La desalinización elimina las sales minerales disueltas en el agua y constituye una alternativa cada vez más importante ante la disminución de las reservas de agua dulce. La desinfección ultravioleta complementa este proceso al eliminar microorganismos patógenos sin añadir productos químicos.
El agua cubre el 70 % de nuestro planeta y es fácil pensar que hay más que suficiente. Sin embargo, el agua dulce es escasa en el mundo -solo lo es el 3 %- y dos tercios no están disponibles, ya que se encuentran en forma de hielo o son inaccesibles. Unos 1.100 millones de personas en todo el mundo carecen de acceso a agua dulce y unos 2.700 millones sufren escasez durante al menos un mes al año.
El agua es uno de los recursos más preciados del planeta y, según la ONU, su escasez afecta ya a más del 40 % de la población mundial. Un dato que ha hecho saltar las alarmas y que impulsa la búsqueda de soluciones.
Qué diferencia existe entre desalación y desinfección ultravioleta
La desalinización es el proceso por el cual se eliminan las sales minerales disueltas en el agua.
La desalinización es una gran oportunidad para lugares remotos. Un problema añadido a la escasez de agua potable, es la falta de recursos como la electricidad.
La desinfección ultravioleta (UV) es hoy en día uno de los métodos más utilizados para eliminar microorganismos patógenos del agua sin añadir productos químicos.
El desinfectador UV es un sistema de tratamiento de agua y uno de los métodos más eficaces de desinfección. Permite eliminar la mayoría de las formas de contaminación microbiana del agua.
La desalinización elimina principalmente sales y minerales, mientras que la radiación ultravioleta actúa sobre la contaminación biológica. Por ello, los equipos UV no sustituyen a las tecnologías desalinizadoras, pero pueden instalarse como una etapa de tratamiento microbiológico antes o después de la desalación.
Cómo funcionan los equipos de radiación ultravioleta
La desactivación de los microbios se logra cuando los rayos germicidas entran en contacto con su ADN.
Los equipos de desinfección UV emiten radiación ultravioleta a una longitud de onda de 254 nanómetros, que es la más efectiva para dañar el ADN de los microorganismos.
Los equipos de esterilización de agua por UV eliminan impurezas microbianas como bacterias, virus, algas y hongos mediante rayos ultravioleta germicidas con una longitud de onda de 253,7 nanómetros.
Al inyectar agua cruda en el equipo de esterilización UV, se somete a la radiación germicida que emana de la lámpara UV.
Los rayos dispersados destruyen el ADN de los microorganismos, produciendo así agua desinfectada.
La lámpara UV genera y dispersa los rayos germicidas UV-C utilizados para eliminar microbios.
La luz ultravioleta suele ser eficaz contra todos los virus, bacterias y protozoos.
Los sistemas de desinfección UV para el tratamiento del agua eliminan eficazmente virus, bacterias, quistes, coliformes, salmonela, E. coli, Cryptosporidium, etc.
Tiempo de exposición y eficacia microbiológica
El tiempo que se tarda en desinfectar el agua con radiaciones germicidas UV se conoce comúnmente como tiempo de exposición.
Normalmente, la mayoría de los contaminantes microbianos tardan aproximadamente 10 segundos de exposición a la radiación UV a 253,7 nanómetros en eliminarse.
Los desinfectadores UV son la solución económica, eficaz y preferida para la desinfección del agua.
Eliminan el 99,991 TP3T de contaminantes biológicos y prácticamente no utilizan productos químicos.
La eficacia real depende de las condiciones de funcionamiento del equipo, del caudal, de la dosis de radiación, de la transmisión de la luz a través del agua, de la limpieza de la funda de cuarzo y del estado de la lámpara.
Qué contaminantes elimina la radiación UV
- Bacterias.
- Virus.
- Algas.
- Hongos.
- Protozoos.
- Quistes.
- Coliformes.
- Salmonela.
- E. coli.
- Cryptosporidium.
El agua contaminada microbiológicamente puede causar enfermedades transmitidas por el agua, como la fiebre tifoidea y el cólera.
Un esterilizador UV funcional elimina estos microbios con antelación, protegiendo así a usted y a sus seres queridos de enfermedades transmitidas por el agua.
Limitaciones de los equipos UV
Sin efecto residual: la UV no deja cloro u otro agente activo en el agua.
Sensible a la turbidez: sólidos en suspensión, hierro o turbidez elevada protegen a los microorganismos de la radiación.
No elimina contaminantes químicos: nitratos, metales pesados, cal o pesticidas no son afectados por la UV.
Requiere suministro eléctrico continuo: cualquier corte de luz interrumpe la desinfección.
Una turbidez elevada (por encima de 1 NTU para agua potable) reduce drásticamente la eficacia de la desinfección UV porque las partículas en suspensión actúan como escudo para los microorganismos.
No. La desinfección UV actúa exclusivamente sobre microorganismos. No elimina dureza (cal), nitratos, metales pesados ni ningún contaminante químico.
Por esta razón, el agua destinada a un reactor UV debe recibir, cuando sea necesario, etapas previas de filtración y acondicionamiento. La eliminación de sales requiere una tecnología específica de desalación, como la ósmosis inversa, la destilación térmica u otros métodos.
Instalación de UV en sistemas de desalación
La UV se instala habitualmente antes o después de la membrana de ósmosis para garantizar la calidad microbiológica del agua permeada.
La combinación de UV con cloración reducida es cada vez más habitual en piscinas públicas y spas.
En una instalación de desalación, el equipo ultravioleta puede utilizarse para tratar el agua de alimentación, el agua permeada o el agua almacenada, según los objetivos de calidad y la configuración de la planta.
La radiación UV resulta especialmente útil cuando se busca una barrera microbiológica sin aumentar la concentración de productos químicos en el agua desalinizada.
Mantenimiento, lámparas y funda de cuarzo
Los esterilizadores de agua UV típicos requieren una limpieza exhaustiva y frecuente para su óptimo funcionamiento.
La funda de cuarzo UV, que alberga la lámpara UV, debe limpiarse cada 12 meses para mitigar la acumulación excesiva de suciedad.
Sustitución de lámpara: cada 8.000-12.000 horas de funcionamiento.
Las lámparas UV tienen una vida útil de entre 8.000 y 12.000 horas de funcionamiento continuo, lo que equivale aproximadamente a un año de uso ininterrumpido.
Aunque la lámpara puede seguir encendida pasado ese periodo, su eficacia germicida disminuye significativamente.
Sin embargo, tras un uso continuo, su intensidad comienza a disminuir, lo que puede afectar negativamente la tasa de desinfección del esterilizador.
| Elemento | Dato de funcionamiento |
|---|---|
| Longitud de onda germicida | 253,7 nanómetros |
| Longitud de onda indicada para dañar el ADN | 254 nanómetros |
| Tiempo aproximado de exposición | aproximadamente 10 segundos |
| Limpieza de la funda de cuarzo | cada 12 meses |
| Vida útil de la lámpara | entre 8.000 y 12.000 horas de funcionamiento continuo |
| Turbidez que reduce drásticamente la eficacia | por encima de 1 NTU para agua potable |
Aplicaciones de los esterilizadores UV
Nuestros desinfectantes de primera clase se utilizan frecuentemente en hogares, laboratorios, hospitales y en la industria farmacéutica.
El generador de agua marina NEWater genera agua dulce de alta calidad para embarcaciones en el lugar.
El sistema de desinfección UV de NEWater para el tratamiento del agua se ha ganado una excelente reputación mundial por su eficiencia, productividad, fiabilidad y durabilidad.
Garantiza un suministro continuo de agua potable segura mediante la eliminación eficaz de virus, bacterias, hongos y otros microorganismos dañinos.
Durante más de 20 años, el equipo de NEWater ha utilizado su experiencia para ofrecer esterilizadores UV económicos para soluciones de tratamiento de agua.
Los equipos UV pueden ser relevantes en instalaciones domésticas, embarcaciones, laboratorios, hospitales, industrias farmacéuticas, piscinas, spas y sistemas de tratamiento asociados a membranas de ósmosis.
Desalinización: necesidad creciente y evolución tecnológica
Una de ellas, y no precisamente nueva, es la desalinización, que consiste en eliminar los minerales (mayoritariamente sal) del agua del mar mediante procesos físicos y químicos.
La desalinización se produce de forma natural durante el ciclo del agua: la evaporación del agua del mar deja detrás la sal y forma nubes que dan lugar a la lluvia.
Durante los siglos posteriores, la desalinización del agua del mar se usó sobre todo en barcos y submarinos para proveer de agua dulce a la tripulación durante largas travesías.
En el mundo, según el último estudio realizado al respecto por investigadores del Instituto para el Agua, el Medio Ambiente y la Salud de la Universidad de Naciones Unidas (UNU-INWE) en 2019, hay aproximadamente 16.000 plantas de desalinización operativas -repartidas en 177 países- y en conjunto generan unos 95 millones de m3 al día de agua dulce.
El primer país en adoptar este proceso de forma masiva fue Australia, un país muy árido donde la llamada Sequía del Milenio, entre 1997 y 2009, causó estragos.
Arabia Saudí es el primer país desalinizador por volumen y le sigue Emiratos Árabes Unidos, ambos países son desérticos y muy dependientes de este proceso.
Otros países de Oriente Medio, como Kuwait y Qatar, también han apostado por esta técnica.
En Estados Unidos, tercero en este particular ranking, hay microplantas de desalinización cerca de casi todas las instalaciones de gas natural para aprovechar el calor residual.
Principales métodos de desalación
Ósmosis inversa
Es el proceso más usado y consume menos energía que el resto al basarse en el uso de membranas semipermeables que dejan pasar el agua, pero no la sal.
En la ósmosis inversa, el agua marina atraviesa membranas bajo altísima presión para separar la sal.
El sistema requiere mucha electricidad y un mantenimiento constante.
La UV se instala habitualmente antes o después de la membrana de ósmosis para garantizar la calidad microbiológica del agua permeada.
Destilación térmica
La destilación, consistente en hacer hervir el agua de mar en un alambique, recoger el vapor y condensarlo para obtener agua dulce, es el método más evidente para eliminar la sal, pero no el más efectivo ya que consume grandes cantidades de energía.
Imitando el ciclo del agua, consiste en evaporar agua de mar en grandes instalaciones con cubiertas donde se condensa y se recoge en forma de agua dulce.
Membranas de nanotubos
Es un proceso que emplea membranas de nanotubos de mayor permeabilidad que las de la ósmosis inversa, lo que permite procesar más agua en menos espacio usando menos energía.
Electrodiálisis
Consiste en mover el agua salada a través de membranas cargadas eléctricamente que atrapan los iones de sal disueltos en el agua, permitiendo extraer agua dulce.
Hidratos gaseosos
Los hidratos gaseosos son cristales sólidos que se forman al combinar el agua con un gas, por ejemplo, propano, a alta presión y baja temperatura.
| Método | Principio de funcionamiento |
|---|---|
| Ósmosis inversa | Membranas semipermeables bajo altísima presión |
| Destilación térmica | Evaporación, recogida del vapor y condensación |
| Membranas de nanotubos | Membranas de mayor permeabilidad |
| Electrodiálisis | Membranas cargadas eléctricamente que atrapan los iones de sal |
| Hidratos gaseosos | Combinación del agua con un gas a alta presión y baja temperatura |
Consumo energético e impacto de la salmuera
La desalinización es una necesidad creciente a medida que disminuyen las reservas de agua dulce en el mundo.
El proceso de desalación del agua no está libre de impacto, ya que el residuo resultante del proceso es la salmuera, agua residual con una alta concentración de sal y contaminantes, que en muchos casos se vierte al mar y afecta a los ecosistemas.
Además, muchos procesos de desalinización requieren calentar el agua, presurizarla o ambas cosas, lo que tiene un elevado coste energético.
Eso altera el equilibrio de los ecosistemas costeros.
El aumento local de salinidad y la reducción del oxígeno disuelto afectan a peces, moluscos y praderas marinas.
En concreto, el estudio cifraba la descarga de salmuera en 142 m3 al día.
Manzoor Qadir, coautor del estudio, propone "convertir un problema ambiental en una oportunidad económica".
Desalinización solar por evaporación
Un nuevo sistema hacia la eficiencia de la desalinización busca realizar la desalinización únicamente empleando luz solar.
Por lo tanto, este método permitiría prescindir del uso de cualquier otra energía para su operación.
De esta forma, el proceso de desalinizar gana en eficiencia y reduce los costes asociados.
Por ello, previamente se ha desarrollado toda una línea de investigación para disponer de una desalinización completamente con luz solar.
Un grupo de investigadores y científicos de la Universidad de Rochester (NY; EE.UU), han creado una nueva tecnología de desalinización solar térmica que convierte agua de mar en agua potable sin generar salmuera.
El objetivo no consiste únicamente en obtener agua potable usando menos energía. También pretende eliminar uno de los mayores dolores de cabeza de esta industria: la salmuera contaminante que queda tras el proceso.
Diseño de capas y circulación convectiva natural
El sistema propuesto por los investigadores, logra superar la problemática que generaba la acumulación de sal.
Además, como se ha comprobado, ofrece una mayor eficiencia a un menor coste, en comparación con otros sistemas de desalinización con energía solar.
Como señala Evelyn Wang, miembro del equipo, anteriormente se han desarrollado otros diseños basados en la evaporación.
Sin embargo, esos estudios previos no tratan de paliar la problemática de las incrustaciones de sal.
Los modelos desarrollados por investigaciones previas, utilizan algún tipo de mecha que permite la extracción del agua salada.
Sin embargo es precisamente este componente, la mecha, el que hace al sistema susceptible de sufrir la acumulación de sal.
Utilizar un material oscuro permite absorber el calor de la energía solar.
Se ubica en la parte superior del sistema, debajo de la cual se encuentra una capa de agua sobre un material perforado.
Estas capas se sitúan sobre un contenedor de agua salada.
Por su dimensión, las perforaciones del material permiten que se produzca una circulación convectiva natural entre el agua que se encuentra más caliente y el depósito más frío.
Como resultado de la circulación la sal se desplaza desde la capa superior hasta la masa de agua inferior.
La convección natural es el fenómeno impulsor de la desalinización.
Atendiendo a lo apuntado por Lenan Zhang, la evaporación se produce en la parte superior.
A causa de la presencia de sal, la densidad del agua ubicada en la parte superior, es más elevada mientras que, en la parte inferior, es menor.
Ante la diferencia de densidad, el fluido salado baja.
Posteriormente, tras su evaporación, el agua es recogida en una superficie donde se condensa.
Control de la pérdida de calor
Los investigadores tuvieron que reducir la pérdida de calor en el proceso.
Para evitar esa reducción del calor causado por el rechazo entre sal y agua, requirió una especial atención del equipo.
En la composición de la capa perforada, se utilizó un material aislante que permite retener el calor de forma focalizada en la parte superior.
El sistema ofrece un alto rendimiento, evitando la acumulación de sal.
Como indica Wang, el diseño de la investigación permite eliminar la traba que suponía la sal para estudios anteriores.
Xiangyu Li, miembro de la investigación, señala que existen distintas ventajas como son una operación de gran rendimiento, particularmente en condiciones extremas.
Paneles metálicos tratados con láser
La tecnología se basa en paneles metálicos negros tratados con láseres ultrarrápidos llamados láseres de femtosegundo.
Una fina película de agua salada se desplaza sobre la superficie del panel.
El material absorbe casi toda la radiación solar y genera calor suficiente para evaporar el agua.
Hay que recordar que, muchos prototipos solares de desalinización, funcionan bien en laboratorio usando agua simplificada con cloruro sódico, pero fallan con agua real del océano.
Uno de los aspectos más interesantes del proyecto es que prácticamente no genera salmuera líquida residual.
Las sales quedan recuperadas en estado sólido y pueden almacenarse o reutilizarse.
Eso abre un escenario completamente distinto para la desalinización.
Además, la sal común tiene valor industrial, pero algunos minerales presentes en el agua marina son mucho más relevantes estratégicamente.
Materiales, costes y escalabilidad
La utilización de materiales económicos, facilita el acceso al sistema.
Al respecto de los materiales empleados, Li apunta que se emplearon materiales de bajo coste.
Es habitual encontrar sistemas de desalinización que requieren estructuras complejas o materiales de coste elevado.
Uno de los aspectos más prometedores del sistema es su capacidad de escalado modular.
En muchas regiones costeras pequeñas o comunidades insulares, construir una gran planta desalinizadora resulta económicamente inviable.
En lugares afectados por sequías extremas o desastres climáticos, disponer de sistemas autónomos de potabilización puede marcar una diferencia enorme.
Y luego está el factor geopolítico.
El acceso al agua empieza a ser una cuestión de seguridad estratégica en muchas partes del mundo.
Rendimiento en pruebas y aplicaciones remotas
El sistema ofrece eficacia en un corto espacio.
Hasta la fecha, solo se han realizado pruebas a pequeña escala, sin embargo, los investigadores han realizado hipótesis concretas.
Según han podido estimar, con tan solo un metro de área de recolección, el sistema podría abastecer de forma diaria a una familia.
Durante la experimentación, se comprobó su eficacia ante la acumulación de sal.
Li hace referencia a la fase en la que se puso a prueba el diseño.
Al respecto, señala que el dispositivo estuvo en funcionamiento durante una semana sin que se apreciara acumulación de sal.
El estudio ofrece grandes posibilidades pero requiere una mayor labor de investigación.
En palabras de Hadi Ghasemi, profesor de la Universidad de Houston, el método diseñado ofrece grandes posibilidades.
Podría suponer un punto de inflexión dentro de la desalinización con energía solar.
El proceso de investigación debe saltar del laboratorio a una escala mayor.
Zhang, señala que es necesario trasladar el proyecto que, hasta la fecha se ha desarrollado en un laboratorio a un plano mayor.
Con la mayor probabilidad, las primeras aplicaciones prácticas serían lugares remotos sin conexión a la red o bien en lugares de catástrofe.
El sistema podría ser un gran apoyo para la medicina en lugares remotos.
Un aspecto relevante que apunta Zhang es que, si se logra concentrar luz solar, sería posible generar vapor a una temperatura suficiente como para esterilizar equipo médico.
Atendiendo a las palabras de Wang, la sencillez del sistema hace que áreas remotas o en desarrollo, sean los primeros lugares en disfrutar de los beneficios del diseño.
Acuagranja solar y acuacosechadora
Cómo combinar desalación solar y radiación UV
La desalación solar puede producir agua con una concentración reducida de sales, mientras que la radiación UV puede proporcionar una barrera final frente a microorganismos.
Una configuración combinada puede incluir la captación de agua marina, la desalación mediante evaporación solar o membranas, la filtración del agua producida, la desinfección UV y el almacenamiento higiénico.
La desinfección ultravioleta no elimina la salmuera ni los contaminantes químicos, por lo que debe utilizarse como complemento y no como sustituto de la desalación.
La calidad microbiológica del agua también depende de que los depósitos, las tuberías y los puntos de consumo permanezcan protegidos frente a una contaminación posterior.
En sistemas autónomos, la necesidad de suministro eléctrico continuo para la UV debe considerarse junto con la disponibilidad de energía solar y de almacenamiento eléctrico.
Marco normativo y selección del equipo
El Real Decreto 3/2023, que establece los criterios técnico-sanitarios de la calidad del agua de consumo, permite expresamente la desinfección UV como método válido de tratamiento.
Sí. La desinfección UV está expresamente permitida por el Real Decreto 3/2023 para el tratamiento de aguas de consumo humano procedentes de captaciones privadas.
La elección del equipo debe relacionarse con el caudal, la calidad del agua de entrada, la turbidez, el espacio disponible, la posibilidad de realizar mantenimiento y la continuidad del suministro eléctrico.
¿Necesitas asesoramiento para elegir el equipo UV adecuado a tu caudal y aplicación?
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