Luz ultravioleta

El efecto bactericida de la luz ultravioleta concentrada (UV) se conoce desde hace muchos años y solía usarse sólo en sistemas comunitarios y comerciales de tratamiento de agua, hasta que se desarrolló el tubo UV con el uso de componentes localmente disponibles, pasando a ser un método viable de tratamiento a nivel doméstico. Existe evidencia de que el primer uso experimental de la luz UV para la desinfección del agua potable se produjo en Marsella (Francia) en 1910; posteriormente, se usó en Estados Unidos para desinfectar el agua y, además, proveer a los barcos de agua potable. Su desarrollo comercial se retrasó debido a los atributos del tratamiento con cloro y sus bajos costos de aplicación (CAWST 2011; SOLSONA y MÉNDEZ 2002). Unos años más tarde, se descubrió la aparición de subproductos de desinfección (SPD) formados durante el proceso de cloración del agua, por lo que los métodos simples de desinfección física en vez de los químicos, como los tubos UV, empezaron a ser de mayor interés y confiabilidad (EPA 1999).

Un sistema típico de luz ultravioleta está diseñado para que todo el tubo UV quede lo más cercano posible a la trayectoria de flujo de agua, evitando en todo momento el contacto directo; pero también existen dispositivos en los que el tubo o lámpara UV están sumergidos en el agua a tratar. La eficacia de la desinfección con luz ultravioleta no se ve afectada en lo absoluto por la temperatura del agua, pero si el rendimiento operativo del tubo cuando está sumergido en esta. El agua absorbe la energía ultravioleta, pero en mayor grado lo hacen los sólidos suspendidos, la turbidez y el color; de esta manera, para que la desinfección sea lo más eficaz posible, se necesita que el agua carezca de sólidos suspendidos o que la turbidez sea muy baja. En algunos casos, se hace un tratamiento de filtración o sedimentación, previo a realizar la luz ultravioleta (ANDREW 2005; SOLSONA y MÉNDEZ 2002).

El tubo UV es básicamente lo mismo que una bombilla fluorescente comercial, excepto que carece de recubrimiento fosforescente y el exterior de vidrio se reemplaza por cuarzo fundido. Esto significa que la bombilla emite principalmente luz ultravioleta. Generalmente, esta se define como la longitud de onda de la radiación electromagnética inferior a 400 nm y se divide, además, en UV-A (315-400 nm), UV-B (280-315 nm) y UV-C (200-280 nm). Los rayos UVA y UVB son responsables del bronceado y de las quemaduras solares. La radiación UVB es parcialmente filtrada por la atmósfera y solo un pequeño porcentaje alcanza la superficie de la tierra, lo que es bueno, porque si no la luz UVB ser absorbería directamente por el ADN y causaría daños a nivel celular. El UVC también penetra en las células y daña el ADN, pero la capa de ozono lo filtra casi por completo. Los tubos UV utilizados para la desinfección contienen todo el espectro de luz ultravioleta, incluidos los UVB y UVC. La luz, cuando llega a las células microbianas, provoca daños en el material genético (ADN), lo que les impide replicarse.

Las bombillas están suspendidas dentro de un tubo más grande en un canal cubierto. El agua ingresa en un extremo y fluye a través de la salida en el otro extremo. Mientras el agua fluye a través del tubo, la luz UV emitida por la bombilla inactiva los microorganismos. La inactivación está directamente relacionada con la cantidad continua de radiación ultravioleta, es decir de la intensidad y la duración de la exposición a la luz UV. Por este motivo, un punto importante en el diseño es cerciorarse de que cada microorganismo reciba la dosis suficiente de radiación en la cámara de contacto. Esto se logra determinando el espacio correcto entre el tubo y las superficies reflectoras del interior de la cámara (CAWST 2011; SOLSONA y MÉNDEZ 2002). Hay dos tipos básicos de cámaras de exposición del agua a la radiación ultravioleta. Una, que se explicó en el párrafo anterior, en donde el tubo está suspendido sobre el agua que se trata, en una posición en la que casi roza al agua. La otra opción es aquella en la que el tubo está sumergido en el agua, rodeado de una camisa de cuarzo que representa un medio transparente para los rayos.

La luz ultravioleta se está utilizando ampliamente en los sistemas de suministro de agua para la desinfección y tiene el potencial de matar a la mayoría de patógenos. No obstante, el proceso necesita de un continuo suministro de energía o al menos que haya energía suficiente hasta que se acabe el tratamiento del agua a tratar. Los tubos UV se pueden producir con material disponible localmente y se pueden instalar a nivel doméstico, comunitario o institucional. En México existe una asociación civil, sin fines de lucro, llamada Instituto EOZ de Tecnologías Rurales quienes, conjuntamente, con la organización Visión Mundial de México, tienen un proyecto en el que donan filtros potabilizadores de agua, que tienen integrada una llave con luz ultravioleta, a familias rurales vulnerables de San Luis Potosí, Guerrero, Estado de México y Chiapas (EOZ s.f.). De igual manera, la Fundación Cántaro Azul con la colaboración de la Universidad de California (Berkeley) han diseñado, desarrollado e instalado un sistema de desinfección con luz ultravioleta llamado Cántaro UV en hogares, escuelas y sistemas comunitarios de comunidades rurales y marginadas (CÁNTARO AZUL s.f.b).

Un punto importante de este tipo de tratamientos es su promoción y concientización a través de la participación de la sociedad con el objetivo de que se conozcan y aplique el uso seguro de los sistemas de agua, así como también asegurar un proceso justo de apropiación que perdure en el tiempo. La Fundación Cántaro Azul, siguiendo la iniciativa propuesta por el gobierno de México en el año 2017, implementó el programa educativo “Agua segura en las escuelas” en escuelas del medio rural de San Cristóbal de Las Casas (Chiapas), donde de forma didáctica enseñan el sistema de desinfección y purificación del agua tanto a estudiantes como a los padres y profesores (CÁNTARO AZUL s.f.a). Es por ello que se puede decir que este tratamiento es aplicable a todos los escenarios planteados, aunque son las zonas sin capacidades ni recursos las menos idóneas sino se cuenta con programas de donaciones o ayudas de ONG.

La mayoría de los patógenos, incluidas las bacterias, virus, y quistes que forman protozoos como el cryptosporidium se vuelven inactivos cuando se usan los tubos UV como tratamiento del agua; sin embargo, la efectividad depende en gran medida de la dosis de la radiación ultravioleta que, según la norma NSF, debe ser de 40 mWs/cm² (ANDREW 2005; CAWST 2011).

Los tubos de luz ultravioleta no son efectivos para las contaminaciones que no sean de origen microbiano, (contaminación química y física) y, de igual forma, no tienen efecto de desinfección residual durante el almacenamiento del agua tratada. La efectividad para la inactivación bacteriana se reduce cuando hay presencia de materia orgánica, hierro, sulfitos y nitritos, además de la turbidez, que no sólo interfiere con la radiación ultravioleta, sino que también protege a los microorganismos de la inactivación y sirve como fuente de alimento para su recrecimiento después del paso de desinfección. Por este motivo, es bastante frecuente que el tratamiento con tubos UV tenga un paso previo de filtración o sedimentación. A continuación, se presenta una tabla con datos tanto en laboratorio como en campo de la eficiencia del tratamiento respecto a patógenos, turbidez y productos químicos:

 

El funcionamiento y mantenimiento de los tubos UV es generalmente bajo, siempre que haya una fuente más o menos continua de electricidad para hacer funcionar la bombilla. Una vez que el sistema está instalado, el usuario debe asegurarse de que se respete tanto el caudal teórico del agua como el correspondiente tiempo de retención hidráulico (TRH) y de que la bombilla funcione correctamente. Si la bombilla se ensucia, debe sacarse y limpiarse para mantener la intensidad de emisión de la luz. En general, los sistemas tienen una larga vida útil, pero las bombillas deben reemplazarse al menos una vez cada 12 meses (CAWST 2011). Durante cualquier actividad de mantenimiento, sin embargo, es importante que los operadores o usuarios protejan su piel y ojos de la radiación UV, ya que también es perjudicial para las células humanas. Una de las causas más habituales que generan que los sistemas de desinfección con luz ultravioleta operen de forma ineficiente recae sobre una limpieza inapropiada, por lo que se debe hacer un monitoreo periódico de todas las partes que componen el sistema (EPA 1999).