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                             DEDESINFECCION DEL AGUA CON RADIACIONES ULTRAVIOLETA  

                                                                         

                                                                       Fotografia de www.water-drinking.org

Introducción

Mecanismos de desinfección

Ventajas y desventajas del empleo de las radiaciones UV

 

Introducción

La luz ultravioleta (UV) es una alternativa de desinfección principalmente respecto al uso del cloro y sus derivados y del ozono en el tratamiento de aguas potables y residuales. La luz ultravioleta fue descubierta en 1801, pero las aplicaciones industriales no llegaron hasta 1910, fue entonces cuando se utilizó en la desinfección de agua en una planta de tratamiento de Marsella (Francia). A pesar de esto el empleo generalizado del uso del cloro a partir de la I guerra mundial relegó las aplicaciones de la UV a instalaciones en las que no era viable el empleo del cloro. Al pasar los años el empleo de las UV se fue aplicando más en industrias de la alimentación (las radiaciones UV no tienen efectos residuales) y en la desinfección del agua de piscinas y en instalaciones balnearias y en lugares donde se aplique el agua en forma pulverizada en gotitas.

Con una longitud de onda de 260 nm, La radiación UV tiene la capacidad de destruir los enlaces de ADN de casi todos los organismos vivos mediante el proceso denominado dimerización que daña los organismos y suele ser irreversible impidiendo su normal desarrollo aunque algunos organismos pueden recuperarse por mecanismos de fotoreactivación o fotoreparación, es por esto que en el tratamiento del agua para aumentar la efectividad de la desinfección, el agua debe someterse a recirculación. La aplicación de las radiaciones UV es un método no intrusivo y no afecta al pH, olor o sabor y no deja efecto o propiedades residuales

Los rayos ultravioleta (UV), constituye la franja del espectro electromagnético situada entre los  100 y los 400 nm, es decir , entre los rayos X y la luz visible. La escala expandida  de la radiación UV se distribuye asi:

               Vacío - Ultravioleta                       : Entre 100 y 200 nm

               Ultravioleta - Onda corta (UV-C) :  Entre 200 y 280 nm

               Ultravioleta - Onda media (UV-B) :  Entre 280 y 315 nm

               Ultravioleta - Onda larga  (UV-A) :  Entre 315 y 400 nm

 

Rayos X

UV — vacio..    

UV-onda

corta(UVC)    

UV-onda

media

UV—onda

larga(UVA)

 Luz            visible

 

 

========

===

 

 

             100                 200        254         280              315                  400                     800                     Longitud de onda en nm

     

 (Fuente : International Ultraviolet Associatión)                                                        

Dentro de esta franja del espectro, las radiaciones que atraviesan la atmósfera terrestre y alcanzan la superficie , son las comprendidas entre los 280 nm y las de valores próximos al infrarrojo, el resto son absorbidos por la capa atmosférica de ozono.

La radiación aplicada a la desinfección , está en la zona  de onda corta (UVC), consiguiéndose mediante  fuentes artificiales de UV , como son generalmente  las lámparas de mercurio de baja y media presión.

La radiación UV no es una radiación óptica y por tanto el termino "luz ultravioleta" no es el más correcto, aunque realmente las radiaciones ultravioleta se comportan como las radiaciones visibles.

Para conseguir radiaciones UV-C, a través de energía eléctrica, se utiliza una lámpara de baja presión de vapor de mercurio , por la que se hace pasar la corriente eléctrica. La radiación  ultravioleta es el resultado del flujo de electrones, del vapor de mercurio ionizado, entre los electrodos de la lámpara. Ocurre como en una clásica lámpara fluorescente, con la diferencia de que en las lámparas fluorescentes el bulbo está recubierto con una capa de fósforo que convierte la radiación UV en luz visible.                                        

Para lograr una operación estable en una lámpara de arco de  mercurio se requieren una especie de transformadores o balastos , estos pueden ser  electromagnéticos, formados por un inductor en serie con la lámpara y un componente capacitivo corrector de potencia en paralelo y balastos electrónicos formados por un rectificador y un inversor de corriente . Los balastos electrónicos trabajan a frecuencias más altas que los electromagnéticos, con lo cual las lámparas trabajan a más baja temperatura, consumen menos energía y  aumenta el periodo de vida de la lámpara.  

    (Pinchar para ver ampliación)                                              

 Conjunto y lámpara para desinfección con con radiaciones UV

  

(Fuente : Atlantic Ultraviolet Corporatión)

  La radiación UV aplicada para la desinfección del agua, puede decirse que comenzó hace unos cien años, especialmente a partir de 1901 con el desarrollo de la lámpara de mercurio como fuente de luz ultravioleta, protegida por una envoltura de cuarzo. La primera unidad en plan experimental aplicada a la desinfección del agua, tuvo lugar en 1910 en Marsella. Su aplicación era muy reducida , (el cloro era un gran rival) pero con la implantación de las primeras lámparas de descarga de gas , a principios de los años 40, las lámparas de mercurio de alta y baja presión y las mejoras en la envoltura de cuarzo, colaboraron a un mayor  empleo en la desinfección del agua . A mediados de los años 50, en Suiza y Austria, se empezaban a aplicar de forma más o menos extensa a la desinfección. A partir de los 60 se extendió su uso tanto en Europa como en los Estados Unidos, en algunos casos combinando su empleo con cloro.

El sistema de aplicación o reactor más empleado en la desinfección del agua potable es el de canal cerrado de contacto donde se trata un flujo de agua presurizado

El poder de desinfección de una lámpara de UV , viene dado por el producto de la intensidad o cantidad de energía por unidad de superficie y el tiempo de exposición o de contacto del agua en la cámara de desinfección. Este producto, llamado también dosis, se expresa en microwatios segundo por centímetro cuadrado (μ w seg/cm2) .

  

                   Salida en watts

  Dosis  = –––––––––––––––    x tiempo (seg.)

                     Area (cm2)

 

En el poder de desinfección de las lámparas de UV , juega un papel importante el diseño del equipo llamado a veces esterilizador, principalmente sus dimensiones, ya que por ejemplo la intensidad disminuye a medida que nos alejamos de la fuente de luz y  a su vez el tiempo depende del tamaño y flujo de caudal aplicado.

MECANISMO DE DESINFECCIÓN

La desinfección por radiación UV , no inactiva a los microorganismos por vía química ,como lo hacen otros desinfectantes, sino por la absorción de la luz, la cual origina una reacción fotoquímica que altera  los compuestos moleculares esenciales en la función celular.

La desinfección a través de radiaciones UV, tiene lugar como consecuencia de la inactivación del ácido desoxirribonucleico (ADN) de los microorganismos, por estas radiaciones. Los ácidos nucleicos son los puntos de ataque de la radiaciones UV.  

   radiac1a.jpg (14285 bytes)

  (Pinchar para ver ampliación) 

  A una longitud de onda de 250 -260 nm la absorción suele ser máxima, siendo el poder germicida de la radiación UV, máximo a 264 -265 nm. Las lámparas UV emiten el 90% de su radiación en 253,7 nm. La actuación de estas radiaciones sobre dos de las moléculas contiguas de timina o citosina (pirimidinas) de una misma cadena de ADN o RNA , formando moléculas dobles o dímeros, impide la duplicación del DNA y RNA de los microorganismos y por tanto su reproducción. Pueden ocurrir procesos de reactivación y reparación mediante fotoreactivación a través de alguna enzima fotoreactivadora que invierte la dimerización, partiendo otra vez el dímero que se obtuvo con la absorción de del UV por los ácidos nucleicos, pero esta suele ocurrir en condiciones extremas de laboratorio, tales como altas temperaturas y radiaciones prolongadas superiores a 300 nm, que no sería el caso de la desinfección del agua.

 La  inactivación de microbios depende tanto de la propia población de estos como de la longitud de onda de la luz UV a 254 nm. Las bacterias son menos resistentes a la radiación UV que los virus, y estos a su vez son menos resistentes que las esporas de bacterias.Los quistes y  oquistes de protozoos son los más resistentes a la radiación UV a 254nm.

Para minimizar el posible efecto de fotoreactivacion, es conveniente reducir la exposición del agua inmediatamente desinfectada, a la luz del sol.

Existen una serie de factores que inciden en la eficacia de un sistema de UV, ente los que pueden citarse:

Los sólidos en suspensión  que protegen a los microorganismos de las radiaciones , las sustancias orgánicas que absorben radiaciones UV, reduciendo la cantidad disponible. Otras sustancias, con cierta frecuencia presentes en el agua, como el hierro y el manganeso pueden producir manchas en la envoltura externa de cuarzo y otras como sales de calcio y magnesio que pueden causar incrustaciones, tanto sobre la propia lámpara de cuarzo como en la propia cámara de esterilizador.

La temperatura también afecta en el sentido de producir fluctuaciones en la radiación UV. La temperatura optima de las lámparas de UV suele ser de 40 ºC.

En cuanto a la dosis minima de UV para la reducción de ´patógenos no hay un consenso completo, la EPA (Agencia de Protección del Medio Ambiente) de los Estados Unidos señala una dosis de 21 mWs/cm2 para conseguir una reducción de 2  logaritmo del virus de hepatitis y una dosis de  36 mWs/cm2 para una reducción de 3 logaritmo (incluyendo en ambos casos un factor de seguridad de 3).

 

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL EMPLEO DE LAS RADIACIONES UV

La principal ventaja en la aplicación de estas radiaciones en la desinfección del agua es su bajo coste de inversión y operación , no emplear productos químicos ni reacciona con los constituyentes del agua y por tanto no generar subproductos ni origina sabores ni olores y a su vez es compatible con otros procesos complementarios de desinfección que aporten un residual más permanente. Es precisamente esta carencia de desinfección residual a lo largo de la red de abastecimiento, la posible desventaja de las radiaciones UV si se emplearan como desinfectante único. Otra ventaja es no necesitar tanques de mezcla o de contacto.

El uso de UV elimina la necesidad de transportar, almacenar y manipular productos químicos peligrosos. A diferencia de algunos desinfectantes químicos, las tasas de inactivación microbiana por UV no dependen del pH ni de la temperatura.

Está muy extendida su aplicación a pequeños sistemas de abastecimiento y en la desinfección de agua para aplicaciones y usos concretos en hospitales, escuelas, industrias de bebidas, alimenticias y farmacéuticas.

La profundidad de penetración de esta radiación en el agua es limitada, dificultando su actuación el color y la turbiedad del agua por lo que para aumentar el rendimiento en la eliminación de microorganismos , se deben irradiar solo láminas delgadas de agua. Su aplicación solo se reduce a aguas claras y no contaminadas.

Con el transcurso del tiempo, las lámparas suelen ensuciarse, lo que reducirá la capacidad de penetración de los rayos. La vida útil de las lámparas es muy limitada.

 

 

                                                                   

                                                                                       

                                                                                                                      

                                                                                                                                                                               Fuente Sodis

   Desinfección del agua por medio de luz ultravioleta : Página de CEPIS - OPS y OMS,con un amplio articulo sobre la desinfección por luz ultravioleta de H.B.Wright y W.L.Cairms, de Trojan Technologies Inc.

Luz ultravioleta ofrece desinfección confiable :Articulo de Myron Lupal, publicado en la página de ACS Medioambiente, empresa mexicana de Ingenieria Ambiental dedicada al tratamiento del agua.

La luz UV en la desinfección: Breve publicación de la página de Ecowater, con informaciones generales sobre este procedimiento de desinfección

SODIS (Solar Water Desinfectión) :Página de SODIS , de la EAWAG (Swiss Fedral Institute for Enviromental Science and Technology, de Suiza, donde se expone una amplia información sobre este procedimiento de desinfección del agua envasandola en botellas de plástico transparente  y exponiendolas a las radiaciones solares. Se dan normas de actuación  y se presentan numerosos proyectos, publicaciones, esquemas, gráficos, resultados sobre eliminación de microorganismos, etc. Mucha de la información está en español.

 Elimination of pathogens through solar disinfection

The lack of safe drinking water in many developing countries has prompted research into simple methods of disinfecting small quantities of water. One such investigation at the University of Beirut in the Lebanon revealed that 99.9% of total bacteria in a water sample could be destroyed by 300 minutes exposure to direct sunlight. In effect this means that if you left a sample of water in a translucent container, a lot of the bacteria in it would be killed.

Research to date has concentrated on transparent PET (polyethylene terephthalate) bottles, these being more robust than glass bottles and hence more practical for use in rural areas. It is important to first remove any particles in the water which may harbour or shield pathogens from the sunlight. Removal is effected by allowing any solids to settle out by sedimentation. It has been found that inactivation of pathogens is more effective if the water is fully oxygenated.

The following is a procedure which works well:

1.      Collect the raw water in a large jar and leave for about 12 hours, till the water appears clear. (Ideally, the turbidity should be reduced to below 30 NTU.) Pour the liquid above the residue (supernatant) through a piece of cotton cloth into a clean bucket.

2.      Obtain a clear plastic bottle and clean it and its lid with some safe (boiled) water. Paint half of it black. (An alternative is to have a black surface, e.g. a black bin bag or a piece of tyre, on which to lay the bottle.)

3.      Half fill the bottle with the clear water from (1) and put the lid on it. Shake the bottle vigorously for 30 seconds. This will ensure that oxygen from the headspace (the air space above the water) dissolves in the water.

4.      Fill the remaining half of the bottle with the clear water from (1).

5.      Lay the bottle on its side, and in such a position as to allow maximum sunlight to fall onto it. UV radiation from the sun reacts with the oxygen molecules in the water and, together with the heat from the sunlight, inactivates the pathogens. These pathogens in contaminated water sources are commonly viruses and bacteria, including Vibrio cholera.

6.      Leave the bottle in the sun for at least five hours. If the weather is cloudy, leave outside for two days.

7.      At the end of this period, the water should be safe for drinking.

The graph below  shows the decay rate of faecal coliforms with exposure to sunlight. The UV-A band (320–400 nm) of solar radiation is primarily responsible for the inactivation of the micro-organisms.

UV-A radiation intensity on a sunny day in the tropics is generally 10–20 W m−2, while total solar radiation might be 500–800 W m−2.

  Elimination of faecal coliforms with UV-A radiation

Uso de la radiación solar (UV-A y temperatura) en la inactivación del Vibrio cholerae en agua para consumo humano : Estudio  realizado por diversos investigadores del Instituto Cinara de la Universidad del Valle de Colombia y del Swiss Federal  Institute for Enviromental Science and Technology de Duebendorf, Suiza . Dentro del programa de investigación SODIS para el estudio de la desinfección solar de pequeñas cantidades de agua , aplicado principalmente en países en desarrollo, utilizando agua envasada en distintos envases expuestos a la luz solar y a los que se inoculó Vibrio cholerae.

Desinfeccion del agua mediante energia solar : Breve descripción del procedimiento SODIS para desinfección de agua para uso domestico.

                                                                              

Aplicaciones prácticas y aspectos de la ingenieria de las radiaciones UV en el tratamiento del agua: Página de EPA recogiendo una publicación de la United Water Management & Services .Se presenta bajo formato tipo diapositivas, una serie de datos sobre : Historia de UV . Fundamento . Aplicaciones . Componentes de los sistemas UV. Costos. 

  Desinfección del agua con luz ultravioleta. Articulo de Fco Diaz Diaz y Liliam Serrano O. de la empresa Gem-ex, S.A y publicada en la página de Agualatinoamerica.com.

La luz ultravioleta, una solución amigable con el medio ambiente para la desinfección del agua y del aire. Publicación de Cristian Gonzalez Garrido en la página de AQUA MASTER.

Desinfección del agua por medio de la luz ultravioleta. Art. de H.B.Wright y W.L.Cairms. Trojan Tehnologies Inc. y publicado por la página de ingenieroambiental.com.

Aplicación de la energía solar UV al tratamiento de la contaminación por compuestos no biodegradables. Artículo publicado por el Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicos. Plataforma Solar de Almería.

Water Pasteurization and Disinfection

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    Aplicación de la energia solar ultravioleta al tratamiento de la descontaminación por compuestos no bbiodegradables. Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas. Plataforma Solar de Almeria.

El agua potable deValencia se desinfectará con rayos ultravioleta para mejorar su calidad. Información publicada en el diario Las Provincias

Aplicación de la energia solar y la luz ultravioleta en la potabilización del agua. Articulo de Antonio Sarmiento Sera  Centro de Estudio de Tecnologías Energéticas Renovables (CETER). Miembro de CUBASOLAR

DESINFECCIÓN SOLAR. Publicación de Lydia G. Márquez-Bravo. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua

Regulations Driving Use of Ultraviolet Disinfection to Treat Cryptosporidium. Publicación de

 

Synergistic effects of sequential treatment by UV irradiation and chemical disinfectant for drinking water disinfection. Publicación de M. Lotierzo1, C. Féliers1, N. Faure1, L. Le Grand2, S. Saby, P. Cervantes1

ULTRAVIOLET DISINFECTION OF PRIVATE WATER SUPPLIES FOR HOUSEHOLD OR AGRICULTURAL USES. Publicación de

Sistemas de desinfección por ultravioleta como pretratamiento de Osmosis inversa en la ETAP de Sant Joan Despí. Publicación de ITT Water & Wastewater

La radiación ultravioleta como método superior de desinfección. Estudio sobre la óptima longitud de onda para mantener el agua libre de microorganismos. Publicado por José Aguado Alonso en


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