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Purificadores de agua con luz UV: ¿cómo funcionan?

Purificadores de agua con luz UV

septiembre 1, 2020

Eliminar virus y bacterias del agua para beber puede hacerse con productos químicos, mediante filtros o por medio de una lámpara de luz ultravioleta (UV). En este artículo explicamos qué es la luz ultravioleta, cómo elimina virus y bacterias y como funcionan los purificadores de agua con luz UV.

La luz ultravioleta (UV) es una alternativa establecida y cada vez más popular frente al uso de productos químicos para la desinfección de agua potable, aguas residuales y aguas industriales de varias calidades.

Los sistemas de desinfección UV pueden ser diseñados para una amplia gama de aplicaciones siempre que se preste la debida atención a la calidad del agua que se está desinfectando y a los objetivos de desinfección buscados. 

Deshacerse de los contaminantes microbianos del agua puede hacerse con productos químicos, como el cloro, mediante filtros muy ajustados, como en el caso de los filtros de cerámica, o desactivando por completo virus y bacterias con una lámpara de luz ultravioleta (UV), que es el método que explicaremos en este artículo.

Si bien la luz UV se utiliza para varios tipos de tratamiento de agua, su uso principal es el control de virus y bacterias.

Como veremos más adelante, la luz UV es sólo una parte de la ecuación para obtener agua cristalina, libre de virus y bacterias, óptima para consumo humano. Hablaremos también de los purificadores de agua con luz UV.

¿Qué es la luz UV?

La radiación ultravioleta es la radiación cuya longitud de onda es menor que la de la luz visible, pero mayor que la de los rayos X. Varía entre los 400 y 100nm (nanómetros).

La fuente más común de radiación ultravioleta es el sol, aunque también puede conseguirse artificialmente mediante lámparas UV.

El uso de la luz UV para desinfectar agua no es nuevo, desde 1877 ya se tenía conocimiento de las propiedades germicidas de la luz solar.

Es una tecnología que tiene más de un siglo de antigüedad y es utilizada en todo el mundo. 

Contrario a lo que muchas personas creen, el tratamiento del agua con luz UV no funciona matando a las bacterias y los virus, sino alterando su ADN para que no se reproduzcan y pierdan su poder infeccioso.

¿Qué tipos de purificación de agua por luz UV existen?

Sabemos que como técnica de tratamiento del agua, la luz UV es un desinfectante eficaz debido a su fuerte capacidad germicida. Es efectiva contra protozoarios como la Giardia Lamblia o los Cryptosporidium.

La radiación UV se ha utilizado comercialmente durante muchos años en las industrias farmacéutica, cosmética, de bebidas y electrónica, especialmente en Europa y Estados Unidos. 

Debido a problemas de seguridad asociados con la dependencia de la cloración del agua y la mejora de la tecnología UV, esta tecnología ha experimentado una mayor aceptación, tanto en los sistemas de tratamiento de agua potable municipales, como en sistemas de purificación de agua para empresas y residenciales (como los purificadores de agua con luz UV), que pueden purificar el agua proveniente de la red pública.

La organización internacional National Sanitation Foundation (NSF) ha clasificado los sistemas de desinfección del agua por luz ultravioleta en dos clases: La A y la B.

Clase A: estos sistemas de tratamiento de agua por medio de luz ultravioleta deben tener una clasificación de intensidad y saturación de al menos 40,000 uwsec/cm2 y tener diseños que les permitan desinfectar y/o eliminar microorganismos del agua contaminada. Los contaminantes afectados deben incluir bacterias y virus.  

Los sistemas de punto de entrada y punto de uso Clase A cubiertos por esta norma deben estar diseñados para inactivar y/o eliminar microorganismos, incluyendo bacterias, virus, ooquistes de Cryptosporidium y quistes de Giardia, del agua contaminada.

Estos sistemas no están diseñados para el tratamiento de agua cuyo nivel de contaminación es visible, como es el caso de aguas residuales sin tratar.

Tampoco están diseñados para convertir aguas residuales en agua potable. Deben ser utilizados en aguas visiblemente claras. Más adelante explicaremos el porqué.

Clase B: estos sistemas de tratamiento de agua ultravioleta deben tener una clasificación de ‘intensidad y saturación’ de al menos 16,000 uw-sec/cm2 y poseer diseños que les permitan proporcionar un tratamiento bactericida complementario para aguas consideradas “seguras”, como, por ejemplo, el agua que proviene de la red pública de agua potable que ya fue sometida a algún tratamiento para potabilizarla.

Un ejemplo son los purificadores de agua con luz UV que se utilizan en empresas y hogares, y que toman el agua de la red pública (que ya fue sometida a un proceso previo de potabilización).

Esto significa que no tiene niveles elevados de E. Coli.

Los sistemas UV estándar 55 Clase B están diseñados para funcionar a una dosis mínima y están destinados a reducir los microorganismos no patógenos que se encuentran normalmente en el agua. Los sistemas UV Clase B o similares no están destinados a la desinfección de agua microbiológicamente insegura.

Por lo tanto, el tipo de unidad que debe utilizarse depende de su situación, origen del agua y la calidad del agua potable que se busca desinfectar.

Aquí debemos considerar que la efectividad de una lámpara de luz UV se ve afectada directamente por la claridad del agua, es decir, su buen funcionamiento depende de la calidad del agua.

Cuando la turbidez (que es una medida del grado en el que el agua pierde su transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión) es de 5 NTU (Unidades Nefelométricas de Turbidez) o mayor y/o los sólidos suspendidos totales son mayores de 10ppm, es necesario filtrar el agua antes de exponerla a la luz UV.

¿Cómo funcionan las lámparas de luz UV?

La radiación UV tiene tres zonas de longitud de onda: UV-A, UV-B y UV-C, y es esta última región, la onda corta UV-C, la que tiene propiedades germicidas para la desinfección del agua.

Una lámpara de arco de mercurio de baja presión, que se asemeja a un foco fluorescente, produce luz UV en el rango de 254nm (un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro).

Estas lámparas contienen mercurio elemental y un gas inerte, como el argón, en un tubo transmisor de rayos UV, generalmente de cuarzo.

La mayoría de las lámparas UV de arco de mercurio en el mercado son del tipo denominado de «baja presión», porque funcionan a una presión parcial de mercurio relativamente baja, baja presión de vapor general (aproximadamente 2 mbar), baja temperatura externa (50-100oC) y requieren menos electricidad.

Estas lámparas emiten radiación UV casi monocromática a una longitud de onda de 254nm.

En los últimos años, las lámparas UV de presión media, que funcionan a presiones, temperaturas y niveles de potencia mucho más altos y emiten mayor energía UV están disponibles comercialmente.

Para la desinfección UV del agua potable en lugares donde se requiere suministrar agua para beber, como empresas, oficinas o el hogar, las lámparas y sistemas de baja presión son completamente adecuados e, incluso, preferidos a las lámparas y sistemas de presión media.

Esto se debe a que operan a menor potencia, menor temperatura y menor costo, al tiempo que son altamente efectivos para desinfectar agua para el uso diario.

Un requisito esencial para la desinfección UV con sistemas de lámparas es una fuente de electricidad disponible y confiable.

Si bien los requisitos de potencia de los sistemas de desinfección con lámpara UV de mercurio a baja presión son menores, juegan un importante papel para un eficiente funcionamiento de la lámpara.

Como la mayoría de los microorganismos se ven afectados por la radiación alrededor de 260nm, la radiación UV está en el rango apropiado para la actividad germicida. Hay lámparas UV que producen radiación en el rango de 185nm que son efectivas en microorganismos y también reducirán el contenido total de carbono orgánico (TOC) del agua.

En un sistema de luz UV típico, aproximadamente el 95% de la radiación pasa a través de una manga de vidrio de cuarzo y llega al agua no tratada. El agua fluye como una película delgada sobre la lámpara.

Esta funda de vidrio está diseñada para mantener la lámpara a una temperatura ideal de aproximadamente 40°C.

Filtro purificador con Luz Ultravioleta

¿Cómo elimina virus y bacterias del agua la luz UV? 

Como ya mencionamos previamente, la luz ultravioleta afecta a los microorganismos al alterar el ADN en sus células e impedir su reproducción. El tratamiento UV no los elimina del agua, simplemente los inactiva.

La efectividad de este proceso está relacionada con el tiempo de exposición a la luz y la intensidad de la lámpara, así como con la calidad del agua.

El tiempo de exposición se expresa como microwatt-segundos por centímetro cuadrado (uwatt-sec/cm2), y el Departamento de Salud y Servicios Humanos de EEUU ha establecido una exposición mínima de 16,000 µwatt-sec/cm^2 para una correcta desinfección del agua por luz UV.

Afortunadamente, la mayoría de las lámparas UV disponibles en el mercado ofrecen una intensidad de lámpara entre 30,000-50,000µwatt-sec/cm^2.

Por ejemplo, las bacterias coliformes se destruyen a 7,000 µwatt-sec/cm^2.

Dado que la intensidad de la lámpara disminuye con el tiempo, el reemplazo de la lámpara y el tratamiento que reciba el agua antes de pasar por la luz UV son clave para el éxito de un sistema de purificación de agua que incluya desinfección con luz UV.

Además, los purificadores de agua que utilizan lámparas UV deben estar equipados con un dispositivo de advertencia (un foco que se encienda, por ejemplo) para alertar al usuario cuando la intensidad de la lámpara cae por debajo del rango germicida.

A continuación, veremos el tiempo de irradiación requerido para inactivar completamente diversos microorganismos bajo una dosis de 30,000 µwatt-seg / cm ^ 2 de UV 254nm.

Tiempo estimado de irradiación para  inactivar microorganismos a una  dosis de 30,000 µwattsec/cm^2 de UV 254 nm

NombreDosis 100% letal(segundos)NombreDosis 100% letal(segundos)
Las bacterias
Bacilos de disentería0,15Micrococcus Candidus0.4 ¨C 1.53
Leptospira SPP0.2Salmonella Paratyphi0,41
Legionella Pneumophila0.2Tuberculosis micobacteriana0,41
Corynebacterium diphtheriae0.25Streptococcus Haemolyticus0,45
Shigella Dysenteriae0.28Salmonella Enteritidis0,51
Bacillus Anthracis0,3Salmonella typhimurium0,53
Clostridium Tetani0,33Vibrio cholerae0,64
Escherichia coli0,36Clostridium Tetani0.8
Pseudomonas Aeruginosa0,37Staphylococcus Albus1,23
Virus
Virus Coxsackie A90,08Echovirus 10,73
Adenovirus 30.1Virus de la hepatitis B0,73
Bacteriófago0.2Ecovirus 110,75
Influenza0,23Poliovirus 10.8
Rotavirus SA 110,52Mosaico de tabaco16
Esporas de moho
Mucor Mucedo0.23 ¨ C 4.67Penicillium Roqueforti0.87 – 2.93
Oospara Lactis0,33Penicillium Chrysogenum2.0 ¨ c 3.33
Aspergillus Amstelodami0.73 ¨ c 8.80Aspergillus niger6.67
Penicillium Digitatum0,87Hongos de estiércol8
Algas
Chlorella Vulgaris0,93Protozoos4 – 6.70
Alga verde1,22Paramecio7.3
Huevos de nematodos3.4Alga verde azul10 ¨ c 40

«La radiación UV inactiva los microbios al alterar químicamente sus ácidos nucleicos«

Purificadores de agua con luz UV en la oficina y el hogar

Por su cuenta, la radiación UV no mejora el sabor, el olor o la claridad del agua, pero es un desinfectante muy efectivo.

Aquí, es importante aclarar que la desinfección solo puede ocurrir al interior del purificador de agua con luz UV, dentro de un tanque especial, generalmente hecho de acero inoxidable, donde el agua es expuesta a la radiación de la luz UV.

El porcentaje de microorganismos destruidos depende de la intensidad de la luz ultravioleta, el tiempo de exposición a la luz, la calidad del agua que ingresa al sistema de purificación y el mantenimiento adecuado del equipo.

Lo anterior es muy importante, ya que si las partículas que contiene el agua se acumulan en la funda de vidrio o la carga de partículas en el agua es alta, la intensidad de la luz y la efectividad del tratamiento se verán afectados.

A dosis suficientemente altas, todos los patógenos transmitidos por el agua son desactivados por la radiación UV.

El orden general de resistencia microbiana (de menor a mayor) y las dosis correspondientes de UV para inactivación son:

  • Bacterias vegetativas, parásitos protozoarios Cryptosporidium parvum y Giardia lamblia: en dosis bajas (1-10mJ/cm2).
  • Virus entéricos y esporas bacterianas: en dosis altas (30-150mJ/cm2).

La mayoría de los sistemas de desinfección UV con lámpara de mercurio de baja presión pueden alcanzar fácilmente dosis de radiación UV de 50-150 mJ/cm2 en agua de alta calidad y, por lo tanto, eliminar eficientemente todos los patógenos transmitidos por el agua.

Sin embargo, la materia orgánica disuelta, como la materia orgánica natural, ciertos solutos inorgánicos, como el hierro, los sulfitos y los nitritos, y la materia suspendida (partículas o turbidez) absorben la radiación UV y protegen a los microbios de la exposición, lo que da como resultado dosis más bajas de luz UV y una desinfección microbiana reducida.

Por ello, es importante elegir purificadores de agua con luz UV que tengan un tren de filtración y tratamiento del agua previo a la exposición del líquido a la luz UV. 

La radiación UV inactiva los microbios al alterar químicamente sus ácidos nucleicos. Sin embargo, dichos microorganismos cuentan con mecanismos enzimáticos celulares que les permiten reparar las lesiones químicas inducidas por los rayos UV.

Por ello, es necesario administrar una dosis suficientemente alta para inducir mayores niveles de daño al ácido nucleico y así superar los mecanismos de reparación del ADN (foto reparación o fotorreactivación).

Gracias a que incluyen luz UV como método de desinfección del agua, los purificadores de agua WaterStation tienen un porcentaje de destrucción de virus y bacterias de 99.9% (Certificado por Cofepris).

¿Qué filtros de agua usar antes de la luz UV?

Como ya lo mencionamos, es importante realizar un proceso de filtrado del agua antes de que sea expuesta a la luz UV y que esta no pierda efectividad por la turbidez del agua y partículas suspendidas.

Las partículas, el color y la turbidez del agua afectan la exposición de los microorganismos a la luz UV y deben eliminarse para una desinfección exitosa. 

Por lo anterior, la radiación UV debe ser el último paso en un tren de purificación de agua (compuesto por diferentes tipos de filtros de agua), después de tratamientos como la ósmosis inversa, el ablandamiento del agua, la filtración a través de carbón activado o mallas de ultrafiltración. Así, el agua llegará al tanque de luz UV libre de partículas que pudieran restarle efectividad.

La unidad de luz UV debe ubicarse lo más cerca posible del punto de uso ya que cualquier parte del sistema de plomería podría contaminarse con bacterias. Es recomendable desinfectar todo el sistema de plomería del dispensador de agua con cloro antes de utilizar por primera vez un sistema UV. 

El dispositivo de tratamiento UV más utilizado consiste en un tanque de acero inoxidable que aloja el bulbo UV. Una funda de vidrio de cuarzo recubre la bombilla. El flujo de agua es paralelo al foco, que requiere energía eléctrica.

Para asegurar el tiempo de exposición a la radiación del agua que fluye a través del dispensador de agua, se usa un dispositivo de control de flujo, que evita que el agua pase demasiado rápido 

La carcasa del sistema UV debe ser de acero inoxidable para proteger cualquier parte electrónica de la corrosión.

Las principales diferencias entre los diversos equipos de purificación de agua disponibles en el mercado son la capacidad y las características opcionales.

Algunos purificadores de agua con luz UV están equipados con detectores de emisiones UV, que advierten al usuario cuando la unidad necesita limpieza o cuando la fuente de luz está fallando.

Esta característica es extremadamente importante para garantizar un suministro de agua seguro en empresas y hogares.

Mantenimiento de los purificadores de agua con luz UV

Dado que la radiación UV debe llegar a las bacterias y virus para desactivarlos, la carcasa de la fuente de luz debe mantenerse limpia. Existen equipos comerciales con la capacidad de enjuagar la unidad para eliminar cualquier película que pueda afectar la intensidad de la luz.

Una limpieza con una solución de hidrosulfito de sodio al 0.15% o con ácido cítrico elimina eficazmente esas capas. Algunas unidades tienen líquido limpiaparabrisas para facilitar el proceso de limpieza. 

Los dispensadores de agua equipados con luz UV están diseñados para una operación continua y deben apagarse sólo si no se utilizarán durante varios días.

Al encenderlos nuevamente, es necesario esperar unos minutos para que la lámpara adquiera la temperatura adecuada.

Además, el sistema de tubería debe enjuagarse completamente después de un período prolongado de inactividad. Cada vez que se repara el sistema, se debe desinfectar todo el sistema de plomería con un químico, como cloro, antes de depender del sistema UV para la desinfección. 

Conforme pasa el tiempo, los focos UV pierden gradualmente su eficacia. La lámpara debe limpiarse regularmente y reemplazarse al menos una vez al año. Y, aunque una lámpara nueva puede perder el 20% de su intensidad dentro de las primeras 100 horas de uso, mantendrá un nivel óptimo durante las próximas miles de horas.

Es aconsejable monitorear periódicamente el agua que entrega el equipo con el fin de detectar bacterias coliformes y heterotróficas durante, al menos, los primeros 6 meses de uso del dispensador de agua.

Si estos organismos están presentes en el agua tratada, se debe verificar la intensidad de la lámpara y desinfectar todo el sistema de plomería.

Datos rápidos sobre el tratamiento de agua UV

  • La desinfección UV no agrega productos químicos al agua. 
  • La luz UV es efectiva contra bacterias y virus; y puede ser eficaz contra Giardia lamblia o Cryptosporidium si el sistema está diseñado para cumplir con estos requisitos de desinfección.
  • La exposición mínima de la lámpara debe ser 16,000 µwatt-sec/cm^2
  • Los filtros de luz ultravioleta deben ser los últimos en un tren de purificación de agua en dispensadores y purificadores de agua.
  • El dispensador de agua debe tener un detector de emisiones UV para notificar al usuario cuando la intensidad de la lámpara ya no es eficaz. 
  • El mantenimiento regular y el reemplazo de la lámpara son esenciales.

Purificador de agua con luz UV Serie III de Waterstation

El dispensador de agua WaterStation Serie III es una solución completa para el suministro de agua purificada en empresas y negocios. Basado en el principio de Purificación de Agua en Punto de Uso (POU), se conecta directamente a la red de agua potable y la purifica para entregar agua segura, fresca y de sabor incomparable.

Cuenta con sistema de purificación de agua en 4 pasos que incluye filtro de polipropileno extruido, carbón activado, membrana de ultrafiltración y desinfección del agua por luz UV. Está fabricado en acero inoxidable para soportar el uso continuo.

Si requiere más información, póngase en contacto y solicite una prueba gratis.

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