Desinfección con Rayos U.V.

Se ha podido comprobar que una correcta dosificación de rayos ultravioletas es un eficaz bactericida y virucida, además de no contribuir a la formación de compuestos tóxicos.

Un caso práctico muy extendido en las zonas de fuerte insolación es la desinfección de las aguas procedentes de depuración en grandes balsas que tienen normalmente una profundidad de unos 40-50 cm, para facilitar la penetración de la luz solar y que a través de los ultravioletas que contienen se produzca una desinfección natural y haga posible su reutilización en regadíos. A esta práctica, que es bien conocida, se la denomina lagunaje.

Hace casi 100 años que la ciencia identificó esta parte del espectro responsable de este conocido efecto y lo situó entre las longitud de onda de 240-280 nm. y los denominaron Rayos U.V.

Hoy en día, esta energía puede ser reproducida artificialmente siendo generada por lámparas de arco que contienen un gas inerte y mercurio, desprendiendo gran cantidad de rayos ultravioletas desinfectantes iguales a los contenidos en luz solar, pero centenares de veces más fuertes. Ningún tipo de virus, bacteria, hongo, o espora es capaz de resistir este tratamiento que además se realiza en pocos segundos. Además de esta aplicación, los rayos ultravioletas se utilizan para romper enlaces químicos degradando sustancias peligrosas que pueda contener el agua, como son los pesticidas (fotólisis), también su uso está muy extendido en el tratamiento de superficies como son la esterilización de equipos quirúrgicos, tratamiento del pan, carne, etc. Por último también se puede hacer servir en el laboratorio para identificar sustancias como por ejemplo el revelado de placas de cromatografía en capa fina o sobre papel.

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12.4.1. Fuentes de radiación ultravioleta

Los métodos de generación de radiación ultravioleta más comunes para la desinfección de aguas residuales son las lámparas de arco de cuarzo de baja presión, de media presión y de alta presión. La lámpara de arco es un tubo de cuarzo similar a un fluorescente de luz convencional, que está lleno de gas inerte que proporciona la descarga eléctrica inicial entre los bornes y es capaz de excitar la pequeña cantidad de mercurio presente. Una descarga de estas a baja presión produce una línea de espectro de 185,0 a 253,7 nm. Si aumentamos la corriente a través de la lámpara de arco, esta se calienta rápidamente, la presión aumenta y produce el típico espectro de media presión que va más o menos desde los 170 nm a los 350 nm. Los U.V. tienen un gran poder de disociación, los cuales pueden disociar entre otras, dicloroaminas (» 300 nm) y tricloraminas (» 330 nm).

12.4.2. Lámparas de arco

Los equipos de ultravioletas en general se diferencian por ser de baja, media y alta presión, la instalación de cada una de las modalidades está recomendada dependiendo de la potencia y caudal requeridos, en general se limitará la baja presión a potencias comprendidas entre 8-100 W con un caudal máximo de 15 m3/h, la media presión a potencias de 500-2000 W con caudales de hasta 450 m3/h y la alta presión a potencias de 3500 W en lo sucesivo y caudales superiores a los 450 m3/h.

Las lámparas están protegidas por un tubo de cuarzo que es el único material que deja pasar los U.V. y que la protege del contacto directo con el agua a tratar, montado todo dentro del cuarto construido en acero inoxidable que puede ser pulido interiormente para los equipos en que se requiera esta calidad.

El problema de utilizar lámparas de baja presión, es que si se necesitan potencias altas, se deben montar equipos multilámparas, los cuales tienen el inconveniente que si una de las lámparas se deteriora se produce una sombra dentro del aparato que hace que haya una parte del agua que salga sin tratar. En cambio las lámparas de media presión sólo necesitan una sola lámpara que es fácilmente monitorizable y no provoca sombras dentro del cuarto de tratamiento en caso de deterioro de esta, es automatizable y emite una radiación

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germicida mucho más potente, además, la configuración con una sola lámpara permite cambiarla en pocos minutos sin necesidad de parar el flujo de agua a tratar.

Cuando la célula está sometida a una radiación U.V. sucede que está penetrada por la pared celular y la alta energía de los fotones de U.V. son absorbidos por las proteínas de las células y su ADN.

Los rayos U.V. rompen el metabolismo de las proteínas y como consecuencia alteran químicamente el ADN por lo que los microorganismos no pueden reproducirse. Los organismos incapaces de metabolizarse y reproducirse no pueden causar daños o enfermedades.

La desinfección es sólo un ejemplo de un amplio rango de aplicaciones de los efectos fotoquímicos de los rayos U.V. y se han desarrollado otros usos industriales aprovechando que además de dañar el ADN de los organismos vivos, los U.V. afectan otros enlaces químicos como por ejemplo C = C (190 nm), O-H (235 nm), C-F (245 nm)...

12.4.3. Cálculo de las dosis de Ultravioleta

El cálculo de las dosis de ultravioletas vendrá determinado por la siguiente ecuación: Dosis U.V. = INTENSIDAD x TIEMPO (mJ/cm2) La intensidad vendrá dada por la potencia de la lámpara y el tiempo por el periodo de exposición a los U.V.

El valor D10 de cualquier microorganismo se define como la dosis necesaria, medida en mJ/cm2, de U.V. para obtener el 90% de su reducción. La relación entre la dosis y la reducción de los microorganismos es logarítmica.

Cada industria requiere una dosis diferente, dependiendo de la contaminación de microorganismos presentes. Por ejemplo, el agua para la industria farmacéutica requiere 32 mJ/cm2, mientras que el agua a desinfectar a la salida de un decantador secundario de una depuradora exige 60 mJ/cm2.

12.4.4. Principales aplicaciones

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1. Agua municipal (eliminación de virus, bacterias y pesticidas) 2. Agua de proceso

3. Agua de uso farmacéutico (destrucción del ozono y eliminación de TOC) 4. Emulsiones o salmueras para la industria alimentaría o farmacéutica 5. Desinfección de jarabes de azúcar (eliminación de levaduras, esporas) 6. Regeneración de aguas depuradas (eliminación de virus, bacterias, etc.) 7. Piscinas (destrucción de cloroaminas)

8. Acuicultura

Aire:

− Conducciones de aire en fábricas o locales públicos

− Zonas limpias en hospitales

− Espacios libres en el interior de tanques

Superficies:

− Materiales embalados

− Cintas transportadoras

− Productos varios

Pero on los rayos ultravioletas hay un problema. La eficacia de este proceso depende de la penetración de los rayos en el agua. La geometría de contacto entre la fuente emisora de la luz y el agua es de gran importancia debido a que la materia en suspensión, las moléculas orgánicas disueltas y la propia agua, además de los microorganismos, absorberán la radiación. Por lo tanto, antes de la aplicación de los rayos ultravioletas es conveniente utilizar un filtro de arena para disminuir la turbidez del agua y los sólidos en suspensión a un nivel óptimo para la aplicación de los rayos ultravioletas.