Calidad del agua en acueductos de Alajuela, Cartago y Puntarenas: parámetros del nivel primero, materia orgánica natural y trihalometanos. Modelación de la formación de trihalometanos

Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería Ambiental) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Química, 2021

Esta tesis cumple con el Objetivo 6: Garantizar la disponibilidad y la gestión sostenible del agua y el saneamiento para todas las personas. Meta 1 Lograr el acceso universal y equitativo al agua potable a un precio asequible para todos.

Los acueductos rurales contribuyen significativamente en el suministro de agua potable en Costa Rica. Sin embargo, en algunas ocasiones presentan deficiencias en los sistemas de potabilización, por tanto, se compromete la calidad del agua. La desinfección con cloro es el método más utilizado, no obstante, puede reaccionar con la materia orgánica natural (MON) y generar subproductos de desinfección nocivos, como los trihalometanos (THMs). En esta investigación se presenta el monitoreo de los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos del nivel primero (N1), parámetros característicos de la MON: carbono orgánico total (COT), carbono orgánico disuelto (COD), absorbancia de luz ultravioleta a 254 nm (UV 254), UV 254 específica (SUVA) y THMs del agua cruda y potabilizada de veinte sistemas. Los sistemas de las provincias de Cartago, Alajuela y Puntarenas se muestrearon en tres ocasiones coincidiendo con la época seca, transición y lluviosa durante los años 2018 y 2019. Los resultados del N1 y MON mostraron que las fuentes de abastecimiento son de muy buena calidad. Se identificó que la mayoría de las muestras de agua potable cumplieron con los parámetros del N1 y trihalometanos totales (TTHMs), no obstante, se identificó que el 60% de las muestras incumplieron con el rango recomendado para cloro residual libre. Se identificó que 9 sistemas podrían requerir algún sistema de potabilización adicional para que se asegure la calidad del agua y se reduzca el riesgo de formación de THMs. Las concentraciones de TTHMs en agua potable se encontraron entre < 0.20 a 91.31 µg/L, siendo el cloroformo la especie dominante. Se analizó la variación espacial, estacional y el impacto de las fuentes de abastecimiento en los parámetros de MON y THMs y se encontraron diferencias significativas en algunos casos. La turbidez, cloro residual libre, COT, COD y UV 254 presentaron correlación significativa con TTHMs en el agua potabilizada. Se desarrollaron 13 modelos de predicción de TTHMs en las redes de distribución y obtuvieron coeficientes de determinación (R2 ) entre 0.328 a 0.729, resultando en la selección de 4 modelos que presentaron la mejor bondad de ajuste y que podrían ser una herramienta útil en la toma de decisiones a nivel operativo y considerarse en futuros cambios de la legislación.

Rural aqueducts contribute significantly to the supply of potable water in Costa Rica. However, sometimes they present deficiencies in the potabilization units, therefore, the water quality can be compromised. Chlorination is the most widely used method, however, it can react with natural organic matter (MON) and generate harmful disinfection by-products, such as trihalomethanes (THMs). This research presents the monitoring of physicochemical and microbiological parameters of the first level (N1), characteristic parameters of MON: total organic carbon (COT), dissolved organic carbon (COD), absorbance of ultraviolet light at 254 nm (UV 254), specific UV 254 (SUVA) and THMs from raw and potable water from twenty systems. The systems of the provinces of Cartago, Alajuela and Puntarenas were sampled on three occasions coinciding with dry, transition and rainy seasons during 2018 and 2019. The results of N1 and MON showed that the sources are of very good quality. It was identified that most of the potable water samples met the requirements according to N1 and total trihalomethanes (TTHMs), however, it was identified that 60% of the samples did not meet the recommended range for free residual chlorine. It was identified that 9 systems could require some additional potabilization unit to ensure water quality and reduce the risk of THMs formation. The concentrations of TTHMs in potable water were found between < 0.20 to 91.31 µg/L, with chloroform being the dominant species. The spatial and seasonal variation and the impact of the sources on the parameters of MON and THMs were analyzed, and significant differences were found in some cases. Turbidity, free residual chlorine, COT, COD and UV 254 showed significant correlation with TTHMs in the potable water. It was developed 13 models for the prediction of TTHMs in the distribution networks and they obtained determination coefficients (R2 ) between 0.328 and 0.729, resulting in the selection of 4 models as those that present the best goodness-of-fit and that could be a useful tool in the decision-making at the operational level and consider in future changes of the legislation.