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



REFERENCIAS
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 and  Operate for  Success. Cincinnati,
 Ohio. 12.  U.S. EPA. 1988. Ultra Violet
 Disinfection: Special Evaluation Project.
 EPA Region 5. Chicago, Illinois.
Salcor Engineering
Dr. James E. Cruver
P.O. Box 1090
Fallbrook, CA 92088-1090
Tacoma-Pierce County, WA

Steve Marek
Water Resources Section
3629 South D. Street
Tacoma, WA 98408-6897

Trojan Technologies, Inc.
David Tomowich
3020 Gore Road
London, Ontario N5V 4T7

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