OPS-COSUDE/02-07

GUÍA PARA LA INSTALACION DE SISTEMAS DE DESINFECCIÓN

Lima, 2007

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Guía para la instalación de sistemas de desinfección

Contenido

Página

Introducción..................................................................................................................3 1 Objeto .................................................................................................................4 2 Definiciones............................................................................................................4 3 Aplicación...............................................................................................................4 4 Determinación del cloro a dosificar en la red.........................................................4 5 Preparación de las soluciones de los productos no gaseosos .................................4

5.1 Por Disolución .........................................................................................4 5.2 Por Electrolisis.........................................................................................5

6 Consideraciones para la instalación de dosificadores.............................................6

6.1 Bajo presión atmosférica ................................................................6 6.1.1 Tanque con válvula flotador y tubo con orificio en flotador..........6 6.1.2 Sistema vaso/botella .......................................................................8 6.2 Bajo presión positiva o negativa.....................................................9 6.2.1 Bomba diafragma (positiva) ..........................................................9 6.2.2 Dosificador por succión (negativa) .............................................10 6.3 Dosificador de carga constante o por goteo ................................12 6.4 Erosión..........................................................................................14 6.4.1 Dosificadores de tabletas y píldoras de hipoclorito de calcio ......14 6.5 Difusión (Flujo difusión) ..............................................................16

7 Bibliografía ......................................................................................................17

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Introducción La desinfección es importante, pero es crítica en las comunidades pequeñas y zonas rurales, donde puede ser la única forma de tratamiento asequible. Actualmente, el objetivo de la desinfección del agua es asegurar que el consumidor reciba agua esencialmente saludable mediante la destrucción de los agentes patógenos y que mantenga una barrera protectora contra los gérmenes dañinos a la salud humana que se podrían introducir en el sistema de abastecimiento, suprimiendo de esta manera la posterior contaminación microbiológica del agua. El objetivo de esta guía es proporcionar información y conceptos actualizados, y las herramientas necesarias para la instalación del sistema de desinfección del agua en sistemas rurales de abastecimiento de agua.

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Guía para la instalación de sistemas de desinfección 1 Objeto Proporcionar la información necesaria para la instalación y requerimientos de sistemas de desinfección del agua, para sistemas de abastecimiento en el medio rural. 2 Definiciones o Instalación.- Conjunto de acciones que se efectúan para implementar las partes

del sistema de desinfección y funcionen según las especificaciones de diseño. o Técnico.- Persona calificada y responsable de la instalación del sistema de

desinfección. 3 Aplicación La aplicación de la guía será en sistemas rurales y pequeñas localidades. 4 Determinación del Cloro a dosificar en la red La cantidad de cloro a dosificar debe ser equivalente a la demanda total de cloro (la cual está estrechamente ligada a la calidad química y microbiológica del agua) a la que debe adicionarse la cantidad de cloro residual esperada al extremo de la red. Es conveniente antes de proceder a llevar a cabo el proceso de desinfección, realizar ensayos de consumo instantáneo de cloro. Este ensayo se denomina “Ensayo de demanda de cloro”.Ver figura. 1

Si no se lleva a cabo la prueba de demanda y cuando la desinfección no reviste un carácter de urgencia (cloración preventiva), la cantidad de compuesto de cloro a introducir se puede regular a través de la aplicación directa de cantidades crecientes de cloro en la red, hasta obtener la concentración residual requerida al extremo de la misma. Puede ser necesario varios días hasta que se ajuste la dosis al valor ideal. Para este efecto, entre dosis sucesivas, debe transcurrir un cierto intervalo de tiempo, en atención al tiempo que transcurre durante el trayecto del agua desde el punto de aplicación del cloro y el extremo más alejado de la red. 5 Preparación de la soluciones de los productos no gaseosos 5.1. Por disolución o Debe buscarse que la capacidad de los tanques de disolución (2 como mínimo)

corresponda a un periodo de 24 horas de manera que facilite su operación.

Demanda de cloro Cloro residual

Dosis

Fig. 1. Demanda del cloro

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o Se debe asegurar la completa disolución del producto en el agua; el empleo de un agitador eléctrico puede facilitar tal tarea.

o Es común encontrar partículas o impurezas por lo cual el equipo dosificador deberá contar con un filtro que las retenga para evitar su obstrucción.

o Debido a que la alcalinidad del hipoclorito de sodio concentrado precipita la dureza del agua de dilución, lo cual también puede producir incrustaciones en los dosificadores y tuberías; se recomienda preparar la solución con 24 horas de anticipación, de tal manera que los precipitados tengan tiempo de sedimentar.

5.2. Por Electrolisis o Cuando se emplea hipoclorito de sodio producido in situ, la solución es

producida a partir de la Electrolisis de la sal con equipos accionados por energía eléctrica o solar:

o El equipo debe incluir tanques de almacenamiento de la solución producida in situ.

o Es necesario almacenar una reserva de sal, lo que requiere espacio adicional. o Aunque los dispositivos para la producción de NaOCl son fáciles de instalar, es

preciso tomar precauciones para separarlos de los componentes susceptibles a la corrosión como los controles eléctricos, motores, bombas, reguladores y otros equipos hechos de materiales metálicos, ya que el ambiente inmediato a las unidades de producción suele ser muy corrosivo.

o Las instalaciones deben estar diseñadas de modo que se facilite el manejo de la sal y la transferencia de la solución de hipoclorito de un tanque a otros y al sitio de aplicación. Los locales en todo caso deben estar bien ventilados.

o La eficiencia de los diferentes tipos de equipo para producir hipoclorito de sodio varía un poco.

o La experiencia indica que se requieren de 6 a 10 kilovatios/hora de energía eléctrica para producir 1 kilogramo de cloro disponible. Esta pequeña cantidad de energía se puede obtener de varias fuentes, como células solares, generadores de energía eléctrica por molino de viento o por energía hidráulica, y otras.

o En todos los casos la fuente de energía tiene que ser confiable. o Una ventaja del sistema para la producción de hipoclorito de sodio in situ es que

se lo puede operar en las horas que hay electricidad, y almacenar el hipoclorito preparado para usarlo también en las horas en que falta la energía eléctrica.

o Estos dispositivos son muy seguros porque producen soluciones de hipoclorito de sodio de concentración baja y en cantidades relativamente pequeñas, que en su mayor parte se utiliza sino de inmediato, al corto plazo.

o A pesar del bajo riesgo, es preciso tomar precauciones, en especial cuando se abre la celda electrolítica, ya que puede acumularse una cantidad de cloro gaseoso en ella.

o Los componentes para la instalación con energía eléctrica son: la fuente de poder, celda electrolítica y recipiente para realizar la electrolisis.

o Los componentes para la instalación con energía solar son: las celdas fotovoltaicas, batería, controlador integral, celda electrolítica y recipiente para realizar la producción del hipoclorito de sodio.

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6 Instalación de dosificadores 6.1 Bajo presión atmosférica 6.1.1 Tanque con válvula flotador y tubo con orificio en flotador` a. Descripción Es un dosificador que funciona por gravedad, bajo un principio de la caga hidráulica constante. Hipoclorador sencillo hecho localmente de materiales fácilmente obtenibles. La dosificación se puede regular de acuerdo a la profundidad de inmersión y/o número de orificios sumergidos.

Fuente de Poder

Celda electrolítica

Recipiente de producción

Fig. 2. Sistema de producción de hipoclorito de sodio con energía eléctrica

Fig. 3. Sistema de producción de hipoclorito de sodio con energía solar

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Los componentes son: o Recipiente con la solución de cloro a aplicar, con flotador o Tubo de abasto de pequeño diámetro con flotador o Manguera flexible. b. Requisitos o Los sistemas deben construirse con materiales resistentes a la corrosión de una

solución fuerte de hipoclorito. o El tanque de solución debe construirse de polietileno de alta densidad (PEHD),

fibra de vidrio o asbesto-cemento. o El flotador puede hacerse con PVC o madera. o No debe usarse materiales como aluminio, acero, cobre o aún acero inoxidable

porque se destruyen rápidamente. c. Rango de aplicación o Pequeñas comunidades y hasta algunas intermedias o Su aplicación está limitada a aquellos casos en que la solución de hipoclorito

puede fluir por gravedad hacia el sitio de mezcla, ya sea un canal, una cámara de contacto de cloro o directamente hacia un tanque de almacenamiento.

d. Montaje e instalación o La instalación es sencilla, como todos los equipos de carga constante. o Debe incorporar un intervalo de aire en la tubería de descarga para evitar la

posibilidad de sifonaje.

Fig. 4. Sistema de tanque con válvula flotador

Fig. 5. Sistema de tubo con orificio en flotador

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o La instalación debe excluir la posibilidad de que el contenido del tanque de solución se descargue accidentalmente en el canal de mezcla o la cámara de contacto, si se rompe un accesorio o tubería o si ocurre otro tipo de derrame.

o La instalación debe facilitar el manejo de los compuestos de cloro, la mezcla de soluciones y el ajuste de la dosificación. Se debe colocar un grifo de agua en un lugar conveniente para preparar las soluciones madre y para limpieza general.

6.1.2 Sistema vaso/botella a. Descripción El elemento de dosificación es un sistema sencillo compuesto de un envase con un dispositivo flotante y se construye con una botella cilíndrica de vidrio o plástico con paredes lisas y con un volumen entre 1.0 y 1.5 litros. El dispositivo es alimentado con la solución desde un tanque. b. Requisitos El tanque alimentador debe ser instalado 1 m (o más) por encima del nivel donde se coloca el elemento de dosificación. c. Rango de aplicación El rango de dosificación puede tomarse desde 2 a 10 lt/hr, lo que lo hace aplicable para pequeñas localidades de hasta 20,000 habitantes. La colocación de dos o más dosificadores en paralelo permite dosificaciones mayores d. Montaje e instalación La botella sin base debe colocarse invertida (el cuello mirando hacia abajo). Sobre la parte superior se pega una tapa pequeña con masilla epóxica; Esta tapa tiene dos orificios; uno central, donde se coloca un tubo plástico de ¼” que sobresale aproximadamente 1 cm, este tubo debe pegarse firmemente a la tapa y sus bordes nivelados; el segundo orificio permite que el aire fluya libremente. La tapa puede hacerse de madera o de plástico. El dispositivo flotante es un vaso de plástico o un frasco plástico con o sin tapa, colocado invertido (con la boca hacia abajo) dentro de la botella; sobre la parte externa de la base, se pega un pedazo de goma blanda. Con el aire mantenido al interior, tanto el frasco como el vaso plástico funcionarán como un dispositivo flotante. El flujo se regula con una válvula sencilla de fabricación local.

Fig. 6. Elemento de dosificación del sistema vaso/botella

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6.2 Bajo presión positiva o negativa 6.2.1 Bomba diafragma (positiva) a. Descripción Estas bombas están equipadas con una cámara que tiene dos válvulas unidireccionales, una a la entrada y otra a la salida. El diafragma flexible, está hecho de un material resistente a los efectos corrosivos de las soluciones de hipoclorito. La tarea de la bomba es elevar la solución por medio de una serie de golpes. El punto de aplicación puede ser un canal o un reservorio (presión atmosférica), o una tubería con agua bajo presión positiva.

Bomba de diafragma

Tubería

Tanques de solución

Válvula anti-sifón

Fig. 7. Sistema de dosificación vaso/botella

Fig. 8. Cabezal con su diafragma

Fig. 9. Dosificador con bomba de diafragma en tubería bajo

presión positiva

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b. Requisitos o La energía requerida para operar el hipoclorador mecánico es relativamente

pequeña, generalmente de ¼ a ¾ HP, al escoger este tipo de clorador es importante considerar la fiabilidad y calidad de la fuente de energía.

c. Rango de aplicación o La capacidad de esta clase de hipoclorador es amplia, suministrando el más

pequeño cerca de 1 lt/h de hipoclorito, lo que lo hace aplicable para pequeñas localidades de hasta 20,000 habitantes, y los más grandes cerca de 200 lt/h.

o Dependiendo de la concentración de la solución y dosificación de cloro deseada, puede desinfectarse flujos de agua de muy variado caudal.

d. Montaje e instalación o El método más común de accionar las bombas de diafragma es usando un motor

eléctrico. o Una instalación bien diseñada debe proteger los productos químicos contra la luz

solar así como proporcionar condiciones para manejar y mezclar fácilmente las soluciones químicas.

o También debe estar bien ventilada y evitar temperaturas y humedad muy altas. o La instalación se debe diseñar de manera que se facilite la operación y el

mantenimiento y se reduzca al mínimo los riesgos potenciales del cloro. Se recomienda tener un cuarto separado para almacenar el hipoclorito debido a su naturaleza corrosiva y reactiva. En la figura se muestra el diagrama de una instalación típica de cloración con hipoclorito de calcio.

6.2.2 Dosificador por succión (negativa) a. Descripción El equipo dosificador por succión, utiliza un dispositivo Venturi, el cual permite dosificar soluciones cloradas en tuberías presurizadas. Este tipo de clorador se basa en el mismo principio que el de eyector empleado en los cloradores a gas. El vacío creado por el flujo del agua a través de un tubo Venturi succiona la solución de hipoclorito y la descarga directamente en la corriente de agua principal o en una corriente de derivación.

Fig. 10. Instalación típica de hipoclorito de calcio

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b. Requisitos El dispositivo Venturi no requiere de una fuente de energía separada, si existe presión suficiente en el sistema de abastecimiento de agua en el punto de aplicación de la solución de cloro para producir un flujo adecuado de agua por el Venturi. En otros casos, se necesitaría una fuente de energía eléctrica fiable para bombear una cantidad pequeña de agua a través del Venturi. c. Rango de aplicación La capacidad de dosificación varia entre 1 a 25 lt/h. d. Montaje e instalación o Un Venturi tiene un régimen de flujo relativamente

estrecho dentro del cual funciona eficientemente. Por este motivo, la selección del mismo debe considerar que los requisitos hidráulicos del dispositivo concuerden con las características del sistema de abastecimiento de agua (caudal máximo y mínimo). Los dispositivos Venturi no se deben emplear para fluctuaciones amplias de caudal y de presión que excedan su rango de operación.

o Los dispositivos Venturi deberán ser de material resistente a soluciones fuertes de hipoclorito, ya que su potencial oxidante puede atacar el dispositivo y deteriorarlo rápidamente.

o Los dispositivos Venturi se pueden instalar en una pared o directamente sobre las tuberías, dependiendo del diseño. La instalación es suficientemente sencilla como para no requerir un especialista. Todas las tuberías y tubos de plástico flexible deben instalarse adecuadamente para facilitar su operación y mantenimiento.

o Debe instalarse un filtro previamente al dispositivo y tener en cuenta la remoción fácil del Venturi para limpiar los precipitados u otros depósitos que puedan obstruirlo. Al igual que con todos lo hipocloradores, es preciso tomar precauciones especiales al diseñar las instalaciones de cloración y almacenamiento debido a la naturaleza reactiva de las soluciones de cloro.

Fig. 11. Ventura y rotametro

Fig. 12. Instalación de sistema venturi.

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6.3 Dosificador de flujo constante (por goteo) a. Descripción El dosificador aplicado está compuesto de tres partes: la válvula de control, el dosificador de salida y la cámara de carga constante (ver figura 1). o Válvula de cierre, Conformado por un dispositivo de plástico, similar al empleado

en el control del nivel de agua en los inodoros, modificado y adecuado a la cámara de carga constante. Este dispositivo consta de tres partes: a) válvula de cierre con asiento de neopreno de alta duración, b) palanca de unión entre la válvula y el flotador, y c) flotador. La válvula va montada en la parte superior de la pared lateral de la cámara de carga constante y se conecta al tanque que contiene la solución de hipoclorito de sodio.

o Dispositivo de control. Compuesto por dos partes: a) el orificio de salida y b) el dispositivo regulador de caudal. El orificio es de forma triangular, hecho en la parte lateral de una pieza plástica (niple), roscado internamente y fijada a la pared de la cámara de carga constante. El regulador de caudal es una pieza tubular plástica con rosca exterior, que se desplaza por el interior de la pieza plástica que contiene el orificio triangular, lo que permite regular finamente la abertura, obteniéndose un caudal uniforme de salida de la solución desinfectante por largos períodos de tiempo.

o Cámara de carga constante. Compuesto por un balde plástico de dos litros de capacidad. La válvula de cierre está ubicada en la pared lateral del recipiente y la salida se encuentra a 90 grados respecto a la válvula de cierre. De esta manera, la válvula de cierre permite que el nivel de agua se mantenga constante dentro del recipiente plástico, independientemente de la presión que proporcione el tanque de alimentación o de la descarga que proporcione el dispositivo de control. El dispositivo de control al disponer de una carga constante, permite también dosificar un caudal constante y uniforme. En la figura 1 se muestra los detalles del dosificador.

b. Requisitos Es necesario previo a la instalación adecuar una caseta segura para el equipo productor del hipoclorito de sodio, los recipientes para la preparación y almacenamiento del hipoclorito de sodio producido y el dosificador de carga constante. La misma que deberá estar ubicado en la parte superior del reservorio o depósito de agua.

Fig. 13. Dosificador de flujo constante

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c. Rango de aplicación Este dosificador por goteo permite dosificar hasta un caudal de 125 ml/s para una concentración de cloro de 0,5% (5,000 mg/l) Este dispositivo tiene una capacidad de tratar caudales hasta de 8 L/s. d. Montaje e instalación El dosificador se instala directamente en la línea de salida de los tanques que contienen la solución (se puede optimizar su uso instalando directamente a los tanques de producción de hipoclorito de sodio como se muestra en la figura adjunta), de modo que el flujo de solución descargue directamente, a través del dosificador, al tanque de agua que se va a desinfectar.

Fig. 14. Esquema de instalación de dosificador de flujo constante

Fig. 15. Detalles de la instalación del dosificador de flujo constante

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6.4 Erosión 6.4.1 Dosificadores de tabletas y píldoras de hipoclorito de calcio a. Descripción Normalmente tabletas de hipoclorito de calcio de alto contenido de cloro (65 % a 70%), se pueden obtener en diferentes marcas; sin embargo, debe tenerse cuidado en que no contengan cianuratos (sustancias nocivas para el ser humano). Las tabletas pueden también ser fabricadas localmente, comprimiendo polvo de hipoclorito de calcio, siempre que la compactación de las mismas no sea inferior a 1000 Kg/cm2, para que no ablanden fácilmente. Se ha diseñado un dispositivo similar al clorador de tabletas, el dosificador de píldoras, que puede suministrar hipoclorito de calcio directamente en pozos profundos o tanques a una velocidad constante que puede regularse. Las píldoras al sumergirse se disuelven lentamente proporcionando un cloro residual razonablemente constante. Estos dosificadores son sumamente útiles para pozos y tanques contaminados con microorganismos patógenos. Requiere agua con turbiedad debajo de 5 UNT. No es apto para suministros intermitentes.

Fig. 16. Dosificadores por erosión de tabletas.

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b. Requisitos o Estos dispositivos no requieren energía, son sencillos de operar y facilita la

dosificación porque las tabletas tienen una concentración constante de cloro. c. Rango de aplicación o Para caudales entre 0.1 a 20 lt/s o Turbiedad < 5 UNT o No deberá haber interrupciones prolongadas en el suministro de agua. o Acceso a las tabletas de calcio. d. Montaje e instalación o La instalación de esta clase de dispositivos de dosificación requiere un

adiestramiento especializado mínimo. o En la mayoría de los casos se puede adiestrar a un operador con conocimientos

básicos de plomería y tuberías. o Aunque los dispositivos de dosificación están hechos de materiales no corrosivos

y no tienen partes móviles, es preciso prestar atención a las instrucciones del fabricante para asegurar la durabilidad y una operación adecuada de acuerdo con las especificaciones.

o También se debe prestar atención a la temperatura de trabajo, ya que la solubilidad de las tabletas depende en general de la temperatura del agua.

Fig. 17. Aplicación de los dosificadores

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Fuera de la energía hidráulica necesaria para que corra el agua a través del dosificador por erosión de tabletas, no se requiere de energía adicional. Este tipo de dosificador de cloro ofrece mucha flexibilidad, tanto en cuanto a la cantidad de cloro como a la ubicación de los puntos de aplicación. Para abastecimientos más grandes pueden usarse varios dosificadores. Instalaciones típicas 6.5 Difusión(Flujo difusión) a. Descripción Dispositivo construido con material d PVC b. Requisitos o Estos dispositivos no requieren energía, son

sencillos de operar y mantener c. Rango de aplicación o Para caudales comprendidos entre 0,2 a 0,35 lt/s. d. Montaje e instalación o El hipoclorador de flujo difusión se instala en el

interior del reservorio cerca del tubo de entrada y salida a 30 cm. de distancia y a un nivel adecuado del nivel de piso para que el hipoclorador este siempre por debajo del nivel de agua, con la finalidad de que el dispositivo este en constante movimiento y deje salir el cloro en proporción adecuada. Ver esquema de instalación

o Durante el proceso de instalación es necesario tomar muestras de agua, con un

comparador de cloro y utilizar pastillas de DPD-1, a fin de comprobar la cantidad de cloro residual que existe en el reservorio y en las conexiones domiciliarias de la red de distribución

Fig. 18. Instalación del dosificador de tabletas

Fig. 19. Hipoclorador

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7 Bibliografía

OMS/OPS; La desinfección del agua, Publicación OPS/HEP/99/32 (1999) Reiff, F.; Disinfection practices in developing areas; trabajo presentado en el Curso NSF sobre Desinfección de Aguas en Washington DC (1998) Reiff, F.;Witt, V.; Guía para la selección y aplicación de tecnologías de desinfección del agua para consumo humano en pueblos pequeños y comunidades rurales en América Latina y el Caribe; Documento OPS/OMS, Serie Técnica No. 30 (1995) Rojas, R., Guevara, S.; Celdas electrolíticas para producción in situ de Hipoclorito de Sodio; Publicación CEPIS/GTZ (1999) Solsona, F.; Investigación sobre desinfección de agua para abastecimientos rurales en Argentina, Trabajo presentado en la Publicación CEPIS “Investigación sobre Desinfección de agua en abastecimientos rurales” (1983) OMS/OPS/Ministerio Salud Pública Guatemala, Inventario de tecnologías de agua y saneamiento en Guatemala, utilizadas en comunidades rurales e indígenas. (2003) OPS/OMS- COSUDE. Guía de operación y mantenimiento del Hipoclorador por difusión. CEPIS - UNATSABAR 2002 OPS/OMS- COSUDE. Guía de instalación y mantenimiento del Hipoclorador por goteo. CEPIS - UNATSABAR 2003 OPS/OMS- COSUDE. Aplicación de la desinfección por goteo en la comunidad rural de Conchamarca, Huánuco-Perú Informe técnico. CEPIS - UNATSABAR 2001

Fig. 20. Esquema de instalación del Hipoclorador por difusión

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SUNASS/JICA/GTZ, Control de la calidad del agua - Curso nacional de entrenamiento en control de calidad de agua en sistemas de agua potable. Perú (2003) Erico Navarro, Guía para la implementación de proyectos de agua y saneamiento en el área rural PNUD/PAS Banco Mundial - OMS/OPS/CEPIS (1999) Erico Navarro, Metodologías y tecnologías apropiadas, en proyectos de saneamiento básico rural. Compendio de experiencias y evaluaciones de proyectos en Bolivia, Ecuador y Perú. PNUD/PAS Banco Mundial - OMS/OPS/CEPIS .Bolivia 1999 MINSA Perú/APRISABAC. Manual de procedimientos técnicos en saneamiento. Serie de 4.4. Saneamiento básico rural. Perú 1999. OPS/OMS Colombia Álvarez Peralta, E, Agua y saneamiento: Opciones prácticas para vivir mejor. (2002) CEPIS/OPS/OPS- EPA, Manual del inspector: Como realizar inspecciones sanitarias en pequeños sistemas de agua.2001