Métodos de desinfección

El agua debe ser potable y un paso importante para garantizar la seguridad del agua es la desinfección. Se agregan desinfectantes al agua para matar los microorganismos que causan enfermedades. Las fuentes de agua subterránea se pueden desinfectar mediante la “Regla de tratamiento de agua”, que requiere sistemas públicos de agua para la desinfección. La cloración, el ozono, la luz ultravioleta y las cloraminas son los principales métodos de desinfección.

 

Sin embargo, también se pueden utilizar permanganato de potasio, desinfección fotocatalítica, nanofiltración y dióxido de cloro. El material orgánico está presente de forma natural en el agua. Ciertas formas de cloro pueden reaccionar con estos materiales orgánicos y resultar en la formación de subproductos nocivos; la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. ha anticipado niveles máximos para estos contaminantes.

 

La eliminación, eliminación o desactivación de microorganismos dañinos puede denominarse desinfección. La destrucción o desactivación de microorganismos patógenos resulta en detener su reproducción y crecimiento.

 

Las personas pueden enfermarse al consumir agua contaminada que contiene los microorganismos patógenos. La desinfección y la esterilización son procesos interrelacionados, pero la esterilización mata a todos los microorganismos dañinos e inofensivos. Por tanto, la desinfección es un proceso más apropiado.

 

Métodos de desinfección

 

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2.1. Gas de cloro

 

El cloro es un gas de color amarillo verdoso. Al proporcionar alta presión, el gas se vuelve líquido. Es tóxico. El cloro gaseoso se utiliza principalmente como desinfectante de agua. La introducción de cloro en el agua juega un papel muy eficaz para eliminar casi todos los microorganismos patógenos. Se puede utilizar como desinfectante primario y secundario. El gas no es aplicable para su uso en sistemas domésticos ya que es muy peligroso. Es letal en concentraciones tan bajas como 0,1% de aire por volumen.

 

2.1.1. Ventajas

 

• La cloración es una fuente más barata que los métodos de desinfección con ozono o UV utilizados para tratar el agua.
• Es muy eficaz contra una amplia gama de microorganismos patógenos.
• Las tasas de dosificación se controlan fácilmente ya que son flexibles.
• Los residuos de cloro que quedan en el efluente de las aguas residuales pueden prolongar el proceso de desinfección incluso después del tratamiento inicial. Pueden utilizarse además para evaluar la eficacia.

 

2.1.2. Limitaciones

 

Aunque el cloro gaseoso se utiliza en plantas y redes de tratamiento de distribución de agua a gran escala como el mejor método para tratar el agua, tiene varias limitaciones. Estas limitaciones pueden afectar la aplicabilidad a un sistema de tratamiento en el punto de uso (POU). Las objeciones contra la cloración se deben a preocupaciones estéticas, logísticas y relacionadas con la salud.

 

En cuanto al nivel estético, la cloración puede ser rechazada ya que imparte malos sabores y olores al agua. Los países desarrollados podrían enseñar a su gente sobre los buenos impactos de la cloración; sin embargo, los países menos desarrollados carecen de esta capacidad.

 

Las limitaciones en el uso de cloro gaseoso en un contexto doméstico pueden incluir la distribución, adquisición / fabricación, dosificación de cloro y manipulación precisa.

Los peligros para la salud causados ​​por el cloro no se limitan únicamente a su naturaleza volátil. Una gran preocupación pueden ser los subproductos y los compuestos incompletamente oxidados presentes en el agua clorada que aumentan su toxicidad. Los subproductos más notorios de la cloración son los cloroorgánicos y el trihalometano (THM). Los ácidos húmicos y fúlvicos están presentes en el agua.

Cuando el cloro reacciona con estos ácidos, se forma trihalometano. Se ha identificado en muchos estudios que algunos de estos cloro-orgánicos son mutágenos, toxinas o carcinógenos. El conocido THM cloroformo es un carcinógeno animal.

 

La USEPA (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos) ha establecido algunas pautas de que los THM no deben ser superiores a 0,10 mg / l. Las altas concentraciones de THM conducirán a complicaciones de salud.

 

2.1.3. Proceso

 

El cloro se combina fácilmente con todos los componentes del agua, es decir, productos químicos, animales pequeños, microorganismos, material vegetal, olores, colores y sabores. Es necesaria una cantidad suficiente de cloro para satisfacer la demanda de cloro en el agua y proporcionar una desinfección residual.

 

Se denomina cloro residual (libre) al que no se combina con otros componentes del agua. El punto en el que el cloro libre está disponible para la desinfección continua se denomina punto de interrupción. El sistema en el que se suministra cloro libre a una concentración de 0,3 a 0,5 mg / l es un sistema ideal. Se encuentran disponibles kits de prueba simples, más comúnmente los kits de prueba colorimétrica DPD (N, N-dietil-p-fenilendiamina) para analizar el punto de ruptura y el cloro residual en sistemas privados. El kit debe analizar la cantidad de cloro libre, no el cloro total.

 

2.1.4. Equipo

 

Consiste en contenedores de 908 kg (2000 lb) o 68 kg (150 lb), básculas, clorador, inyectores, módulos de conmutación, líneas de vacío, bombas de refuerzo, líneas de solución, difusores y un medidor de flujo. Los requisitos de seguridad son ventilación pasiva, ventilación mecánica, alarmas y dispositivos de advertencia, duchas, herrajes antipánico para puertas y lavaojos. Es obligatorio disponer de una sala hermética separada para el equipo de cloración. Para el proceso de desinfección, se dispone del 100% de cloro gaseoso.

 

2.1.5. Químico

 

El cloro se puede utilizar en forma líquida o gaseosa. Es un agente oxidante muy fuerte. Ambas formas (líquida y gaseosa) se pueden almacenar y utilizar a partir de cilindros de gas a presión. Los cilindros de cloro pueden pesar 150 libras. Los sistemas pequeños de agua potable comúnmente usan cilindros de 150 libras.

 

Los iones hipocloroso e hipoclorito se forman cuando el cloro se mezcla con agua. El ion hipocloroso es un mejor desinfectante que se forma en mayor concentración a bajas concentraciones de pH. Los iones hipoclorito e hipoclorito estarán presentes en concentraciones iguales a pH 7,3. A pH por encima de 8.3, predomina el ion hipoclorito, que no es un mejor desinfectante. Por lo tanto, se logra una mejor desinfección a pH bajo. Para evitar la formación de trihalometanos y ácidos haloacéticos, se debe aplicar cloración después del tratamiento.

2.2. Cloración (solución de hipoclorito de sodio)

 

El hipoclorito de sodio se utiliza como agente blanqueador, principalmente para blanquear papeles o textiles, y como desinfectante en solución. La solución generalmente contiene entre el 10 y el 15% del cloro disponible, pero pierde rápidamente su fuerza en el proceso de almacenamiento. Se necesita un ambiente controlado regular ya que la solución se ve muy afectada por el pH, la luz, el calor y los metales pesados .

 

Ventajas

 

• El hipoclorito de sodio también se puede utilizar como desinfectante.
• Tanto el hipoclorito de sodio como el cloro gaseoso muestran una eficacia de desinfección similar.
• En comparación con el cloro gaseoso, la desinfección con hipoclorito de sodio reduce los peligros de almacenamiento y manipulación.
• No se utilizan productos químicos peligrosos en la generación in situ. Solo se usa agua ablandada y sal de alto grado (NaCl).
• En comparación con la solución estándar suministrada (concentración del 14%), las soluciones de hipocloruro de sodio (NaOCl) son menos peligrosas (concentración del 1%) y están menos concentradas mientras generan producción in situ

2.2.2. Limitaciones

 

El NaOCl puede suministrarse comercialmente o generarse in situ, siendo este último el más seguro de los dos métodos por motivos de manipulación. En la generación in situ, la sal se disuelve con agua ablandada para formar una solución de salmuera concentrada que posteriormente se diluye y se pasa a través de una celda electrolítica para formar hipoclorito de sodio. El hidrógeno también se produce durante la electrólisis y debe ventilarse debido a su naturaleza explosiva.

 

2.2.3. Proceso

 

Estos sistemas de dosificación son en su mayoría simples, pero puede haber una preocupación con respecto al diseño. El diseño podría influir en el control de la liberación de gas del hipoclorito a granel en las bombas dosificadoras y las tuberías y la formación de incrustaciones. La gasificación (principalmente produce oxígeno) puede conducir a la formación de burbujas de gas o vapor, específicamente si el hipoclorito de sodio está por debajo de la presión atmosférica, lo que conduce al bloqueo del gas de la línea de succión en un diafragma. Por lo tanto, las bombas deben estar provistas de succión inundada. Los tanques deben ventilarse adecuadamente de todas las estructuras a la atmósfera.

 

Los sistemas de dosificación más comúnmente disponibles utilizan bombas dosificadoras de diafragma. La acción de la bomba puede conducir al desarrollo de vacío. El vacío provoca la vaporización de los gases disueltos en el hipoclorito de sodio, lo que hace que la bomba pierda su cebado y se aplique una menor dosis de cloro.

 

En consecuencia, para ayudar a prevenir la gasificación, los dispositivos de dosificación deben tener una altura positiva en la succión de la bomba (con la entrada de la bomba siempre por debajo del nivel mínimo de líquido del tanque). Además, se deben evitar las configuraciones del sistema de tuberías que atrapen el NaOCl de sodio entre dos válvulas de aislamiento cerradas o válvulas de retención.

 

Un cilindro de calibración, un amortiguador de pulsaciones, una válvula de alivio de presión y una válvula de carga son los componentes principales de un sistema de dosificación. Algunos proveedores de bombas dosificadoras también proporcionan sistemas de válvulas automáticas de desgasificación.

El NaOCl se dosifica a través de una barra esparcidora sumergida dentro de un canal abierto o mediante un racor de inyección (tuberías presurizadas). El amortiguador de pulsaciones y la bomba dosificadora deben colocarse uno cerca del otro.

 

La amortiguación de pulsaciones también ayuda a mejorar la dispersión. También se debe proporcionar una válvula de carga en sistemas donde la contrapresión en el lado de suministro de la bomba no sea suficiente (<0,7–1,0 bar), hasta que se instale una válvula de demanda de succión en el lado de succión.

 

Para evitar que el diafragma se rompa, también se debe proporcionar una válvula de alivio de presión (PRV) en el lado de suministro de la bomba. El funcionamiento de la PRV debe ser detectado y alarmado: por ejemplo, la salida de la válvula podría dirigirse a un pequeño “recipiente” equipado con un interruptor de flotador. Todos los sistemas o bombas que estén apagados deben contener métodos para aliviar cualquier acumulación de presión.

 

Como se utiliza hidróxido de sodio (NaOH) en su fabricación, el pH del NaOCl es alto. Es necesario tener mucho cuidado cuando se utilizan aguas duras (o aguas con CO 2 presente), ya que el producto altamente alcalino puede conducir a tasas de flujo más bajas, diámetro de tubería reducido, capacidad de bombeo reducida y formación de incrustaciones en los puntos de dosificación.

 

2.2.4. Equipo

 

La solución de NaOCl es un líquido corrosivo con un pH alto, es decir, 12. Por lo tanto, se deben usar medidas de precaución generales para tratar con materiales corrosivos, como evitar el contacto con metales, incluido el acero inoxidable. Estas soluciones pueden contener clorato. Debido a la degradación del producto, se puede formar clorato durante los procesos de fabricación y almacenamiento de hipoclorito de sodio. La formación de clorato y la degradación de NaOCl están directamente relacionadas entre sí.

 

Al reducir la degradación del NaOCl, la formación de clorato se puede minimizar evitando las altas temperaturas, reduciendo la exposición a la luz y limitando el tiempo de almacenamiento. Se debe proporcionar contención de derrames para los tanques de almacenamiento de NaOCl. Las estructuras típicas de contención de derrames no incluyen desagües de piso no controlados.

 

2.2.5. Quimicos

 

La solución de NaOCl (o lejía líquida) es una solución con una concentración de cloro del 5 al 15%. Se utiliza como agente blanqueador y limpiador. También se utiliza mucho como desinfectante de agua, pero puede que no sea la solución más económica ya que es más cara que el gas. Al ser líquido, se puede manipular fácilmente que el gas o el hipoclorito de calcio, pero está limitado por su falta de estabilidad y naturaleza corrosiva. Se puede producir fácilmente. Se necesita un suministro continuo de sal y electricidad para la generación in situ de blanqueador líquido. El blanqueador líquido tiene una mejor aplicación POU debido a su disponibilidad y manejabilidad relativa.

 

2.3. Cloración (hipoclorito de calcio sólido)

 

El Ca (OCl) 2 (hipoclorito de calcio) es un sólido esencial que se puede utilizar en sustitución del NaOCl (líquido). Como desinfectante, tiene similitud con NaOCl pero es mucho más seguro de manipular. Casi el 70% del cloro está disponible en grados comerciales de Ca (OCl) 2 . Tiene aplicaciones tanto en aguas residuales como en agua potable.

 

2.3.1. Ventajas

 

• Al ser sólido, el Ca (OCl) 2 es más seguro que el cloro gaseoso y el NaOCl.
• Incluso tiene una excelente estabilidad cuando se almacena en lugar seco, manteniendo bien su potencia en el tiempo.

 

2.3.2. Limitación

La contaminación o el uso inadecuado de Ca (OCl) 2 puede provocar una explosión, un incendio o la liberación de gases (gases tóxicos). No se debe permitir que el hipoclorito de calcio entre en contacto con materias extrañas (incluidos otros productos de tratamiento de agua).

Si el Ca (OCl) 2 se expone incluso a cantidades muy pequeñas de agua, puede reaccionar violentamente para producir gases tóxicos, calor y salpicaduras. El producto debe agregarse al agua en lugar de agregar agua al producto. La exposición al calor puede hacer que el Ca (OCl) 2 se descomponga rápidamente, lo que puede provocar una explosión, un incendio intenso y la liberación de gases tóxicos. Se necesita un área seca, fresca y bien ventilada para almacenar el producto. El Ca (OCl) 2 se utiliza como un fuerte agente oxidante. Aumenta la intensidad del fuego. Ca (OCl) 2debe mantenerse alejado del calor, es decir, las llamas, el calor y cualquier tipo de material en combustión.

2.3.3. Proceso

El clorador de hipoclorito de calcio contiene un tanque cilíndrico de cloruro de polivinilo (PVC) con una altura de 0,6 a 1,2 my un diámetro de 230 a 610 mm. Hay una placa de tamiz que contiene orificios que soportan el Ca (OCl) 2 de 80 mm de diámetrotabletas. Los sistemas de cloración de tabletas generalmente pueden proporcionar entre 1 y 295 kg de cloro por día. En la parte inferior, se canaliza una corriente lateral al clorador.

 

El flujo surge de los orificios en la placa del tamiz que da como resultado la erosión de la última capa de tabletas. La cantidad de agua que ingresa al clorador es proporcional a la velocidad a la que se erosionan las tabletas. La tasa de dosificación de cloro se puede calcular controlando el flujo de agua a través del clorador. Para cumplir con los requisitos operativos, el efluente del clorador se devuelve a la corriente principal, proporcionando el nivel deseado de cloro disponible.

 

Se puede hacer una variación en la dosis y el tiempo de contacto para calcular la desinfección requerida. Diferentes factores afectan la dosis de cloro, es decir, las características de las aguas residuales, la demanda de cloro y los requisitos de descarga.

 

En su mayoría, la dosis varía de 5 a 20 mg / L. Diferentes factores explican la desinfección óptima que pueden incluir temperatura, alcalinidad y contenido de nitrógeno. El pH de las aguas residuales puede afectar la distribución de cloro entre el ácido hipocloroso y el hipoclorito. Un pH más bajo favorece al ácido hipocloroso: un mejor desinfectante. Las concentraciones más altas de ácido hipocloroso conducirán a la formación de gas cloro peligroso.

2.3.4. Equipo

El Ca (OCl) 2 se puede agregar a las aguas residuales de dos maneras, es decir,

• Bien mezclando hipoclorito de calcio en polvo en un dispositivo de mezcla y luego inyectándolo en la corriente de aguas residuales;
• Sumergiendo tabletas de cloro en el agua residual usando un clorador de tabletas.

 

2.4. Cloraminas

Las cloraminas se forman al reaccionar el amoníaco con cloro libre. Desempeñan un papel importante a la hora de proporcionar protección residual en el sistema de distribución. Son muy estables. En comparación con el cloro, se forman menos subproductos halogenados.

2.4.1. Ventajas

• La cloramina es más estable pero no es un desinfectante fuerte como el cloro, proporcionando un desinfectante residual de larga duración.
• No se forman subproductos en la cloraminación.
• Sin embargo, la agencia de protección ambiental (EPA) está ansiosa por conocer el tipo y la cantidad de subproductos de desinfección producidos por las interacciones de cloraminas, bromuro, compuestos orgánicos bromados y por la cloraminación de aguas ozonizadas. Los hallazgos de la EPA pueden influir en el uso futuro de la cloramina.

 

2.4.2. Equipo de cloraminación

Los equipos para la producción de cloraminas y los sistemas de cloración son los mismos. Tanto el cloro como el amoníaco pueden introducirse en forma líquida o gaseosa. Además, tanto el cloro como el amoníaco están disponibles en forma líquida o granular. Se debe tener mucho cuidado para que el cloro concentrado y el amoníaco nunca se mezclen, ya que formarán tricloruro de nitrógeno, un compuesto potencialmente explosivo.

 

2.5. Ozonización

El ozono es una fórmula alotrópica (inestable) de oxígeno en la que se combinan tres moléculas para producir una nueva molécula. Se descompone rápidamente para generar radicales libres altamente reactivos.
El potencial de oxidación del ozono (−2,7 V) es mayor que el del cloro (−1,36 V) o el ion hipoclorito (−1,49 V), sustancias muy utilizadas en el tratamiento de aguas residuales como los oxidantes. El ozono es superado únicamente por el radical hidroxilo (• OH) y el fluoruro en su capacidad de oxidación.

 

2.5.1. Ventajas

Las siguientes son las ventajas cuando se usa ozono para tratar el agua:

• El ozono posee un fuerte poder oxidante
• Se necesita un tiempo de reacción corto para que los gérmenes (incluidos los virus) se eliminen en unos segundos
• No se producen cambios de color y sabor.
• No requiere productos químicos
• Se proporciona oxígeno al agua después de la desinfección.
• Destruye y elimina las algas
• Oxida el hierro y el manganeso.
• Reacciona y elimina toda la materia orgánica.

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2.5.2. Limitación

La generación in situ es necesaria ya que el ozono es inestable a la presión atmosférica. Es tóxico en altas concentraciones ya que es un gas de efecto invernadero.
Los tres módulos de una planta de ozono son: destructor de ozono, cámara de contacto con ozono y generador. La luz ultravioleta o el proceso de descarga de corona se utilizan para la generación de ozono.

En la cámara de contacto, se agrega ozono al agua.

El objetivo principal del destructor es limitar la cantidad de ozono que se eliminará en el aire.

Tres procesos principales afectan la liberación de ozono después de la introducción de ozono en el agua: descomposición, reacción con impurezas del agua y extracción a la atmósfera.

 

2.5.3. Proceso

El ozono se produce a partir de un gas que contiene oxígeno (generalmente aire ambiente u oxígeno puro).
Luego, el gas pasa a través de un campo eléctrico. El aire se trata para asegurarse de que esté seco y libre de impurezas de polvo. El oxígeno se convierte en ozono en un campo eléctrico.
A continuación, el ozono se alimenta al tanque de contacto para que el ozono se disuelva en agua para proceder con el proceso de desinfección.

 

2.5.4. Equipo

 

El sistema consta de una combinación de suministro de oxígeno y sistemas de suministro eléctrico de alta potencia: un flujo de corriente eléctrica de alto voltaje entre los electrodos y el oxígeno se descarga entre los electrodos.

Los electrodos se separan con la ayuda de un espacio dieléctrico que contiene la cámara de descarga para el flujo de oxígeno. El campo eléctrico provoca la descomposición de las moléculas de oxígeno y se produce la formación de ozono.

Después de la generación, el ozono se dirige hacia la cámara de conexión, donde se desinfecta el agua tratada. El ozono producido se disociará inmediatamente, por lo que se debe realizar la generación de ozono in situ.

Una de las características importantes es también el tiempo de contacto. Por lo tanto, los modos de lastre y deslastrado de grandes cantidades de agua de lastre serán mucho más costosos en aplicaciones a gran escala.

Una o varias aguas de lastre están equipadas con equipos de inyección de ozono que actúan como cámaras de contacto. Para lograr un tiempo de contacto prolongado, el agua de lastre debe bombearse a estos tanques de contacto. Para reducir la formación de sedimentos y la entrada de partículas finas al proceso de tratamiento, el tratamiento con ozono debe someterse a un tratamiento preliminar (filtro o ciclón).

El tratamiento de lastre asegura que toda el agua presente en los tanques de lastre esté expuesta al ozono al comienzo del viaje. El tiempo de contacto juega un papel importante en el proceso de desinfección. La desinfección está asegurada si no se requiere un contacto prolongado contra el microorganismo específico.

Si se requiere un tiempo de contacto prolongado contra microorganismos específicos, el tratamiento debe realizarse durante el viaje para permitir tiempos de contacto más prolongados.

Los carbonos orgánicos están asociados con la formación de sedimentos. Estos sedimentos se depositan en el fondo de los tanques de lastre durante el viaje.
Los sedimentos contienen microbios que son difíciles de tratar, como colonias de bacterias o grupos virales. El tratamiento con ozono puede no ser eficaz en el sedimento. El amoníaco se puede producir como resultado de la actividad biológica durante el viaje.

Los bromos se producen por la reacción de amoniaco y desinfectante residual. Los bromos son desinfectantes más débiles, por lo que la eficacia se reduce.

 

2.5.5. Químico

 

El ozono se produce aplicando electricidad de alto voltaje a un espacio (tubo) que contiene oxígeno puro o aire seco filtrado (método de descarga de corona).
La electricidad de alto voltaje da como resultado la formación de ozono mediante la recombinación de oxígeno. La reacción es la siguiente:
3O2→2O33O2→2O3

El ozono desinfecta al oxidar las paredes celulares de los microorganismos, que luego se desintegran (lisan), destruyendo el microorganismo. Este es un mecanismo muy diferente al del cloro, que se difunde a través de la pared celular, haciendo que la célula sea susceptible al ataque enzimático.

 

2.6. Luz ultravioleta (UV)

 

El tratamiento UV se puede utilizar para tratar aguas residuales, agua potable y acuicultura. La luz ultravioleta provoca la desinfección al cambiar los componentes biológicos de los microorganismos rompiendo específicamente los enlaces químicos en el ADN, el ARN y las proteínas.

 

2.6.1. Ventajas

 

• Limita el potencial de rebrote dentro del sistema de distribución, por lo que no se produce ningún aumento en la concentración de carbono orgánico biodegradable o asimilable (AOC).
• Con respecto a las interacciones con el material de la tubería, no hay preocupaciones.
• No se forman subproductos (p. Ej., Acetaldehídos asociados a hemoglobina (HAA), trihalometanos (THM), aldehídos, cetoacidosis y bromato).
• Al usar luz ultravioleta, podemos lograr la misma inactivación logarítmica de Giardia y Cryptosporidium, con un costo menor que las técnicas de dióxido de cloro y ozono.
• Cuando se utiliza en relación con las cloraminas, no se observa la formación de subproductos de desinfección clorados (DBP).

 

2.6.2. Limitaciones

 

En los países subdesarrollados, existen varias limitaciones para la desinfección UV. La principal limitación es el requisito de energía. En muchos sistemas, no se puede garantizar el suministro de energía eléctrica.

Una limitación podría ser que no existe ni una sola prueba disponible para examinar la desinfección adecuada de los rayos. Solo es eficaz como desinfectante primario ya que no deja residuos. No actúa como desinfectante secundario ya que no actúa contra la reinfección en el agua.

Una preocupación con respecto a la desinfección UV es la composición química y la calidad de los microorganismos presentes en el agua afluente. El agua turbia, turbia o que contiene una gran cantidad de bacterias se puede utilizar para proteger a las bacterias.

La composición química es un problema básico, ya que el agua que contiene una gran cantidad de minerales puede causar un recubrimiento en el manguito de la lámpara, reduciendo así la eficacia del tratamiento.

Se pueden usar inyectores de fosfato o ablandadores de agua para prevenir el recubrimiento de la lámpara. El tratamiento UV es más eficaz en aguas poco turbias o parcialmente tratadas, que pueden no estar disponibles en el campo.

 

2.6.3. Proceso

 

Las unidades de desinfección UV se utilizan hoy en día como métodos de desinfección del agua. El diseño es bastante simple y consiste en una fuente de luz ultravioleta que está encerrada en una funda protectora transparente.

La fuente de luz está montada de modo que el agua pueda pasar a través de una cámara de flujo para que los rayos UV puedan ser admitidos y absorbidos en la corriente.
No se produce ningún cambio en el sabor y el color que sea una ventaja de este método. El tiempo de contacto también es muy corto ya que estos rayos matan rápidamente a las bacterias patógenas.

 

2.6.4. Equipo

 

Los sistemas de desinfección UV deben apagarse correctamente si el tratamiento no es necesario durante algunos días. La lámpara debe calentarse durante unos minutos antes de encenderse. Además, el sistema de plomería debe lavarse correctamente cuando no esté en uso. Todo el sistema de plomería debe desinfectarse con un producto químico (preferiblemente cloro) antes de confiar en el proceso.

Las luces ultravioleta pierden eficacia con el uso, por lo tanto, la lámpara debe limpiarse adecuadamente y reemplazarse una vez al año. Cabe señalar que una lámpara nueva puede perder su 20% de intensidad en las primeras 100 h de funcionamiento. Los detectores UV debidamente calibrados ayudan al propietario a alertar cuando la intensidad de la luz cae por debajo de un cierto nivel.

El agua tratada con UV debe ser monitoreada mensualmente para detectar la presencia de bacterias heterótrofas y bacterias coliformes (primeros 6 meses de uso del dispositivo). Debe comprobarse la intensidad de la lámpara si se detectan estos organismos.

 

2.6.5. Químico

 

La luz ultravioleta puede tratar el agua sin producir cambios químicos o físicos importantes en el agua. No se han observado efectos negativos al utilizar agua tratada con UV.
Hay menos posibilidades de que se formen DBP ya que no se agrega ninguna sustancia nueva en este proceso. No se producen cambios en el sabor y el color.
La dosis y frecuencia utilizadas para la desinfección no producen ninguna sustancia nociva. Incluso la sobredosis de luz ultravioleta no conduce a la formación de productos nocivos. Para evitar la exposición, el operador debe usar ropa protectora.

 

2.7. Desinfección fotocatalítica

 

La aceleración de una fotorreacción en presencia de un catalizador se denomina fotocatálisis. En la fotólisis catalizada, se utiliza un sustrato adsorbido para absorber la luz.
En la catálisis fotogenerada, los pares de electrones y huecos se crean mediante la actividad fotocatalítica (PCA) que genera radicales libres (p. Ej., Radicales hidroxilo: • OH) que tienen la capacidad de sufrir reacciones secundarias. Su aplicación práctica fue posible gracias al descubrimiento de la electrólisis del agua mediante el uso de dióxido de titanio.

 

2.7.1. Ventajas

 

Las siguientes son las ventajas de la desinfección fotocatalítica.

• La fotocatálisis utiliza la capacidad de energía solar renovable y libre de contaminación, por lo que es un buen reemplazo para los métodos de tratamiento convencionales que consumen mucha energía.
• En comparación con los métodos de tratamiento convencionales, la fotocatálisis conduce a la formación de compuestos inocuos.
• Las aguas residuales contienen diferentes compuestos peligrosos. El proceso fotocatalítico provoca la destrucción de una amplia gama de estos compuestos peligrosos en varias corrientes de aguas residuales.
• Estas reacciones son leves. Se requiere menos aporte químico y el tiempo de reacción es modesto.
• Se puede aplicar a tratamientos de generación de hidrógeno, fase gaseosa y acuosos, así como a tratamientos en fase sólida (suelo) hasta cierto punto.

 

2.7.2. Limitaciones

 

Para la aplicación efectiva de TiO 2 en el tratamiento de agua, la limitación de transferencia de masa debe minimizarse ya que la degradación fotocatalítica ocurre principalmente en la superficie del TiO 2 .

El TiO 2 tiene poca afinidad por los contaminantes orgánicos (más específicamente los contaminantes orgánicos hidrófobos) por lo que la adsorción de contaminantes orgánicos en la superficie del TiO 2 es baja, lo que da como resultado tasas lentas de degradación fotocatalítica. Por lo tanto, es necesario tener en cuenta la focalización de los contaminantes alrededor de las nanopartículas de TiO 2 para mejorar la eficiencia fotocatalítica.

Además de esto, el TiO 2Las nanopartículas pueden sufrir agregación debido a la inestabilidad de la partícula de tamaño nanométrico, lo que puede obstaculizar la incidencia de la luz en los centros activos y, en consecuencia, se produce una reducción de la actividad catalítica.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que puede suceder que las partículas pequeñas muestren una mayor dispersión, lo que puede reducir su actividad fotocatalítica en comparación con las más grandes. Además, para el sistema de lechada, uno de los principales desafíos prácticos que hay que superar es recuperar las partículas de TiO 2 nanométricas del agua tratada en lo que respecta tanto a la preocupación económica como a la seguridad.

Para superar esas limitaciones de la fotocatálisis basada en TiO 2 , en estudios anteriores se han adoptado las siguientes contramedidas:

 

• Modificación del catalizador de TiO 2 , para lograr el aprovechamiento de la luz visible.
• La síntesis del catalizador debe optimizarse para obtener catalizadores con estructura cristalina definida, alta afinidad por diversos contaminantes orgánicos y tamaño de partícula más pequeño.
• Desarrollo y diseño de catalizador de TiO 2 de segunda generación , con alta capacidad de separación, que se puede recuperar y regenerar de forma eficaz.

El propósito de estas modificaciones y desarrollos es mejorar la eficiencia fotocatalítica, la degradación completa de contaminantes orgánicos, mejorar la absorción de luz visible, mejorar la estabilidad y reproducibilidad, y mejorar la capacidad de reciclado y reutilización del TiO 2 .

 

2.7.3. Proceso

 

La reacción fotocatalítica depende principalmente de la energía o longitud de onda de la luz (fotón) y del catalizador. Generalmente, se utilizan semiconductores como catalizadores. Estos materiales funcionan como sensibilizadores para la irradiación del proceso redox estimulado por luz debido a su estructura electrónica. Tienen una banda de valencia llena y una banda de conducción vacante.
Los pasos fundamentales en el proceso de fotocatálisis de semiconductores son los siguientes:

• Cuando la energía de la luz en términos de fotones cae sobre la superficie de un semiconductor y si la energía del rayo incidente es equivalente o mayor que la energía de banda prohibida del semiconductor, los electrones de la banda de valencia se mueven a la banda de conducción del semiconductor.
• La banda de cenefa de semiconductores se deja con agujeros. Estos agujeros pueden reaccionar con moléculas de agua para generar radicales hidroxilo oxidando las moléculas donantes.
• Los iones superóxido se forman haciendo reaccionar los electrones de la banda de conducción con especies de oxígeno disuelto. Estos electrones inducen las reacciones redox.

 

Estos electrones y huecos pueden sufrir sucesivas reacciones redox con muchas especies para formar los productos necesarios mediante la absorción en la superficie del semiconductor.

 

2.7.4. Químico

 

El TiO 2 es un material semiconductor que actúa como un fuerte agente oxidante durante la iluminación al reducir la energía de activación requerida para la descomposición de compuestos orgánicos e inorgánicos. La iluminación de la superficie del TiO 2 induce dos tipos de separación de portadores: (1) un electrón (e−) y (2) un agujero (h +).
Para la producción de estos dos portadores, un fotón debe suministrar una cantidad suficiente de energía para mover un electrón (e−) desde la banda de valencia a la banda de conducción, dejando así un hueco (h +) en la banda de valencia.

En comparación con los materiales conductores, la recombinación de huecos y electrones es relativamente lenta en el TiO 2, la recombinación en metales ocurre inmediatamente.
TiO2+ hv →h++mi-

 

3 Conclusiones

 

El agua puede verse afectada por factores ambientales. Se tienen en cuenta tanto los riesgos humanos como ambientales, que pueden ser tangibles y / o intangibles.

La cloración puede conducir a la formación de subproductos o químicos tóxicos que son peligrosos para la vida acuática.

Los residuos con alto contenido de cloro pueden variar desde la evitación hasta la muerte de organismos acuáticos.

El umbral límite de tolerancia de algunas especies acuáticas al cloro es 0,002 mg / l en agua dulce y 0,01 mg / l en agua salina. Los subproductos también pueden acumularse en el medio acuático. La toxicidad de los residuos clorados puede eliminarse mediante decloración.

En resumen, el uso beneficioso de la protección del ecosistema acuático puede verse comprometido cuando las aguas residuales cloradas se vierten a las aguas superficiales receptoras.

La cloración podría no ser un riesgo para el medio ambiente si las aguas residuales tratadas se reutilizan de manera beneficiosa en lugar de descargarlas en las aguas superficiales receptoras.

Un método aceptable para desinfectar la reutilización de aguas residuales es la cloración. La cloración es el mejor método para aplicaciones de reutilización cuando se requiere un residuo residual para el recrecimiento microbiano.

Sin embargo, existe una limitación de 1 mg / l de cloro en el punto de aplicación del agua regenerada.

Estos límites en su mayoría no dañan la vida vegetal. Sin embargo, algunos cultivos sensibles pueden dañarse con un nivel de cloro inferior a 1 mg / ly los usuarios deben considerar la sensibilidad de cualquier cultivo que pueda ser regado con agua regenerada desinfectada con cloro.

Sin embargo, hay pocos riesgos ambientales asociados con el uso directo de cloro. Sin embargo, la fabricación, almacenamiento.

Los subproductos tóxicos se forman por la oxidación del ozono. El gas ozono puede dañar el medio ambiente debido a su naturaleza corrosiva.

La microfiltración solo representa un riesgo para el medio ambiente si hay un derrame de agentes de limpieza o los desechos de retrolavado contaminados se eliminan de manera incorrecta.

La luz ultravioleta presenta un riesgo menor en comparación con otros métodos de desinfección, pero puede presentar un riesgo de foto-reactivación y mutación de la población microbiana presente en la descarga.

No hay opción de reutilización disponible para lámparas UV. Controlar los sistemas naturales como las lagunas de detención es difícil.

Un riesgo ambiental importante asociado con la desinfección en lagunas es el crecimiento excesivo de organismos indeseables, como las algas verdiazules.

Los seres humanos corren un alto riesgo ya que las floraciones de algas verde azuladas producen toxinas. El medio ambiente también está en riesgo a medida que aumentan los niveles de SS y DBO. En términos de costo ambiental potencial, parecería que los rayos UV, las lagunas y la microfiltración tienen el menor potencial de impactar adversamente sobre el medio ambiente, seguidos de la ozonización y luego la cloración.

Esta clasificación se basa en la formación de subproductos y el nivel de toxicidad de la descarga al medio receptor.