vvEFA
United States
Environmental Protection
Agency
Office of Water
Washington, D.C.
EPA832-F-99-064
Septiembrede1999
Folleto informativo de
tecnologia de aguas residuales
Desinfeccion con luz ultraviolets
Vibrio cholerae
Colera
DESCRIPCION
La desinfeccion es considerada como el
principal mecanismo para la desactivacion o
destruction de organismos patogenos con el fin
de prevenir la dispersion de enfermedades
transmitidas a traves del agua, tanto a los
usuarios aguas abajo como al ambiente. Es muy
importante que el agua residual sea tratada
adecuadamente antes de realizarse las
actividades de desinfeccion para que la action
de cualquier desinfectante sea eficaz. Algunos
de los microorganismos encontrados
comunmente en aguas residuales domesticas y
las enfermedades asociadas a ellos se presentan
en la Tabla 1.
TABLA 1 AGENTES INFECCIOSOS
POTENCIALMENTE PRESENTES EN AGUAS
RESIDUALES DOMESTICAS NO TRATADAS
Organismo
Enfermedad Causada
Organismo
Enfermedad Causada
Bacterias
Escherichia coli
(enterotoxigeno)
Leptospira (spp.)
Salmonella typhi
Salmonella (2,100
serotipos)
Shigella (4 spp.)
Gastroenteritis
Leptospirosis
Fiebre tifoidea
Salmonelosis
Shigellosis (disenteria
bacilar)
Protozoos
Balantidium coli
Cryptosporidium
parvum
Entamoeba
histolytica
Giardia lamblia
Helmintos
Ascaris
lumbricoides
T. solium
Trichuris trichiura
Virus
Virus entericos (72
tipos; porejemplo:
virus echo y
coxsackie del
polio)
Hepatitis A
Agente de Norwalk
Rotavirus
Balantidiasis
Cryptosporidiasis
Amebiasis (disenteria
amoebica)
Giardiasis
Ascariasis
Teniasis
Tricuriasis
Gastroenteritis, anomalfas
del corazon y meningitis.
Hepatitis de tipo infeccioso
Gastroenteritis
Gastroenteritis
Fuente: Tabla adaptada de Crites and Tchobanoglous,
1998
El sistema de desinfeccion con luz ultravioleta
(UV) transfiere energia electromagnetica desde
una lampara de vapor de mercuric al material
genetico del organismo (ADN o ARN). Cuando
la radiation UV penetra en las paredes de la
celula de un organismo, esta destruye la
habilidad de reproduction de la celula. La
-------
radiation UV, generada por una descarga
electrica a traves de vapor de mercuric, penetra
al material genetico de los microorganismos y
retarda su habilidad de reproduction.
La eficacia del sistema de desinfeccion con luz
ultravioleta depende de las caracteristicas del
agua residual, la intensidad de la radiation, el
tiempo de exposition de los microorganismos a
la radiation y la configuration del reactor. Para
cualquier planta de tratamiento, el exito de las
actividades de desinfeccion esta directamente
relacionado con la concentration de
componentes coloidales y de particulas en el
agua residual.
Los componentes principales del sistema de
desinfeccion con luz UV son las lamparas de
vapor de mercuric, el reactor y los balastros
electronicos (ballasts). La fuente de luz UV son
las lamparas de arco de mercurio de baja o
mediana presion, bien sea de intensidad baja o
alta.
La longitud de onda optima para desactivar
eficazmente los microorganismos se encuentra
en el rango de 250 a 270 nm. La intensidad de
la radicacion emitida por la lampara se disipa a
medida que la distancia de la lampara aumenta.
Las lamparas de baja presion emiten
basicamente luz monocromatica a una longitud
de onda de 253.7 nm. Las longitudes estandar
de las lamparas de baja presion son de 0.75 y
1.5 metros, y sus diametros van de 1.5 a 2.0 cm.
La temperatura ideal de la pared de la lampara
se encuentra entre 95 y 122 °F.
Las lamparas de mediana presion son
generalmente utilizadas en instalaciones de
mayor tamafio. Estas lamparas de luz UV
tienen una intensidad germicida
aproximadamente 15 a 20 veces mayor que las
lamparas de baja presion. La lampara de
mediana presion desinfecta mas rapido y tiene
mas capacidad de penetration debido a su
mayor intensidad. Sin embargo, estas lamparas
operan a temperaturas mas altas con un mayor
consumo de energia electrica.
Existen dos tipos de configuraciones de reactor
para el sistema de desinfeccion con luz UV: de
contacto, y sin contacto. En ambos casos, el
agua residual puede fluir en forma perpendicular
o paralela a las lamparas. En el caso del reactor
de contacto, la serie de lamparas de mercurio
esta recubierta con mangas de cuarzo para
minimizar los efectos de enfriamiento del agua
residual. La Figura 1 muestra dos reactores de
contacto de luz UV, uno con lamparas
sumergidas ubicadas en forma paralela a la
direction del flujo del agua residual, y el
segundo con lamparas perpendiculares.
Compuertas de bisagra o vertederos son
utilizados para controlar el nivel del agua
residual. En el caso del reactor sin contacto, las
lamparas de luz UV se encuentran suspendidas
afuera de un conducto transparente que
transporta el agua residual que va a ser
desinfectada. Esta configuration no es tan
comun como la configuration del reactor de
contacto. En ambos tipos de reactores, el
balastro -o caja de control- proporciona el
voltaje de inicio para las lamparas y mantiene
una corriente continua.
MODULO DELAMPARA
HORIZONTAL DEJ.UZ
US CON REJAS DE
SOPORTE
CONTROL
AUTOMATICO
DE NIVEL
FLUJO
BATERiA 2
DE LUZ UV
COMPUERTAS DE
BISAGRA PARA
CONTROL DEL
NIVEL
NOTA: UNA
BATERiA DE
LUZ UV ESTA
COMPUESTA
DE VARIOS
FLUJO MODULOS UV
MODULQ DE LAMPARA
VERTICAL DE LUZ UV CON
REJADE SOPORTE
Fuente: Crites and Tchobanoglous, 1998.
(a) adaptado de Trojan Technologies, Inc.
(b) adaptado de Infilco Degremont, Inc.
-------
Figura 1 Pianos Isometricos de los
Sistemas Tipicos de Desinfeccion con
luzUV
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Ventajas:
• La desinfeccion con luz UV es eficaz para la
desactivacion de la mayoria de los viruses,
esporas y quisles.
• La desinfeccion con luz UV es mas un
proceso fisico que una desinfeccion quimica,
lo cual elimina la necesidad de generar,
manejar, transportar, o almacenar productos
quimicos toxicos, peligrosos o corrosivos.
• No existe ningun efecto residual que pueda
afectar a los seres humanos o cualquier
organismo acuatico.
• La desinfeccion con luz UV es de uso facil
para los operadores.
• La desinfeccion con luz UV tiene un periodo
de contacto mas corto en comparacion con
otros desinfectantes (aproximadamente de
20 a 30 segundos con la utilization de las
lamparas de baja presion).
• El equipo de desinfeccion con luz UV
requiere menos espacio que otros metodos.
Desventajas:
• La baja dosificacion puede no desactivar
efectivamente algunos viruses, esporas y
quisles.
• Algunas veces los organismos pueden
reparar o invertir los efectos destructives de
la radiacion UV mediante un "mecanismo de
reparacion", tambien conocido como foto-
reactivacion o, en ausencia de radiacion,
como "reparacion en oscuro".
Un programa de mantenimiento preventive
es necesario para controlar la acumulacion
de solidos en la parte externa de los tubos de
luz.
La turbidez y los solidos suspendidos totales
(SST) en el agua residual hacen que la
desinfeccion con luz UV sea ineficaz. El
uso de la desinfeccion con lamparas UV de
baja presion no es tan efectivo en el caso de
efluentes secundarios con niveles de SST
may ores a 30 mg/L.
La desinfeccion con luz UV no es tan
economica como la desinfeccion con cloro,
pero los costos son competitivos cuando la
deration requiere descloracion y se cumple
con los codigos de prevention de incendios.
APLICABILIDAD
Cuando se selecciona un sistema de
desinfeccion con luz UV, existen tres areas
criticas que deben considerarse. La primera la
determina principalmente el fabricante; la
segunda, el disefio y las actividades de
operation y mantenimiento; y la tercera debe ser
controlada en la instalacion de tratamiento.
El seleccionar un sistema de desinfeccion con
luz UV depende de los tres factores criticos que
se enumeran a continuation:
Propiedades hidraulicas del reactor: De
preferencia, un sistema de desinfeccion con
luz UV debe tener un flujo uniforme con un
movimiento axial suficiente (mezcla radial)
para lograr una maxima exposition a la
radiacion UV. La trayectoria que un
-------
organismo toma en el reactor determina la
cantidad de radiation a la cual es expuesto
antes de la desactivacion. Un reactor se
debe disefiar para eliminar el flujo en
cortocircuito y/o las zonas estancadas o
estaticas que pueden dar lugar al uso
ineficaz de la energia y la reduction del
tiempo de contacto.
Intensidad de la radiation UV: Los factores
que afectan la intensidad son la edad de las
lamparas, la formation de depositos en las
lamparas, y la configuration y la ubicacion
de las lamparas en el reactor.
Caracteristicas del agua residual: Estas
incluyen el caudal, los solidos suspendidos y
coloidales, la densidad bacteriana initial, y
otros parametros fisicos y quimicos. La
concentration de SST y la de
microorganismos asociados con las
particulas determinan la cantidad de
radiation UV que en ultima instancia llega
al organismo a ser desactivado. Mientras
mas altas sean estas concentraciones, menor
es la radiation UV que es absorbida por los
organismos. Las diversas caracteristicas del
agua residual y sus efectos sobre la
desinfeccion con luz UV se detallan en la
Tabla 2.
La desinfeccion con luz UV puede ser utilizada
en plantas de diversos tamafios que cuenten con
niveles de tratamiento secundario o avanzado.
DESEMPENO
Planta de tratamiento de aguas residuales de
Gold Bar en Edmont, Alberta, Canada
Para la planta de tratamiento de aguas residuales
(PTAR) de Gold Bar en Edmont, Alberta se
hizo necesario el uso de un sistema de
desinfeccion para cumplir con las normas de
calidad de agua de la Provincia de Alberta para
el contacto recreational. En ese periodo los
caudales de disefio promedio y maximo de esta
instalacion de tratamiento eran de 82 y 110
millones de galones por dia (MOD),
respectivamente. Se llevo a cabo un estudio
piloto para revisar los sistemas existentes de
desinfeccion con luz UV, la efectividad de la
intensidad de las lamparas y los costos. Se
determine que la desinfeccion con luz UV era el
sistema mas efectivo para lograr los niveles de
tratamiento requeridos.
La acumulacion de solidos en la parte externa de
las lamparas es un problema potential en los
TABLA 2 CARACTERlSTICAS DEL AGUA
RESIDUAL QUE AFECTAN EL DESEMPENO
DE LA DESINFECCION CON LUZ UV
Caracteristicas
del agua
residual
Efectos en la
desinfeccion con luz UV
Amoniaco
Nitrites
Nitrates
Demanda
bioquimica de
oxigeno (DBO)
Dureza
De presentarse, son efectos
menores.
De presentarse, son efectos
menores.
De presentarse, son efectos
menores.
De presentarse, son efectos
menores. Sin embargo, si
una gran parte del DBO es un
compuesto humico y/o no
saturado (o conjugado),
entonces la transmision de
radiacion UV podria verse
reducida.
Afecta la solubilidad de los
metales que pueden absorber
la radiacion ultravioleta.
Puede generar la
precipitacion de carbonates
sobre los tubos del cuarzo.
Materiales
Alta absorbancia de la
-------
humicos, hierro
PH
SST
radiacion UV.
Afecta la solubilidad de los
metales y los carbonates.
Absorbe la radiacion UV y
protege a las bacterias
incorporadas en los solidos.
sistemas UV, pero con una limpieza adecuada y
actividades apropiadas de operation y
mantenimiento, esto no debe ser causa de
ninguna interruption de la capacidad de
desinfeccion del sistema. La limpieza de las
lamparas en la PTAR de Gold Bar fue realizada
mediante un aditamento mecanico de limpieza
incorporado a cada grupo de lamparas. Se
limpiaban las lamparas de forma rutinaria
utilizando un sistema de limpieza dentro de los
canales. Los problemas potentiates de
seguridad industrial de los sistemas UV en lo
referente a la exposition a la radiacion UV y
peligros de electrocution, tanto para sistemas de
baja presion como los de alta intensidad, son
minimos en condiciones normales de operation.
Sin embargo, se deben tomar medidas
preventivas cuando se operan lamparas de alta
intensidad para evitar una sobre exposition. El
riesgo no fue considerado significativo por la
agenda operadora de la PTAR de Gold Bar, y
se considero de mayor importancia el ahorro
potential de costos obtenido al utilizar los
sistemas UV de alta intensidad. En la PTAR de
Gold Bar se determine que un sistema de
presion mediana con alta intensidad era mas
economico que los sistemas convencionales de
baja presion en cuanto a los costos de inversion
y los costos del ciclo de vida util.
dramaticamente en los ultimos afios debido al
impacto en las aguas receptoras que tienen las
substancias organocloradas de los efluentes de
aguas residuales. Este fue el caso de la PTAR
operada por la NBCUA y localizada en
Waldwick, New Jersey. En 1989, la PTAR tuvo
que hacer el cambio de una instalacion de
deration a una con tecnologia de desinfeccion
alternativa con cero residue despues del
tratamiento. Este cambio fue requerido cuando
la norma de "cero residues" fue impuesta por el
Departamento de Protection Ambiental de New
Jersey como resultado de la expedition del Acta
de Prevention de Catastrofes Toxicas.
Diversos factores, como la seguridad publica y
los descubrimientos recientes y preocupaciones
referentes al impacto ambiental por la descarga
y derrame de substancias quimicas, han dado
como resultado que los requisites en los
permisos para las actividades de deration
fueran mas estrictos. Ademas, existian otras
condiciones que la PTAR tenia que cumplir si se
decidia a continuar con el uso del cloro. Para
evitar los incrementos de costo en los que se
hubiera incurrido, y para cumplir con las nuevas
regulaciones, la PTAR hizo el cambio a la
desinfeccion con luz UV. El sistema UV fue
instalado dentro de los tanques existentes de
contacto con el cloro, lo cual se hizo en
combination con la extension del edificio
existente para facilitar el mantenimiento durante
eventos de mal tiempo. El sistema de luz
ultravioleta en la PTAR de la NBCUA, desde su
instalacion en agosto de 1989, conto con una
mejor capacidad para cumplir con los niveles de
coliformes fecales (200 organismos por 100 ml)
que con la cloration.
Planta de tratamiento de aguas residuales de
Northwest Bergen County Utility Authority
(NBCUA) en Waldwick, New Jersey
El uso de desinfeccion con luz UV para el
tratamiento de aguas residuales ha aumentado
OPERACION Y MANTENIMIENTO
Las actividades apropiadas de operation y
mantenimiento de un sistema de desinfeccion
con luz UV aseguran que suficiente radiacion
sea transmitida a los organismos para volverlos
-------
esteriles. Todas las superficies entre la
radiation UV y los organismos a ser
desactivados deben estar limpios, y los
balastros, las lamparas y el reactor deben estar
funcionando con una eficiencia maxima. La
limpieza inadecuada es una de las causas mas
comunes de la ineficiencia de los sistemas de
desinfeccion con luz UV. Las mangas de
cuarzo o los tubos de Teflon requieren ser
limpiados regularmente mediante limpiadores
mecanicos, de ultrasonido, o quimicos. La
frecuencia de limpieza es individual y muy
especifica para cada caso, ya que algunos
sistemas necesitan ser limpiados mas
frecuentemente que otros.
La limpieza quimica se realiza comunmente con
acido citrico. Otros agentes de limpieza
incluyen soluciones de vinagre y el hidrosulfito
de sodio. Una combination de agentes de
limpieza debe ser probada para encontrar el
agente mas conveniente y que mas se ajuste a
las caracteristicas del agua residual sin producir
productos peligrosos o toxicos. Los sistemas
con reactor sin contacto se limpian con mayor
eficacia por medio del hidrosulfito de sodio.
Cualquier sistema de desinfeccion con luz UV
debe ser evaluado en un estudio piloto antes de
ser operado a mayor escala para asegurar que la
instalacion cumplira con los requisites del
permiso de descarga en una localidad en
particular.
La vida promedio util de las lamparas fluctua
entre 8,760 a 14,000 horas de funcionamiento, y
generalmente las lamparas se reemplazan
despues de 12,000 horas de uso.
Procedimientos operacionales deben ser
establecidos de tal modo que reduzcan los ciclos
de encendido y apagado de las lamparas puesto
que su eficacia se reduce con la repetition de los
ciclos.
El balastro debe ser compatible con las lamparas
y se debe ventilar para protegerlo del calor
excesivo, lo cual pude reducir su vida util u
ocasionar incendios. Aunque el ciclo de vida de
los balastros es de aproximadamente 10 a 15
afios, normalmente los balastros se reemplazan
cada 10 afios. Las mangas de cuarzo duran
aproximadamente de 5 a 8 afios pero se
substituyen generalmente cada 5 afios.
COSTO
El costo de los sistemas de desinfeccion con luz
UV depende del fabricante, de la ubicacion de la
planta y su capacidad, y de las caracteristicas
del agua residual a ser desinfectada. Los costos
totales de desinfeccion con luz UV pueden ser
competitivos respecto a la desinfeccion con
cloro cuando esta incluye el costo del
procedimiento de descloracion.
Los costos operacionales anuales para la
desinfeccion con luz UV incluyen el consumo
de energia; los productos quimicos y de
limpieza; las reparaciones de equipos
miscelaneos (2.5% de costo total del equipo); el
reemplazo de lamparas, de balastros y de
mangas; y los requerimientos del personal.
Los costos han disminuido en los ultimos afios
debido a las mejoras del disefio de las lamparas
y de los sistemas, la competencia creciente, y las
mejoras en la confiabilidad de los sistemas.
TABLA 3A COSTOS DE LAS
LAMPARAS DE LOS SISTEMAS DE
DESINFECCION CON LUZ UV
Componente
Lamparas UV
1 -5MGD
5-10MGD
19-100MGD
Costo de
construction de
las instalaciones
fisicas
Rango (dolares)*
($/lampara)
397-1,365
343 - 594
274 - 588
(% del costo de
lamparas UV) 75 -
200
Tipico
(dolares)*
($/lampara)
575
475
400
(% del
costo de
lamparas
UV) 150
-------
* Los costos estan basados en la publicacion de
Engineering News Record de 1993, con un fndice costo
de construccion de 5210.
Fuente: Adaptado de Darby et al. (1995) con autorizacion
de la Water Environment Research Foundation.
Las lamparas de presion mediana cuestan 4 a 5
veces mas que las de baja presion. Sin
embargo, el numero mas reducido de lamparas
necesarias para una desinfeccion adecuada
podria hacer las que lamparas de presion
mediana sean mas economicas. La Tabla 3A
resume los costos de algunas de las lamparas
utilizadas en la desinfeccion con luz UV. Esta
information fue obtenida de un estudio
realizado por la asociacion Water Environment
Research Federation en 1995 para efluentes
secundarios de instalaciones de desinfeccion
con un caudal promedio de periodos de tiempo
seco de 1, 10 y 100 MOD (2.25, 20 y 175 MOD
de caudal maximo en periodos de lluvia,
respectivamente). La Tabla 3B describe los
costos tipicos de inversion de capital y los de
operation y mantenimiento que estan asociados
con la desinfeccion con luz UV.
TABLA 3B COSTOS DE INVERSION Y DE
OPERACION Y MANTENIMIENTO DE LOS
SISTEMAS DE DESINFECCION CON LUZ UV
Componente Costo del Sistema UV ($)
Costo de inversion
de capital
Equipos
Modificaciones
estructurales
Electricos
Miscelaneos
120,000
64,000
20,000
40,000
Total 244,000
Costos anuales de operacion y mantenimiento
Energia electrica 3300
Lamparas y 2840
quimicos
Limpieza
Mantenimiento
Control del
procesos
Pruebas
1180
1440
6240
4160
Total
19,190
Fuente: Hanzon and Villa, 1999
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Management Systems. The McGraw-Hill
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Ultraviolet Light—Design, Construct,
and Operate for Success. Cincinnati,
Ohio. 12. U.S. EPA. 1988. Ultra Violet
Disinfection: Special Evaluation Project.
EPA Region 5. Chicago, Illinois.
Salcor Engineering
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