TRATAMIENTO DE AGUA CON RAYOS UV

7/25/2019 TRATAMIENTO DE AGUA CON RAYOS UV

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"Ao de la consolidacin del Mar de Grau"

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL

FACULTAD DE INGENIERIA GEOGRFICA, AMBIENTAL Y ECOTURISMO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOGRFICA

DOCENTE:

ING. LOROA CALDERON FRANK

CURSO:

CONTAMINACIN AMBIENTAL

ALUMNO:

CAMPOS SANDOVAL, DICSON SECCIN:

NB

AULA:

B3*5

23 - MAYO- 2016


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CONTAMINACIN AMBIENTAL 1

INDICE

1. RESUMEN................................................................................................................................. 5

2. ABSTRACT............................................................................................................................... 6

3. INTRODUCCIN..................................................................................................................... 7

4. OBJETIVOS.............................................................................................................................. 8

4.1. OBJETIVOS GENERALES.............................................................................................. 8

4.2. OBJETIVOS ESPECFICO............................................................................................... 8

5. MARCO TEORICO................................................................................................................... 9

5.1. PERSPECTIVA HISTRICA........................................................................................... 9

5.2. TRANSMISIN DE PATGENOS EN EL AGUA ....................................................... 10

5.2.1. CARACTERSTICAS DE LOS PATGENOS .......................................................... 10

5.2.2. MLTIPLES RUTAS DE TRANSMISIN Y POSIBLES INTERVENCIONES ..... 12

5.2.3. CLASIFICACIN DE LA CALIDAD DEL AGUA ................................................... 13

5.3. FUENTES DE LUZ UV .................................................................................................. 14

5.4. MECANISMOS DE DESINFECCION UV .................................................................... 17

5.4.1. DIMERIZACIN DNA............................................................................................... 18

5.4.2. MECANISMOS DE REPARACIN .......................................................................... 19

5.4.3. LA CINTICA DE INACTIVACIN Y EL CONCEPTO DE DOSIS UV ............... 20

5.4.4. TASAS DE INACTIVACIN..................................................................................... 21

5.4.5. REQUERIMIENTOS DE DOSIS UV ......................................................................... 24

5.5. DISEO DE REACTOR UV .......................................................................................... 2 6

5.6. FACTORES QUE IMPACTAN EN LA ADMINISTRACIN DE LA DOSIS UV ...... 28

5.7. PRACTICA DE DESINFECCIN UV ........................................................................... 3 0

5.7.1. ESTRATEGIAS PARA DESINFECCIN DE AGUA POTABLE ............................ 31

5.7.2. VALIDACIN DEL RENDIMIENTO ....................................................................... 3 2

5.7.3. SUB PRODUCTOS DE DESINFECCIN ................................................................. 3 3

5.7.4. EQUIPOS..................................................................................................................... 34

5.7.5. INSTALACIN Y REQUIMIENTOS ........................................................................ 37

5.7.6. OPERACIN Y MANTENIMIENTO ........................................................................ 38

5.7.7. MONITOREO.............................................................................................................. 39

5.8. VENTAJAS Y DESVENTAJAS..................................................................................... 39


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5.9. COSTOS DE DESINFECCIN UV................................................................................ 41

6. MARCO LEGAL..................................................................................................................... 43

6.1. MARCO LEGAL PERUANO LMPS PARA AGUA ...................................................... 43

7. CUESTIONARIO.................................................................................................................... 47

1. CUL ES EL PROCEDIMIENTO A SEGUIR EN ESTA CLASE DE TRATAMIENTOS Y QUE MATERIALES SE UTILIZAN...................................................................................... 47

2. CUL ES EL COSTO APROXIMADO QUE DEMANDA ESTA CLASE DEPROCEDIMIENTO..................................................................................................................... 48

3. SON CONVENIENTES ESTE TIPO DE TRATAMIENTOS PARA LA SALUDHUMANA .................................................................................................................................... 49

4. QU CLASE DE BENEFICIOS TRAERAN CONSIGO ESTE TIPO DETRATAMIENTOS....................................................................................................................... 49

5. PODRAN ESTA CLASE DE TRATAMIENTOS PERJUDICAR LOS ECOSISTEMAS

CERCANOS AL REA DONDE SE REALIZAN..................................................................... 5 06. CMO BENEFICIARIA O PERJUDICARA A CORTO O LARGO PLAZO ESTE TIPODE TRATAMIENTOS AL ECOSISTEMA ................................................................................ 50

7. EXISTE UN NICO PROCEDIMIENTO ESTABLECIDO PARA ESTA CLASE DETRATAMIENTOS O EXISTEN VARIANTES......................................................................... 51

8. CUL ES EL PRINCIPAL FACTOR QUE SE DEBE TOMAR EN CUENTA ANTES DECOMENZAR ESTE PROCEDIMIENTO SEGN USTED ....................................................... 51

9. QU CLASE DE NORMAS DEBERA TENER UNA EMPRESA DEDICADA A ESTACLASE DE TRATAMIENTOS PARA OFRECER UN TRATAMIENTO DE BUENA

CALIDAD.................................................................................................................................... 52 10. CULES SON LAS MEDIDAS DE SEGURIDAD A SEGUIR SEGN ESTAS NORMAS PARA LA SEGURIDAD DE LOS EMPLEADOS ................................................... 53

11. EN QU GRADO BENEFICIAN ESTAS NORMAS AL ECOSISTEMA .................... 53

12. EXISTE UNA NORMA POR TIPO DE RAYO UV O ES LA MISMA NORMA PARATODO 54

13. CONOCE USTED ALGUNA PLANTA DE TRATAMIENTOS DE AGUASRESIDUALES QUE CUENTE CON ESTA CLASE DE TRATAMIENTOS Y NO CUMPLA ALA PERFECCIN CON LAS NORMAS QUE DEBERAN UTILIZARSE............................. 54

14. CUL SERA MS RECOMENDABLE ENTRE LOS DIVERSOS TRATAMIENTOSPARA REDUCIR COSTOS........................................................................................................ 55

15. CUL SERA EL MEJOR TRATAMIENTO PARA USTED BASNDONOS EN ELASPECTO ECONMICO........................................................................................................... 56

16. CULES SON LOS DFICIT DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESMEDIANTE LA APLICACIN DE RAYOS ULTRA VIOLETA ........................................... 56

17. CULES SON LAS DIFERENCIAS ENTRE LOS RAYOS ULTRA VIOLETAS YOTROS SEGN SUS EXPECTATIVAS?.................................................................................. 57


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18. ES POSIBLE QUE LA SOCIEDAD TENGA CONOCIMIENTO DE ESTETRATAMIENTO QUE LE DAN AL AGUA ............................................................................. 58

19. EN CONOCIMIENTO LA SOCIEDAD QUE ESTE TRATAMIENTO ES COSTOSO YES POR ESO QUE TAMBIN LOS RECIBOS TIENEN UN COSTO MS ELEVADO ....... 58

20. EN QU PORCENTAJE SE LOGRA TRATAR EL AGUA RESIDUAL MEDIANTEESTE TRATAMIENTO.............................................................................................................. 58

21. PORQUE NO SE LLEGA A UN 100% .......................................................................... 58

22. QU CLASE DE NORMAS DEBERA TENER UNA EMPRESA DEDICADA AESTA CLASE DE TRATAMIENTOS PARA OFRECER UN TRATAMIENTO DE BUENACALIDAD.................................................................................................................................... 5 9

23. CUL ES EL TIEMPO QUE DEMORA EL PROCESO DE CERTIFICACIN DEESTAS NORMAS...................................................................................................................... . 60

24. QU TANTO DEBEN PARTICIPAR LOS EMPLEADOS EN EL PROCESO DECERTIFICACIN....................................................................................................................... 60

25. EN SU OPININ CREE QUE ESTA CLASE DE TRATAMIENTO REQUIERE UNACERTIFICACIN OBLIGATORIA........................................................................................... 60

8. RECOMENDACIONES.......................................................................................................... 61

9. CONCLUSIONES................................................................................................................... 62

10. BIBLIOGRAFIA.................................................................................................................. 63

11. ANEXOS.............................................................................................................................. 65

11.1. IMAGENES................................................................................................................. 65

11.2. ARCHIVOS DE TRATAMIENTO DE AGUA CON RAYOS UV ............................ 66


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INDICE DE TABLAS

TABLA 1. APLICACIONES DE DESINFECCIN UV .............................................................. 9

TABLA 2. PATGENOS TRANSMITIDOS POR AGUA / IMPORTANCIA PARA LASALUD Y RUTAS DE TRANSMISIN.................................................................................... 11

TABLA 3. CLASIFICACIN DE LOS COLIFORMES FECALES EN LAS FUENTES DEAGUA. ......................................................................................................................................... 13

TABLA 4. RADIACIN DE ENERGA ULTRAVIOLETA NECESARIA PARA DESTRUIRHASTA EN UN 99.99% DE LOS MICROORGANISMOS PATGENOS DEL AGUA ......... 17

TABLA 5. DOSIS UV EN MWS/CM2 NECESARIA PARA INACTIVAR UNA POBLACINMICROBIANA POR 1 LOG (90%) Y 2 LOG (99%). ................................................................ 22

TABLA 6-A. COSTOS DE INVERSIN Y DE OPERACIN Y MANTENIMIENTO DE LOSSISTEMAS DE DESINFECCIN CON LUZ UV ..................................................................... 42

TABLA 6-B. COSTOS DE INVERSIN Y DE OPERACIN Y MANTENIMIENTO DE LOSSISTEMAS DE DESINFECCIN CON LUZ UV ..................................................................... 42


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1. RESUMEN

En el presente informe explicamos el tratamiento del agua con Radiacin UV, lacontaminacin del agua que es uno de los principales factores que afectan la salud de losseres humanos y los animales. Es por esto que nuestra normatividad sanitaria impuesta porlas autoridades pertinentes suele ser muy estricta. En consecuencia, la mayora de los pases latinoamericanos contemplan la desinfeccin como una parte esencial de la potabilizacin, deseando que esta misma tenga efectos residuales hasta el punto de uso,con el objetivo primordial de dar a su poblacin agua segura.

Por consiguiente, el mtodo de desinfeccin por medio de luz ultravioleta (UV) seconsidera de gran ayuda, convirtindose as, en la parte fundamental de los novedososmtodos de tratamiento de agua. Su funcin integral se basa en prevenir, proteger ydesinfectar - garantizando la calidad de este vital lquido, controlando la propagacin demicroorganismos patgenos (virus y bacterias) y por efecto evitando la dispersin deenfermedades.

Ahora bien, est comprobado que el exceso de cloro es txico en su forma basal y enasociacin con algunos compuestos orgnicos contenidos en el agua se generan formasoncognicas como los Trihalometanos o las cloraminas, etc., esto aunado al elevado costoque representan los tratamientos en decloracin, amplan el escenario a la tecnologaultravioleta y a la oportunidad de competir favorablemente. De cualquier manera, en laregulacin de la mayora de los pases, se contempla al cloro residual en el agua deabastecimiento como una prctica efectiva de prevencin de recontaminacin biolgicaque eventualmente podran causar un episodio desfavorable en la salud pblica. El uso dela luz ultravioleta de tipo germicida se ha incrementado en los ltimos 10 aos en virtud delos beneficios que ofrece sobre los procesos qumicos de desinfeccin, ya que no alteraninguna de las propiedades fsicas del agua, sin tanta necesidad de agregar compuestostxicos. Adems es efectiva en fracciones de segundo, y reduce el riesgo por el manejo yalmacenamiento de sustancias nocivas para la salud.


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2. ABSTRACT

In this report we explain water treatment with UV radiation, water pollution is one of themain factors affecting the health of humans and animals. That is why our sanitarystandards imposed by the relevant authorities are usually very strict. Consequently, mostLatin American countries provide disinfection as an essential part of the purification,wishing that the same have residual effects to the point of use, with the primary objectiveto provide safe water to its population.

Therefore, the method of disinfection by ultraviolet light (UV) is considered helpful, thus becoming, in the main part of the novel water treatment methods. Its integral function is based on prevention, protection and disinfect - ensuring the quality of this vital liquid,controlling the spread of pathogenic microorganisms (viruses and bacteria) and the effectof preventing the spread of disease.

Now it is proven that excess chlorine is toxic in its basal form and in association with someorganic compounds in the water oncogenic forms such as trihalomethanes or chloramines,

etc. are generated, this coupled with the high cost accounting treatments in dechlorination,they expand the stage to UV technology and the opportunity to compete favorably.However, in the regulation of most countries, it is contemplated to residual chlorine inwater supply practice as an effective biological recontamination prevention that couldeventually cause an adverse event in public health. The use of ultraviolet germicidal ratehas increased over the last 10 years under the benefits of chemical disinfection processes,since it does not alter any of the physical properties of water, without much need to addtoxic compounds. It is also effective in fractions of a second, and reduces the risk forhandling and storing substances harmful to health.


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3. INTRODUCCIN

La luz ultravioleta (UV) es una alternativa establecida y de creciente popularidad al uso dequmicos para la desinfeccin de agua, agua residual y de aguas industriales de variascalidades. Los sistemas de desinfeccin UV pueden ser diseados para un rango vasto deaplicaciones siempre que se d la atencin debida a la calidad del agua siendo desinfectaday los objetivos de desinfeccin buscados. La Tabla 1 provee una lista de aplicacionesespecficas de desinfeccin UV. La prctica de desinfeccin UV para agua potable y suteora subyacente han sido bien documentadas. Este documento intenta proveer unarevisin de la situacin actual extrayendo informacin de la literatura existente as como deexperiencia directa.

Los sistemas de tratamiento y desinfeccin de Agua mediante luz Ultra Violeta (UV),garantizan la eliminacin de entre el 99,9% y el 99,99 de agentes patgenos. Para lograreste grado de efectividad casi absoluta mediante este procedimiento fsico, es totalmenteimprescindible que los procesos previos del agua eliminen de forma casi total cualquierturbiedad de la misma, ya que la Luz Ultravioleta debe poder atravesar perfectamente elflujo de agua a tratar.Los Purificadores de Agua por Ultravioleta funcionan mediante la "radiacin" o"iluminacin" del flujo de agua con una o ms lmparas de silicio cuarzo, con unaslongitudes de onda de 200 a 300 nanmetros. Por lo tanto, el agua fluye sin detenerse porel interior de los purificadores, que contienen estas lmparas.

La luz UV no cambia las propiedades del agua o aire, es decir, no altera qumicamente laestructura del fluido a tratado. Al contrario de las tcnicas de desinfeccin qumica, queimplican el manejo de sustancias peligrosas y reacciones que dan como resultadosubproductos no deseados, la luz UV ofrece un proceso de desinfeccin limpio, seguro,

efectivo y comprobado a travs de varias dcadas de aplicaciones exitosas.


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4. OBJETIVOS

4.1. OBJETIVOS GENERALES

Informarnos y analizar sobre el tratamiento de agua con rayos UV

4.2. OBJETIVOS ESPECFICO

Explicar la importancia para la salud de las plantas de tratamiento de agua conrayos UV

Mencionar los instrumentos y equipos que se usan en el tratamiento de agua conrayos UV

Dar a conocer los mecanismos de desinfeccin UV Precisar las ventajas y desventajas de trabajar con desinfeccin UV Explicar la fuente de luz UV


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5. MARCO TEORICO

5.1. PERSPECTIVA HISTRICA

Perspectivas histricas de la desinfeccin UV han sido publicadas en varios artculos(Groocock, 1984; Schenck, 1981; USEPA, 1996). Los efectos germicidas de energaradiante del sol fueron reportados por primera vez por Downs y Blunt en 1878. Laaplicacin prctica de UV requiri sin embargo el desarrollo de la lmpara de vapor demercurio como fuente de luz UV artificial en 1901 y el reconocimiento del cuarzo como laenvoltura ideal de lmpara en 1905. Los primeros intentos experimentales para usar UVcomo desinfectante de agua se hicieron en Marsella, Francia en 1910. UV fue usado en losEstados Unidos entre 1916 y 1926, para la desinfeccin de agua y empleado en barcos para proveer agua potable. Sin embargo, el bajo costo de la desinfeccin de agua con clorocombinado con problemas operativos y de confiabilidad observados en los primerosequipos retard el crecimiento en la aplicacin de UV hasta el decenio de 1950.

TABLA 1. APLICACIONES DE DESINFECCIN UV

AGUA POTABLE COMERCIAL AGUAS RESIDUALES INDUSTRIAL

APLICACIONES

Municipal Criaderos de Peces Municipal CervecerasComunal Hidrofonicos Comunal Farmacuticas

Subdivisiones Laboratorios Institucional EmbotelladorasParques de casas mviles Acuarios Residencial ElectrnicasTerrenos de campamento Restaurantes - Conservas

Alojamientos de caza - - Lecheras

Sitios de Esqu - - AlimentosHoteles - - MarinasBarcos - - Destileras

Institucional - - PetrleoHospitales - - TextilesEscuelas - - Cosmticos

Asilos de ancianos - - ImprentaCentros Comunales - - -

Residencias - - -

Instalaciones prcticas de desinfeccin UV para agua potable ocurrieron en Suiza y Austriaen 1955. En 1985, el nmero de instalaciones en dichos pases haba aumentado a 500 y600 respectivamente. Con el descubrimiento de subproductos clorinados, la desinfeccinUV se hizo popular en Noruega, ocurriendo la primera instalacin en 1975. La primerainstalacin en Holanda ocurri en 1980.

Hoy en da hay ms de 2000 instalaciones en Europa usando UV para desinfectar agua potable y ms de 1000 instalaciones en los Estados Unidos (USEPA, 1996). Ladesinfeccin UV es popular en Nueva York donde es usada para desinfectar ms de 6.4%de todos los sistemas de pozos.


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5.2. TRANSMISIN DE PATGENOS EN EL AGUA

Los patgenos transmitidos por agua pertenecen a los grupos de bacterias, virus y parsitos. Si bien con frecuencia los virus no se detectan en el agua ni en el husped, pueden representar el mayor grupo de agentes patgenos, seguidos por los parsitos y las bacterias.

5.2.1. CARACTERSTICAS DE LOS PATGENOS

Muchos patgenos comunes no slo se transmiten por agua sino que tambin siguen otrasrutas de infeccin. Los malos hbitos de higiene frecuentemente son una fuentesignificativa de infeccin. Adems, en los pases en desarrollo se observa con frecuenciauna contaminacin secundaria del agua para consumo, debido a un manejo inadecuado. Porlo tanto, las intervenciones dirigidas a mejorar la calidad del agua deben considerar

siempre la introduccin de diversos mensajes referidos a la higiene, a travs de lacombinacin de dichas medidas, es posible lograr efectos positivos significativos en lasalud de la poblacin objetivo.

Los principales factores que influyen en la importancia de los patgenos transmitidos poragua incluyen su capacidad para sobrevivir en el ambiente y el nmero necesario parainfectar a un husped (humano). En el cuadro 2 se presentan los patgenos ms conocidosy con mayor distribucin, as como sus caractersticas.

Las bacteriasVibrio cholerae, Shigella, Salmonella as como diferentes cepas patgenas deE. coli son los patgenos ms importantes transmitidos por agua. Las enfermedadesgastrointestinales causadas por estas bacterias pueden ser serias y generalmente requierentratamiento. La deshidratacin como consecuencia de una diarrea profusa es frecuenteentre nios menores de 5 aos en los pases en desarrollo. Las epidemias de clera soncausadas principalmente porVibrio cholerae transmitido por agua; por lo tanto, eltratamiento del agua es la medida ms importante para la prevencin de las epidemias declera.

Las enfermedades virales son generalmente sintomticas y agudas con perodosrelativamente cortos, alta liberacin de virus, baja dosis infecciosa y una variedadrestringida de huspedes.

Aun cuando los helmintos y protozoarios generalmente no causan diarreas agudas,

representan un grupo importante de patgenos. Una infeccin con protozoarios puedecausar problemas crnicos de digestin, que pueden conducir a una malnutricin. Losnios malnutridos tienen mayor probabilidad de sufrir diferentes tipos de infecciones. LaGiardia spp . Y elCryptosporidium spp. Son dos protozoarios transmitidos regularmente atravs del agua, ambos patgenos tienen una etapa de quiste, que es muy resistente a lasinfluencias ambientales. Ello les permite sobrevivir durante largo tiempo fuera de cualquierhusped. La ingestin de los quistes puede causar enfermedades. Las infeccionesasintomticas son muy comunes y apoyan la difusin de estos patgenos.


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TABLA 2. PATGENOS TRANSMITIDOS POR AGUA / IMPORTANCIA PARALA SALUD Y RUTAS DE TRANSMISIN

PATGENO INFLUENCIAEN LA SALUDRUTAS DE

TRANSMISINPERSISTENCIA EN LOS SISTEMASDE ABASTECIMIENTO DE AGUA

DOSISINFECCIONSA

BACTERIASCampylobacter jejuni,C. coli

AltaContacto persona a

personaContaminacin

domsticaContaminacin del

aguaContaminacin de

cultivos

Moderada Moderada

E. coli patgeno Alta Moderada AltaSalmonella typhi Alta Moderada AltaOtras salmonellas Alta Prolongada AltaShigella spp Alta Corta ModeradaVibrio cholerae Alta Corta AltaYersinia enterocolitica Alta Prolongada AltaPseudomonas ae. Moderada Puede Multiplicarse AltaAeromonas spp Moderada Puede Multiplicarse Alta

VIRUSAdenovirus Alta

Contacto persona apersona

Contaminacindomstica

Contaminacin delagua

? BajaVirus de la polio Alta ? BajaVirus de la hepatitis A Alta ? BajaVirus de la hepatitis noA Alta ? Baja

Enterovirus Alta Prolongada BajaVirus Norwalk Alta ? BajaVirus tipo Norwalk(NLV) Moderada ? Baja

Rotavirus Alta ? ModeradaPROTOZOARIOSEntamoeba histolytica Alta Contacto persona a

personaContaminacin

domsticaContaminacin por

animales

Moderada BajaEntamoeba histolytica Alta Moderada Baja

Cryptosporidium spp Alta Prolongada Baja


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5.2.2. MLTIPLES RUTAS DE TRANSMISIN Y POSIBLES INTERVENCIONES

La aplicacin de SODIS mejora la calidad del agua para consumo humano, reduciendo deesa manera el riesgo de contraer una enfermedad transmitida principalmente por va delagua que se bebe. Desafortunadamente, muchas de las enfermedades transmitidas por aguatienen mltiples rutas de transmisin.

En consecuencia, los patgenos causantes de la diarrea pueden transmitirse a los humanosa travs de los alimentos, por el contacto persona a persona, las moscas o inadecuadoshbitos de higiene (como no lavarse las manos). Los nios estn particularmente expuestosa muchas formas de infeccin, tal como se ilustra en el grfico 1: mediante heces, dedos,moscas/ insectos, comida, campo/ambiente y fluidos/ agua.

Las intervenciones que enfrentan simultneamente a las diferentes rutas de contaminacin,como la transmisin por el agua y el suelo, as como la contaminacin secundaria, son msefectivas. Si, adems, junto con la tecnologa, se difunde educacin sobre higiene engeneral, es posible prevenir otras importantes rutas de transmisin, como el contacto

persona a persona o la transmisin a travs de alimentos. As, las intervenciones mltiples pueden lograr un considerable efecto en la salud de la poblacin.

Por ejemplo, las medidas de salud pblica contra el protozoario Giardia spp . Debencentrarse en la parte final de la ruta de contaminacin. La Giardia spp. Abunda en elambiente, tiene una amplia variedad de huspedes (como perros, vacas, cerdos, humanos) yes altamente resistente a los factores ambientales (por medio del desarrollo de etapas dequiste). Por lo tanto, es muy probable una recontaminacin del agua purificada, lo cual se puede evitar si se purifica el agua en el punto final de la ruta de contaminacin: en elhogar, poco antes de consumir el agua.

Cuando las infecciones virales ocurren en gran escala, se necesitan intervenciones de salud pblica que tomen en cuenta los problemas de calidad del agua y la educacin en higiene.Esto debido a que se liberan virus en grandes cantidades, la dosis infecciosa es baja y esmuy probable una transmisin secundaria del virus de persona a persona.

Figura 1. Rutas de transmisin de los patgenos


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5.2.3. CLASIFICACIN DE LA CALIDAD DEL AGUA

El riesgo en relacin con los diferentes niveles de contaminacin concoliformes fecales debe evaluarse considerando las circunstancias locales. El riesgo relacionado con unacontaminacin especfica se incrementa con el nmero de personas servidas por un mismosistema de abastecimiento de agua; por lo tanto, al incrementarse el tamao del sistema deabastecimiento de agua, los criterios de calidad se hacen ms estrictos (es decir, las normasde calidad para ciudades son ms exigentes que para las pequeas comunidades). Sinembargo, SODIS es un mtodo de desinfeccin usado a nivel del abastecimiento de unasola familia; razn por la cual, los criterios para este sistema aplicado en el punto deconsumo no tienen que ser demasiado estrictos. La Gua de la OMS, Vol. 1, clasifica la presencia de 1-10coliformes fecales o E. coli en 100 ml de agua como bajo riesgo y unaconcentracin de 10-100 ml como riesgo intermedio.

TABLA 3. CLASIFICACIN DE LOS COLIFORMES FECALES EN LASFUENTES DE AGUA.

COLIFORMES FECALES (CF)

CRITERIO(NMP/100 Ml) CLASIFICACIN COLOR

CF 100 EXCELENTE NO CONTAMINADA AZUL

100 CF 200

BUENA CALIDAD AGUAS SUPERFICIALES CON CALIDAD

SATISFACTORIA PARA LA VIDA ACUTICA Y PARA USORECREATIVO CON CONTACTO PRIMARIO

VERDE

100 CF 200

ACEPTABLE AGUAS SUPERFICIALES CON CALIDADSATISFACTORIA COMO FUENTE DE ABASTECIMIENTO DEAGUA POTABLE Y PARA RIEGO AGRCOLA

AMARILLO

100 CF 200 CONTAMINACIN AGUAS SUPERFICIALES CON CONTAMINACINBACTERIOLGICA

NARANJA

CF 10000 FUERTEMENTE CONTAMINADA AGUAS SUPERFICIALES CON FUERTECONTAMINACIN BACTERIOLGICA

ROJO

Fuente: Modificado de Porcella, D.B. (1983). Protocol for Bloassessment of HazardousWaste Slites, Environmental Research Laboratory, U.S. Environmental Protection Agency,Corvallis, OR, EPA 60072-83/054, NTIS Publ. N PB83-241737. Citado por: Burton, G.A.y Pitt E.R. (2002). Stormwater effect handbook: a toolbox for watershed managers,scientist, and engineers, Lewis Publishers. A CRC, Press Company. 911 p.


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5.3. FUENTES DE LUZ UV

Luz ultravioleta es esa porcin del espectro electromagntico que se encuentra entre losrayos x y la luz visible (Figura 1). Se ha definido cuatro regiones del espectro UV- vacoUV entre 100 y 200nm, UVC entre 200 y 280nm, UVB entre 280 y 315nm, y UVA entre315 y 400nm (Meulemans, 1986). Aplicaciones prcticas de desinfeccin UV depende dela habilidad germicida de UVC y UVB.

Figura 2. El Espectro Electromagntico.

Mientras que el sol es una fuente de luz ultravioleta, la absorcin de radiacin de longitudde onda corta por la capa de ozono de la tierra impide que alcancen la tierra cantidadessignificativas de UVB y UVC (NASA, 1972). Por ello, las aplicaciones prcticas dedesinfeccin UV depende de fuentes artificiales de UV. Las fuentes de UV ms comunesson lmparas de arco de mercurio de baja y mediana presin.

Una lmpara tpica de arco de mercurio (Figura 3) consiste de un tubo hermticamentecerrado de slica vitreosa o cuarzo (transmisores ambos de UV), con electrodos a ambosextremos (Phillips, 1983). El tubo es llenado con una pequea cantidad de mercurio y ungas inerte, usualmente argn a presin de algunos Torricelli (torr). Los electrodos estncompuestos usualmente de tungsteno con una mezcla de metales de tierra alcalinos parafacilitar la formacin del arco dentro de la lmpara. Una descarga de gas es producida porun voltaje elevado a travs de los electrodos. La luz UV es emitida desde la lmparacuando el vapor de mercurio excitado por la descarga, retorna a un nivel menor de energa.El argn presente ayuda para el arranque de la lmpara, extender la vida del electrodo, yreducir las prdidas trmicas. El argn no contribuye al espectro de rendimiento de lalmpara.

Debido a las caractersticas de resistencia elctrica negativa de las descargas de gases, laoperacin estable de una lmpara de arco de mercurio requiere de un balasto adecuado. Sila lmpara es operada usando un suministro de corriente alterna, el balasto consisteusualmente de componentes inductivos y capacitivos. Los balastos pueden sercaracterizados como electromagnticos o electrnicos (OBrien et al, 1995; Phillips, 1983)(1982). Los balastos electromagnticos consisten tpicamente de un inductor en serie con lalmpara y un capacitor corrector de factor de potencia en paralelo. La energa es entregadaa la lmpara a la frecuencia de lnea de 50 o 60 Hz.


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Los balastos electrnicos por otra parte, consisten de un rectificador de CA a CD seguidode un inversor para convertir la CD a CA de alta frecuencia en el rango de kilo Hertz.Comparado con balastos electromagnticos, balastos electrnicos son ms compactos,reducen el costo del sistema, tienen una eficiencia elctrica mayor, y pueden operar avarios niveles de potencia (O. Brian et al, 1995). Similarmente, la operacin de la lmparaa una frecuencia de CA ms alta aumenta el rendimiento de la lmpara y extiende la vida

til de la misma (Phillips, 1983).

Figura 3. Construccin de una lmpara de arco de mercurio y diseo de balasto.

La Figura 4 presenta una comparacin del rendimiento espectral de las lmparas de arco demercurio de presin baja y mediana. Las lmparas de arco de mercurio de baja presinusadas en la desinfeccin de agua varan en longitud de 35 a 163 cm y tienen un dimetroentre 1,2 y 1,9 cm. Durante la manufactura de la lmpara, el mercurio es introducido en lalmpara como una gota (50-100 mg Hg en una lmpara de baja presin de 1.5 m- OBrianet al, 1995). Las lmparas son diseadas para operar a eficiencia mxima con unatemperatura de pared de lmpara de 40C y un arco elctrico de energa de cerca de 0.3Vatios/cm (Phillips, 1983). Bajo estas condiciones, la presin del vapor de mercurio dentrode la lmpara es 7x10-3 torr y la mayor parte del mercurio dentro de la lmpara existe enestado lquido. La construccin, llenado, y operacin de una lmpara de baja presin esescogida para maximizar la conversin de energa elctrica a radiacin UV resonante a254nm y 185nm. Aproximadamente 85% de la luz emitida por una lmpara de baja presin es radiacin UV resonante. Incluyendo las prdidas del balastro, la conversin deenerga elctrica a luz UV es eficiente aproximadamente 35 a 40% (OBrian et al, 1995).Una lmpara de baja presin estndar de 147 cm de longitud debe esperarse que produzca26.7 vatios de UV a 254nm cuando se le conecta a una fuente de energa de 75 vatios.


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Figura 4. Espectro de rendimiento de lmparas de arco de mercurio de baja ymediana presin.

Las lmparas de arco de mercurio de presin media usadas en la desinfeccin de aguavaran en longitud de 25 a 70 cm y tienen un dimetro de cerca de 2.2 cm. Durante la

manufactura de la lmpara, una masa medida de mercurio es introducida en las lmparas(1.4 a 15 mg Hg/cm de longitud de arco). Las lmparas estn diseadas para operar a unaenerga elctrica de arco relativamente alta de 48 a 126 Vatios/cm (Phillips, 1983). Deigual manera, la temperatura de pared de la lmpara se encuentra entre 650 y 850 C ytodo el mercurio dentro de la lmpara se vaporiza a una presin de vapor de cerca de 13kPa. Debido a la alta temperatura del plasma dentro de la lmpara de mediana presin, elmercurio vaporizado existe en varios estados de excitacin. La transicin de los niveles deexcitacin a un nivel menor de energa resulta en la liberacin de luz a distintas longitudesde onda. En conformidad, el espectro de rendimiento de una lmpara de mediana presinconsiste de numerosos picos con un continuo de UV bajo 245 nm. Ignorando la radiacindebajo de 248.3 nm, Phillips (1983) reporta que una lmpara de mediana presin operandoa una potencia elctrica de arco de 107 Vatios/cm produce 9.38 Vatios/cm de UVC y 8.19Vatios/cm de UVB. Entonces, al menos 44% de la radiacin total emitida por una lmparade mediana presin es UVB y UVC. La conversin de energa elctrica de UVB a UVC esal menos 16% eficiente. De acuerdo con esto, una lmpara de presin media de 25cm delongitud puede ser diseada para producir 450 Vatios de UVB y UVC dndosele unaenerga elctrica de 2.8 kW.

Mientras que las lmparas de baja presin son elctricamente ms eficientes que laslmparas de mediana presin, las lmparas de mediana presin producen una potencia UVmayor por lmpara. En conformidad con lo anterior, los sistemas UV de mediana presintienen menos lmparas, ocupan menos espacio y requieren menos mantenimiento. De

igual forma debido al menor nmero de lmparas, los sistemas de mediana presin puedenincorporar en forma econmica sistemas de limpieza automticos para remover la suciedadque se acumula en las lmparas durante la desinfeccin de agua reduciendo as la mano deobra asociada con el mantenimiento de lmparas. La decisin de escoger el sistemaapropiado para una aplicacin especfica, ya sea un sistema de baja o mediana presin ouna combinacin de los dos depender de los factores especficos del lugar.


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5.4. MECANISMOS DE DESINFECCION UV

El mecanismo de desinfeccin se basa en un fenmeno fsico por el cual las ondas cortasde la radiacin ultravioleta inciden sobre el material gentico (ADN) de losmicroorganismos y los virus, y los destruye en corto tiempo, sin producir cambios fsicos oqumicos notables en el agua tratada.

Se cree que la inactivacin por luz ultravioleta se produce mediante la absorcin directa dela energa ultravioleta por los microorganismos y una reaccin fotoqumica intracelularresultante que cambia la estructura bioqumica de las molculas (probablemente en lasnucleoprotenas) que son esenciales para la supervivencia del microorganismo. Estdemostrado que independientemente de la duracin e intensidad de la dosificacin, si sesuministra la misma energa total, se obtiene grado de desinfeccin.

En el cuadro de la pgina siguiente se muestran valores reportados por varias fuentes dedosis de energa ultravioleta para eliminar algunos micro-organismos. Estos dan una ideadel rango y orden de la magnitud de la exposicin.

La mayora de los equipos de desinfeccin ultravioleta utilizan una exposicin mnima (enel agua) de 3000 Ws/cm2. Esto es adecuado para inactivar las bacterias y virus patgenos, pero quiz no sea suficiente para ciertos protozoos patgenos, quistes de protozoos yhuevos de nematodos, que pueden requerir hasta 100.000 Ws/cm2 para su in activacintotal.

TABLA 4. RADIACIN DE ENERGA ULTRAVIOLETA NECESARIA PARADESTRUIR HASTA EN UN 99.99% DE LOS MICROORGANISMOS

PATGENOS DEL AGUA

BACTERIAS ENERGIA W/cm OTROS ORGANISMOS ENERGIA W/cmBacillus antharacis 8.700S. enteritidis 7.600B. Megatherium sp.(veg) 2.500 LEVADURAB. Megatherium sp.(sporas) 5.200B. peratyphosus 6.100 Saccharomyces ellipsoideus 13.200B. subtilis 11.000 Saccharomyces sp. 1.600B. subtilis spores 22.000 Saccharomyces cerevisiae 13.200

Clostridium tetani 22.000 Levadura para cerveza 660Corynebacterium diphtheriae 6.500 Levadura para panadera 800Eberthella typosa 4.100 Levadura para repostera 13.200Escherichlia coli 6.600Micrococcus candidus 12.300 ESPORASMycobacterium tuberculosis 10.000Neisseria catarrhalis 8.500 Penicillium roqueforti 26.400Phytomonas tumefaciens 500 Penicillium expansum 22.000Proteus vulgaris 6.600 Mucor racemosus A 35.200


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BACTERIAS ENERGIA W/cm OTROS ORGANISMOS ENERGIA W/cmPseudomonas aeryginosa 10.500 Mucor racemosus B 5.200Pseudomonas fluorescens 6.600 Oospora lactis 1.100S. typhimurium 15.200Salmonella 10.000 VIRUSSarcina lutea 26.400

Serratia marcescens 6.160 Bacteriophage (E. coli) 6.600Dysentry bacilli 4.200 Virus de la influencia 6.600Shigella paradysenteriae 3.400 Virus de la hepatitis 8.000Spirillum rubrum 6.160 Poliovirus(Poliomyelitis) 1.000Staphylococcus alous 5.720 Rotavirus 24.000Staphylococcus aureus 6.600Streptoccus hemolyticus 5.500 ALGASStreptoccus lactis 8.800Streptoccus viridans 3.800 Chlorella vulgarisVibrio cholerae 6.500 2.000

5.4.1. DIMERIZACIN DNA

Los microorganismos son inactivados por luz UV como resultado del dao fotoqumico asus cidos nucleicos. La radiacin UV es absorbida por nucletidos, los bloques deconstruccin del DNA y RNA celulares en una manera dependiente de la longitud de ondacon picos de cerca de 200 y 260 nm (Sonntag y Schuchmann, 1992) (Figura 4). El UVabsorbido promueve la formacin de uniones entre nucletidos adyacentes, creandomolculas dobles o dmeros (Jagger, 1967). Mientras que la formacin de dmeros detiamina-tiamina son los ms comunes, tambin suelen ocurrir dmeros de citosina-citosina,citosina- tiamina, y dimerizacin del uracilo. La formacin de un nmero suficiente dedmeros dentro de un microbio impide que ste duplique su DNA y RNA, impidiendo assu reproduccin. Debido a la dependencia en la longitud de onda de la absorcin UV delDNA, la inactivacin UV de los microbios es tambin una funcin de la longitud de onda.La Figura 5 representa el espectro de la accin germicida de la inactivacin UV del E.Coli. (DIN, 1996). El espectro del E. Coli alcanza su punto mximo a las longitudes deonda de cerca de 265nm y de cerca de 220nm. Es conveniente que el rendimiento de lalmpara de baja presin a 254nm coincida bien con el punto mximo de inactivacin acerca de 265 nm.


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5.4.2. MECANISMOS DE REPARACIN

Muchos microbios que tienen un sistema metablico funcional tienen varios mecanismosde reparacin de los cidos nucleicos daados (Jagger, 1967). El mecanismo de reparacinque es nico a la desinfeccin UV es el de fotoreactivacin. La fotodimerizacin detiaminas adyacentes resultantes de la absorcin UV de los cidos nucleicos puede serinvertida por una enzima fotoreactivada que usa luz entre 300 y 500 nm para activar la particin del dmero.

Otras transformaciones inducidas por UV en los cidos nucleicos incluyendo dmeros quese componen de citosina no pueden ser reparados excepto por mecanismo de reparacinobscuro en el cual segmentos enteros de cido nucleico son extrados y el segmentocomplementario sin daar es usado como molde para reparar y reemplazar el segmentodaado.

Figura 5. Comparacin del Espectro de accin de la inactivacin de E. Coli con el deabsorcin del cido nucleico.

Los virus no tienen mecanismos de reparacin para invertir el dao creado por la luz UV.La habilidad de la bacteria y otros microbios para fotorepararse est relacionadadirectamente a la extensin del dao UV, la exposicin a la luz reactivadora entre 300 y500nm y al pH y temperatura del agua. Una relacin inversa significativa ha sidoreportada entre la dosis UV aplicada y la fotoreactivacin de bacteria coliformes conmenos reparacin a dosis mayores (Lindenauer and Darby, 1994). Debe ocurrir exposicina luz entre 300 y 500nm dentro de dos a tres horas para que pueda propiciarse el efectofotoreparador (Groocock, 1984). De acuerdo con ello, el tiempo de residencia dentro de unsistema de tratamiento de agua reducir el potencial de fotoreparacin.


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5.4.3. LA CINTICA DE INACTIVACIN Y EL CONCEPTO DE DOSIS UV

La cintica de inactivacin microbiana por UV es citada a menudo como siguiendo la leyde Chick:

N=N O e -kIt

Donde No es la concentracin inicial de microbios previa a la aplicacin de UV, N es elnmero de microbios que restan despus de la exposicin a la luz UV. I es la intensidadUV, t es el tiempo de exposicin, y k es la constante del ritmo de inactivacin. La dosisUV se define como el producto de la intensidad UV y tiempo. La Figura 6 presenta unarepresentacin grfica de la ley de Chick mostrando inactivacin como funcin de la dosisUV aplicada. Una interpretacin til de la ley de Chick es que por cada incremento endosis UV igual a 2.3/k hay una reduccin en el orden de magnitud de la poblacinmicrobiana.

Se observan a menudo derivaciones de la ley de Chick ya sea como un hombro a dosis bajas o colas a dosis altas (Figura 6). Los hombros a dosis bajas pueden ser explicadosusando la cintica de inactivacin de eventos en series (Severin et al, 1984). En cintica deeventos en series, la inactivacin de un microbio se produce slo despus que hayaocurrido dao significativo dentro del microbio. En concordancia con lo anterior, el iniciode la inactivacin (observada con una curva de respuesta de dosis) parece requerir unadosis de umbral. No todos los microbios demuestran cintica observable de eventos enserie en sus curvas de respuesta de dosis. Severin et al (1984) y Harris et al (1987)observaron inactivacin de virus siguiendo la ley de Chick e inactivacin bacterianasiguiendo la cintica de eventos en serie. Chang et al (1985) observ inactivacin viral yla inactivacin de algunos patgenos bacterianos siguiendo la ley Chick mientras que lainactivacin de quistes, esporas y otras bacterias tenan hombros.

Figura 6. La cintica de inactivacin de la desinfeccin por UV


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Colas ocurren a dosis altas y pueden ser atribuidas a la acumulacin de microbios y a laoclusin de microbios dentro de particulado (Parker y Darby, 1995) y otros microbios.Microbios absorbidos por material particulado y otros microbios experimentan una dosisUV ms baja comparada con microbios individuales en la fase de volumen debido a laabsorbancia del material particulado y a la biomasa. Por ejemplo, la transmisin UV atravs de una clula de E. Coli es 70% a 254nm (Jagger, 1967). La transmisin UV a

travs del particulado depender de la composicin del particulado y de la presencia decompuestos que absorben UV como el hierro.

La dosis generada por las lmparas monocromticas de arco de mercurio de baja presin hasido definida tradicionalmente como el producto de la intensidad a 254nm por el tiempo deexposicin. Ninguna referencia a la accin microbial es incluida en este clculo. Conlmparas policromticas de arco de mercurio de mediana presin, la contribucin de cadalongitud de onda germicida deducida del espectro de accin microbiana debe serconsiderada en la determinacin de la dosis (Meulemans, 1986). La dosis germicidagenerada por una lmpara de presin mediana de arco de mercurio puede ser definidacomo:

Donde I () es la energa de salida de la lmpara de mediana presin dependiente de lalongitud de onda, mientras que G () es el espectro de accin dependiente de la longitud deonda del microbio siendo inactivado. Dado que la dosis en desinfeccin UV ha sido citadatradicionalmente para lmparas de arco de mercurio de baja presin, el espectro de accinmicrobial debe ser normalizado a una longitud de onda de 254nm a un valor de uno. Alnormalizar la accin espectral a uno, la dosis UV calculada para las lmparas de mediana presin resulta comparable a las dosis calculadas para las lmparas de arco de mercurio de baja presin.

5.4.4. TASAS DE INACTIVACIN

En la Tabla 5 presenta un sumario de inactivacin UV observada usando lmparas de baja presin con patgenos viral, bacteriana y protozoarios as como grupos de indicadoresmicrobianos. Las tasas de inactivacin microbiana varan dependiendo de la especiemicrobiana, la poblacin microbiana y la longitud de onda de la luz UV. En general, las bacterias son menos resistentes a UV a 254nm que los virus, los cuales a su vez pueden sermenos resistentes que las esporas de bacterias. Mientras que quistes y oquistes de protozoarios son considerados como los patgenos microbianos ms resistentes a UV a254nm, hay alguna evidencia que los quistes son ms susceptibles a ser inactivados por luzUV policromticas de lmparas de mediana presin (Bukhari et al, 1998). En general, bacterias gram positivas son ms resistentes que las gram negativas. La temperatura deagua y pH tienen poco o ningn impacto en la tasa de inactivacin de microbios por UV(USEPA, 1996). Los efectos del pH observado con la inactivacin del virus bacterianoMS-2 han sido atribuidos a aglutinacin de microorganismos inducida por el pH (Malley etal, 1995) en vez de a la variacin en la tasa de dao del DNA causado por UV.


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TABLA 5. DOSIS UV EN MWS/CM2 NECESARIA PARA INACTIVAR UNAPOBLACIN MICROBIANA POR 1 LOG (90%) Y 2 LOG (99%).

MICROORGANISMOSREDUCCIN

LOGARITMICA MICROORGANISMOSREDUCCIN

LOGARITMICA1 2 1 2

BACTERIA Fecal coliformes 3.4 6.8Bacillus anthracis 4.5 8.7 Salmonella enteritidis 4 7.6Bacillus subtilis, spores 12 22 Salmonella paratyphi 3.2 -Bacillus subtilis 7.1 11 Salmonella typhi 2.1 -Campylobacter jejun 1.1 - Salmonella typhimurium 3 -Clostridium tetani 12 22 Shigella dysenteriae 2.2 4.2Corynebacterium diphtheriae 3.4 6.5 Shigella flexneri 1.7 3.4Escherichia coli 3 6.6 Shigella sonnei 3 5Klebsiella terrigena 2.6 - Staphylococcus aureus 5 6.6Legionella pneumophila 0.9 2.8 Streptococcus faecalis 4.4 -

Sarcina lutea 20 26.4 Streptococcus pyogenes 2.2 -Mycobacterium tuberculosis 6 10 Vibrio cholerae - 6.5Pseudomonas aeruginosa 5.5 10.5 Yersinia enterocolitica 1.1 -VIRUSMS-2 Coliphage 18.6 - Influenza virus 3.6 6.6F-specific bacteriophage 6.9 - Polio virus 5 -- 8 14.00Hepatitis A 7.3 - Rotavirus 6 -- 15 15 - 40PROTOZOARIOS ALGASGiardia lamblia 82 - Blue Green 300 600Cryptosporidium parvum 80 120 Chlorella vulgaris 12 12

LEVADURASaccharomyces cerevisiae 7.3 13.2

Dentro de estos organismos. La naturaleza del exterior del bacterium tiene un efectosimilar en la transmitancia UV dentro del micro-organismo. Se requiere dosis UV msaltas cuando la bacteria tiene un exterior nico protector absorbente de UV como en elcaso de algunas esporas bacterianas (Munakata et al, 1991).

Entre 1971 y 1988, casi 81% de la erupcin de enfermedades causadas por el agua

asociadas con bacterias en los Estados Unidos (Craun, 1990) fueron causados por bacteriaslistadas o relacionadas a las indicadas en la Tabla 2. Aunque no es posible determinar lasensibilidad de cada patgeno bacteriano existente a la luz UV, el mecanismo comn deaccin sobre el cido nucleico provee un alto nivel de confianza que dosis similares podran ser requeridas por la mayora de patgenos bacterianos que pudiesen encontrarseen el agua potable.


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5.4.5. REQUERIMIENTOS DE DOSIS UV

No se ha llegado a un acuerdo universal acerca de la dosis UV mnima requerida para lareduccin de patgenos ni tampoco se pretende que lo haya. Hay muchas consideracionestpicas del lugar que se deben considerar cuando se escoge la dosis UV consideradasuficiente para desinfectar un suministro de agua potable a un nivel considerado aceptable.(Regli et al, 1991). Factores por considerar incluyen la calidad de agua de la fuente y elnivel de contaminacin microbiana, el impacto sobre la contaminacin microbiana de los procesos de tratamiento de agua localizados antes de la unidad de desinfeccin UV, lainformacin epidemiolgica correlacionando poblaciones microbianas con la ocurrencia deenfermedades, y el objetivo de riesgo considerado aceptable para proteger al pblico deenfermedades encontradas en el agua.

Los requerimientos de dosis UV pueden ser determinados usando ya sea un aparato de rayocolimado usado como patrn en un laboratorio o una unidad piloto de desinfeccininstalada in situ. En un estudio de rayo colimado, una placa de petri conteniendo unamuestra de agua es irradiada en una manera controlada usando una fuente UV deintensidad conocida. Se puede establecer relaciones de respuesta a la dosis UV mediantela variacin del tiempo de exposicin con el aparato de rayo colimado o mediante lavariacin del caudal a travs de la unidad piloto de desinfeccin. La curva de respuesta ala dosis UV proveer informacin acerca de la sensibilidad de los microbios al UV y alimpacto de microbios asociados con partculas en la obtencin de desinfeccin.Idealmente, la curva de respuesta a la dosis UV es obtenida para la muestra de calidad deagua ms pobre esperada niveles altos de slidos en suspensin o turbidez, cuentas altasde microbios (No), y niveles altos de compuestos absorbentes de UV solubles y particulados. Una curva de respuesta UV puede servir no slo para identificar elrequerimiento de una dosis UV para alcanzar un nivel de desinfeccin pero tambin servir

para identificar si el pretratamiento de agua puede conducir a una solucin de desinfeccinms econmica.

Varias jurisdicciones en todo el mundo especifican diferentes requisitos de dosis (USEPA,1996). El Departamento de Salud, Educacin y Bienestar de los Estados Unidos (DHEW) propuso en 1966 como una gua de desinfeccin UV en barcos una dosis UV de 16mWs/cm2 en todos los puntos dentro de la cmara de reaccin. Se especific tambin pretratamiento del agua para cumplir con los estndares de agua potable con nfasis enturbidez y remocin del color.

El estndar de la Fundacin Nacional de Sanidad (NSF) ANSI/NSF estndar 55- 1991define dos estndares para sistemas UV de punto de uso (POU) y punto de entrada (POE).El primer estndar define una unidad de desinfeccin UV de Clase A disea da paradesinfectar virus y bacteria a niveles seguros. Las unidades de Clase A deben proveer unadosis de 38 mWs/cm2. El segundo estndar define una unidad UV de Clase B diseada para desinfeccin suplementaria de agua pblica tratada y desinfectada. Las unidades deClase B deben proveer una dosis de 16 mWs/cm2. NSF estableci que una dosis de 16mWs/cm2 suministrara una reduccin mayor de 2 logaritmos de una bacteriaheterotrpica no formadora de esporas y una dosis de 38 mWs/cm2 proveera 4 logs deremocin de virus. Es estndar requiere tambin que la dosis administrada por un reactorUV sea validada comparando la desinfeccin alcanzada en el reactor usando un microbio


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de prueba (Saccharomyces cerevisiae o Bacillus subtilis) a la curve de respuesta de dosisUV usando un aparato de rayo colimado a escala de laboratorio. Similar a la gua delDHEW, el estndar NSF 55 no est diseado para aguas de fuentes contaminadas comoaguas residuales. Adems, si se va a tratar aguas superficiales, se debe usar un prefiltro para reduccin de quistes.

La Regla de Tratamiento de Aguas Superficiales de la EPA (Agencia de Proteccin delMedio Ambiente) de los Estados Unidos requiere una dosis de 21 a 36 mWs/cm2 para proveer respectivamente una reduccin de 2 a 3 logaritmos del virus de hepatitis A. Laregla nota que este requisito de dosis incluye un factor de seguridad de 3. La AgenciaAmericana de Plantas de Agua Potable recomienda una dosis de 40 mWs/cm2 parasistemas municipales pequeos. Mientras que los estados de Utah, New Jersey yPennsylvania exigen una dosis de 16 mWs/cm2, Arizona, Delaware, Massachusetts, NorthCarolina y Wisconsin requieren cumplimiento con el Estndar ANSI/NSF 55 Clase A.Wisconsin y Pennsylvania especifican ambos UV para el tratamiento de aguas de pozo y elrequisito de Wisconsin especifica filtrado previo a Uv para remocin de sedimentos yquistes. En Europa, Noruega, Austria y Francia requiere dosis de 16, 30 y 25 mWs/cm2 respectivamente.

Figura 7. Dinmica de flujo perteneciente a las rutas de las dosis en sistema UVconvencional con forma de U.

Sistema UV con lneas de corrientes de agua

Cada lnea de corriente se caracteriza por una determinada velocidad del agua e intensidadde luz.

La Dosis UV de una line de corriente es la intensidad acumulada de luz UV a la que fueexpuesto un microorganismo al cruzar dicha corriente.


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5.5. DISEO DE REACTOR UV

Los diseos de reactores UV pueden ser clasificados ya sea como sistemas de canalabierto, sistemas de canal cerrado sin contacto, o sistemas de contacto en canal cerrado.Los sistemas de canal abierto son comunes en desinfeccin de aguas residuales y consistende armazones de lmparas UV orientadas horizontalmente o paralelas al flujo de aguaresidual. El flujo es alimentado por gravedad y expuesto a la atmsfera. Los sistemascerrados sin contacto se usan para agua o agua residual las cuales fluyen a travs de tubostransmisores de UV, tpicamente Tefln. Las lmparas son externas a los tubos y el flujo puede ser ya sea presurizado o alimentado por gravedad. Los sistemas cerrados decontacto consisten de lmparas UV colocadas dentro de camisas/fundas de cuarzotransmisores de UV, sumergidas dentro de un flujo de agua o agua residual. Los sistemasde canal cerrado de contacto tratando un flujo presurizado son los diseos de reactor mscomunes y preferidos para la desinfeccin UV de agua potable.

Los componentes de un reactor UV cerrado de contacto para la desinfeccin de agua potable pueden incluir lmparas, balastos, camisas de cuarzo, mecanismo de limpieza decamisas de cuarzo, compartimento del reactor, medidores de intensidad UV, sensores decaudal, mando y control electrnicos, alarmas y vlvulas de control. Dispositivos de pretratamiento colocados corriente arriba tambin pueden ser incluidos como parte del paquete completo de desinfeccin.

Las camisas de cristal de cuarzo protegen las lmparas de dao y en el caso de las lmparasde baja presin, aslan trmicamente las lmparas del agua permitiendo por ello suoperacin a una temperatura ptima independientemente de la temperatura del agua. Latransmitancia UV de la camisa de cuarzo depende del tipo de cuarzo usado y estpicamente 90% a 254nm. Durante la desinfeccin del agua, se acumulan adherenciasinorgnicas sobre las camisas de cuarzo reduciendo la transmisin de la luz UV de laslmparas hacia el agua a su alrededor. Se utilizan sistemas variados de limpiezaautomticos y manuales incluyendo ultrasonido, limpiadores con anillo de Tefln, chorrosa alta presin, y escobillas de alambre con diversos grados de xito en la remocin de lasincrustaciones acumuladas sobre las camisas de cuarzo (Kreft et al, 1986). Sin embargo, laexperiencia ha enseado que se requiere siempre la limpieza qumica para removercompletamente las incrustaciones. La limpieza qumica usando lavados cidos puedeaplicarse usando ya sea sistemas de recirculacin, limpieza mecnica, o limpiadoresautomticos incorporando soluciones qumicas.

La cmara del reactor UV debe ser hecha de materiales que ni transmitan UV ni secorroan. Tanto la gua DHEW como el estndar NSF especifican reactores UV queincorporan materiales que no impartan sabor, olor, color o materiales txicos al agua. Elestndar NSF 55 tambin especifica rendimiento de presin hidrosttica para asegurar quelos reactores no tengan fugas o se revienten. El diseo del reactor UV debe asegurartambin acceso fcil para el remplazo de lmparas, limpieza de camisas de cuarzo y otraslabores de mantenimiento.

Los sistemas de monitoreo pueden incluir portales para verificacin visual de la operacinde lmpara, medidores electrnicos de intensidad UV montados para medir la intensidadUV en la pared del reactor, dispositivos para supervisar las temperaturas del agua y balastos, sensores para detectar fallas de lmpara y sensores de flujo. Sistemas de


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supervisin electrnicos deben accionar alarmas audibles y visibles para advertir desituaciones de intensidad UV baja, flujo excesivo o sobrecalentamiento. El sistema demonitoreo debe ser usado para interrumpir o desviar el caudal bajo condiciones de dosis baja o regular el flujo a travs del sistema UV usando vlvulas de control de flujo.

El reactor UV ideal es un reactor de flujo tipo tapn turbulento con mezcla completatransversal. Con flujo tapn no hay ni dispersin en la direccin de flujo ni corto circuito.En concordancia con lo anterior, todos los elementos fluidos dejan el reactor con untiempo de residencia igual al tiempo de residencia terico. Gracias a la mezcla transversalcompleta, todos los elementos del fluido estn expuestos a la misma intensidad promediodentro de una seccin transversal perpendicular al flujo. Sin esa mezcla, los elementos delfluido prximos a la lmpara experimentaran una intensidad UV alta y una sobredosis deUV mientras que los elementos del fluido lejos de la lmpara experimentaran unaintensidad baja y estaran subdosificados.

Mientras que el concepto de un reactor UV ideal incorpora dos principios contradictorios-carencia de mezcla longitudinal pero mezcla transversal- los reactores UV pueden y debenser diseados para aproximarse a estas condiciones. Las condiciones de entrada del reactordeben ser diseadas usando reductores para asegurar que las zonas muertas y de cortocircuito sean minimizadas. Los caudales altos a travs del reactor pueden ser mantenidos para promover turbulencia y mezclado transversal. La relacin entre la longitud y elradio hidrulico del reactor (aspect ratio) debe ser mantenido para minimizar la dispersinlongitudinal.

Cuando un reactor UV ha sido diseado hidrulicamente para aproximarse a un reactor UVideal, la dosis UV administrada por el reactor puede ser calculada usando:

Donde el tresidencia es el tiempo de residencia del reactor con un volumen efectivo, Vol, pasando un flujo de agua Q. El volumen efectivo dentro del reactor es el volumen de aguaexpuesta a la luz UV y la intensidad promedio dentro del reactor es calculada para elvolumen efectivo. Note que la dosis UV calculada usando la intensidad promedio es amenudo mayor que la dosis calculada usando la intensidad medida en la pared del reactor.

La intensidad UV dentro del reactor UV depende de la energa UV de salida de lalmpara, reflectancia, refraccin y absorcin de luz UV al tiempo que pasa a travs de lacamisa de cuarzo, y absorcin de la luz UV por qumicos orgnicos e inorgnicos al pasara travs del agua. La transmisin de la luz UV a travs del cuarzo y agua puede sercalculada usando la ley de Lambert. La intensidad UV en un punto dentro del agua es lasuma de la contribucin de luz desde cada punto a lo largo del arco de cada lmpara UVsumergida en el agua. Mientras que la determinacin la intensidad UV dentro del agua escompleja, se han desarrollado modelos para perfiles de intensidad UV alrededor de unalmpara de arco de mercurio (Jacob and Dranoff, 1970) y son las bases para el programaPoint Source Summation (PSS) desarrollado por la EPA de Estados Unidos para calcularlas intensidades UV promedio dentro de los reactores UV de desinfeccin (USEPA, 1996).


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5.6. FACTORES QUE IMPACTAN EN LA ADMINISTRACIN DE LA DOSIS UV

Los factores operativos que impactan la administracin de dosis por un reactor UV a losmicrobios incluyen el suministro de electricidad, envejecimiento de la lmpara,incrustacin de la camisa de cuarzo, los aspectos hidrulicos del reactor, absorbencia deUV por el agua, temperatura del agua y la localizacin de los microbios dentro de la particulata.

Los sistemas de desinfeccin UV requieren una fuente confiable de electricidad paraoperar sensores, vlvulas, mandos y controles electrnicos y lmparas. En la eventualidadde una falla de energa, los sistemas UV deben ser diseados para cortar el suministro deagua a travs de la unidad.

La energa de salida de la lmpara UV decaer con el tiempo debido al envejecimiento dela lmpara. El envejecimiento de la lmpara puede ser atribuible a tres mecanismos-fallade electrodos, solarizacin de la cobertura de la lmpara e impregnacin de mercuriodentro de la envoltura de la lmpara (Phillips, 1983). La falla de electrodo est relacionada

directamente al nmero de ciclos on/off (encendido/apagado) experimentados por lalmpara y es por tanto un mecanismo de falla controlable. Puede esperarse que laslmparas UV usadas en la desinfeccin de agua permanezcan encendidas 24 horas al dareduciendo as el potencial de falla de electrodo. Solarizacin e impregnacin demercurio conducen a una prdida gradual en transmisin UV de la cubierta de la lmparacon el tiempo. Se espera que con una operacin normal, las lmparas de arco de mercuriode baja presin tendrn una vida til entre 7.000 y 14.000 horas.

El ensuciado de la camisa de cuarzo debido a la acumulacin de incrustaciones inorgnicasy biopeliculas orgnicas reducir la dosis UV entregada al agua. Se formarn biopeliculassobre las lmparas cuando no estn en operacin a un ritmo que depender de la presencia

de nutrientes orgnicos e inorgnicos en el agua. La acumulacin de incrustacionesinorgnicas sobre las camisas de cuarzo ocurrir cuando las lmparas estn operando. Latasa de acumulacin de incrustaciones depender de la temperatura de la superficie de lacamisa de cuarzo y las concentraciones de agua de hierro catinico, magnesio, calcio,aluminio, manganeso y sodio y carbonato aninico, fosfato, y sulfato (Blatchley et al,1993). Con sistemas de lmparas de baja presin y una calidad tpica de agua potable, lafrecuencia de limpieza de camisas puede esperarse que vare de una vez al mes a dos veces por ao.

Los aspectos hidrulicos del reactor sern una funcin del diseo del reactor y del caudal pasando a travs del mismo. Para un diseo de reactor no ideal, el impacto de corto

circuito, espacios muertos, dispersin longitudinal excesiva y una falta de mezclatransversal sobre la dosis UV administrada variara con el caudal a travs del reactor.

Un incremento en la absorbancia UV del agua bajar la dosis entregada por un reactor UV.La absorbancia UV en agua potable puede ser atribuida a la presencia de hierro, cidoshmicos y taninos dentro del agua y puede esperarse que varen por estacin ytemporalmente. La absorbancia UV puede ser medida usando un espectrofotmetro. Consistemas UV de desinfeccin usando lmparas de arco de baja presin, la absorbancia a254nm es importante. Con sistemas de presin mediana la absorbancia UV en todas laslongitudes de onda germicida tiene un impacto en la dosis UV entregada. Con aguas


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potables tratadas, los compuestos que absorben UV resultan a menudo en unatransmitancia UV de 70 a 98% a 254nm sobre una distancia de 1 cm.

Mientras que la temperatura del agua no tiene un impacto sobre la tasa de inactivacinmicrobiana por UV, la temperatura del agua puede tener un impacto directo sobre laenerga UV de salida de una lmpara de arco de mercurio de baja presin. El impactodepender en la transmisin de calor de la lmpara al agua circundante y depende por tantode cuan bien el diseo de la camisa de cuarzo mantiene la lmpara dentro de sutemperatura ptima de operacin. Dado que las lmparas de arco de mercurio de mediana presin operan a temperaturas muy por encima de la del agua, la energa de salida de lalmpara de mediana presin no se ve afectada por cambios en la temperatura del agua.

La dosis administrada a los microbios en el agua variar dependiendo de si los microbiosestn presentes como clulas individuales o si estn encerrados dentro de particulado. Losmicrobios individuales sern ms susceptibles de ser desinfectados que los asociados con partculas. La inactivacin de microbios dentro de particulados depender del tamao de partcula, estructura, y composicin. La presencia de materiales absorbentes de UV (hierroy cidos hmicos) dentro de los particulados proteger a los microbios dentro de la partcula de ser alcanzados por la radiacin UV. Las partculas ms grandes sern msdifciles de desinfectar que las pequeas. Se pueden usar contadores de partculas paracuantificar la presencia de particulados en agua potable. Mediciones de SalidasSuspendidas Totales (SST) y turbiedad pueden ser usadas tambin para evaluar la presencia de particulados. La concentracin de particulados en el agua as como laabsorbancia UV puede esperarse que vare por estacin y temporalmente.


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5.7. PRACTICA DE DESINFECCIN UV

La radiacin UV aplicada para la desinfeccin del agua, puede decirse que comenz haceunos cien aos, especialmente a partir de 1901 con el desarrollo de la lmpara de mercuriocomo fuente de luz ultravioleta, protegida por una envoltura de cuarzo. La primera unidaden plan experimental aplicada a la desinfeccin del agua, tuvo lugar en 1910 en Marsella.Su aplicacin era muy reducida , (el cloro era un gran rival) pero con la implantacin de las primeras lmparas de descarga de gas , a principios de los aos 40, las lmparas demercurio de alta y baja presin y las mejoras en la envoltura de cuarzo, colaboraron a unmayor empleo en la desinfeccin del agua . A mediados de los aos 50, en Suiza yAustria, se empezaban a aplicar de forma ms o menos extensa a la desinfeccin. A partirde los 60 se extendi su uso tanto en Europa como en los Estados Unidos, en algunos casoscombinando su empleo con cloro.

El sistema de aplicacin o reactor ms empleado en la desinfeccin del agua potable es elde canal cerrado de contacto donde se trata un flujo de agua presurizado

El poder de desinfeccin de una lmpara de UV, viene dado por el producto de laintensidad o cantidad de energa por unidad de superficie y el tiempo de exposicin o decontacto del agua en la cmara de desinfeccin. Este producto, llamado tambin dosis, seexpresa en microwatios segundo por centmetro cuadrado ( w seg/cm2).

Figura 8. Equipo de Rayos UV

En el poder de desinfeccin de las lmparas de UV, juega un papel importante el diseodel equipo llamado a veces esterilizador, principalmente sus dimensiones, ya que porejemplo la intensidad disminuye a medida que nos alejamos de la fuente de luz y a su vezel tiempo depende del tamao y flujo de caudal aplicado.

En el laboratorio de prcticas utilizaremos la luz ultravioleta (UV) cuyo efecto biocida sedebe a que provoca la formacin de dmeros de timina en el DNA. Esta radiacin tienemuy baja capacidad de penetracin por lo que su uso se ve restringido al tratamiento desuperficies o a la esterilizacin del aire en "salas limpias" como los quirfanos o lasinstalaciones como las unidades de cultivo celular.


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5.7.1. ESTRATEGIAS PARA DESINFECCIN DE AGUA POTABLE

Mientras que tasas reducidas de crecimiento bacteriano han sido reportadas en agua potable a continuacin de la desinfeccin UV (Lund y Omerod, 1995), UV no produce undesinfectante residual que pueda ofrecer proteccin contra el crecimiento de microbios y laformacin de biopeliculas en la lnea de distribucin municipal. Mientras que este hechoha sido usado como apoyo al uso de cloro sobre UV, hay evidencia cientfica que si elagua contiene suficientes nutrientes para promover el desarrollo de microbios, la presenciade 1 ppm de cloro libre residual en una lnea de distribucin municipal no garantiza el queno se formen biopeliculas sobre las superficies de las tuberas y que no se encuentrencoliformes fecales en los puntos de uso (Rice et al, 1991; Herson et al, 1991). En realidad,el cloro puede reaccionar demasiado rpido con las molculas superficiales de la biopelicula y no penetrar en la biopelicula para inactivar microbios ms profundos. Lacloraminas por otro lado, es menos reactiva y provee mejor control de biopeliculas yheterotropos dentro de una lnea de distribucin (Neden et al, 1992). Dado que lacloraminas no es un buen desinfectante primario, una estrategia apropiada seria usar UV

como desinfectante primario y cloraminas como residual para controlar el crecimientomicrobiano en las lneas de distribucin.

Mientras que la cloraminas produce menos Trihalometanos que cloro libre, cloraminas aligual que cloro, promueve la formacin de cloro orgnico de mayor peso molecular. Unaestrategia alternativa hacia el control de crecimiento microbiano dentro de una lnea dedistribucin puede ser el tratar el agua para remover los nutrientes que podran promoverms tarde el crecimiento de microbios. Filtros biolgicamente activos pueden ser usadoscorriente arriba de una unidad de desinfeccin UV para reducir la concentracin de carbnorgnico asimilable (COA), compuestos orgnicos de menor peso que pueden serfcilmente ingeridos por los microbios para promover su crecimiento. Esta estrategia ha

sido empleada con xito en Europa donde agua desinfectada con UV y con bajos niveles deCOA es bombeada dentro de un sistema de distribucin muy bien mantenido y las cuentasheterotrpica de placa son mantenidas por debajo de 500 colonias/ml.

Con agua de pozo, la tierra acta como un biofiltro masivo reduciendo la concentracin deCOA y filtrando quistes de protozoa, bacterias y virus. En el caso de agua subterrnea queno est bajo la influencia de agua superficial, la desinfeccin UV puede ser usadadirectamente sobre el agua con mnimo pretratamiento. Una posible preocupacin es la presencia de iones inorgnicos que pudiesen contribuir a la formacin de incrustacionessobre las camisas de las lmparas. En el caso de aguas superficiales, la presencia dequistes de protozoarios, SST, y niveles mayores de COA tiene que ser tomada en

consideracin. Mientras que dosis ms elevadas de cloro pueden ser usadas para inactivarquistes de Giardia, cloro es inefectivo contra Cryptosporidium. A menos que lainvestigacin actual sobre la habilidad de las lmparas de media presin para inactivarquistes y oquistes pruebe lo contrario, filtracin ofrece la solucin ms prctica para laremocin de quistes protozoarios. De acuerdo con lo antes dicho, una estrategia dedesinfeccin adecuada para aguas de superficie seria filtrar el agua para remover SST yquistes protozoarios, aplicar UV para inactivar bacteria patognica y virus, y usarcloraminas o control de COA para proteger el sistema de distribucin de crecimientomicrobiano.


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5.7.2. VALIDACIN DEL RENDIMIENTO

Muchos fabricantes de equipos UV de desinfeccin hacen declaraciones de rendimiento desus equipos, dosis administrada, vida de lmpara, y rendimiento de los mecanismos delimpieza. La validacin del rendimiento asegura que el sistema de desinfeccin UVfunciona de acuerdo a lo declarado.

Una manera simple de verificacin de la dosis administrada de un reactor UV es el uso de bioensayos donde la aniquilacin de un microbio determinado alcanzada por un reactor UVes comparada con el nivel de aniquilacin usando un aparato de rayo colimado (Qualis yJohnson, 1983). El estndar NSF 55 describe un protocolo de bioensayo usando ya seaSacharomyces cerevisiae o Bacillus subtilis como microbio escogido. Wilson et al (1993)sugiri el uso del virus de la bacteria MS-2 como el microbio de prueba para sistemas UVde desinfeccin. Cualquiera de esos organismos sirve bien como microbio de pruebadebido a su requisito de una dosis UV relativamente alta para inactivarlos, facilidad de preparacin, bajo costo de enumeracin, y naturaleza no patognica. Los bioensayosdeben efectuarse a los caudales de diseo (altos y bajos) y bajo las peores condiciones deagua que se puedan esperar para la aplicacin de agua potable bajo consideracin.El tiempo de residencia dentro del reactor UV puede ser verificado usando estudios detrazadores. En un estudio de trazador, un trazador qumico conservador como sal esinyectado dentro del flujo de agua corriente arriba al reactor UV. La presencia deltrazador qumico es supervisada corriente abajo del reactor UV. Se puede usar un anlisisdel cambio en la concentracin del trazador como funcin del tiempo para estimar ladistribucin del tiempo de residencia actual y proveer informacin sobre las condicioneshidrulicas dentro del reactor. Mientras que las distribuciones del tiempo de residencia pueden ser usadas para proveer conocimiento sobre la mezcla transversal, no pueden proveer la misma informacin que el bioensayo proporciona relativa al rendimiento delreactor.Los mecanismos de limpieza pueden ser verificados usando pruebas piloto in-situ ovalindose de experiencias con equipos de desinfeccin UV del fabricante bajocondiciones similares.


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5.7.3. SUB PRODUCTOS DE DESINFECCIN

La habilidad de la luz UV de promover reacciones fotoqumicas sirve de base a dostecnologas UV del medio ambiente: Desinfeccin UV y oxidacin avanzada. La oxidacinavanzada usa la energa de la luz UV sola o en combinacin con oxidantes que se agregan para promover la destruccin de qumicos orgnicos peligrosos. Sin embargo, la oxidacinavanzada usa una dosis mayor que la utilizada para desinfeccin UV para obtenerresultados prcticos de oxidacin con una amplia variedad de compuestos orgnicos.

Varios estudios han identificado y caracterizado los subproductos de desinfeccin UVderivados de reacciones fotoqumicas aparte de las de dimerizacin de DNA. Awad et al(1993) observ la formacin de formaldehdo, glioxal y acetaldehdos as como lareduccin de 8 a 12 hidrocarburos de carbono cuando se irradiaba agua residual con UV procedente de lmparas de mercurio de baja presin. Los formaldehdos se incrementaronde un nivel de 3.54 g/L a 5,9 7 9,62 g/L despus de la aplicacin de una dosis de 45 a147 mWs/cm2. Estos niveles de formaldehdo estaban bien por debajo de los indicados por el US EPA health advisory de 1 mg/L para toda la vida de un adulto de 70 Kg. Deacuerdo con lo anterior, se ha concluido que el riesgo a la salud presentado por los nivelesobservados de formaldehdo era insignificante (US EPA, 1996). Oppenheimer et al(1996) compar la formacin de subproductos en la desinfeccin de agua reciclada usandouna dosis UV de 300 mWs/cm2 con la obtenida despus de desinfectarla con cloro.Mientras que se obtuvieron incrementos significativos en los Trihalometanos despus de ladesinfeccin con cloro, no se formaron subproductos de la desinfeccin con UV. Usandouna dosis de 120 mWs/cm2 para desinfectar agua del ro Rin, Zoeteman et al (1982)report la formacin de algunos subproductos de desinfeccin y alguna destruccin decompuestos. No se observ un incremento en la Mutagenicidad del agua. Un trabajo posterior de Kool et al (1985) y Kruithof y van der Leer (1990) confirman que de la

desinfeccin UV no resulta la formacin de subproductos mutagnicos o carcinognicos nicausa la descomposicin por oxidacin de polmeros microbianos con base de azcar. Adiferencia de cloro y ozono (Rice et al, 1991; Akhlaq et al, 1990), UV no resulta en laformacin de COA que puede promover el crecimiento microbiano en las lneas dedistribucin.

La radiacin UV bajo 240nm puede promover la conversin de nitrato a nitrito. Groocock(1984) report una conversin de 1% de nitrato a nitrito durante la desinfeccin de agua potable usando UV. La formacin de nitritos no constituye una preocupacin con sistemasusando lmparas monocromticas de arco de mercurio de baja presin (Sonntag ySchuchmann, 1992). La conversin de nitrato a nitrito con lmparas policromticas de arco

de mercurio de presin mediana puede ser impedida usando camisas de lmparas queabsorban longitudes de onda bajo 240nm.

En sntesis la formacin de subproductos de desinfeccin durante la desinfeccin de agua potable es despreciable y no se ha podido determinar un nivel medible de incremento en latoxicidad del agua atribuible a subproductos de la desinfeccin por UV.


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5.7.4. EQUIPOS

La luz ultravioleta se produce por medio de lmparas de vapor de mercurio de alta y baja presin, siendo ms populares las ltimas. Se asemejan a las conocidas lmparasfluorescentes. En realidad, las lmparas ultravioletas son elaboradas por las grandesempresas que fabrican las lmparas fluorescentes estndar. En consecuencia, las lmparas,los balastos y los arrancadores para los sistemas ultravioletas pueden comprarse en tiendascomerciales, salvo las que tengan dimensiones excepcionales.

Las lmparas raras veces se queman, pero generalmente se cambian despus de que han perdido 25% a 30% de la luz ultravioleta que emitan cuando eran nuevas. Estas lmparastienen una duracin de 10.000 horas, lo que en trminos prcticos y teniendo en cuenta elrecambio cuando ha descendido su intensidad a 70-75 %, significa una vida til de nuevemeses a un ao de trabajo sin interrupcin.

Como se ha mencionado, la desinfeccin del agua con luz ultravioleta puede lograrse conlongitudes de onda de luz entre 240 y 280 nm y se obtiene la mxima eficiencia germicida

a los 260 nm. Las lmparas de arco de mercurio a baja presin que se encuentran en elmercado producen una longitud de onda de luz ultravioleta cerca de 254 nm.

El mecanismo que usa la lmpara ultravioleta es sencillo: dentro de la lmpara, que es untubo hecho de cuarzo o slice, un arco elctrico golpea una mezcla de vapor de mercurio yargn que hay en el interior. Cuando la corriente elctrica golpea la mezcla, el argn no participa, ya que su funcin es solo ayudar a arrancar la lmpara, extender la vida delelectrodo y reducir las prdidas, pero las molculas del mercurio se excitan y cuando loselectrones de las rbitas externas descienden a rbitas de menor nivel energtico, emiten laenerga sobrante en forma de radiacin ultravioleta.

Los arrancadores tienen la misin de producir una descarga fuerte que genera la primeraionizacin del gas. Establecen un cortocircuito sobre la lmpara, que precalienta loselectrodos, interrumpe luego bruscamente la corriente, lo que origina en la reactanciainductiva del balasto un pico de alta tensin que inicia el arco. Los balastos fijan lacorriente de operacin (y por consiguiente la tensin) de la lmpara, presentan una altaimpedancia hacia la red en el momento de arranque y producen una resistencia hmica baja, de manera que las prdidas de potencia (calor generado) sean mnimas. En una palabra, el balasto es un elemento que ordena el flujo de electrones dentro del tubo. Escomo un polica ordenando el trnsito.

Hay dos tipos bsicos de cmaras de exposicin del agua a la radiacin ultravioleta.Aquellas en las que las lmparas estn sumergidas en el agua y las que estn fuera delagua. En las unidades de luz ultravioleta de lmparas sumergidas, se debe proveer unespacio aislado donde se ubica la lmpara, lo que se logra rodeando la misma con unacamisa de cuarzo que es un material transparente a los rayos. Solo el cuarzo presenta esacaracterstica, y de los plsticos, solo el PTDF (Tefln) es parcialmente transmisible.

En el segundo tipo, las lmparas estn suspendidas sobre el agua que se est tratando, enforma casi rasante con el agua.


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Un sistema moderno de desinfeccin ultravioleta puede incluir lo siguiente:

Una cmara de exposicin de material anticorrosivo, el cual alberga el sistema. Lmparas ultravioleta. Limpiadores mecnicos, limpiadores ultrasnicos u otros mecanismos de auto

limpieza. Censores conectados a sistemas de alarma para el monitoreo de la intensidad de laluz ultravioleta.

Interruptor de velocidad en caso de que se presenten velocidades de flujo altas o bajas, intensidades altas o bajas o temperaturas anormales en los componentes delsistema.

Monitores de lmpara apagada. Balastos elctricos.

Una consideracin importante en el diseo del equipo de desinfeccin es asegurarse de que

cada microorganismo reciba la dosis biocida de radiacin en la cmara de contacto. Esto selogra determinando el espacio correcto entre las lmparas y las superficies reflectoras delinterior de la cmara y agitando adecuadamente el agua cuando pasa por la cmara. Elequipo ultravioleta con lmparas sumergidas puede tener una de las dos configuraciones bsicas de flujo del agua: paralelo o perpendicular a la longitud de las lmparas. Si el flujoes perpendicular, las propias lmparas y camisas pueden producir la turbulencia necesaria para asegurar que toda el agua quede expuesta a la dosis biocida. Cuando el flujo es paralelo a la longitud de las lmparas, es necesario utilizar mezcladores estticos(pantallas) para proporcionar la turbulencia necesaria.

Figura 9. Instalacin tpica de un equipo de radiacin UV con lmpara sumergida


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Figura 10. Instalacin tpica de un equipo de radicacin UV con lmpara fuera delagua

Figura 11. Mostracin de Uso del Equipo de Lmparas UV

Conducto sobre el que se colocarn las lmparas UV para desinfeccin del agua. El diseode las pantallas dentro del conducto sirve para asegurar que el flujo de agua a serdesinfectada se deslizar con un frente homogneo y asegurar que toda el agua tenga igualirradiacin.


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5.7.5. INSTALACIN Y REQUIMIENTOS

La instalacin del equipo ultravioleta tpico se muestra en la figura correspondiente. Lalmpara en este caso se encuentra dentro de encamisado protector hecho de cuarzo. Conlos sistemas antiguos era difcil mantener la lmpara o las camisas limpias, debido a losdepsitos de carbonato de calcio, sedimentos, materiales orgnicos o hierro, que reducanla penetracin y el poder germicida. Ahora casi todos los sistemas tienen limpiadores deencamisados que reducen el problema.

Un requisito infaltable es la energa elctrica. Su consumo vara en funcin de la calidaddel agua a tratar; resulta ptimo un consumo de 22 vatios/hora por cada metro cbico deagua tratada. Como la luz ultravioleta no deja efecto residual, se requiere que la fuente deenerga sea sumamente fiable durante todo el tiempo que el agua est fluyendo por launidad de desinfeccin. En comunidades donde la electricidad no sea confiable, se debeinstalar una fuente de energa de emergencia independiente para asegurar la continuidad dela desinfeccin en todo momento.

El equipo puede ser instalado tanto en el exterior como en un recinto protegido de loselementos del clima y del vandalismo. En el ltimo caso, el recinto sirve tambin para proteger el equipo de temperaturas extremas u otras condiciones que pudieran daarlo oafectar su funcionamiento.

Figura 12. Sistema de tubos paralelos al flujo instalado en una planta potabilizadora

El espacio requerido para el equipo de desinfeccin ultravioleta es bastante pequeo porque el tiempo necesario de contacto/exposicin es muy breve. Si bien el equipo es unode los que ocupa menos espacio dentro de los diferentes equipos de desinfeccin, serecomienda dejar un espacio adecuado para cambiar las lmparas y otro para almacenar unnmero de lmparas suficiente para dos aos de operacin.


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5.7.6. OPERACIN Y MANTENIMIENTO

Las unidades de desinfeccin UV deben ser ubicadas para facilitar acceso fcil para finesde mantenimiento. Los operarios deben poder calibrar los sensores de supervisin, revisarlos dispositivos contrafalla, limpiar camisas de lmpara, inspeccionar y limpiar superficiesinternas de reactor, examinar sellos, reemplazar lmparas viejas, y supervisar la calidad delagua. Se debe efectuar el llenado de la unidad UV de desinfeccin y del sistema dedistribucin usando un desinfectante qumico antes del arranque del sistema UV y siempreque se necesite en el futuro. Tpicamente, debe esperarse un mantenimiento semanal de 3a 5 horas para un sistema UV que provee agua potable a una poblacin de 3,300 con uncaudal mximo de 945 lpm. Se debe tener un suministro adecuado de piezas de repuestoincluyendo por lo menos una lmpara, camisa y balasto para facilitar el mantenimiento. Sedebe disponer en forma adecuada de las lmparas de mercurio usadas, por lo general, sudestino es el mismo que el de las lmparas fluorescentes usadas para iluminacin de plantay oficinas.

El arranque de un sistema UV as como el entrenamiento adecuado del operario puedeefectuarse en un da. Los operarios deben tener acceso a los manuales del equipo queincluyen instrucciones de operacin y mantenimiento, dibujos del sistema e informacin decmo ordenar y obtener piezas de repuesto. Los fabricantes deben proporcionarinformacin sobre el caudal mximo a travs del sistema, limitaciones en la calidad delagua (turbidez, SST y absorbancia UV), vida esperada de lmpara y la dosis UV al final dela vida til de la lmpara.

Durante el mantenimiento, el flujo a travs de la unidad UV es interrumpido y se vaca elagua del sistema. Para proveer una desinfeccin continua, se pueden usar unidades UVredundantes ya sea en serie o en paralelo. Se puede considerar generadores de energa paragarantizar desinfeccin UV durante cortes locales de corriente. Vlvulas de corteinstaladas corriente arriba y abajo de la unidad UV deben estar normalmente en posicincerrada cuando se corte el suministro de energa a la unidad. Se deben establecer planes decontingencia en el caso de cortes de energa. Se puede considerar monitoreo telemtricode la operacin del sistema y condiciones de alarma con unidades mltiples UV endistintas ubicaciones.


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5.7.7. MONITOREO

La nica manera confiable de determinar la eficiencia biocida de la desinfeccinultravioleta es mediante un muestreo del agua tratada y anlisis microbiolgicos paradeterminar el contenido de microorganismos indicadores. Con una celda fotoelctricatambin se puede medir la intensidad de la exposicin de uno o varios puntos estratgicosdentro de la cmara de exposicin, pero esto no necesariamente significa que todos los

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TRATAMIENTO DE AGUA CON RAYOS UV