efectos sobre la salud humana, la reglamentación encontrada para

diferentes países y los métodos que permiten determinar la presencia de los

subproductos de desinfección en el agua clorada.

• Se compararon los datos de estudios similares.

• Por último se ordenaron secuencialmente, según los objetivos y lo que se quiere

demostrar o recalcar por medio del artículo de revisión realizado.

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DESINFECTANTES DEL AGUA

En artículos relacionados al tema como los realizados por Nunja, la EPA, Wu, Montero y

otros, se menciona la importancia del proceso de desinfección del agua, ya que sirve para

proveer protección frente a las diversas enfermedades infecciosas que pueden ser

transmitidas por el agua. Los desinfectantes más empleados son el cloro libre, las

cloraminas, el dióxido de cloro y el ozono. De todos ellos, el cloro es considerado como el

desinfectante químico universal porque es el más eficaz en relación a su capacidad

desinfectante y a su costo (Nunja, Narvasta, & Luna, 2013). Además de remover elementos

patógenos, los desinfectantes también actúan como oxidantes y son utilizados para a)

remover el sabor y el color, b) oxidar el Fe y el Mn, c) prevenir la reaparición de elementos

biológicos en el sistema de distribución de agua, d) mejorar la eficiencia de la coagulación

y la filtración, y e) prevenir el crecimiento de algas en tanques de sedimentación y filtros

(EPA, 1999).

El origen del agua y el tipo de desinfectante determina la cantidad de subproductos. El

agua subterránea, debido a que tiene menos exposición requiere menor cantidad de cloro,

por lo cual genera menor cantidad de subproductos, en relación con el agua superficial

(Wei, Ye, Wang, Yang, Tao, & Hang, 2010); además, existen desinfectantes alternativos al

cloro como: dióxido de cloro, cloraminas y ozono, los cuales generan menor cantidad de

subproductos (Wu & Hu, 2012), La elección del cloro o de cualquiera de sus derivados en

el proceso de desinfección, depende de las características del abastecimiento y de su

eficacia en función de la naturaleza del agua, tiempo de contacto, pH y temperatura

(Montero, Chinchilla, Coy, Aguero, & Jiménez, 2014), (Bond & Huang, 2011)

Cloración

El uso del proceso de cloración del agua reduce el riesgo de infección patógena, pero

puede representar una amenaza química debido a que presentan posibles efectos

genotóxicos para la salud humana a causa de los residuos de desinfección y sus

subproductos (Bersillon & Dubey, 2007; Mora, Chamizo, & Mata, 2007). El cloro

reacciona con la materia orgánica en el agua cruda, produciendo una serie de subproductos

de hidrocarburos halogenados (King & Marrett, 1996).

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Los residuos de desinfección se generan con la cloración sólo si el agua contiene

precursores (materia orgánica). Durante la cloración del agua que contiene materia

orgánica natural se forma una mezcla compleja de subproductos del cloro, de los cuales se

han identificado diferentes tipos de subproductos de desinfección (Rahman, Driscoll,

Cowie, & Armstrong, 2010)

Su formación y ocurrencia depende de muchos factores, incluyendo la dosis de cloro, tipo

de tratamiento, pH, temperatura, tiempo de residencia y los niveles de bromo

(Nieuwenhuijsen, y otros, 2008), (Amer & Karangil, 2010).

Los subproductos formados son compuestos de diferente toxicidad, entre ellos

mutagénicos y carcinogénicos; a todos en conjunto se les conoce como productos

secundarios de cloración (SPD, por sus siglas en inglés), que incluyen compuestos

llamados trihalometanos (THM) y ácidos haloacéticos (HAA) (García & Ruiz, 2003).

En el año 1974 J.J. Rook describe la aparición en el agua de bebida, como consecuencia de

su cloración, de un grupo de cuatro moléculas muy sencillas con un solo átomo de

carbono, fuertemente cloradas o halogenadas, a las que llama trihalometanos (THMs) o

haloformos: principalmente cloroformo (CHCl3), diclorobromometano (CHCl2Br),

clorodibromometano (CHClBr2) y bromoformo (CHBr3), compuestos ya entonces

conocidos con variable evidencia de carcinogenicidad. Sorprendidos por el hallazgo, el

propio Rook se apresura a afirmar que su bajísima concentración “no constituye una

inmediata amenaza para la salud pública y el bienestar”, pero que “se hace necesaria más

investigación sobre sus efectos a largo plazo”. A partir de ese año y hasta la actualidad se

ha producido un importante número de publicaciones y reuniones científicas mostrando un

verdadero elenco de compuestos químicos, que pasan a llamarse subproductos de cloración

y, más tarde, subproductos de desinfección (DBP, por sus siglas en inglés) al comprobar

que otros desinfectantes también los pueden producir (García & Ruiz, 2003).

Para cumplir con las normativas vigentes, ha aumentado el interés por el uso de

monocloraminas como desinfectante secundario debido a la reducida formación de DBP y

a que la monocloramina se sabe que sólo forma trazas de THM y HAAs, en comparación

al desinfectante de cloro o cualquiera de sus productos (Bougeard, Goslan, & Simon,

2010).

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A pesar de que se han realizado varios estudios en animales con THM y HAAs, sus

mecanismos de toxicidad han sido muy poco estudiados, y existen muchas familias de

subproductos clorados de los cuales falta información toxicológica y datos sobre

carcinogenicidad (Pressman, y otros, 2010).

Como alternativa, puede utilizarse el tratamiento con ozono que es más eficaz que el cloro

para matar o inactivar organismos perjudiciales como Cryptosporidium spp. Además, no

deja residuos ni forma subproductos de cloro (Boorman, y otros, 1999), se ha comprobado

la capacidad de formación de mutágenos del ozono y se ha relacionado con la presencia en

el agua de compuestos bromados, lo que suele ocurrir en cursos fluviales que incorporan

una cierta cantidad de agua marina, ya que el ozono puede oxidar el ion bromuro y

provocar la formación de compuestos halogenados potencialmente mutagénicos al

reaccionar con la materia orgánica. Así mismo se ha atribuido al ozono la capacidad de

formación de compuestos citotóxicos en el proceso de desinfección de aguas residuales

urbanas (DeMarini, Abu-Shakra, Felton, Patterson, & Shelton, 1995)

Otros estudios muestran la posibilidad de utilizar la radiación UV como método alternativo

de desinfección (Watson, Leusch, & Knight, 2012)

Reactivos de cloro utilizados en la desinfección

Cloro molecular (Cl2)

El cloro en su forma elemental, es un gas de color verde amarillento alrededor de 2.5 veces

más denso que el aire. Muy reactivo, es más estable que el hipoclorito y se transporta y

almacena como gas licuado bajo presión. Tiene un olor muy fuerte, sofocante que irrita el

sistema respiratorio y mucosas y es tremendamente tóxico.

El cloro en cualquiera de sus formas en contacto con el agua se hidroliza para formar ácido

hipocloroso (HClO) e ion hipoclorito (OCl-); pKa = 7.8.

Cl2 + H2O HClO + H+ + Cl-

HClO + H2O H+ + OCl-

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La concentración de cualquiera de las especies depende del pH, de manera que es necesario

actuar sobre éste para desplazar el equilibrio de la reacción hacía la derecha donde se

favorece la formación de HClO, especie de mayor efecto germicida. A pH<5,0 predomina

el cloro molecular (Cl2); a 5.0< pH<7.5 se favorece la presencia de ácido hipocloroso

(HClO); y a valores de pH>7.5 tiende a estar presente el ion hipoclorito (ClO-). Por lo

tanto, el poder desinfectante del cloro decrece cuando el pH es elevado, motivo por lo cual

se debe efectuar la cloración antes de la corrección final del pH. Tanto el ácido hipocloroso

como el ion hipoclorito, actúan como desinfectante, aunque el primero es 80 veces más

efectivo (White, 1999). Por lo general, el agua bruta puede presentar valores de pH entre

5.0 y 10.0 prevaleciendo a ese pH las formas del ácido hipocloroso y el ion hipoclorito. El

cloro existente de estas dos formas, es definido como cloro residual libre y posee un poder

desinfectante mayor que el llamado cloro residual combinado (Oliveira, 2011), (Hansen,

Willach, Antoniou, Mosbaek, Albrechtsen, & Andersen, 2012).

Hipoclorito de sódio (NaClO)

El hipoclorito de sodio o lejía, junto con el hipoclorito de calcio son los derivados del cloro

preferentemente utilizados como alternativa al cloro gaseoso. Al igual que el cloro, es un

oxidante muy potente y un desinfectante eficaz, principalmente en pequeñas poblaciones.

El hipoclorito de sodio se disocia en agua de acuerdo con la siguiente reacción (Oliveira,

2011):

NaClO OCl- + Na+

OCl- + H2O HClO + OH-

Hipoclorito de calcio Ca(ClO)2

El hipoclorito de calcio Ca(ClO)2, se obtiene a partir de hidróxido de calcio (cal hidratada).

El proceso tiene como etapa principal la reacción de cloro gaseoso con la cal, seguida de

una precipitación de hipoclorito de calcio deshidratado.

2Ca(OH)2 + 2Cl2 Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O

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Esta forma de hipoclorito suele encontrarse granulado, en polvo o en pastillas en

concentraciones entre 65-70% de cloro activo, que se descompone fácilmente en agua

liberando oxígeno y cloro. Este derivado del cloro es preferible, sobre todo en las pequeñas

plantas de tratamiento de agua y en piscinas, tiene las mismas ventajas del hipoclorito de

sodio en cuanto a obtención del cloro residual y eficacia de la desinfección (Oliveira,

2011). El hipoclorito de calcio es muy estable, por eso tiene una vida útil más larga que el

hipoclorito líquido. Bajo condiciones normales pierde de 3 a 5% de cloro activo al año, es

de fácil manipulación y almacenamiento aunque es mucho menos soluble que las otras

formas de cloro y por ello puede causar obstrucciones en las tuberías. También requiere

cuidados especiales de conservación para evitar el contacto con materiales orgánicos ya

que es explosivo (Oliveira, 2011).

Cloraminas

Para la generación de la cloraminas, generalmente se utiliza como fuente al cloro gas puro

y soluciones gaseosas de hidróxido de amonio u otros compuestos de amonio (Chu, Gao,

Deng, & Krasner, 2010). Es la llamada “cloración a cloro combinado” o “cloración

residual combinada” o cloraminación.

Cl2 + NH2 ClNH2 + Cl- + H+ (monocloramina)

Cl2NH + Cl- + H+ (dicloramina)

Cl3N + Cl- + H+ (tricloramina, indeseable por su sabor)

HClO + NH4+ ClNH2 + H20 + H+

Cl2NH + H2O

Cl3N + H2O (Oliveira, 2011)

Cl2

Cl2

HCl

HCl

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Dioxido de cloro (ClO2)

El dióxido de cloro (ClO2) es un gas muy inestable y explosivo y por ello difícil de

transportar por lo que es generado in situ, esto aumenta los costes de fabricación, de 5 a 10

veces más caros que el cloro. La manera más usual para generación del dióxido de cloro,

consiste en la reacción del clorito de sodio (NaClO2) con cloro gas, o ácido clorhídrico.

Otra alternativa menos conocida usa clorato de sodio que es reducido por peróxido de

hidrógeno (H2O2) en medio ácido sulfúrico (H2SO4).

2 NaClO2 + Cl2 2 ClO2 + 2 NaCl

5 NaClO2 + 4 HCl 4 ClO2 + 5 NaCl + 2H2O

NaClO3 + ½ H2O2 + ½ H2SO4 ClO2 + ½ O2 + NaSO4 + H2O (Oliveira, 2011).

Clasificación de los subproductos de la cloración.

El cloro y sus derivados se utilizan predominantemente para la desinfección del agua,

pudiendo generar diferentes subproductos como los trihalometanos (THM), ácidos

haloacéticos (HAA), haloacetonitrilos (HAN), halocetonas, hidrato de cloral y

cloropicrinas (Astillero, Cambra, García, & Onaindia, 2011).

Según la cantidad de subproductos del cloro que se pueden generar se clasifican en dos

tipos:

• Subproductos mayoritarios

• Subproductos minoritarios

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Subproductos mayoritarios

Trihalometanos

Son los subproductos más estudiados, utilizados como indicadores de los subproductos de

cloración. Este grupo está conformado por: cloroformo, bromodiclorometano,

dibromoclorometano y bromoformo, en la tabla 1, se muestran los trihalometanos, su

fórmula molecular, nombre IUPAC, nombre común y otros nombres (Hernández,

González, Armendariz, Mesa, De la Torre, & Charki, 2011), (Lee, Jun, Lee, Lee, Eom, &

Zoh, 2010).

Tabla 1. THMs comunes

Fórmula Molecular Nombre IUPAC Nombre común Otros nombres CHCL3 Triclorometano Cloroformo

CHBrCl2 Bromodiclorometano --- BDCM CHBr2Cl Dibromoclorometano --- DBCM CHBr3 Tribromometano Bromoformo

(Hernández y otros, 2011)

Los valores establecidos en el agua para los subproductos pueden ser 10ug/L en aguas

subterráneas a 200 ug/L en aguas superficiales, la principal propiedad química radica en su

volatilidad, debido a esto la inhalación y la vía de absorción dérmica son importantes vías

de exposición (Hernández, González, Armendariz, Mesa, De la Torre, & Charki, 2011).

Los trihalometanos conforman el grupo de subproductos más difundido e identificado en

las reglamentaciones de los distintos países; se forman a partir de la sustitución de 3

átomos de hidrógeno del metano (CH4) por átomos de un halógeno (cloro o bromo y

eventualmente yodo) (Hernández, González, Armendariz, Mesa, De la Torre, & Charki,

2011).

Cloro/Bromo + NOM = THM

NOM (Materia orgánica natural, por sus siglas en inglés)

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Se han realizado varios estudios, en los que se demuestra que inducen tumores y son

mutágenos. King & Marrett midieron la concentración de THM en agua tratada y

encontraron que el THM es mutágeno y carcinógeno y que además se correlaciona

altamente con la formación de otros subproductos.

Además en estudios realizados por Kogevinas y otros (2010), al evaluar la mutagenicidad

de los SPD en muestras de sangre y orina de seres humanos expuestos a los trihalometanos

vía respiratoria y dérmica encontraron que los niveles de mutagenicidad aumentan después

de la exposición.

Cantor, Lynch, Hildesheim, Dosemeci, & Lubin (1999), determinaron que los SPD podrían

inducir cáncer de cerebro, vejiga, colon, recto, riñón y páncreas; sin embargo, mencionan

que es necesario realizar nuevas investigaciones para elucidar su influencia en éstas

patologías.

En otros estudios se ha observado que los THM pueden inducir tumores en animales de

laboratorio y todos los subproductos de cloración excepto el cloroformo, son mutagénicos.

Experimentos de laboratorio con roedores han puesto de manifiesto que el

bromodiclorometano tiene una actividad espermatotóxica (Villanueva, Kogenivas, &

Grimal, 2001).

El mecanismo de acción es diferente para cada THM, pero la vía común pasa por la acción

genotóxica de los metabolitos. Los trihalometanos son absorbidos de manera extensa en el

tracto gastrointestinal y el cloroformo también se absorbe extensamente por los pulmones.

La excreción de los compuestos no metabolizados tiene lugar principalmente a través del

aire exhalado, y una pequeña cantidad se excreta por la orina. La vida media de los

compuestos volátiles en el cuerpo es corta, desde media hora hasta 5 u 8 h según el

compuesto. Por su elevada lipofilidad, la acumulación de los trihalometanos es mayor en

tejidos de alto contenido lipídico como la grasa corporal, el hígado y los riñones

(Villanueva, Kogenivas, & Grimal, 2001).

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Subproductos minoritarios

Ácidos acéticos halogenados

Se conocen como HAA, contienen bromo y cloro en diferentes proporciones, son 9

subproductos. Ácido cloroacético, dicloroacético, tricloroacético, bromoacético,

dibromoacético, tribromoacético, bromocloroacético, dibromocloroacético y

bromodicloroacético (Villanueva, Kogenivas, & Grimal, 2001).

Los ácidos dicloroacético, tricloroacético y los ácidos acéticos bromados son inductores de

tumores en roedores de laboratorio, pero no se ha podido demostrar la capacidad del ácido

cloroacético para inducir tumores en animales de experimentación. Diversos estudios han

evaluado la capacidad genotóxica de estos compuestos utilizando metodologías diferentes,

pero no se ha podido concluir inequívocamente el potencial mutágeno de estos

compuestos. Se ha observado actividad espermatotóxica de los ácidos dicloroacético y

dibromoacético. El ácido tricloroacético ha demostrado ser teratógeno en experimentos con

animales. El metabolismo es diferente para cada HAA. El ácido dicloroacético se absorbe

con rapidez en el intestino y es metabolizado de manera inmediata. En cambio, el ácido

tricloroacético se metaboliza en una pequeña proporción, y la mayoría del compuesto no

reaccionado se excreta por la orina. Un 50% de la dosis de ácido cloroacético se excreta

por la orina. La concentración de ácido tricloroacético en la orina se correlaciona con las

concentraciones en el agua, a diferencia de otros ácidos acéticos halogenados (Villanueva,

Kogenivas, & Grimal, 2001).

Mutágeno X (MX)

El 3-cloro-4-diclorometil-5 hidroxi-2 (5H)- furanona (MX) induce tumores en animales de

laboratorio expuestos a dosis bajas que no producen toxicidad general, pero los datos de

potencial carcinógeno no son concluyentes (Villanueva, Kogenivas, & Grimal, 2001).

Resultados de estudios in vitro sugieren que el MX puede ser un teratógeno de acción

directa. El MX es extensamente desintoxificado en experimentos in vivo y es improbable

que provoque daño genético en los tejidos excepto a dosis relativamente elevadas en que

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las vías de desintoxicación se saturan. Estudios de farmacocinética de MX marcado

radiactivamente demuestran que éste se absorbe en el tracto intestinal en un grado

considerable y se excreta por la orina con rapidez. La vida media de eliminación de la

radiactividad en sangre es de 3,8 horas y la vía principal de eliminación es la orina

(Villanueva, Kogenivas, & Grimal, 2001).

Existen otros subproductos en pocos ug/L como: acetonitrilos halogenados, hidratos de

cloral, haloacetonas, cloropicrina, cloruro y bromuro de cianógeno. La mayor parte de

estos compuestos tiene propiedades mutágenas y potencial cancerígeno en experimentos

con animales. El hidrato de cloral ha demostrado poseer una actividad espermatotóxica en

roedores de laboratorio. Se absorbe con rapidez y se metaboliza a ácido tricloroacético o

tricloroetanol. Los metabolitos se excretan principalmente por la orina. El

dicloroacetonitrilo se absorbe en el tracto intestinal y la mayor parte se excreta por la orina

(Villanueva, Kogenivas, & Grimal, 2001), (Sarmiento, Rojas, Medina, Olivet, &

Casanova, 2003)

Mecanismos de formación de los subproductos del cloro

La formación de los SPD es el resultado de una reacción entre el agente desinfectante (p.e.,

el cloro) y la materia orgánica natural (NOM) constituida en gran parte por sustancias

húmicas y que está presente naturalmente en el agua cruda (sin ningún tratamiento) (Fang,

Ma, Yang, & Shang, 2010)

En la Figura 1 se muestra la reacción entre cloro y NOM, ésta se inicia desde la adición del

desinfectante y se mantiene hasta el agotamiento de los reactantes (Singer P. , 1999). Rook

en 1974 propuso un mecanismo de formación de los THM a partir de las moléculas de tipo

resorcinol. La oxidación por el ácido hipocloroso (HOCl) permite una halogenación y la

iniciación del ciclo aromático. A continuación, una fractura de la molécula (en a) forma los

trihalometanos (Rodríguez, Rodríguez, Serodes, & Sadiq, 2007).

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Figura 1 Mecanismo de formación de los THM

(Rodríguez, Rodríguez, Serodes, & Sadiq, 2007)

La fractura por la inserción de un hidróxido (en b) permite la formación de un ácido

haloacético mientras que una tercera fractura (en c) forma halocetonas.

La reacción de formación de los SPD se ve afectada por varios parámetros como la

temperatura y el pH del agua, la cantidad de NOM presente, la concentración de iones

bromuro, la dosis de desinfectante y el tiempo de contacto entre el desinfectante y la NOM

(tiempo de permanencia del agua en la red de distribución). Estos factores que afectan la

formación de los SPD, pueden ser reagrupados en dos categorías: los parámetros de la

calidad del agua relacionados directamente con las características del agua cruda (NOM e

iones bromuro) y los parámetros operacionales (pH, temperatura, dosis de desinfectante y

tiempo de contacto) (Rodríguez, Rodríguez, Serodes, & Sadiq, 2007).

Resorcinol

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REGLAMENTACIÓN NACIONAL E INTERNACIONAL

Los trihalometanos (THM) fueron la primera clase de SPD halogenados identificados en el

agua de consumo. Este hallazgo coincidió en tiempo con resultados relacionados al

consumo de agua clorada con el cáncer. La Agencia de Protección Ambiental de los

Estados Unidos (EPA) llevó a cabo la encuesta nacional de reconocimiento de compuestos

orgánicos en 1975 y encontraron que el cloroformo es el más abundante en toda el agua

que se somete a proceso de cloración. La presencia de bromuro en el agua, y su posterior

oxidación por cloro a ácido hipobromoso, fue encontrado como responsable de la

formación de las especies THM bromadas; además, se ha demostrado que las

concentraciones de THM en el agua potable terminada están correlacionadas con las

concentraciones de carbono orgánico total (COT) en agua cruda. En 1976, el Instituto

Nacional del cáncer identificó al cloroformo como un carcinógeno, en 1979 la EPA realizó

la regulación de THM (Hrudey, 2008). Así se estableció un nivel máximo del

contaminante (MCL) de 0,10 mg/L (100µg/L) para los trihalometanos totales (TTHM),

basados en un promedio anual de cuatro muestras trimestrales analizadas por planta de

tratamiento (Singer P. , 1994).

En el año 2005 la OMS publicó un documento llamado “TRIHALOMETHANES IN

DRINKING WATER”, en el cual estableció parámetros para la calidad del agua potable.

En Estados Unidos, la EPA publicó en los documentos STAGE 1 (1998) y STAGE 2

(2006) parámetros para asegurar la calidad del agua para consumo (Astillero, Cambra,

García, & Onaindia, 2011).

La EPA ha intentado equilibrar el riesgo asociado de los subproductos de desinfección

contra el riesgo asociado a la enfermedad microbiana. Esto se basa en diversos hechos:

1. Falta de datos de estudios de los subproductos halogenados de la cloración del agua.

2. Insuficiente información sobre los SPD que aún no han sido identificados.

3. Falta de información sobre los SPD que se forman del uso de dióxido de cloro u ozono,

debido a que podrían ser utilizados como alternativa de desinfectantes del agua.

4. Incertidumbre de los efectos sobre la salud de los diversos subproductos identificados

hasta la fecha, incluso el THM.

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5. Falta de datos sobre los efectos de éstos subproductos en algunas enfermedades como

la formación de quistes.

6. Faltan valores para Cryptosporidium para las distintas opciones de desinfectantes

(Singer P. , 1994).

En diferentes países de la Unión Europea se han establecido rangos de concentraciones

más bajas de THM en el agua potable, comparadas con los límites máximos permisibles

establecidos dentro de la norma ecuatoriana (ver tablas 5 y 6), inclusive algunos

subproductos no se mencionan como: dibromoclorometano, tribromometano.

Tabla 2. Concentraciones medias de THM (ug/L) en el agua potable de diversos países de

la Unión Europea

País Concentración THM (µg/L)

Portugal < 1 – 230 España < 1 – 210 Bélgica 22 – 157 Francia 6 – 135 Irlanda < 100

Finlandia < 1 – 84 Reino Unido 2 – 73

Italia < 1 – 60 Holanda 34 Australia 10 – 20 Alemania 1 – 20

Suecia 12 Luxemburgo 3,5 – 11,5

(Villanueva, Kogenivas, & Grimal, 2001)

La norma INEN detalla cada THM y la tabla Europea manifiesta por grupos, los países de

Portugal, España, Bélgica, Francia e Irlanda tienen rangos que sobrepasan los 100 ug/L, el

resto de países tiene concentraciones menores, además la tabla referencia la concentración

en ug/L y la norma INEN en mg/L, las concentraciones para los THM en países Europeos

son más exigentes que los límites establecidos por la INEN.

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Los límites máximos permisibles de THM en Europa, EE.UU. y a nivel mundial se

describen en la tabla 3.

Tabla 3. Valores máximos permisibles de THM de distintas regulaciones y normativas

para agua de consumo

TRIHALOMETANOS, ug/L THM Cl3CH DBCM BDCM Br3CH

U. EUROPEA 100 --- --- --- --- EPA 80 70A 60A 0A 0A OMS ∑Cespecie/Cguía≤1 200A 100 60 100

A Nivel objetivo máximo de contaminante. Permiten un margen de seguridad y son

objetivos, no son normas (Astillero, Cambra, García, & Onaindia, 2011).

Los niveles máximos de contaminante de THM antes mostrados permiten un margen de

seguridad y son límites que no se deberían sobrepasar, estos son objetivos, no son normas.

La U. Europea tiene un valor máximo permisible de THM total de 100 ug/L, por otro lado

la EPA tiene un valor de 80 ug/L donde podemos divisar la concentración individual de

triclorometano 70ug/L y dibromoclorometano 60ug/L de lo cual podemos decir que la EPA

es más estricta que la U. Europea, mientras que la OMS describe valores no mayores o

iguales a 1 en grupo de THM total, también detalla la concentración máxima que debe

existir por especie triclorometano 200ug/L, dibromoclorometano 100ug/L,

bromodiclorometano 60ug/L y tribromometano 100ug/L; mientras que la Norma

Ecuartoriana detalla el límite máximo permitido de THM totales de 0.5 mg/L, además nos

muestra los valores individuales de bromodiclorometano 0,06mg/L, triclorometano

0,3mg/L, tricloroacetato 0,2mg/L por lo que podemos observar que la Norma INEN tiene

valores tolerantes elevados.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) implanta valores guía para THM y se

establece que la sumatoria de cada una de las especies se divide para su respectivo valor

guía y el resultado debe ser menor o igual a 1.

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La información proporcionada de la exposición por vía oral y dérmica de las cuatro

especies de THM en el agua de consumo, han sido obtenidos por el banco de datos IRIS y

de las evaluaciones de la Agencia de Registros de Enfermedades y Sustancias Tóxicas de

los EE.UU (ATSDR) como proteccion del medio ambiente, advirtiendo las

concentraciones de THM causales de cancer.

Los organismos internacionales se han visto en la necesidad de regular la presencia de SPD

en agua de consumo para limitar los posibles efectos de estas especies sobre la salud, por

lo que se han realizado estudios para determinar las dosis de referencia de THM,

asimiladas por diferentes vías (Ver tabla 4).

Tabla 4. Dosis de referencia (RfD), Unidad de Riesgo de Cáncer (URC) y Factores de

Potencia Carcinogénica (SF) utilizados, por vía de exposición y especie de THM

SF URC RfD

Oral (mg/kg-día)

Dérmica (mg/kg-día)

Inhalatoria (ug/m3)

Oral (mg/kg-día)

Dérmica (mg/kg-día)

Inhalatoria (ppm)

Cloroformo No aplicable No aplicable 2,3 x 10-5 0,01 0,01 0,02

Bromoformo 7,9 x 10-3 7,9 x 10-3 --- 0,02 0,02 ---

DCBM 6,2 x 10-2 6,2 x 10-2 --- 0,02 0,02 ---

DBCM 8,4 x 10-2 8,4 x 10-2 --- 0,02 0,02 ---

(Astillero, Cambra, García, & Onaindia, 2011)

Para el efecto cáncer se ha estimado el incremento de probabilidad de desarrollar cáncer a

lo largo de toda la vida por exposición a la suma de THM por todas las vías, utilizando las

Unidades de Riesgo de Cáncer (URC) y los Factores de Potencia Carcinógenica (SF)

derivados por la EPA.

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En la tabla anterior se resumen los índices y dosis de referencia empleados en la

evaluación. Para el cloroformo la EPA no ha estimado unidad de riesgo por vía oral, ni

factor de potencia carcinogénica, basándose en que la evidencia disponible indica que el

efecto cáncer es secundario a la citotoxicidad y la hiperplasia. (Astillero, Cambra, García,

& Onaindia, 2011)

También, se han establecido diferentes valores permisibles para los haloacetonitrilos,

según diferentes legislaciones (Sentana, Cases, Rodríguez, & Prats, 2012), (Bond,

Templeton, & Graham, 2012).

• Española: para los THM <100ug/L

• EEUU: para los THM <80ug/L, HAAS (Ácidos Haloacéticos) <60ug/L.

• OMS: DCAN (dicloroacetonitrilo) 0.02mg/L

DBCAN (dibromocloroacetonitrilo) 0.07 mg/L

TCAN (tricloroacetonitrilo) 0.001 mg/L

BCAN (bromocloroacetonitrilo) faltan estudios concluyentes.

La legislación Española establece los límites máximos para los THM de <100ug/L, por

otro lado la legislación de EEUU establece para los THM <80ug/L, y para los Ácidos

haloacéticos <60ug/L. en cambio la OMS a determinado valores para cada especie de

Haloacetonitrilos (HAN): DCAN, DBCAN y TCAN, 0,02; 0,07; 0,001mg/L

respectivamente, para BCAN faltan estudios concluyentes para determinar un valor

especifico.

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Norma Técnica Ecuatoriana 1108: 2014

Ecuador, también, tiene regulado la concentración de subproductos de desinfección. En la

norma NTE INEN 1108:2014 Agua potable, requisitos, se pueden apreciar los límites

máximos de concentración de residuos de desinfectantes y subproductos de desinfección

para agua potable, como se muestra en las tablas 5 y 6.

Tabla 5. Residuos de desinfectantes

UNIDAD Límite máximo permitido Monocloramina mg/L 3

Si pasa de 1,5 mg/L investigar: N-Nitrosodimethylamine

mg/L

0,0001

(INEN, 2014)

Tabla 6. Subproductos de desinfección

UNIDAD Límite máximo permitido 2,4,6-triclorofenol mg/L 0,2

Trihalometanos totales Si pasa de 0,5 mg/L investigar:

Bromodiclorometano Cloroformo

mg/L

mg/L mg/L

0,5

0,06 0,3

Tricloroacetato mg/L 0,2

(INEN, 2014)

La norma ecuatoriana, para residuos de desinfectantes, únicamente se refiere a la

monocloramina y N-nitrosodimethylamine y para los subproductos de desinfección se

establecen límites solo para el 2,4,6-triclorofenol 0,2mg/L y para los trihalometanos totales

cuando supera los 0,5 mg/L hay que investigar a bromodiclorometano y cloroformo con

0,06 y 0,3mg/L respectivamente, hay que recalcar que los valores internacionales son

reportados en ug/L y en la INEN en mg/L, sin tomar en cuenta los subproductos

minoritarios de la desinfección por cloración, que pueden ser perjudiciales para la salud,

como hacen otras normativas internacionales.

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INSTRUMENTACIÓN PARA DETERMINACIÓN DE THMS

A continuación se describe brevemente la técnica utilizada para determinación de THM.

Se utiliza la técnica de microextracción en fase sólida, con un cromatógrafo de gases

acoplado a un espectrómetro de masas (HEADSPACE / SPME Solid Phase

Microextraction / GS-MS) (Zhao, Boyd, & Fang, 2010), (Richardson, y otros, 2010).

Como estándar se utiliza el Estándar de Trihalometanos EPA 551A Halogenated Volatiles

Mix, de Supelco, compuesto por 10 sustancias: trihalometanos (bromoformo, cloroformo,

bromodiclorometano y dibromoclorometano), trihaloetanos (1,2 dibromoetano, 1,1,1

tricloroetano, trihaloeteno, tricloroetileno), trihalopropanos (1,2 dibromo 3, cloropropano),

tetrahalometano (tetracloruro de carbono) (Montero, Chinchilla, Coy, Aguero, & Jiménez,

2014).

• Método UV

Se puede determinar la presencia de THM y HAA en el agua tratada con cloro al relacionar

con la cantidad de carbono orgánico disuelto con un espectrofotómetro UV a una

Absorbancia de 254 nm. (Zhang, y otros, 2011).

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• Siempre que haya materia orgánica natural se van a formar THM durante la cloración,

la norma INEN solo regula a los THM totales y si sobre pasa los 0,5mg/L se debe

analizar individualmente al triclorometano y al bromodiclorometano eso no significa

que el dibromoclorometano y el tribromometano no estén presentes solo que la norma

INEN no les considera.

• Los diversos estudios realizados a nivel internacional han mostrado una serie de efectos

de los subproductos de la cloración como: mutagenicidad, teratogenicidad,

carcinogenicidad entre otros; sin embargo, aún falta realizar más investigaciones para

determinar otros efectos sobre la salud.

• Se deben estudiar más detenidamente los subproductos minoritarios y añadir si es

necesario en la norma INEN, debido a que pueden ocasionar efectos perjudiciales sobre

la salud, como diferentes tipos de cáncer, entre ellos: cáncer de cerebro, vejiga,

páncreas y falta desarrollar estudios para determinar dichos efectos.

• Se debe realizar nuevos estudios sobre alternativas de desinfectantes, ventajas y

posibles efectos sobre la salud, a fin de conocer y utilizar nuevos métodos de

desinfección para el agua especialmente de consumo humano.

• Se debe promover el uso de otros productos desinfectantes como alternativa al cloro

para la desinfección del agua para reducir posibles riesgos sobre la salud.

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• Se debería modificar la norma ecuatoriana NTE INEN 1108: 2014 Agua Potable,

Requisitos, para establecer límites más sensibles para los subproductos de desinfección

e incluir otros subproductos, los cuales no se toman en cuenta y que en otros países ya

se han establecido parámetros más bajos debido a la importancia de éstos compuestos

sobre la salud.

Tabla 7. Valores máximos permitidos de distintas legislaciones y normativas.

TRIHALOMETANOS U. Europea USEPA INEN OMS THM Totales 100ug/L 80ug/L 0,5mg/L ΣCespecie/Cguia ≤ 1 Triclorometano - 70ug/L 0,3mg/L 200ug/L Dibromoclorometano - 60ug/L - 100ug/L Bromodiclorometano - - 0,06mg/L 60ug/L Tribromometano - - - 100ug/L

Como se observa en la tabla los valores máximos permitidos de trihalometanos totales

descritos en las cuatro legislaciones; la U. Europea solo reconoce THM totales con

100ug/L y no detalla por especie, mientras que dan a notar que en la EPA es una de las

legislaciones más estrictas con valor de 80 ug/l, la norma INEN que es nuestro ente

regulador tiene un valor de 0,5mg/L siendo los valores más altos en comparación con

otros valores máximos permitidos. La OMS tiene límites máximos permitidos para cada

uno de los trihalometanos mayoritarios. Para THM totales son parecidos, para

triclorometanos la OMS es más baja y son iguales para bromodiclorometan, mientras

que para el Dibromoclorometano y Tribromometano en el Instituto Ecuatoriano de

Normalización no registra datos.

• Los límites máximos permitidos para THM mas estrictos o menos estrictos no depende

de la calidad del agua cruda utilizada sino más bien de la decisión política de la

autoridades que quieran o no brindar agua segura a sus pobladores.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Amer, K., & Karangil, T. (2010). Formation of disinfection by-products in indoor swimming pool water: The contribution from filling water natural organic matter and swimmer body fluids. Water Research, 30, 1-7.

Astillero, M. J., Cambra, K., García, R., & Onaindia, C. (2011). Contaminantes procedentes del tratamiento de las aguas de consumo en la comunidad autónoma del País Vasco: evaluación del riesgo y las alternativas de tratamiento. Osteba, VI(Osteba D-12-01), 12-80.

Bersillon, J., & Dubey, S. (2007). Chlorination byproducts, their toxicodynamics and removal from drinking water. Hazardous Materials, 140, 1-6.

Bond, T., & Huang, J. (2011). Occurrence and control of nitrogenous disinfection by-products in drinking water - A review. Water research, 45(11), 4341-4354.

Bond, T., Templeton, M., & Graham, N. (2012). Precursors of nitrogenous disinfection byproducts in drinking water-A critical review and anylisis. Journal of hazardous materials, 1(16), 235,236.

Boorman, G., Dellarco, V., Dunnick, J., Robert, C., Hunter, S., Hauchman, F., y otros. (1999). Drinking water disinfection byproducs: Review and approach to toxicity evaluation. Environmental Health Perspectives, 107(1), 207-217.

Bougeard, C., Goslan, E., & Simon, B. J. (2010). Comparison of the disinfection by-product formation potential of treated waters exposed to chlorine and monochloramine. Water Research, 44(3), 729-740.

Cantor, K., Lynch, C., Hildesheim, M., Dosemeci, M., & Lubin, J. (1999). Drinking water source and chlorination byproducts in lowa. American Journal of Epidemiology, 150(6), 552-560.

Castano, G., Toledo, E., Martín, V., & Harriet, E. (2012). Concentrations and correlations of disinfection by-products in municipal drinking water from an exposure assessment perspective. Environmental Research, 114, 1-11.

Chiang, P., & Huang, C. (2010). Evaluating and elucidating the formation of nitrogen-contained disinfection by-products during pre-ozonation and chlorination. Chemosphere, 80, 327-333.

Ching-Hung Hsu, *. J.-L., Chang, R.-M., Chien, L.-C., & Han, B.-C. (2001). Estimation of Potential Lifetime Cancer Risks for Trihalomethanes from Consuming Chlorinated Drinking Water in Taiwan. Environmental Research, 85, 77-82.

Chu, W., Gao, N., Deng, Y., & Krasner, S. (2010). Precursors of Dichloroacetamide, an Emerging Nitrogenous DBP Formed during Chlorination or Chloramination. Environmental science and technology, 44(10), 3908-3912.

34

Page 35: UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE …MAPA CONCEPTUAL DE LA ESTRUCTURA DEL ARTICULO DE ... 1 Estudiante de la Carrera de Química Farmacéutica de la Facultad de Ciencias

DeMarini, D., Abu-Shakra, A., Felton, C., Patterson, K., & Shelton, M. (1995). Mutation Spectra in Salmonella of Chlorinated, Chloraminated, or Ozonated Drinking water extracts: Comparison to MX. Environmental and Molecular Mutagenesis. PubMed, 26(4), 270-285.

EPA, E. p. (1999). Microbial and Disinfection by-product rules- simultaneous compliance guidance manual. United States.

Fang, J., Ma, J., Yang, X., & Shang, C. (2010). Formation of carbonaceous and nitrogenous disinfection by-products from the chlorination of Microcystis aeruginosa. Water Research, 44, 1934-1940.

Florentin, A., Hautemanièrea, A., & Hartemann, P. (2011). Health effects of disinfection by-products in chlorinated swimming pools. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 214, 461-469.

García, R., & Ruiz, V. (2003). Nuevo siglo, nuevos riesgos sanitarios y ambientales en el agua. Salud Ambiental, 3(2), 77-85.

Hansen, K. M., Willach, S., Antoniou, M. G., Mosbaek, H., Albrechtsen, H.-J., & Andersen, H. R. (2012). Effect of pH on the formation of disinfection byproducts in swimming pool water. Water Research, 6399-6409.

Hernández, S., González, L., Armendariz, R., Mesa, C., De la Torre, H., & Charki, B. (2011). Trihalometanos en aguas de consumo humano. Revista de Toxicología, 28(2), 109-114.

Hrudey, S. (2008). Chlorination Disinfection By-Products (DBPs) in Drinking Water and Public Health in Canada. National Collaborating Centre on Environmental Health, 1(1).

INEN. (2014). Norma Tecnica Ecuatoriana agua potable. requisitos. Quito, Ecuador: Quinta Revisión.

King, W., & Marrett, L. (1996). Case-control study of bladder cancer and chlorination by-products in treated water (Ontario, Canada). Cancer, causes and control, 7, 596-604.

Kogevinas, M., Villanueva, C., Font, L., Danae, L., Bustamante, M., Espinoza, F., y otros. (2010). Genotoxic effects in swimmers exposed to disinfection by-products in indoor swimming pools. Environmental Health Perspectives, 118(11), 1-36.

Lee, J., Jun, M.-J., Lee, M.-H., Lee, M.-H., Eom, S.-W., & Zoh, K.-D. (2010). Production of various disinfection byproducts in indoor swimming pool waters treated with different disinfection methods. International Journal of Hygiene and Environmental Healths, 213, 465-474.

35

Page 36: UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE …MAPA CONCEPTUAL DE LA ESTRUCTURA DEL ARTICULO DE ... 1 Estudiante de la Carrera de Química Farmacéutica de la Facultad de Ciencias

Levallois, P., Gingras, S., Marcoux, S., Legay, C., Catto, C., Rodríguez, M., y otros. (2012). Maternal exposure to drinking-water chlorination byproducts and small-for-gestational-age neonates. Epidemiology, 23(2), 267-276.

Mendez, J., & Solsona, F. (2002). Desinfección del agua. Lima, Perú: CEPIS.

Montero, V., Chinchilla, R., Coy, R., Aguero, A., & Jiménez, J. (2014). Evaluación en el agua para consumo humano de subproductos de cloración y su relación como inductores de mutagénesis. Tecnología en Marcha, especial(3), 22-29.

Mora, D., Chamizo, H., & Mata, A. (2007). Cáncer gástrico en Costa Rica. Revista Costarricense de Salud Pública, 16(30), 62-73.

Nieuwenhuijsen, M., Martínez, D., James, G., Bennet, J., Best, N., Iszatt, N., y otros. (2008). Chlorination disinfection by-products in drinking water and congenital anomalies: review and meta-analyses. Ciencia & Sau de coletiva, 15(2), 3109.

Nieuwenhuijsen, M., Toledano, M., Eaton, N., Fawell, J., & Paul, E. (2000). Chlorination disinfection byproducts in water and their association with adverse reproductive outcomes: a review. Occup Environ Med, 57, 73-85.

Nunja, J., Narvasta, I., & Luna, G. (2013). Disinfection byproducts in drinking water and human health risks. Huacho, Perú.

Oliveira, M. (2011). Subproductos de cloración inorgánicos y orgánicos en las aguas de Castilla y León. Estado actual y perspectivas ante la revisión de la directiva europea. Tesis. Salamanca, España.

Pressman, J., Richardson, S., Speth, T., Miltner, R., Narotsky, M., Sidney, E., y otros. (2010). Concentration, Chlorination, and Chemical Analysis of Drinking Water for Disinfection Byproduct Mixtures Health Effects Research: U.S. EPA’s Four Lab Study. Environmental Science & Technology, 44, 7184-7192.

Rahman, B., Driscoll, T., Cowie, C., & Armstrong, B. (2010). Disinfection by-products in drinking water and colorectal cancer: a meta-analysis. International journal of epidemiology, 1-13.

Richardson, S., Demarini, D., Kogevinas, M., Fernández, P., Marco, E., Lourencetti, C., y otros. (2010). What’s in the Pool? A Comprehensive Identification of Disinfection By-Products and Assessment of Mutagenicity of Chlorinated and Brominated Swimming Pool Water. Environmental Health Perspectives, 1-37.

Rodríguez, M., Rodríguez, G., Serodes, J., & Sadiq, R. (2007). Subproductos de la desinfección del agua potable: formación, aspectos sanitarios y reglamentación. Interciencia, 32(11), 749-756.

Sarmiento, A., Rojas, M., Medina, E., Olivet, C., & Casanova, J. (2003). Investigación de trihalometanos en agua potable. Scielo, 17(2).

36

Page 37: UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE …MAPA CONCEPTUAL DE LA ESTRUCTURA DEL ARTICULO DE ... 1 Estudiante de la Carrera de Química Farmacéutica de la Facultad de Ciencias

Sentana, L., Cases, V., Rodríguez, M., & Prats, D. (2012). Reducción de haloacetonitrilos en aguas naturales. IX Congreso Internacional. Madrid, España.

Singer, P. (1994). Control of disinfection by- products in drinking water. Environmental engineering, 120(4), 727-744.

Singer, P. (1999). Humic substances as precursors for potential harmful disinfection by-products. Water Tecnology, 40(9), 25-30.

Vasconcelos, J., Rossman, L., Grayman, P., Boulas, P., & Clark, R. (1997). Kinetics of chlorine decay. Water works, 89(7), 44-65.

Villanueva, C., Kogenivas, M., & Grimal, J. (2001). Cloración del agua potable y efectos sobre la salud: revisión de estudios epidemiológicos. Medicina Clínica, 117(1), 27-36.

Watson, K., Leusch, F., & Knight, N. (2012). Chlorine disinfection by-products in Chlorine disinfection by-products in assessment of toxicological impact. Water Research, 30, 1-15.

Wei, J., Ye, B., Wang, W., Yang, L., Tao, J., & Hang, Z. (2010). Spatial and temporal evaluations of disinfection by-products in drinking water distribution systems in Beijing, China. Science of the Total Environment, 408, 4600-4606.

Weinberg, H., Krasner, S., Richardson, S., & Thurston, A. (2002). The ocurrence disinfection byproducts (DBPs) of health concern in drinking water: results of a nationwide DBP ocurrence study. EPA international report, 68.

White, G. (1996). The handbook of chlorination (fourth ed.). New York: Von Norstrand Reinhold.

White, G. (1999). Handbook of chlorination and disinfectants (fifth ed.). New Jersey, United States of American: Von Norstrand Reinhold.

Wu, Q., & Hu, H. (2012). Dichloroacetonitrile and dichloroacetamide can form independently during chlorination and chloramination of drinking waters, model organic matters, and wastewater effluents. Environmental Science & Technology, 46(19), 10624-10631.

Zhang, J., Ju, J., An, W., Liu, J., Yonging, W., Chen, Y., y otros. (2011). Characterization of disinfection byproduct formation potential in 13 source waters in China. Environmental Sciences, 23(2), 183-188.

Zhao, Y., Boyd, J., & Fang, S. (2010). Characterization and determination of chloro- and bromo-benzoquinones as new chlorination disinfection byproducts in derinking water. Analytical Chemistry, 82(11), 148.

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ANEXO 1. MAPA CONCEPTUAL DE LA ESTRUCTURA DEL ARTICULO DE

REVISION

Desinfectantes del agua

Agua

Agua cruda Agua potable

Agua superficial

Agua subterráneas

Desinfección del agua

Cloración Otros

Reactivos de cloro Subproductos Ozono, Rayos UV, Etc.

Cloro molecular Mayoritarios

Hipoclorito de sodio Minoritarios

Hipoclorito de calcio Mecanismos de formación

Cloraminas

Dióxido de cloro Reglamentación

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