Folletos Informativos de Tecnología de Aguas Residuales de la EPA : Desinfección con luz ultravioleta. Parte 1

DESCRIPCIÓN

La desinfección es considerada como el principal mecanismo para la desactivación o destrucción de organismos patógenos con el fin de prevenir la dispersión de enfermedades transmitidas a través del agua, tanto a los usuarios aguas abajo como al ambiente. Es muy importante que el agua residual sea tratada adecuadamente antes de realizarse lasactividades de desinfección para que la acción de cualquier desinfectante sea eficaz. Algunos de los microorganismos encontrados comúnmente en aguas residuales domésticas y las enfermedades asociadas a ellos se presentan en la Tabla 1.

TABLA 1 AGENTES INFECCIOSOS POTENCIALMENTE PRESENTES EN AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS NO TRATADAS

Fuente: Tabla adaptada de Crites and Tchobanoglous, 1998

El sistema de desinfección con luz ultravioleta (UV) transfiere energía electromagnética desde una lámpara de vapor de mercurio al material genético del organismo (ADN o ARN). Cuando la radiación UV penetra en las paredes de la célula de un organismo, esta destruye la habilidad de reproducción de la célula. La radiación UV, generada por una descarga eléctrica a través de vapor de mercurio, penetra al material genético de los microorganismos y retarda su habilidad de reproducción.

La eficacia del sistema de desinfección con luz ultravioleta depende de las características del agua residual, la intensidad de la radiación, el tiempo de exposición de los microorganismos a la radiación y la configuración del reactor. Para cualquier planta de tratamiento, el éxito de las actividades de desinfección está directamente relacionado con la concentración de componentes coloidales y de partículas en el agua residual.

Los componentes principales del sistema de desinfección con luz UV son las lámparas de vapor de mercurio, el reactor y los balastros electrónicos (ballasts). La fuente de luz UV son las lámparas de arco de mercurio de baja o mediana presión, bien sea de intensidad baja o alta.

La longitud de onda óptima para desactivar eficazmente los microorganismos se encuentra en el rango de 250 a 270 nm. La intensidad de la radicación emitida por la lámpara se disipa a medida que la distancia de la lámpara aumenta.

Las lámparas de baja presión emiten básicamente luz monocromática a una longitud de onda de 253.7 nm. Las longitudes estándar de las lámparas de baja presión son de 0.75 y 1.5 metros, y sus diámetros van de 1.5 a 2.0 cm. La temperatura ideal de la pared de la lámpara se encuentra entre 95 y 122 oF.

Las lámparas de mediana presión son generalmente utilizadas en instalaciones de mayor tamaño. Estas lámparas de luz UV tienen una intensidad germicida aproximadamente 15 a 20 veces mayor que las lámparas de baja presión. La lámpara de mediana presión desinfecta más rápido y tiene más capacidad de penetración debido a su mayor intensidad. Sin embargo, estas lámparas operan a temperaturas más altas con un mayor consumo de energía eléctrica.

Existen dos tipos de configuraciones de reactor para el sistema de desinfección con luz UV: de contacto, y sin contacto. En ambos casos, el agua residual puede fluir en forma perpendicular o paralela a las lámparas. En el caso del reactor de contacto, la serie de lámparas de mercurio está recubierta con mangas de cuarzo para minimizar los efectos de enfriamiento del agua residual. La Figura 1 muestra dos reactores de contacto de luz UV, uno con lámparas sumergidas ubicadas en forma paralela a la dirección del flujo del agua residual, y el segundo con lámparas perpendiculares. Compuertas de bisagra o vertederos son utilizados para controlar el nivel del agua residual. En el caso del reactor sin contacto, las lámparas de luz UV se encuentran suspendidas afuera de un conducto transparente que transporta el agua residual que va a ser desinfectada. Esta configuración no es tan común como la configuración del reactor de contacto. En ambos tipos de reactores, el balastro –o caja de control– proporciona el voltaje de inicio para las lámparas y mantiene una corriente continua.

Figura 1 Planos Isométricos de los Sistemas Típicos de Desinfección con luz U

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Ventajas:

• 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.

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.

APLICABILIDAD

Cuando se selecciona un sistema de desinfección con luz UV, existen tres áreas críticas que deben considerarse. La primera la determina principalmente el fabricante; la segunda, el diseño y las actividades de operación y mantenimiento; y la tercera debe ser controlada en la instalación de tratamiento. El seleccionar un sistema de desinfección con luz UV depende de los tres factores críticos que se enumeran a continuación:

• Propiedades hidráulicas del reactor: De preferencia, un sistema de desinfección con luz UV debe tener un flujo uniforme con un movimiento axial suficiente (mezcla radial) para lograr una máxima exposición a la radiación UV. La trayectoria que un organismo toma en el reactor determina la cantidad de radiación a la cual es expuesto antes de la desactivación. Un reactor se debe diseñar para eliminar el flujo en cortocircuito y/o las zonas estancadas o estáticas que pueden dar lugar al uso ineficaz de la energía y la reducción del tiempo de contacto.
• Intensidad de la radiación UV: Los factores que afectan la intensidad son la edad de las lámparas, la formación de depósitos en las lámparas, y la configuración y la ubicación de las lámparas en el reactor.
• Características del agua residual: Estas incluyen el caudal, los sólidos suspendidos y coloidales, la densidad bacteriana inicial, y otros parámetros físicos y químicos. La concentración de SST y la de microorganismos asociados con las partículas determinan la cantidad de radiación UV que en última instancia llega al organismo a ser desactivado. Mientras más altas sean estas concentraciones, menor es la radiación UV que es absorbida por los organismos. Las diversas características del agua residual y sus efectos sobre la desinfección con luz UV se detallan en la Tabla 2.

La desinfección con luz UV puede ser utilizada en plantas de diversos tamaños que cuenten con niveles de tratamiento secundario o avanzado.

INFORMACIÓN ADICIONAL

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Roy F. Weston Inc. Peter J. Lau 1515 Market Street, Suite 1515 Philadelphia, PA 19102-1956
Salcor Engineering Dr. James E. Cruver P.O. Box 1090 Fallbrook, CA 92088-1090 Tacoma-Pierce County, WA
Steve Marek Water Resources Section 3629 South D. Street Tacoma, WA 98408-6897
Trojan Technologies, Inc. David Tomowich 3020 Gore Road London, Ontario N5V 4T7

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