radiación UV en el tratamiento del agua y la tecnología ambiental

La radiación UV se utiliza en el tratamiento del agua y la tecnología ambiental para tres tareas distintas: inactivación microbiana, fotólisis directa y procesos de oxidación avanzada. Estos procesos siguen mecanismos diferentes y requieren distintas formas de comprobación. Lo que determina el diseño es la transmitancia UV, el espectro de absorción, la química del agua, el tiempo de reacción y la irradiancia disponible en el punto de tratamiento. Esta página clasifica los procesos según la sustancia objetivo, la variable de proceso y el monitoreo adecuado.

La radiación UV entre aproximadamente 200 y 300 nm es fuertemente absorbida por los ácidos nucleicos e inactiva a los microorganismos fotoquímicamente en el propio organismo diana. El principio de funcionamiento completo, incluidas las relaciones dosis-respuesta, se expone en principio de funcionamiento de la desinfección UV.

En la tecnología del agua entran en juego dos mecanismos adicionales: la fotólisis directa, en la que el propio compuesto diana absorbe la radiación y se descompone, y los procesos de oxidación avanzada, en los que la radiación genera especies reactivas –sobre todo radicales hidroxilo– que llevan a cabo la degradación. Las tres tareas se diferencian en la magnitud diana, el diseño y la comprobación:

En el sector de las aguas residuales, la Directiva de la UE sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas (Directiva (UE) 2024/3019) incide directamente en la elección del proceso: obliga, de forma escalonada, a las plantas de tratamiento de mayor tamaño a incorporar una cuarta etapa de tratamiento para sustancias traza y cita, entre los procesos adecuados, el ozono combinado con UV, el peróxido de hidrógeno combinado con UV y el dióxido de titanio combinado con UV. Junto a la reducción de gérmenes existe ahora un rendimiento de degradación documentado referido a sustancias indicadoras; los plazos y valores umbral se exponen en requisitos normativos para los procesos UV.

Diferentes fuentes de radiación sirven a los tres mecanismos descritos anteriormente y se diferencian notablemente en cuanto a espectro, eficiencia eléctrica y comportamiento de servicio.

Para los procesos de oxidación avanzada y los procesos fotocatalíticos, la longitud de onda debe adaptarse además al rango de absorción del oxidante o del semiconductor: el peróxido de hidrógeno absorbe en los rangos UV-C y UV-B, mientras que los semiconductores fotocatalíticamente activos, como el dióxido de titanio, se excitan principalmente en el rango UV-A en torno a 365 nm; los fundamentos al respecto se tratan en Fotocatálisis: mecanismo, materiales y metrología.

• Fluencia o dosis UV (mJ/cm² o J/m²): El producto de la tasa de fluencia y el tiempo de residencia determina la inactivación o degradación alcanzada. Es la magnitud efectiva real, no la potencia eléctrica de la lámpara.
• Tasa de fluencia o irradiancia (mW/cm²): Esto describe la potencia fotónica por área en una ubicación dada y varía considerablemente a lo largo del reactor en función de la distancia a la fuente y la absorción local.
• Transmitancia UV (UVT, normalmente a 254 nm, referida a un paso óptico de 1 cm o 10 mm): Esto determina la rapidez con la que se atenúa la radiación al aumentar el paso óptico y, por tanto, debe incorporarse directamente en el cálculo de la fluencia media en el volumen del reactor.
• Distribución hidráulica del tiempo de residencia: En reactores de flujo continuo, no todos los volúmenes de agua reciben el mismo tiempo de residencia; los cortocircuitos de flujo provocan subflujos con dosis insuficiente, incluso cuando el tiempo de residencia medio parece suficiente.
• Turbidez y contenido de partículas: Las partículas pueden encerrar o adherirse a los microorganismos, protegiéndolos así de la radiación, independientemente de la UVT medida para el agua en conjunto.
• Carbono orgánico disuelto, alcalinidad, nitrato, halógenos: En los procesos AOP, estos parámetros actúan como captadores de radicales o absorbentes competidores y modifican el rendimiento radical utilizable independientemente de la dosis de fotones suministrada.
• Temperatura y pH: Ambos influyen en la cinética de reacción de la fotólisis y la oxidación, así como en los mecanismos fisiológicos de reparación de los microorganismos tras la irradiación.

la potencia eléctrica de una lámpara no es una dosis óptica. Entre la potencia eléctrica de entrada y la radiación efectiva que realmente llega al medio existen varias etapas de conversión: la eficiencia electroóptica de la fuente, la ponderación espectral sobre el intervalo de efecto relevante, el acoplamiento geométrico en el volumen del reactor y la absorción en el propio medio. Por lo tanto, duplicar la potencia de la lámpara no duplica necesariamente el rendimiento de inactivación.

Un valor de tiempo por sí solo tampoco es suficiente si la irradiancia no es constante a lo largo del proceso. El envejecimiento de las lámparas, la suciedad de las camisas de cuarzo y la turbidez cambiante del agua modifican la irradiancia realmente presente, de modo que el mismo tiempo de exposición durante el funcionamiento aporta una dosis distinta a la de la puesta en marcha.

La turbidez y la asociación de partículas se subestiman con frecuencia. Estudios sobre células bacterianas unidas a goethita muestran que valores de turbidez de entre 1 y 50 NTU ya pueden producir un efecto protector medible frente a la inactivación por UV, porque las partículas protegen a los microorganismos sin que la UVT medida en la fracción de agua clara cambie en consecuencia. Por lo tanto, una medición representativa de la UVT no describe necesariamente la dosis realmente efectiva en una matriz cargada de partículas.

No todos los organismos diana responden con la misma sensibilidad a la misma fluencia. Los adenovirus se consideran comparativamente resistentes a la radiación monocromática de 254 nm porque su ADN bicatenario puede repararse mediante reactivación por la célula huésped; la radiación policromática de media presión a menudo logra una mayor inactivación con la misma dosis equivalente a 254 nm, porque otras longitudes de onda desencadenan otros mecanismos de daño. Por lo tanto, una dosis validada para Escherichia coli no puede transferirse a otros organismos diana sin verificación.

La inactivación no es necesariamente permanente tras la irradiación. Algunas bacterias poseen enzimas fotoliasa capaces de reparar el daño del ADN inducido por UV al exponerse posteriormente a luz visible o UV-A (fotorreactivación); también existen mecanismos de reparación en la oscuridad, independientes de la luz. La radiación de media presión reduce la actividad de la fotoliasa con mayor intensidad que la radiación monocromática de baja presión, presuntamente por oxidación del cofactor de flavina de la enzima, un efecto relevante a la hora de seleccionar una fuente de luz para aplicaciones con exposición posterior a la luz.

Por último, la ley de reciprocidad (ley de Bunsen-Roscoe), según la cual el mismo efecto fotoquímico viene determinado por el producto de la irradiancia y el tiempo, solo se cumple de forma limitada en los sistemas biológicos. A tasas de dosis muy bajas, la contrarregulación fisiológica puede compensar parcialmente el efecto; también se han observado desviaciones de la simple equivalencia tiempo-intensidad a irradiancias muy altas o muy bajas. Para muchas aplicaciones técnicas de UV en agua dentro del intervalo de funcionamiento habitual, la reciprocidad se cumple de forma aproximada, lo que respaldan estudios sobre desinfección solar del agua que muestran tasas de inactivación comparables en un determinado intervalo de intensidad (MDPI Water, 2024); sin embargo, no debe aplicarse sin comprobación a condiciones de funcionamiento extremas ni a todos los organismos.

La atenuación de la radiación en el agua sigue la ley de Lambert-Beer y depende de la longitud de onda: los componentes de onda corta se absorben, por lo general, con mayor intensidad que los de onda más larga. Por ello, una irradiancia medida de forma de banda ancha en la pared del reactor no describe el espectro que llega a mayor profundidad en el medio; una fuente policromática se convierte, de hecho, en una fuente diferente y desplazada espectralmente dentro de un medio absorbente. En procesos cuyo mecanismo depende de la longitud de onda (como la fotólisis del peróxido de hidrógeno en el rango UV-C frente a la excitación del dióxido de titanio en el rango UV-A), el efecto realmente aprovechable cambia, por tanto, a lo largo de la profundidad del reactor.

La geometría del reactor determina, además, qué fracción del volumen se alcanza siquiera con una tasa de fluencia suficiente. Los reactores de espacio anular, los reactores de canal con varias filas de lámparas y los reactores con superficies internas reflectantes generan distribuciones de la tasa de fluencia distintas con la misma potencia de lámpara instalada. Las camisas de cuarzo alrededor de las lámparas reducen el contacto directo con el agua, pero, debido al ensuciamiento (incrustaciones, depósitos de hierro o biopelícula), provocan una pérdida de transmitancia dependiente de la longitud de onda que aumenta durante el funcionamiento y que puede pasar inadvertida sin una monitorización continua.

La energía de un solo fotón se deduce de E = h · c / λ, con la constante de Planck h, la velocidad de la luz c y la longitud de onda λ. A 254 nm esto equivale aproximadamente a 4,88 eV, o unos 471 kJ/mol referidos a un mol de fotones. Esta energía supera claramente la energía de disociación del enlace O–O del peróxido de hidrógeno (citada con mayor frecuencia en torno a 210 kJ/mol en la bibliografía), de modo que un único fotón de 254 nm absorbido basta para escindir homolíticamente el H₂O₂ en dos radicales hidroxilo, la base del proceso de oxidación avanzada UV/H₂O₂.

Para la calibración de fuentes UV en el rango germicida se ha impuesto el actinómetro químico basado en yoduro de potasio y yodato de potasio (Rahn, Photochemistry and Photobiology, 1997). El rendimiento cuántico de esta reacción es de aproximadamente 0,75 ± 0,03 a 254 nm y puede corregirse en función de la concentración de yoduro y de la temperatura; la disolución absorbe prácticamente todas las longitudes de onda por debajo de 290 nm y es ópticamente transparente por encima de 330 nm, lo que la hace especialmente adecuada para determinar la fluencia incidente de una fuente de mercurio de baja presión cuya emisión se concentra en más de un 85 % a 254 nm. En la práctica, las mediciones actinométricas sirven como verificación independiente de las lecturas de los radiómetros físicos, ya que registran la fluencia fotoquímicamente efectiva a través de una reacción conocida y no de la respuesta calibrada de un sensor.

En la práctica normativa, la eficacia real de un reactor UV no se determina únicamente por cálculo a partir de la irradiancia y el tiempo de residencia, sino que se valida mediante la dosis equivalente de reducción (RED): un organismo sustituto con una relación dosis-respuesta conocida, calibrado en un reactor de laboratorio, se hace pasar por el reactor objeto de ensayo; a partir de la inactivación medida se calcula retroactivamente la fluencia efectiva en el reactor. Este método tiene en cuenta implícitamente la distribución real de la tasa de fluencia, los cortocircuitos de flujo y los efectos geométricos que una estimación puramente calculada no puede captar. La calibración dosis-respuesta del organismo sustituto necesaria para ello se realiza bajo una geometría de muestra definida en cámaras de irradiación, con una finalización de la exposición basada en la dosis y no en el tiempo, por ejemplo mediante UV-MAT.

1. Suposiciones. Una sección transversal del reactor con una longitud de trayectoria óptica de 10 cm es atravesada por agua con una transmitancia UV del 90 % por centímetro (UVT₁cm = 0,90 a 254 nm). En el lado de entrada del agua está presente una irradiancia de 10 mW/cm². Se requiere una dosis de 40 mJ/cm² (equivalente a 400 J/m², el valor mínimo exigido en Alemania para instalaciones UV homologadas de desinfección de agua potable, referido a Bacillus subtilis a 254 nm).

2. Modelo. El coeficiente de absorción decádico se obtiene de a = −lg(T) / 1 cm = 0,0458 cm⁻¹. La irradiancia promediada sobre la longitud de la trayectoria L se obtiene integrando la ley de Lambert-Beer: Ē = E₀ · (1 − 10^(−a·L)) / (a · L · ln 10).

3. Cálculo. Con a·L = 0,458, 10^(−a·L) = 0,348; por lo tanto Ē = 10 mW/cm² · (1 − 0,348) / (0,458 · 2,303) ≈ 6,2 mW/cm². El tiempo de exposición necesario para alcanzar la dosis objetivo es t = 40 mJ/cm² / 6,2 mW/cm² ≈ 6,5 s.

4. Resultado. Si, en cambio, el cálculo utilizara el valor de entrada de 10 mW/cm² sin tener en cuenta la absorción, esto daría un tiempo de exposición (demasiado corto) de solo 4 s. En ese momento, la dosis realmente alcanzada en promedio en toda la sección transversal sería de solo unos 25 mJ/cm², aproximadamente un 38 % por debajo del valor requerido.

5. Interpretación técnica. El ejemplo muestra por qué una irradiancia medida en el lado de entrada, sin conocer la UVT y la longitud de la trayectoria óptica, conduce a una sobreestimación sistemática de la dosis efectiva. En la práctica, este riesgo se limita mediante el control de ajuste de la dosis guiado por UVT y mediante la validación basada en RED, y no mediante un diseño de cálculo único.

La transmisión UV del medio se convierte en ambas direcciones: una transmisión medida da la absorbancia y viceversa. Cuando hay varias capas o ventanas en el trayecto del haz, sus transmisiones se multiplican. En detalle en la calculadora de transmisión y densidad óptica.

Abastecimiento público de agua potable: la desinfección UV complementa los procesos químicos o, combinada con un desinfectante residual, los sustituye, ya que actúa sin añadir productos químicos y es eficaz contra protozoos resistentes al cloro como Cryptosporidium y Giardia. El factor crítico aquí es cumplir de forma continua la dosis mínima exigida por la normativa nacional durante todo el funcionamiento, incluido el envejecimiento y el ensuciamiento de las lámparas.

Tratamiento municipal de aguas residuales y la cuarta etapa de tratamiento: además de la desinfección clásica del efluente, la combinación de UV con peróxido de hidrógeno u ozono está cobrando importancia como componente de la eliminación de micropolutantes exigida por la Directiva de la UE sobre el tratamiento de aguas residuales urbanas. Aquí lo relevante no es tanto la dosis de inactivación pura, sino la fluencia AOP referida a una reducción medida de la concentración de sustancias indicadoras definidas, en una matriz real con carga orgánica.

Reutilización del agua: al transformar aguas residuales depuradas en agua de riego o de proceso, la UV se combina a menudo con cloro o peróxido (UV/Cl₂, UV/H₂O₂) para cumplir simultáneamente los requisitos microbiológicos y químicos. La UVT de estas matrices, más fluctuante y en general más baja, hace que el monitoreo continuo de la transmitancia sea especialmente importante.

Agua de proceso industrial (fabricación de semiconductores, industria farmacéutica, alimentos y bebidas): en el tratamiento de agua ultrapura, la UV a 185 nm sirve además para la descomposición fotoquímica del carbono orgánico total, mientras que a 254 nm la prioridad es el control microbiológico. Aquí el factor crítico es la especificación estricta de los recuentos residuales de gérmenes y de las sustancias orgánicas traza permitidos, lo que exige un régimen de proceso considerablemente más estricto que en el abastecimiento municipal de agua.

Piscinas y aguas recreativas: la UV reduce la formación de subproductos clorados al disminuir el exceso de cloro necesario; el parámetro de proceso relevante es la combinación de la dosis UV y la concentración de desinfectante residual, no la dosis UV por sí sola.

Acuicultura y tratamiento del agua de lastre: ambas aplicaciones requieren caudales elevados con una UVT fuertemente fluctuante y a menudo baja debido a la carga orgánica y la salinidad; normativas internacionales como el Convenio de Gestión del Agua de Lastre de la OMI exigen demostrar tasas definidas de reducción de organismos en distintas clases de tamaño, lo que hace necesaria una validación biológica específica de la aplicación en lugar de un cálculo puramente físico de la dosis.

En el caso de medios fuertemente turbios o coloreados con valores de UVT muy por debajo del 80 %, los cálculos de diseño clásicos alcanzan sus límites, ya que la longitud de trayecto óptico efectiva se acorta considerablemente y hasta pequeñas fluctuaciones de turbidez modifican la dosis efectiva de forma desproporcionada; aquí son habituales secciones de reactor más cortas, densidades de potencia instalada más altas y un seguimiento estrecho de la UVT. Para instalaciones con caudal fuertemente intermitente o muy bajo, los sistemas UV-LED ofrecen una ventaja frente a las lámparas de mercurio, que normalmente necesitan una fase de calentamiento y envejecen más rápido con encendidos y apagados frecuentes, gracias a su disponibilidad instantánea sin tiempo de calentamiento; sin embargo, debe garantizarse que ninguna agua no irradiada pueda bypasear el reactor durante las pausas de funcionamiento. Con caudales muy elevados, como en el tratamiento del agua de lastre, suelen emplearse varias unidades de reactor conectadas en paralelo o en serie con lámparas de media presión para alcanzar la fluencia requerida a pesar del corto tiempo de residencia. Para aplicaciones especiales relacionadas con superficies y capas finas, se están investigando cada vez más fuentes excimer far-UVC en torno a 222 nm; su escasa profundidad de penetración resulta en su mayoría desfavorable para aplicaciones de volumen en agua, pero puede aprovecharse específicamente para capas finas o el tratamiento de superficies.

El punto de partida de cualquier tarea de medición es determinar qué magnitud física se necesita realmente para la evaluación del proceso. Para el diseño y la puesta en marcha de un reactor, es relevante la tasa de fluencia ponderada al rango de efecto germicida o fotolítico en varias posiciones representativas a lo largo de la sección transversal del flujo, y no en un único punto de medición en la pared del reactor. Para el funcionamiento continuo, además debe registrarse de forma continua la transmitancia UV del medio en circulación, ya que esta cambia con la calidad del agua bruta y el pretratamiento.

Una medición de banda ancha es suficiente cuando la fuente es espectralmente conocida y estable, como en el caso de las lámparas de baja presión monocromáticas, y cuando no se espera un desplazamiento espectral durante el periodo de funcionamiento. Una medición espectral se vuelve necesaria en cuanto se utilizan fuentes policromáticas (lámparas de media presión), UV-LED con longitudes de onda de pico de dispersión dependientes del fabricante, o procesos con un mecanismo específico de longitud de onda (AOP, fotocatálisis), así como siempre que deban documentarse cambios espectrales a lo largo de la vida útil de las lámparas. Los requisitos para los sensores en línea de calidad del agua, incluidos el tiempo de respuesta, la linealidad y la repetibilidad, están descritos fundamentalmente en la norma ISO 15839, que además sirve de marco para el ensayo de sensores específicos de UV (ISO 15839). Un resumen sobre la selección de sensores UV según el rango espectral y la geometría de medición, así como sobre el funcionamiento interno de los sensores UV, respalda esta decisión.

En instalaciones más grandes, la irradiancia ya no se comprueba solo puntualmente, sino que se integra de forma continua en el sistema de control de la planta. El control por ajuste de dosis (dose-pacing) adapta en tiempo real la potencia de las lámparas o el caudal a la transmitancia UV y la irradiancia medidas, de modo que, cuando la transmitancia del agua disminuye, la potencia instalada se aumenta automáticamente o el caudal se reduce para mantener la dosis mínima requerida. Este enfoque sustituye el diseño estático, hasta ahora habitual, para una condición de funcionamiento en el peor caso, por un control dinámico orientado al estado real, reduciendo tanto el riesgo de subdosificación como el consumo medio de energía.

Es relevante en términos de seguridad la vinculación de los valores del sensor con la lógica de alarma y desconexión: si la irradiancia medida cae por debajo de un umbral definido, la planta debe bloquear automáticamente el flujo de agua afectado o pasar a un modo de funcionamiento seguro, siguiendo el principio descrito en normas como la hoja de trabajo DVGW W 294-1 (hoja de trabajo DVGW W 294-1). Las interfaces digitales de los sensores permiten además transmitir al sistema de control el estado de calibración y el tipo de sensor, de modo que una deriva del sensor no advertida o unos intervalos de calibración vencidos se reconozcan como una causa de fallo diferenciada, en lugar de interpretarse erróneamente como una desviación del proceso. Esta retroalimentación es un requisito previo para los conceptos de mantenimiento predictivo, en los que el reemplazo de las lámparas y la limpieza de las camisas de cuarzo se planifican en función de la disminución de rendimiento medida, en lugar de un intervalo fijo.

Los radiómetros con un sensor adaptado al proceso respectivo son adecuados para estas tareas en aplicaciones de laboratorio y de proceso, como el RMD Pro. Cuando es necesario caracterizar fuentes policromáticas o realizar un seguimiento de los cambios espectrales a lo largo de la vida útil de las lámparas, resulta apropiado un espectrorradiómetro como el SR900, que cubre de 200 a 1100 nm. En instalaciones técnicas, los sensores digitales instalados de forma permanente, como el PLC.D, se encargan de la monitorización continua y, además del valor medido, comunican al sistema de control de la planta el tipo de sensor y el estado de calibración.

Con los LED UV de longitud de onda de pico libremente seleccionable, una evaluación referida únicamente a 254 nm pierde validez general. Por ello, un marco revisado por pares de la International Ultraviolet Association recomienda dejar de referir los valores de referencia de desinfección únicamente a 254 nm, utilizar sensores ponderados germicidamente y comprobar específicamente, en el funcionamiento intermitente, si el agua no irradiada puede atravesar el reactor durante el retardo de encendido (IUVA Task Force, 2023).

Bajo el tema tecnología del agua y del medio ambiente, el buscador de publicaciones enumera actualmente más de 20 artículos. Los seis siguientes ilustran lo que importa en la práctica para la fotólisis y los procesos de oxidación avanzada: efectos de matriz, diseño del reactor y la evaluación de lo que permanece en el agua después del tratamiento.

Un estudio sobre una membrana de microfiltración recubierta con TiO2 muestra, utilizando hormonas esteroideas como ejemplo, cuán fuertemente la carga orgánica de fondo ralentiza la degradación fotocatalítica.

Influence of organic matter on the photocatalytic degradation of steroid hormones by TiO2-coated polyethersulfone microfiltration membrane. Liu, Siqi, Pattabhiramayya C. Edara, and Andrea I. Schäfer. Water Research 245 (2023): 120438. ScienceDirect

Un estudio comparativo pone en paralelo la adsorción, la fotólisis y la oxidación avanzada para el mismo compuesto activo y clasifica la cinética y las vías de reacción.

The fate of aqueous betrixaban during adsorption, photolysis, and advanced oxidation: Removal, kinetics, and reaction mechanisms. Jasemizad, Tahereh, Lev Bromberg, and Lokesh P. Padhye. Journal of Water Process Engineering 44 (2021): 102430. ScienceDirect

Dos artículos sobre antidepresivos tricíclicos examinan específicamente los productos de fototransformación y su dependencia del pH, la concentración y la temperatura, así como su biodegradabilidad y toxicidad.

Initial fate assessment of teratogenic drug trimipramine and its photo-transformation products – Role of pH, concentration and temperature. Khaleel, Nareman DH, et al. Water Research 108 (2017): 197–211. ScienceDirect

UV-photodegradation of desipramine: impact of concentration, pH and temperature on formation of products including their biodegradability and toxicity. Khaleel, Nareman DH, et al. Science of The Total Environment 566 (2016): 826–840. ScienceDirect

Un artículo sobre un reactor estructurado de flujo continuo describe un tipo de reactor para la degradación fotoquímica de contaminantes disueltos en condiciones de flujo.

A new continuous flow-through structured reactor for the photodegradation of aqueous contaminants. Fernandez-Perez, Amparo, et al. Journal of Environmental Chemical Engineering 6.4 (2018): 4070–4077. ScienceDirect

Un estudio sobre la eliminación de un fármaco citostático combina la oxidación avanzada con pruebas posteriores de biodegradabilidad aerobia y toxicidad, mostrando que la disminución de la concentración inicial por sí sola no es un criterio de evaluación suficiente.

Removal of the anti-cancer drug methotrexate from water by advanced oxidation processes: Aerobic biodegradation and toxicity studies after treatment. Lutterbeck, Carlos Alexandre, et al. Chemosphere 141 (2015): 290–296. ScienceDirect

Otros casos de uso por área temática figuran en la vista general Publicaciones de clientes – por tema.

• Asociación Técnica y Científica Alemana del Gas y del Agua (DVGW), hoja de trabajo W 294-1 (diciembre de 2023): Planificación, funcionamiento y supervisión de instalaciones de desinfección UV en el suministro de agua. DVGW
• DIN EN 14897 / DIN 19294-1: normas para equipos UV de desinfección de agua potable en edificios y en el tratamiento centralizado del agua, respectivamente. DIN Media
• Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA), Ultraviolet Disinfection Guidance Manual for the Final Long Term 2 Enhanced Surface Water Treatment Rule (2006). US EPA
• Organización Internacional de Normalización, ISO 15839:2003 (EN ISO 15839:2006): Water quality – On-line sensors/analysing equipment for water – Specifications and performance tests. ISO
• Grupo de trabajo de la International Ultraviolet Association (IUVA), «Considerations for determining the performance of ultraviolet light emitting diode (UV-LED) water disinfection systems», Water Environment Research 95 (2023). PubMed
• Parlamento Europeo y Consejo de la Unión Europea, Directiva (UE) 2024/3019, sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas (refundición), en particular el artículo 8 relativo a la cuarta etapa de tratamiento. EUR-Lex
• Un resumen completo de la normativa UV aplicable por país y tipo de lámpara se encuentra en Directrices, normas y estándares en UV.

¿Cómo funciona físicamente la desinfección UV del agua?
La radiación UV en torno a 254 nm es absorbida por los ácidos nucleicos de los microorganismos y genera allí fotoproductos, principalmente dímeros de pirimidina, que impiden la replicación y la transcripción. Los microorganismos quedan así inactivados reproductivamente, no descompuestos químicamente. Lo determinante es la fluencia total absorbida, no solo el tiempo de exposición.

¿Qué dosis UV se requiere para la desinfección del agua potable?
En Alemania, las instalaciones UV homologadas deben alcanzar un rendimiento de desinfección mínimo de 400 J/m² (40 mJ/cm²), referido a Bacillus subtilis a 254 nm. A nivel internacional, los requisitos suelen seguir la dosis equivalente de reducción para Cryptosporidium, Giardia y virus, que varía según el organismo objetivo y la reducción logarítmica requerida.

¿Qué diferencia a la desinfección UV de los procesos de oxidación avanzada?
En la desinfección, la radiación actúa directamente sobre los ácidos nucleicos de los organismos objetivo. En los procesos de oxidación avanzada, un oxidante adicional, como el peróxido de hidrógeno, se escinde fotolíticamente, produciendo radicales hidroxilo que oxidan de forma no selectiva las sustancias orgánicas disueltas. Ambos procesos utilizan la misma fuente de radiación, pero mecanismos y magnitudes objetivo diferentes.

¿Por qué la potencia eléctrica de la lámpara no basta como medida del rendimiento de desinfección?
Entre la potencia eléctrica y la fluencia efectiva se sitúan la eficiencia electroóptica de la fuente, el aprovechamiento espectral para el mecanismo objetivo y la absorción en el medio. Estos pasos de conversión no son constantes y cambian con el envejecimiento de la lámpara, el ensuciamiento y la calidad del agua, por lo que la misma potencia eléctrica puede dar lugar a dosis reales diferentes. Por qué una indicación de potencia no es, en principio, una magnitud medible se explica en magnitudes radiométricas.

¿Cómo se valida la dosis UV en un reactor de flujo continuo?
Mediante biodosimetría: la fluencia equivalente de reducción se deriva de la inactivación realmente alcanzada en un organismo de prueba, no de un cálculo. Qué conjunto de normas exige qué prueba, y qué papel desempeña en ello la colocación del sensor, se trata en validación de reactores UV.

¿Qué papel desempeña la turbidez en la desinfección UV?
Las partículas pueden encerrar a los microorganismos o adherirse a ellos, protegiéndolos así de la radiación. Este efecto puede ser ya significativo con valores de turbidez en el rango bajo de dos dígitos en NTU y no queda totalmente reflejado por la UVT medida en una muestra de agua clara.

¿Son ya los LED UV una alternativa equivalente a las lámparas de vapor de mercurio?
Para sistemas pequeños de funcionamiento intermitente, los LED UV ofrecen ventajas por su disponibilidad instantánea y la ausencia de mercurio. En eficiencia eléctrica siguen por detrás de las lámparas clásicas de baja presión, con aproximadamente un 35 %, frente a un 1 a 6 % en versiones históricas, aunque los dispositivos más nuevos, validados de forma independiente, ya superan el 10 %. Para instalaciones municipales de gran volumen, las lámparas de mercurio siguen siendo, por ahora, en la mayoría de los casos, la opción más económica.

¿Cómo se supervisa de forma continua la intensidad UV en una instalación?
Sensores instalados de forma permanente registran continuamente la irradiancia y, cuando procede, la transmitancia UV del agua. Si se incumplen umbrales definidos, una lógica automatizada de alarma y parada activa un modo de funcionamiento seguro. Las interfaces digitales de los sensores transmiten además el estado de calibración y el tipo de sensor al sistema de control, para distinguir la deriva del sensor de desviaciones reales del proceso.

¿Cómo se mide la radiación UVC en un sistema de desinfección del agua?
Con un radiómetro de equipo integrado en el reactor, que mide la irradiancia en un punto definido de la pared del reactor; junto con el caudal y la transmitancia UV del agua, a partir de ello se calcula la fluencia. El sensor debe ser resistente a la presión y ciego a la luz solar, y estar calibrado según el tipo de lámpara utilizado. Los requisitos para los radiómetros de equipo y de referencia se establecen en DIN 19294-1 y -3 para baja presión y DIN 19294-2 y -4 para media presión; DVGW W 294-1:2023-12 abarca ahora solo la planificación, el funcionamiento y la supervisión, y ya no contiene requisitos para los equipos. En Austria se aplican las normas ÖNORM M 5873-1 y -2. El radiómetro de servicio se comprueba periódicamente frente a un radiómetro de referencia; además se mide la transmitancia UV a 254 nm, ya que entra directamente en el cálculo de la fluencia.

Esta aplicación está estrechamente relacionada, desde el punto de vista técnico, con campos vecinos de la radiometría óptica; por ejemplo, la desinfección UV (mecanismos idénticos fuera de la matriz de agua, como en el caso del aire y las superficies), la fotocatálisis (principios de reactor, física de semiconductores y química de radicales compartidos), y la producción fotocatalítica de hidrógeno (la misma química interfacial, una reacción objetivo distinta). Los fundamentos fotoquímicos de la fotólisis y los procesos de oxidación UV se exponen en fotoquímica. Específicamente para el agua potable, los regímenes de validación que respaldan la dosis - DIN 19294, ÖNORM M 5873, la guía de la US EPA y la norma NSF/ANSI 55 - se comparan en tratamiento UV del agua.

Entre la irradiancia medida en la pared del reactor y la dosis realmente efectiva en todo el volumen en circulación se encuentran la transmitancia UV, la distribución del tiempo de residencia y la composición espectral de la fuente. Quien desee una evaluación fiable de estas relaciones para una aplicación, matriz o geometría de reactor concreta – desde la caracterización espectral con el SR900 hasta la medición de referencia conforme a normas con el RMD Pro – puede recurrir al laboratorio de calibración e ingeniería de aplicaciones de Opsytec. Póngase en contacto con nosotros para su instalación o tarea de ensayo.