APLICACIÓN DE LA RADIACIÓN EN DESCONTAMINACIÓN AMBIENTAL

APLICACIÓN DE LA RADIACIÓN EN DESCONTAMINACIÓN AMBIENTAL

RESUMEN

El uso de la radiación en la conservación del medio ambiente ha venido tomando un mayor auge en los últimos tiempos. Si bien esta metodología y la información concerniente a ella no son de gran conocimiento en la sociedad, presenta una serie de ventajas y cualidades que caben destacar sobre otros procedimientos empleados con igual fin. La descontaminación del agua, de los gases productos de combustión y de los lodos de aguas residuales son tan solo unos ejemplos de esta naciente aplicación de la radiación en el mundo de hoy.

ABSTRACT

The use of radiation in the conservation of the environment has been taking a peak in recent times. While this methodology and information concerning it are not of great knowledge in society, has a number of advantages and qualities that should be highlighted over other procedures used for the same purpose. Decontamination of water, gas combustion products and sewage sludge are just some examples of this emerging application of radiation in the world today.

INTRODUCCIÓN

En los últimos años, los problemas ambientales y la degradación de los recursos naturales han tomado creciente atención en todo el mundo. El crecimiento demográfico, el aumento de los niveles de vida, la acentuación de la urbanización, y la intensificación de las actividades industriales, son factores que contribuyen a la degradación del medio ambiente (1). Por ejemplo, los combustibles fósiles (como el carbón, el gas natural, petróleo, etc.) son las principales fuentes de calor y producción de energía eléctrica, y a su vez, responsables de una gran cantidad de contaminantes emitidos a la atmósfera a través de los gases de escape de las industrias, centrales eléctricas, sistemas residenciales de calefacción y vehículos. Todos estos combustibles poseen componentes tales como carbono, hidrógeno, oxígeno, azufre, nitrógeno y metales (1). Durante el proceso de combustión, distintos contaminantes son emitidos, entre los cuales se encuentran cenizas volátiles (que contienen diversas trazas de metales pesados), SOx (incluyendo SO2 y SO3), NOx (Incluido el NO2 y NO) y compuestos orgánicos volátiles (COV) (1).

La contaminación del aire causada por partículas y otras sustancias no sólo causan un impacto directo en este medio, sino de igual forma, contaminan el agua y el suelo, conduciendo a su degradación. Ejemplo de esto es la depositación seca y/o húmeda de contaminantes inorgánicos, que conlleva a la acidificación del medio ambiente. Estos fenómenos tienen un efecto negativo tanto en la salud humana como en la vegetación lo que ha llevado al uso de la radiación como una nueva alternativa para la descontaminación del medio ambiente (1).

DESCONTAMINACIÒN DEL AGUA POR MEDIO DE LA RADIACION UV

Una desinfección eficiente del agua mediante la irradiación ultravioleta (UV) involucra la observación de diversos principios que pueden ser nuevos para los profesionales del tratamiento de agua (2). Este método presenta tanto desafíos como ventajas, ya que no deja residuos químicos de agua en el producto, pero sí requiere de un tratamiento previo para reducir los sólidos suspendidos que podrían perjudicar la transmisión de la luz ultravioleta, debido a un efecto de sombra que llevarían a que algunos contaminantes escapen de la desactivación (2).

Existen algunos medios de desinfección mundialmente utilizados. Entre ellos destacamos el cloro, la luz ultravioleta y el ozono. Las diferentes formas de desinfección con cloro y sus derivados son las más utilizadas actualmente. Sin embargo, la luz ultravioleta y el ozono han avanzado notablemente como medios de desinfección (2).

La luz ultravioleta hace parte del espectro electromagnético, con longitudes de onda que oscilan entre 100 y 400 nanómetros (nm). Cuanto menor sea la longitud de onda, mayor será la energía producida. Las lámparas más usadas poseen una baja presión de vapor de mercurio y tienen una longitud de onda de 253.7 nm. Por lo tanto, la banda de UV-C es la más apropiada para la eliminación de microbios mientras que la banda de UV de vacío (UV-V), específicamente con una longitud de onda de 185 nm, es apropiada para la producción de ozono (O3) (2).

La luz ultravioleta es producida como resultado del flujo de corriente a través del vapor de mercurio entre los electrodos de la lámpara. Las lámparas de baja presión de mercurio producen la mayoría de los rayos con una longitud de onda de 253.7 nm. Esta longitud es muy próxima a la longitud de 260 a 265 nm, la cual es la más eficiente para matar microbios (2).

¿Cómo funciona la desinfección?

El blanco principal de la desinfección mediante la luz ultravioleta es el material genético de los microorganismos -el ácido nucleico-. Los microbios son destruidos por la radiación ultravioleta cuando la luz penetra a través de la célula y es absorbida por el ácido nucleico. La absorción de la luz ultravioleta por el ácido nucleico provoca una reordenación de la información genética, lo que interfiere con la capacidad reproductora de la célula. Por consiguiente, los microorganismos son inactivados por la luz UV como resultado del daño fotoquímico que sostiene el ácido nucleico (2).

La alta energía asociada a la corta longitud de onda (240 – 280 nm) es absorbida por el ARN y el ADN de la célula. La máxima absorción de la luz ultravioleta por el ácido nucleico, ADN, ocurre con una longitud de onda de 260 nm (2). La siguiente gráfica muestra la similitud entre la habilidad de la luz ultravioleta para destruir E. coli y la habilidad de las células de E. coli para absorber luz ultravioleta. Se puede observar que la emisión de luz ultravioleta con una longitud de onda de 254 nm es muy cercana a la mejor condición de absorción de la luz por el ácido nucleico en la célula. Una célula que no puede ser reproducida es considerada muerta o inactivada, pues esta ya no se multiplicará (2).

Figura 1. Unidades relativas de absorción de luz ultravioleta por parte de E. Coli en función de la longitud de onda de esta.

Dosificación de luz UV

La siguiente fórmula muestra la manera de calcular la dosificación de luz UV (2):

Dosificación = Intensidad × Tiempo de Retención

Donde la dosificación corresponde a la intensidad, medida en micro watt-segundos por centímetro cuadrado (μWs/cm2) y el tiempo es medido en segundos (s) (2).

Factores que afectan la desinfección eficaz con UV

 Calidad del agua

 Transmisión de luz UV

 Sólidos en suspensión.

 Nivel de orgánicos disueltos

 Dureza total

 Condición de la lámpara

 Tiempo de uso de la lámpara

 Tratamiento del agua antes de aplicar luz UV

 Flujo

 Diseño del reactor

Estos factores están relacionados principalmente con la exposición de los contaminantes en el agua a la luz UV y la transmisión eficiente esta para una activación adecuada. Los problemas incluyen el sombreado (cuando los contaminantes pequeños son ofuscados por otros contaminantes presentes en el agua), incrustación o decoloración del tubo de cuarzo, intensidad de la lámpara y flujos no adecuados (2).

Transmisión de luz UV

La transmisión de luz UV es definida como el porcentaje de luz UV con una longitud de 254 nm no absorbida después de pasar a través de una espesura de agua de 1 cm. Dicha transmisión depende fundamentalmente de los materiales disueltos y suspendidos en el agua (2).

Ventajas en el uso y mantenimiento de luz UV:

 No genera subproductos

 No se necesitan tanques de contacto; apenas algunos segundos son suficientes para la desinfección

 No presenta riesgos al usuario

 El mantenimiento es muy simple, pues necesita solamente un reemplazo anual de la lámpara y limpieza del tubo de cuarzo de forma espontanea. Dependiendo de la calidad del agua, la limpieza puede no ser necesaria.

Otras aplicaciones de luz UV

Efluentes: La gran ventaja del uso de luz ultravioleta en efluentes es que no se agrega nada al agua, es decir, cuando el efluente es descargado en un cuerpo acuático, el agua está prácticamente libre de contaminantes; cumple con los límites de microorganismos y no transmite subproductos nocivos al medio ambiente (2).

Descomposición de ozono: Con dosificación apropiada, el proceso ultravioleta transforma el ozono en oxígeno (2):

2O3 + UV254 = 3O2

Uso de luz UV para decloración: Dosis elevadas de luz ultravioleta, empleándose lámparas de mediana presión, reducen los niveles de cloro en el agua. Esta solución es utilizada cuando no es deseable el uso de filtros de carbón activado o metabisulfito de sodio (2).

No solo se utiliza la luz UV como método de descontaminación del agua, estudios como el que se muestra a continuación dan a conocer que entorno a esta problemática se puede recurrir a otras formas de radiación generalmente conocidas como una posible vía de solución.

DESCONTAMINACIÒN DEL AGUA POR MEDIO DE LA RADIACION GAMMA

Se estima que las industrias textiles vierten

72,5 × 106 litros diarios de aguas residuales que contienen altos niveles de colorantes tóxicos y no biodegradables. Esta situación ha causado una destrucción de la vida en las lagunas y ha afectado la fertilidad de los suelos de tierras agrícolas en otras áreas del país (3). Para evitar este problema ambiental, la Agencia de Protección Ambiental

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