Disinfection by-products occurrence and Escherichia Coliform removal in a point-of-entry cistern purification unit

Abstract

This research aims to develop and test a Point-of-Entry Cistern Purification Unit (POE-CPU) to guarantee water quality for household purposes, with an emphasis on turbidity, E. coli removal and minimal occurrence of disinfection by-products (DBPs). Many countries, especially underdeveloped countries lacking water treatment plants, depend on rainwater collection for their water supply. There is great potential for this supply to be exposed to contamination at the collection point, due to pollution, animal waste and deposition of particulate matter. Other contamination factors, such as aged cistern structures, poor roofing maintenance, pipe corrosion, etc., can result in infectious diseases and other pathogenic illnesses. DBPs have been a rising concern for regulatory agencies, such as United States Environmental Protection Agency (USEPA) and World Health Organization (WHO), because of their toxicity and probable carcinogenic effects. With these factors in mind, a lab-scale POE-CPU, composed of gravel and sand filters and disinfection unit, was developed and tested. Rainfall was collected periodically, pumped through the system and disinfected with controlled amounts of sodium hypochlorite. Analyses were conducted for physiochemical and biological characteristics such as turbidity, pH and E. coli, and the concentration of trihalomethanes as surrogate DBPs in the effluent water. The POE-CPU achieved 44% removal of turbidity and 4-log removal of E. coli in disinfection samples but exceeded (barely) USEPA Drinking Water Standards. DBPs results varied greatly because of organic matter concentration in the water, but for the most part complied with the 80 ppb standard. Additional experimental runs were made either with calcium alginate (AG) bead or activated carbon (AC) as innovative addition for the removal of heavy metals. AG treatment excelled over both original and AC treatment by removing and average of 55% turbidity, producing no detectable DBPs and achieving 4-log removal of E. coli.

Esta investigación tiene como objetivo desarrollar y probar una unidad de punto de entrada de purificación de cisternas (POE-CPU) para garantizar la calidad del agua para uso doméstico, con un énfasis en la turbidez, la eliminación de E. coli y la presencia mínima de productos de desinfección (DBPs). Muchos países, especialmente los países subdesarrollados que carecen de plantas de tratamiento de agua, dependen de la recolección de agua de lluvia para su abastecimiento de agua. Hay una alta probabilidad de que este suministro esté expuesto a contaminación en el punto de colección, debido a los residuos de animales y la deposición de partículas. Otros factores de contaminación, como la edad y el mantenimiento de la cisterna, el pobre mantenimiento de los techos, la corrosión de tuberías, entre otros, pueden resultar en enfermedades infecciosas y otras enfermedades patógenas. Los DBPs han sido motivo de creciente preocupación para las agencias reguladoras, tales como la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (USEPA) y la Organización Mundial de la Salud (WHO), debido a su toxicidad y posibles efectos cancerígenos. Con estos factores en mente, un POE-CPU a escala de laboratorio, compuesto por filtros de grava y arena y una unidad de desinfección, fue desarrollado y probado. El agua de lluvia se recolecto periódicamente, se bombeo a través del sistema y se desinfecto con cantidades controladas de hipoclorito de sodio. Se realizaron análisis para las características fisicoquímicas y biológicas tales como la turbidez, pH, E. coli, y la concentración de cloroformo en el agua efluente del sistema. El POE-CPU logro eliminar un 44% de la turbidez y una eliminación mayor de 4 log de E. coli en las muestras de desinfección, pero superaro levemente los estándares de la USEPA para agua potable. Resultados de DBPs variaron grandemente debido a la concentración de materia orgánica, pero para la mayor parte cumplieron con el estándar de 80 ppb. Otras corridas experimentales fueron realizadas con cuentas de alginato de calcio (AG) o carbón activado (CA) como adición innovadora para la eliminación de metales pesados. El tratamiento de AG se destaco sobre el tratamiento original y el AC eliminando un promedio de 55% de la turbidez, produciendo concentraciones de DBPs no detectables y alcanzando una eliminación mayor de 4-log de E. coli.