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Desinfección del agua, parte 3b: Otros materiales utilizados para la desinfección del agua

Jueves, 7 de septiembre de 2023 | Lance Lawson

En un artículo anterior, analizamos los oxidantes comunes que se utilizan en la desinfección del agua. Entre estos se incluyen el gas de cloro, dióxido de cloro, hipoclorito de calcio, hipoclorito de sodio, ozono y peroxígeno activado. En esta edición, nos centraremos en otros tipos de sistemas de desinfección utilizados para el agua de riego, cómo funcionan y sus ventajas y desventajas.  Entre estos sistemas de desinfección se incluyen: la ionización de cobre, la radiación ultravioleta, el termotratamiento y los filtros lentos de arena.

Ionización de cobre

El sistema de ionización de cobre consta de dos electrodos de cobre que se ubican en paralelo dentro de una tubería. A medida que el agua fluye sobre estos electrodos por la tubería, se aplica una corriente eléctrica entre los electrodos que desplaza los iones de cobre de uno de los electrodos. Los iones de cobre se trasladan y se adhieren con fuerza a los agentes patógenos, lo que altera sus paredes celulares y los mata. Los iones de cobre también se adhieren a la materia orgánica presente en el agua. Idealmente, el cobre libre debería aplicarse a tasas de 0,5 a 1,0 ppm Cu para reducir los agentes patógenos transmitidos por el agua y 1 a 2 ppm Cu para reducir las algas.

Ionización de cobre utilizada para la desinfección del agua en un invernadero. Fuente: http://www.karobv.nl

Diagrama que ilustra el funcionamiento del sistema de ionización de cobre. Fuente: http://www.ecosmarte.com

Entre las ventajas de la ionización de cobre se incluyen que el cobre residual en el agua puede seguir matando agentes patógenos después de que el agua pase a través de la ionización de cobre, el sistema es fácil de usar y es seguro para los trabajadores. Este sistema exige una inversión inicial moderada, pero tiene costos de funcionamiento bajos, que incluyen la electricidad para operar el sistema y el reemplazo anual de los electrodos de cobre. Es ideal para flujos de agua elevados, ya que no existe un tiempo de contacto mínimo con el agua. Aunque parte del cobre se une a la materia orgánica, esto no es tan crítico como en otros sistemas de desinfección, lo que lo hace aceptable para el agua reciclada. La cantidad de aplicación de cobre necesaria para controlar los agentes patógenos es lo suficientemente baja para que no cause fitotoxicidad en las plantas.

Como se indicó, es necesario filtrar el agua reciclada o de estanque para retirar la materia orgánica a la que los iones de cobre se van a ligar. Mantenga el pH del agua por debajo de 7,0 para evitar que el cobre forme precipitados. La conductividad eléctrica (CE) del agua es importante porque, a medida que cambia, también cambia la producción de cobre de los electrodos. Por ejemplo, mientras más alta sea la CE del agua de riego, más corriente eléctrica acarreará el agua y esto produce una liberación mayor de iones de cobre. Si la fuente de agua cambia de agua de pozo a agua de lluvia, que tiene cero CE, la liberación de iones de cobre será muy baja y no controlará los agentes patógenos. Es mejor utilizar un sistema de ionización de cobre que ajusta la producción de cobre automáticamente según los cambios de la CE del agua.

Radiación ultravioleta

No todos los tipos de luz ultravioleta son eficaces para controlar los agentes patógenos; sin embargo, la radiación ultravioleta dentro del rango del espectro de 280 a 100 nanómetros (conocido como UV-C) es eficaz contra los agentes patógenos. La radiación ultravioleta funciona alterando el ADN de las células de los microorganismos para que no puedan reproducirse. La mayoría de los sistemas de radiación ultravioleta consta de una cámara tubular donde se aloja una bombilla dentro de un tubo de cuarzo que abarca toda la longitud dentro del centro de la cámara. El agua entra por un extremo de la cámara y fluye alrededor del exterior de la bombilla de luz UV durante un tiempo determinado, lo que desinfecta el agua. En cuanto se haya desinfectado, el agua fluye hacia afuera por el otro extremo de la cámara.

La fuente de luz ultravioleta en el centro de la imagen desinfecta el agua de riego a medida que pasa por la unidad. Fuente: http://halmapr.com

Entre las ventajas de este sistema se incluyen: evitar el uso de productos químicos agresivos, subproductos peligrosos y la facilidad de uso. La temperatura del agua, el pH y la CE no influyen en la eficiencia de la desinfección por radiación UV, y no causa fitotoxicidad a las plantas. Algunas fuentes descubrieron que la cantidad de luz UV necesaria para controlar las bacterias es de 3,5 a 26,5 milijulios/cm2 y los virus, de 6,6 a 440 milijulios/cm2. Algunas fuentes recomiendan que la intensidad de la luz UV sea de 100 milijulios/cm2 para el agua reciclada. Para obtener estos niveles seleccione una bombilla con una alta producción de luz UV o disminuya la velocidad del flujo del agua que pasa a través de la cámara de UV para aumentar el tiempo de exposición. Debido a que no queda radiación UV residual, se suele combinar con ozono, peróxido o clorización para agregar un producto residual a la fuente de agua en caso que se introduzca un agente patógeno antes del riego de un cultivo.

La luz UV debe penetrar en todas las partes del agua para desinfectarla. Si el agua se ve turbia o presenta materia particulada, la luz UV se dispersa, lo que reduce la desinfección. Por lo tanto, el agua se debe filtrar para reducir el total de sólidos suspendidos, de manera de obtener la máxima transmisión UV posible a través del agua. Idealmente, el agua debe presentar una turbiedad de 2 unidades nefelométricas de turbiedad (unidad típica para medir la turbiedad) o menos.

Los sistemas de luz UV requieren un poco de mantenimiento. La camisa de cuarzo que rodea la bombilla de luz UV se debe sumergir en ácido cada 3 a 6 meses para eliminar el calcio y otros depósitos minerales que reducen la transmisión de luz. Con el tiempo, las bombillas UV pierden eficiencia, por lo que se deben reemplazar por lo menos anualmente y, en ocasiones, los reactores se queman.

Tratamiento por calor

Esto simplemente quiere decir que el agua de riego se calienta con un intercambiador de calor a una cierta temperatura para matar agentes patógenos. Una sugerencia es elevar la temperatura del agua a 95 °C (203 °F) durante 30 segundos. Una fuente descubrió que los virus se pueden desactivar si la temperatura del agua llega a los 70 °C (158 °F) durante 5 minutos. El tratamiento por calor es un proceso simple y seguro que no requiere productos químicos agresivos ni deja subproductos. El tratamiento por calor funciona en el agua de cualquier temperatura, pH, CE o con residuos orgánicos.

Sistema de desinfección de agua por calor. Fuente: http://www.hydroponics.com.au

Una desventaja importante del tratamiento por calor es que es una de las formas más costosas de desinfectar el agua. Además de los altos costos en electricidad, es necesario contar con un tanque de retención bastante grande donde se calienta el agua a la temperatura adecuada y se enfría antes de utilizarla para regar plantas. No sería práctico para el uso de volúmenes considerables de agua, ya que tomaría demasiado tiempo calentar y enfriar el agua almacenada en tanques muy grandes. No queda un control residual contra agentes patógenos, por lo que puede ser necesario el uso de ozono, cloro, etc. si existe la preocupación de que el agua desinfectada se vuelva a contaminar antes de aplicarla a un cultivo. Para evitar la acumulación de minerales en los intercambiadores de calor utilizados para calentar el agua, es mejor bajar el pH del agua a 4,5, pero puede que sea necesario subirlo antes de aplicar el agua a un cultivo.

Filtros lentos de arena

Existen muchos tipos de medios para eliminar los residuos y posiblemente los agentes patógenos del agua de riego, como los filtros de malla, los cartuchos para filtros, los filtros estratiformes y los filtros de discos, que se utilizan para eliminar los residuos y posiblemente los agentes patógenos del agua de riego. En el mejor de los casos, estos filtros retiran las esporas de hongos más grandes, pero el sistema de filtros lentos de arena puede eliminar partículas mucho más pequeñas, lo que incluye a la mayoría de los agentes patógenos, excepto los virus. Un filtro lento de arena consta de una cama de arena, de por lo menos 1 metro (1,1 yarda) de profundidad, con un área de superficie horizontal extendida. Con frecuencia, se usa una capa de gravilla debajo de la capa de arena y una tubería perforada para recoger el agua. El agua entra a la parte superior y fluye por gravedad a través de la arena; después, sale por la parte inferior, donde se almacena en un tanque de retención. En los primeros 15 cm (6 pulgadas) del filtro de arena, se forma una biopelícula, llamada “Schmutzdecke”, que filtra la mayor parte de los agentes patógenos y otras partículas finas. Algunos sistemas de filtro de arena empujan el agua a través de un filtro de arena a velocidades más altas, pero no eliminan los agentes patógenos con tanta eficacia.

Diagrama básico de un filtro lento de arena. Fuente: http://www.open.edu

La mayoría de los sistemas de filtro lento de arena tienen una velocidad de flujo promedio de 9,1 a 18 litros/min/m2 (2 a 4 galones/min/yd2) y procesa aproximadamente de 288 m3 (76.000 galones) de agua al día por 80 m2 (67 yd2) de área de superficie de filtro de arena. Los costos iniciales son altos por la arena, el almacenamiento y un tanque de retención para el agua, pero los costos operativos son bajos o inexistentes, excepto por la electricidad para bombear el agua en el filtro y el rastrillado ocasional de la biopelícula de la superficie, que con el tiempo puede obstruir el filtro. El filtro se debe mantener húmedo constantemente para que la biopelícula se mantenga viva. Esto se puede lograr manteniendo una capa constante de agua sobre la arena, que también sirve para aplicar presión hidráulica en el sistema y fomentar el flujo de agua por el filtro. No se debe modificar la superficie del filtro (a menos que se deba rastrillar). El filtro lento de arena puede no producir la capacidad suficiente para las demandas altas de agua y es probable que no elimine todos los agentes patógenos. No deja residuos, por lo que puede ser necesario un método secundario de desinfección de agua.

Referencias:

• Powell, C.C.  2001. "Are Your Plants Drinking Dirty Water?" (¿Toman agua sucia sus plantas?) Grower Talks 79(7)
• http://pnwhandbooks.org/plantdisease/pesticide-articles/treating-irrigation-water-eliminate-water-molds
• Newman, S.E.  2004. "Disinfecting Irrigation Water for Disease Management." (Desinfección del agua de riego para el manejo de enfermedades) 20^th Annual Conference on Pest Management on Ornamentals (20.ª Conferencia anual de manejo de pestes en plantas ornamentales) – Society of American Florist Meeting (Reunión de la Sociedad Norteamericana de Floristas) (San Jose, CA)
• Harris, M.A and L.R. Oki.  2009. "Using Slow Sand Filters to Remove Plant Pathogens from Irrigation Runoff." (Uso de filtros lentos de arena para eliminar agentes patógenos de plantas con riego por escurrimiento) Presentation at International Plant Propagators’ Society Meeting (Reunión de la Sociedad de Propagadores de Plantas) in San Diego, CA October 2, 2009

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Jose Chen Lopez Es especialista en horticultura México y el sur oeste de los Estados Unidos