TRATAMIENTO DE AGUAS POR MEDIO DE LUZ
ULTRAVIOLETA (UV)
KAREN YULIETH CASAS
YENCY ALVAREZ
EBER ROSARIO
ING.
JAVIER AUGUSTO VERA
UNIVERSIDAD
DE PAMPLONA
FACULTAD
DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA
CUENTAS
Y COSTOS AMBIENTALES
PAMPLONA-NORTE
DE SANTANDER
2019
Tabla de
contenido
Tabla de ilustraciones
1.
INTRODUCCION
La
luz ultravioleta (UV) es una alternativa establecida y cada vez más popular
frente al uso de productos químicos para la desinfección de agua potable, aguas
residuales y aguas industriales de varias calidades. Los sistemas de
desinfección UV pueden ser diseñados para una amplia gama de aplicaciones
siempre que se preste la debida atención a la calidad del agua que se está
desinfectando y a los objetivos de desinfección buscados. (Cairns,
s.f.)
La
práctica de desinfección UV del agua potable y sus fundamentos teóricos han
sido bien documentados. Este trabajo intenta brindar una revisión de la
situación actual, para lo cual se utilizará información obtenida tanto de la
literatura existente. (Cairns, s.f.)
2.
OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO
GENERAL:
2.2 OBJETIVOS
ESPECIFICOS:
- Conocer acerca del diseño de sistemas UV, su operación y mantenimiento.
- Realizar diagramas de flujo para describir las etapas del proceso.
3.
JUSTIFICACION
En estudios
realizados se revela nuevamente que los ultravioletas (UV) pueden ser una mejor
solución para la desinfección de las aguas depuradas, en comparación con los procedimientos
actualmente utilizados en las estaciones potabilizadoras, que utilizan
derivados del cloro y que pueden producir subproductos cancerígenos. Se han
determinado recientemente la longitud de onda óptima dentro del ultravioleta
para mantener el agua limpia de microorganismos. Además los UV pueden ser
usados en plantas de depuración además de en plantas desalinizadoras, para
destruir los microorganismos con riesgo para la salud, y hacer los procesos de
depuración de aguas mucho más eficientes. (Remtavares, 2010)
La
irradiación de ultravioleta está siendo aplicada cada vez más, como procesos
primarios de desinfección. El UV se reconoce como superior comparado con otros
métodos de desinfección, debido a la simplicidad de la instalación, la
comodidad de uso y mantenimiento, y los bajos costes de operación. Además, no
hay subproductos en el proceso y este tipo de desinfección es compatible con el
resto de las formas de tratamiento de aguas. Según investigaciones recientes, han
demostrado cómo este tratamiento puede ser optimizado para eliminar las
bacterias que acampan a sus anchas en el agua. Es decir, el tipo de bacteria
que se adhiere dentro de los conductos de distribución del agua y bloquean los
filtros en las plantas de desalinización por la formación de biofilms. (Remtavares,
2010)
4.
TIPO
DE TRATAMIENTO AVANZADO DE AGUAS RESIDUALES O POTABLES
La luz UV es una alternativa probada y segura para
desinfección primaria ya que está libre de subproductos dañinos asociados con
la desinfección química. Los UV tienen también la ventaja añadida de no
comprometer el sabor, color u olor del agua. (trojanuv, s.f.)
La desinfección UV es un proceso físico que neutraliza
los microorganismos instantáneamente cuando estos pasan a través de las
lámparas ultravioleta sumergidas en el efluente. El proceso no añade nada al
agua excepto luz UV y por lo tanto no tiene impacto sobre la composición
química o en el contenido de oxígeno disuelto en el agua. A este respecto se
asegura el cumplimiento con la cada vez más estricta normativa de descarga del
efluente de agua residual. (trojanuv, Desinfección UV para
Aguas Residuales, s.f.)
5.
GENERALIDADES
LUZ
ULTRAVIOLETA: Los sistemas de tratamiento y desinfección de Agua mediante luz
Ultra Violeta (UV), garantizan la eliminación de entre el 99,9% y el 99,99 de
agentes patógenos. Para lograr este grado de efectividad casi absoluta mediante
este procedimiento físico, es totalmente imprescindible que los procesos
previos del agua eliminen de forma casi total cualquier turbiedad de la misma,
ya que la Luz Ultravioleta debe poder atravesar perfectamente el flujo de agua
a tratar. (EXCELAIR,
s.f.)
La luz UV no
cambia las propiedades del agua o aire, es decir, no altera químicamente la
estructura del fluido a tratado. Al contrario de las técnicas de desinfección
química, que implican el manejo de sustancias peligrosas y reacciones que dan
como resultado subproductos no deseados, la luz UV ofrece un proceso de
desinfección limpio, seguro, efectivo y comprobado a través de varias décadas
de aplicaciones exitosas. (EXCELAIR, s.f.)
El mecanismo
de desinfección se basa en un fenómeno físico por el cual las ondas cortas de
la radiación ultravioleta inciden sobre el material genético (ADN) de los
microorganismos y los virus, y los destruye en corto tiempo, sin producir
cambios físicos o químicos notables en el agua tratada. Se cree que la
inactivación por luz ultravioleta se produce mediante la absorción directa de
la energía ultravioleta por el microorganismo y una reacción fotoquímica
intracelular resultante que cambia la estructura bioquímica de las moléculas
(probablemente en las nucleoproteínas) que son esenciales para la supervivencia
del microorganismo. Está demostrado que independientemente de la duración y la
intensidad de la dosificación, si se suministra la misma energía total, se
obtiene el mismo grado de desinfección. (RADIACIÓN ULTRAVIOLETA, s.f.)
6.
FUNCIONAMIENTO
DE LA DESINFECCIÓN POR UV
A diferencia de los métodos químicos de
desinfección de aguas, la radiación UV proporciona una inactivación rápida y
eficiente de los microorganismos mediante un proceso físico. Cuando las
bacterias, los virus y los protozoos se exponen a las longitudes de onda
germicidas de la luz UV, se vuelven incapaces de reproducirse e infectar. Se ha
demostrado que la luz UV es eficaz frente a microorganismos patógenos, como los
causantes del cólera, la polio, la fiebre tifoidea, la hepatitis y otras
enfermedades bacterianas, víricas y parasitarias.
Asimismo, Trujan aprovecha la luz UV (sola o junto con peróxido de hidrógeno) para destruir contaminantes químicos como pesticidas, disolventes industriales y fármacos, a través de un proceso denominado oxidación UV.
Los microorganismos se desactivan por medio de la luz UV como resultado del daño a los ácidos nucleicos. El ADN y el ARN celular absorben la energía alta asociada con la energía UV de longitud de onda corta, principalmente a 254 nm. Esta absorción de energía UV forma nuevos enlaces entre nucleótidos adyacentes creando dobles enlaces o dímeros.
Asimismo, Trujan aprovecha la luz UV (sola o junto con peróxido de hidrógeno) para destruir contaminantes químicos como pesticidas, disolventes industriales y fármacos, a través de un proceso denominado oxidación UV.
Los microorganismos se desactivan por medio de la luz UV como resultado del daño a los ácidos nucleicos. El ADN y el ARN celular absorben la energía alta asociada con la energía UV de longitud de onda corta, principalmente a 254 nm. Esta absorción de energía UV forma nuevos enlaces entre nucleótidos adyacentes creando dobles enlaces o dímeros.
La dimerización de las moléculas adyacentes,
especialmente de las timinas, constituye el daño fotoquímico más frecuente. La
formación de numerosos dímeros de timina en el ADN de bacterias y virus impide
la replicación y la capacidad de infectar.
7.
EFICACIA
DE LA RADIACIÓN UV
Un importante conjunto de investigaciones
científicas ha demostrado la capacidad de la luz UV para inactivar una extensa
lista de bacterias patógenas, virus y protozoos. La luz UV ofrece una ventaja
clave sobre la desinfección con cloro, ya que puede inactivar protozoos
perjudiciales para la salud de la población (destacan Cryptosporidium y Giardia).
La liberación de estos microorganismos perjudiciales a los lagos y ríos receptores a través de las plantas de tratamiento de aguas residuales que utilizan desinfección incrementa el riesgo de contaminación en comunidades que utilizan los mismos cuerpos de agua para el agua potable y el agua de uso lúdico. Las plantas de tratamiento de aguas potables pueden beneficiarse de la utilización de luz UV, puesto que inactiva fácilmente patógenos resistentes al cloro (protozoos), a la vez que reduce el empleo de cloro y la formación de sus subproductos.
La liberación de estos microorganismos perjudiciales a los lagos y ríos receptores a través de las plantas de tratamiento de aguas residuales que utilizan desinfección incrementa el riesgo de contaminación en comunidades que utilizan los mismos cuerpos de agua para el agua potable y el agua de uso lúdico. Las plantas de tratamiento de aguas potables pueden beneficiarse de la utilización de luz UV, puesto que inactiva fácilmente patógenos resistentes al cloro (protozoos), a la vez que reduce el empleo de cloro y la formación de sus subproductos.
8.
MECANISMOS
DE SEPARACIÓN.
Es posible que algunos microorganismos reparen
el daño fotoquímico causado por la luz UV, si su dosis es demasiado baja,
mediante la foto reactivación o reparación oscura. No obstante, algunos
estudios han mostrado que la posibilidad de fotorreactivación es escasa o nula
a dosis superiores a 12 mJ/cm2. De hecho, se ha mostrado que algunos
microorganismos, como Cryptosporidium,
no presentan ningún signo indicativo de reparación en condiciones luminosas y
oscuras, tras la exposición a una lámpara UV de presión baja o media irradiando
una dosis de tan solo 3 mJ/cm2.
Los sistemas UV deben diseñarse con una dosis de radiación UV suficiente como para garantizar que el daño celular no pueda ser reparado. La determinación del tamaño de un sistema debe basarse en la validación bioanalítica (pruebas de campo) para garantizar una desinfección adecuada. (cofidence,
s.f.)
Los sistemas UV deben diseñarse con una dosis de radiación UV suficiente como para garantizar que el daño celular no pueda ser reparado. La determinación del tamaño de un sistema debe basarse en la validación bioanalítica (pruebas de campo) para garantizar una desinfección adecuada.
9.
DIAGRAMA
DE FLUJO.
9.1
VENTAJAS
- Los costes operativos de la desinfección por UV vienen dados por la sustitución anual de las lámparas y el consumo eléctrico
- La luz UV elimina o reduce el peligro inmediato para la seguridad que supone el gas de cloro, sin crear nuevos costes a largo plazo asociados al uso de productos químicos, el transporte y la distribución
- Con la desinfección por UV, se minimizan y/o eliminan los costes por respuestas a fugas, administración, gestión de riesgos y planificación de emergencias y formación de los operario
- Los ayuntamientos no pagan primas
por las significativas ventajas para la seguridad de la desinfección por UV
- La desinfección con luz UV es eficaz para la desactivación de la mayoría de los víruses, esporas y quistes.
- La desinfección con luz UV es más un proceso físico que una desinfección química, lo cual elimina la necesidad de generar, manejar, transportar, o almacenar productos químicos tóxicos, peligrosos o corrosivos.
- No existe ningún efecto residual que pueda afectar a los seres humanos o cualquier organismo acuático.
- La desinfección con luz UV es de uso fácil para los operadores.
- La desinfección con luz UV tiene un período de contacto más corto en comparación con otros desinfectantes (aproximadamente de 20 a 30 segundos con la utilización de las lámparas de baja presión).
- El equipo de
desinfección con luz UV requiere menos espacio que otros métodos.
9.2 DESVENTAJAS:
- La baja dosificación puede no desactivar efectivamente algunos víruses, esporas y quistes.
- Algunas veces los organismos pueden reparar o invertir los efectos destructivos de la radiación UV mediante un “mecanismo de reparación”, también conocido como fotoreactivación o, en ausencia de radiación, como “reparación en oscuro”.
- Un programa de mantenimiento preventivo es necesario para controlar la acumulación de sólidos en la parte externa de los tubos de luz.
- La turbidez y los sólidos suspendidos totales (SST) en el agua residual hacen que la desinfección con luz UV sea ineficaz. El uso de la desinfección con lámparas UV de baja presión no es tan efectivo en el caso de efluentes secundarios con niveles de SST mayores a 30 mg/L.
- La desinfección
con luz UV no es tan económica como la desinfección con cloro, pero los costos
son competitivos cuando la cloración requiere descloración y se cumple con los
códigos de prevención de incendios.
10.
DIBUJOS
DEL TRATAMIENTO UV
El agua es filtrada
eliminado la mayor parte de sólidos suspendidos y sedimentables que se
encuentran en el agua potable, tales como: partículas, mohos, óxidos y
arenillas; elementos que son arrastrados durante su trayecto desde la atarjea
hasta el punto de uso. Gracias a su medio filtrante Auto-Limpiable y a su
válvula MULTIPORT de Multilinea, hace fácil y sencilla su limpieza en línea,
sin la necesidad de desmontarlo para limpiar las impurezas retenidas en su
cuerpo micro poroso. El filtro de cuarzo está diseñado para retener partículas
hasta 10 micrones nominales del agua
Los
Purificadores de Agua por Ultravioleta funcionan mediante la
"radiación" o "iluminación" del flujo de agua con una o más
lámparas de silicio cuarzo, con unas longitudes de onda de 200 a 300
nanómetros. Por lo tanto, el agua fluye sin detenerse por el interior de los
purificadores, que contienen estas lámparas (blogspot, s.f.)
Cuando
los microorganismos son expuestos a una dosis adecuada de radiación
ultravioleta a 253.7 nm de longitud de onda (UV-C), el ADN (acido
desoxirribonucleico) de las células absorben los fotones UV causando una
reacción fotoquímica irreversible, la cual inactiva y destruye las células. (blogspot,
s.f.)
10.1
PROCESO DE OXIDACIÓN CON DEGRADACIÓN TOTAL
Mineralización
de los contaminantes, especialmente los orgánicos recalcitrantes, hasta su
completa transformación en dióxido de carbono, agua y aniones inorgánicos,
evitando la formación de subproductos o residuos. (Ambiente,
s.f.)
10.2
PROCESO DE OXIDACIÓN CON DEGRADACIÓN PARCIAL
Degradación de contaminantes orgánicos en compuestos
más biodegradables y/o menos tóxicos para un posterior tratamiento biológico. (Ambiente,
s.f.)
Las radiaciones más útiles son UV, los rayos X y los
rayos y. La radiación que más se utiliza es la UV debido a su costo, un
inconveniente que tiene este tratamiento es su baja eficacia frente a la
turbidez del agua. (ALIMENTOS, 2019)
11.
CONCLUSIONES
- La desinfección UV de agua potable ofrece muchas ventajas únicas y significativas. A diferencia de los desinfectantes químicos, UV no le agrega químicos tóxicos al agua potable ni promueve la formación de subproductos mutagénicos ni carcinogénicos. UV no promueve la descomposición oxidante de polímeros microbianos resultando en la formación de CAO que puede promover la formación de crecimiento de biopelicula en sistemas de distribución. UV no deja sabores desagradables y olores en el agua potable tratada. Mientras que un incremento en la dosis de desinfectantes químicos resulta en subproductos de desinfección adicionales e impactos estéticos, ningún impacto negativo en la calidad del agua puede ser asociado con una sobredosis de UV.
- De las nuevas plantas de tratamiento de aguas residuales que son construidas en todo el mundo, la luz UV es la seleccionada más a menudo para la desinfección debido a los ahorros de costo tanto en la construcción inicial como en la operación a largo plazo.
- Los sistemas de desinfección UV incorporan sensores de monitoreo, controles electrónicos y sistemas de alarma garantizando así una entrega confiable de dosis al agua y asegurando remoción de patógenos.
12.
BIBLIOGRAFÍA
ALIMENTOS, B. E. (22 de septiembre de 2019). BPM EN
FABRICAS DE ALIMENTOS. Obtenido de
http://bpmfabricasdealimentos.blogspot.com/p/programa-abastecimiento-de-agua.html
Ambiente, G. M. (s.f.).
garabi medio ambiente es la ingeniería en España de la empresa Enviolet
gmbh. . Obtenido de
http://www.garabimedioambiente.com/tecnologia-ultravioleta/
blogspot. (s.f.). Purificación
y Tratamiento de agua | Metodos de purificacion. Obtenido de tratamiento
del agua por la luz ultravioleta:
http://agua-purificacion.blogspot.com/2010/01/tratamiento-de-agua-por-rayos.html
Branco, M. T. (s.f.). Desinfección
con luz ultravioleta. Washington, D.C.
Cairns, H. B.
(s.f.). LUZ ULTRAVIOLETA. Obtenido de http://usam.salud.gob.sv/archivos/pdf/agua/LUZ_ULTRAVIOLETA.pdf
cofidence, w. (s.f.). Introducción
a la desinfección por UV. Obtenido de
https://www.trojanuv.com/es/uv-basics
EXCELAIR. (s.f.). TRATAMIENTO
DE AGUA POR RAYOS ULTRAVIOLETA. Obtenido de
http://www.sistemasevaporativos.com/recursos/documentos/ce9e8-tratamiento-de-agua-por-rayos-ultravioleta.pdf
RADIACIÓN ULTRAVIOLETA. (s.f.). Obtenido de
http://www.bvsde.paho.org/bvsacg/fulltext/desinfeccion/capitulo4.pdf
Remtavares. (2010). madrimas.
Obtenido de https://www.madrimasd.org/blogs/remtavares/2010/05/07/131458
trojanuv. (s.f.). Desinfección
UV para Agua Potable. Obtenido de
https://www.trojanuv.com/es/aplicaciones/agua-potable
trojanuv. (s.f.). Desinfección
UV para Aguas Residuales. Obtenido de
https://www.trojanuv.com/es/aplicaciones/aguasresiduales
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