La desinfección del agua con luz UV aporta ventajas, como no alterar las propiedades del agua tratada o no originar subproductos de la desinfección tóxicos. Sin embargo, tiene también inconvenientes que limitan su efectividad, como la formación de biofilm en las lámparas o la ralentización del flujo del agua. Un nuevo diseño desarrollado en EEUU propone un sistema que optimiza el rendimiento de este tipo de tratamiento del agua.

Los sistemas de desinfección del agua con luz UV funcionan mediante la radiación del flujo de agua, normalmente a 254 nm, debido a su efecto germicida. En los diseños convencionales, las lámparas UV se colocan dentro de tubos de cuarzo protectores, que se introducen en el agua que se va a tratar. El agua fluye a lo largo de los tubos de cuarzo, y los posibles patógenos existentes en el líquido reciben una dosis adecuada de radiación, ajustando la intensidad y el tiempo de exposición necesarios.

Sin embargo, este método presenta una serie de inconvenientes. Uno de ellos es que, con el tiempo, los tubos de cuarzo se cubren con depósitos minerales y biofilms, restando efectividad al sistema, y necesitan ser limpiados.

El segundo inconveniente proviene del hecho de que las obstrucciones colocadas en el camino de un fluido en movimiento conducen a pérdidas de energía cinética. Estas pérdidas conducen a mayores costes de operación, debido al aumento en la potencia requerida para suministrar agua a un índice de flujo dado.

Y un tercer inconveniente es la dificultad de lograr una mezcla completa del agua que se trata, para garantizar que todos los patógenos reciban una dosis de UV suficiente para su inactivación. En muchos sistemas, la mala mezcla se compensa aumentando el número de lámparas UV, pero eso también conduce a mayores pérdidas hidráulicas.

Cambiando el punto de vista

La efectividad de un sistema de desinfección UV está determinada por la dosis que el sistema puede administrar a los microorganismos objetivo en el agua. La dosis efectiva de UV depende principalmente de los efectos combinados de la intensidad de la luz UV, el tiempo de exposición y la llamada transmisividad UV (UVT). La UVT es una medida de la cantidad de luz ultravioleta que pasa a través de una muestra de agua, en comparación con la cantidad de luz que pasa a través de una muestra de agua pura. La UVT varía con el tiempo y de un sitio a otro, ya que está relacionada con la cantidad de materia orgánica, sólidos coloidales y otros materiales presentes en el agua, que absorben y dispersan la luz UV a medida que pasa a través de la columna de agua.

El objetivo de un proyecto desarrollado en la Universidad de California (EEUU) ha sido crear un sistema para la desinfección del agua con radiación UV, que no sea propenso al problema de las incrustaciones en las lámparas, y que sea efectivo para usar en aguas con altos niveles de turbidez y una transmisividad UV baja. Para ello, han invertido el planteamiento del sistema, ubicando los tubos UV fuera del tubo de cuarzo que transporta el agua e impartiendo un fuerte movimiento giratorio al flujo de entrada de agua, que garantiza una exposición uniforme de los patógenos a la radiación, a la vez que proporciona un mecanismo de autolimpieza, que evita la acumulación de biofilm y de residuos en el interior del cuarzo.

Aunque inicialmente los usuarios finales del diseño eran propietarios de viviendas, el sistema es escalable y, según los autores, puede ser beneficioso en otras aplicaciones.

Irradiar de fuera a dentro

El sistema consiste en un tubo de cuarzo, a través del cual fluye el agua a tratar. El cuarzo es uno de los pocos materiales que permite pasar a la radiacion UV en la banda C germicida (200 a 280 nm) sin ser atenuada. Las lámparas UV se encuentran fuera del tubo de cuarzo, y su número está determinado por varios factores, que incluyen la intensidad de la radiación UV emitida, el volumen del tubo de cuarzo, la velocidad a la que el agua fluye a través de él y su transmisividad UV.

Una característica importante de este sistema es la manera en que el agua entra y sale del tubo de cuarzo, que está determinada por un difusor en la entrada del tubo y una boquilla en la salida, idénticos en forma y dimensiones. Su propósito es conectar el sistema a la tubería de suministro de agua, de tal manera que se minimicen las pérdidas de energía cinética, que inevitablemente surgen cuando un flujo se acelera o desacelera debido a un cambio en el área de la sección transversal. 

El difusor y la boquilla tienen incorporadas unas guías estáticas, cuya función es en el difusor impartir un remolino en el flujo de entrada y en la boquilla mantener el remolino, que de lo contrario decaería con la distancia desde la entrada.

Ventajas de impartir movimiento giratorio al agua

Dos ventajas surgen de impartir un fuerte movimiento giratorio al flujo de agua. La primera es la  amplificación de una mezcla turbulenta del agua, que surge de la rotura del flujo. Esto tiene el efecto de asegurar que los patógenos que entran al tubo de cuarzo cerca de su eje central no permanezcan allí, y no puedan, eventualmente, abandonar el tubo sin haber recibido la dosis suficiente de UV para su inactivación completa. Los gérmenes están bien mezclados con el flujo y, por lo tanto, son llevados cerca de la superficie, donde la intensidad de luz UV es máxima.

La segunda es que la presencia de remolinos aumenta la magnitud de choque del agua en las paredes de cuarzo, lo que crea un mecanismo para que el sistema sea autolimpiante. Las tensiones elevadas de choque frotan continuamente la superficie interna del tubo de cuarzo, evitando así el establecimiento de biopelículas o la acumulación de residuos minerales.

La turbidez del agua no afecta al sistema

La turbidez es una medida indicadora del número de partículas suspendidas en una muestra de agua. Es un parámetro importante para cuantificar, porque estas partículas pueden tener incrustados microorganismos patógenos y también actuar como un escudo para los microorganismos que flotan libremente en el agua, evitando así que estos organismos se expongan a la radiación UV.

La capacidad de desinfección del nuevo sistema no se vio significativamente afectada cuando se probó con agua que contiene niveles de turbidez de 0 a 18 NTU.  La evaluación del sistema con agua dura, que contiene altas concentraciones de Ca, Mg y Fe, y  agua con turbidez de 18 NTU indicó que la eliminación log10 de E. coli en todos los escenarios se mantuvo por encima de 5 log10. La ausencia de un impacto de la turbidez sugiere que este sistema sería adecuado para operar con aguas que contienen turbideces altas, tales como aguas superficiales, pozos de agua subterránea arenosa o agua reciclada.

Fuente: A Novel System for Water Disinfection with UV Radiation, Water