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SISTEMAS DE DESINFECCION TOMO I



INTRODUCCIÓN:

La desinfección del agua en sistemas acuariológicos viene en aumento desde los años 60’ hasta hoy en día; tiempo en que gozan de una inserción unánime en el mercado. La causa del incremento de este tipo de equipos, viene adoptada por los acuarios públicos como casi siempre, de la mano de la industria del tratamiento de agua. El principal usuario de este tipo de equipamiento es el sector de la acuicultura, donde es considerado como parte fundamental de su sistema. Para llegar a esta conclusión, biólogos marinos e ingenierías especializadas llevaron a cabo largos y costosos estudios científicos, con el fin de rentabilizar su producción y asegurar la salubridad del género tratado.
Actualmente, decenas de acuarios públicos que son referencia mundial como el acuario de Orlando, en U.S.A. el de Osaka en Japón, así como los acuarios más modernos y mejor equipados de España y Europa, como el Aquarium de Barcelona, Berlín o Lisboa, cuentan al igual que los centros de acuicultura, de sistemas de desinfección por ozono y radiación ultra-violeta. Más adelante veremos porqué estos dos sistemas de desinfección son empleados simultáneamente.



PRIMERA PARTE:

La DESINFECCION POR OZONO:
El ozono es una variedad alotrópica del oxigeno, posee tres átomos de O2 y estos están unidos en forma que dan una estructura no muy estable como consecuencia de la rotación de los enlaces para formar moléculas resonantes.Es un gas de color azul en el estado gaseoso, en el liquido azul más intenso pero en el estado de agregación sólido aparecen cristales de coloración violeta. Fue descubierto en 1839 por CHRISTIAN SCHOBEIN, pero solo a partir de 1857, VON SIEMENS logro producirlo artificialmente y en grandes cantidades.
La formación de ozono es a partir de la reacción de una molécula de O2 con un átomo libre de oxigeno o llamado oxigeno atómico; pero la reacción general de descomposición del O3 es:
2 O3 = 3 O2 DH= - 68 Kcal.
Esto sucede cuando la molécula de O3 es sometida a una fuerte descarga de energía.
Existen diversos métodos para la obtención industrial de ozono, pero el origen de la producción puede ser a partir de oxigeno, aire y los métodos industriales mas usados son: electrolisis del agua, reacción fotoquímica del oxigeno, descomposición térmica del oxigeno, reacción radioquímica con él oxigeno liquido y por ultimo descarga eléctrica con él oxigeno. De los antedichos, el mas utilizado a escala industrial es la descarga eléctrica con el oxigeno o aire. Este método tiene la virtud de generar mas O3 por Kw. de energía; y por lo tanto este dato nos pone delante un factor de diseño interesante a tener en cuenta cuando el ataque por ozono se direccione hacia tratamiento de efluentes, donde las concentraciones serán altas y los equipos son de media o alta frecuencia. Hay propiedades del ozono que debemos tener en cuenta, pero la más importante es la temperatura de descomposición , que es aquella temperatura a la cual el gas pierde sus propiedades iniciales, en este caso oxidativas, para generar otras que pueden ser aprovechables o no. En nuestro caso las temperaturas limites deben ser no más de 60 ºC y no menos de 5 ºC, estos valores se consideran umbrales productivos, ya no existe el ozono como tal y los enlaces se rompen pasando a combinaciones múltiples con otros compuestos o sustancias. No obstante, si el aire de entrada a un ozonizador supera los 36 ºC la producción de ozono baja considerablemente. Debemos tener en cuenta lo siguiente, la potencia de oxidación o germicida del O3 no es producto de la molécula misma, sino de un átomo de O2 de su estructura que es oxigeno atómico y es este y solo este el que produce la oxidación total o parcial de los distintos compuestos o sustancias simples. el ozono tiene 3.500 veces mas potencia oxidativa que él oxígeno. El ozono posee un potencial de oxidación superior a casi tos los compuestos oxidantes, y por supuesto reductores, salvo: f, ho-, y o, esto lo hace sumamente efectivo en el tratamiento de vertidos líquidos, decoloración y tratamiento de agua en general.
EL OZONO Y EL SKIMER DE PROTEÍNAS:
Cabe mencionar que debido a las altas propiedades de los espumadores de proteínas modernos estos resulta el mejor medio de difusión en un acuario. Ahora bien, el efecto oxidante del ozono en el agua eleva el potencial REDOX del agua y este debe de ser dosificado y controlado mediante sistemas electrónicos que analizan este parámetro constantemente y lo mantienen en cotas seguras. De otra manera resulta imposible garantizar la estabilidad del potencial REDOX trabajando con biomasas elevadas.



SEGUNDA PARTE:

DESINFECCION POR RADIACION ULTRAVIOLETA:
Funcionamiento:
La desinfección de agua por radiación ultravioleta es un proceso físico que no altera su composición química, su olor, ni su sabor. La seguridad de la desinfección UV está probada científicamente y constituye una alternativa segura, eficaz y económica a la cloración, sin el uso de agentes químicos. La radiación UV constituye una de las franjas del espectro electromagnético y posee mayor energía que la luz visible. La irradiación de los gérmenes presentes en el agua con rayos UV provoca una serie de daños en su molécula de ADN que impiden la división celular y causan la muerte. La radiación UV más germicida es aquella de longitud de onda de 254 nm. El ADN expuesto a esta energía presenta un máximo de absorción, es decir, de inactivación.
Los rayos ultravioletas constituyen una de las franjas del espectro electromagnético. Precisamente la que se encuentra entre los 10 – 400 nm (nanómetros) limitando con los rayos “X” y la franja visible. La distribución de los rayos ultravioleta es la que sigue:

TIPO DE RADIACIÓN FRANJA DEL ESPECTRO (nm)
Vacío-UV 10à 200
UV-C (onda corta) 200à280
UV-B (onda media) 280à315
UV-A (onda-larga) 315à400

La expresión “luz ultravioleta” no es correcta hablando con propiedad, ya que no se trata de ninguna radiación óptica. Sin embargo, su huso se ha extendido porque las radiaciones ultravioletas se comportan ópticamente como las radiaciones visibles. Las principales energías cuánticas y sus frecuencias, en función a su longitud de onda, pueden verse en la siguiente.
Para que pueda desencadenarse una reacción foto-química, es necesaria una absorción de energía en los cromosomas, en contraposición a la reacción con los rayos ionizados, en la que el objeto irradiado absorbe energía en su totalidad y uniformemente. Por ello, se diferencia también el concepto de la dosis necesaria para una reacción.

Para determinar la dosis de radiación ultravioleta, se considera la energía incidente para un tiempo y superficie dados. Así, si va a usar una energía radiante para exterminar los gérmenes se debería considerar el espectro de absorción de las distintas especies y su composición química. La acción de los rayos ultravioleta origina una activación del ácido desoxirribonucléico (ADN)
Considerando el espectro de absorción de las bases del ácido nucleico (figura de arriba) y de ADN (figura de abajo), destaca la marcada absorción máxima de 250 – 260 nm. Bacterias como la “eschedrina coli” muestran también esta característica muestran también esta característica curva de absorción. Los daños producidos por los rayos ultravioletas sobre el ADN son múltiples:
.Formación de dímeros: Frecuentemente en la timina
·Formación de hidratos: Causante de las modificación del código genético mediante desaminación
·Desnaturalizaciones de la doble cadena del ADN
·Se impide la división celular




SUBTEMARIO: SEGUNDA PARTE:



COMPARACIÓN DEL LA RADIACIÓN ULTRAVIOLETA EMITIDA POR DIVERSOS TIPOS DE FUENTES

Para que pueda producirse una radiación en la célula bacteriana, ésta debe exponerse a una fuente irradiadora adecuada. Se ha mostrado ya que es posible producir, de múltiples formas, la radiación entre 240 y 270 mm; la dificultad está, sin embargo, en proveer de la radiación deseada durante un largo periodo de tiempo y con un gasto mínimo de energía.
Es sorprendente que el generador de mercurio de baja presión emita casi solamente radiación monocromática a 253,7 nm. Este tipo de generador se monta también en la mayoría de las plantas de desinfección UV instaladas en la actualidad. En la descarga de gas a baja presión, la corriente eléctrica fluye entre dos electrodos a través de gas inerte, que contiene una pequeña carga de mercurio. Los iones de mercurio serán excitados por acción de la Electricidad y producirán su radiación características. La densidad de radiación por cm. de longitud de baja presión es aquí menor que la de un generador de alta presión, por ejemplo: En compensación, el rendimiento relativo de radiación (en el generador de baja presión) es de 2 ó 3 veces mayor.
Una diferencia fundamental es también la diferencia de temperatura. Un generador de baja presión puede funcionar sin necesidad de refrigeración. La temperatura óptima en el generador de baja presión es de 40º C a –50º C, frente a una temperatura del generador de alta presión de más de 500º C.




RENDIMIENTO:

El generador de descarga de gas mercurio a baja presión está sometido a un natural envejecimiento, a causa de la merma por combustión del material de los electrodos. La figura de abajo ofrece un diagrama comparativo aproximado del promedio de vida de los principales tipos de generadores, instalados actualmente.
El mercurio emite, en estado de excitación, una línea de resonancia de 180 nm. Esta línea puede ionizar el oxígeno del aire y con ello producir ozono y monóxido de nitrógeno que no se desean. Mediante el empleo de clases especiales de cristal de cuarzo, podrá detenerse toda la radiación por debajo de 200 nm.
Con el generador de mercurio de baja presión se consiguen rendimientos de radiación de hasta el 40% de energía eléctrica consumida. Esto vale para una absorción de corriente de 0,5 w por centímetro de longitud del generador, un valor que hoy es usual para los generadores UV con potencia eléctrica entre 30 y 40 w. Así, por ejemplo, a un aumento de absorción de energía de 1,2 a 1,5 w por cm. correspondería una disminución al 30%.



DOSIS UV

La dosis UV que debe ser aplicada a una bacteria viene definida por la energía (emitida en la longitud de onda de 240 a 280 nm.) aplicada por una unidad de superficie para un período de tiempo dado.
Fórmula: H = E x t
H = Dosis UV.
E = Intensidad
t = Tiempo de exposición.

Intensidad (E). La intensidad es el resultado del espesor de la capa entre el generador UV de baja presión y la pared exterior de la cámara de irradiación y se puede reducir por los siguientes factores:

·La resistencia a la presión del tubo protector de cristal de cuarzo, que acusa una absorción de UV entre el 5% y el 7%.
·El envejecimiento de la lámpara, de cuya influencia se puede apreciar en el gráfico de rendimiento.
·La calidad de agua.

Unidad: m J / cm2 m W / cm2 s




CÁLCULO DE RENTABILIDAD

En un procedimiento de desinfección son, junto a los inferiores gastos de inversión, también a tener en cuenta los gastos de funcionamiento y mantenimiento.
Ejemplo:
CAUDAL 130 m3/H
CALIDAD DE AGUA 85% T 100 nm
GASTOS DE INVERSIÓN800.000 pesetas
MODELO DE UNIDAD REX 3A250
CONSUMO ELÉCTRICO 228 W
VIDA DE LAS LÁMPARAS *9.000 horas.
*Garantizada, Permitiendo una disminución en su intensidad de un 20%

La instalación está prevista para una presión de hasta 16 bar y puede así montarse directamente conectada a la canalización. Control de irradiación de UV, avisador remoto de avería, contador horario de tiempos de funcionamiento, y relé de maniobra para válvulas y bombas con piloto de control electrónico, con lo que se consigue un funcionamiento totalmente automático con los accesorios y dispositivos de seguridad. El mantenimiento se limita al cambio de generadores UV al cabo de 9.000 horas de funcionamiento.

Cálculo de gastos de funcionamiento.


TERCERA PARTE:

ACCION CONBINADA DE AMBOS SISTEMAS:
Realmente, aunque la desinfección por ozono es más potente que la de ultravioleta, hemos de tener en cuenta que resulta virtualmente imposible sobre-dosificar radiación U.V. ya que sus efectos químicos son completamente inocuos. No podemos decir lo mismo del potente y oxigenante sistema por ozono, que por otro lado, ve interrumpida su aplicación cuanto el potencial REDOX supera una cota no deseada. Además, ambos sistemas se solapan a la hora de cubrir un espectro de eliminación de diferentes agentes patógenos y esporas de algas. Como ejemplo, podemos destacar que para controlar las esporas de algas filamentosas verdes es especialmente indicado el uso de U.V, mientras que para la eliminación de ciano-bacterias el ozono servirá de mejor ayuda. También podemos mencionar que ciertos estadios larvarios de ectoparásitos resultan demasiado grandes para ser eliminados por los sistemas de radiación U.V, mientras que no soportan el paso por un skimer de proteínas asistido por ozono. De esta manera justificamos el uso combinado de estos dos tipos de aparatos.

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