Desinfección de agua a través de luz solar
Ma. Claudia Roldán Ahumada ¹, Milton J. Muñoz Navia ²

La energía del Sol como un recurso renovable
El agua es uno de los componentes esenciales para la existencia de la vida en la Tierra. O, al menos, la vida como nosotros la entendemos…

Otro de estos componentes, es la distancia entre nosotros y la estrella en el centro de nuestro sistema planetario, a la que llamamos Sol. Si esta distancia fuera otra, no tendríamos las mismas condiciones atmosféricas. El Sol provee a la Tierra de luz visible, energía térmica, y otras formas de energía (radiación). Se calcula que la vida del Sol, tal y como lo conocemos ahora, es de algunos miles de millones de años.

Si consideramos que el tiempo de vida promedio de un humano es alrededor de 70 años, podemos inferir que tendremos energía solar para decenas de millones de generaciones. Es por esto, que podemos considerar a la energía solar como un recurso renovable. Llamamos fuente de energía renovable a aquella de la cual podemos obtener un beneficio sin temor a agotarla. Para producir electricidad tenemos fuentes de energía renovables como la eólica, solar, hidráulica, geotérmica, biomasa, mareomotriz, entre otras.

En todas éstas, la energía del Sol está presente directa o indirectamente y en diferente medida. Por ejemplo, la energía mareomotriz es el resultado de aprovechar las mareas (movimiento de la masa de agua de los océanos). Éstas son el resultado de la diferencia de altura media de los mares, debido a la atracción gravitacional sobre las masas de agua de los mares, según la posición relativa de la Tierra y la Luna. Y esta posición, a su vez, es el resultado de la atracción gravitatoria entre la Luna y el Sol.

En la producción de energía por biomasa se necesita la luz y calor del sol para que se pueda llevar a cabo el proceso de la fotosíntesis.

En estas páginas, vamos a hablar de cómo podemos utilizar la energía solar para purificar el agua (en el sentido de desinfectar).

Desinfección solar del agua
El método de  Desinfección Solar del Agua es conocido internacionalmente por sus siglas en inglés SODIS (Solar Water Desinfection). En un trabajo pionero realizado para el Fondo de las Naciones Unidas para la Infancia (UNICEF) en 1984, Aftim Acra et al., de la Universidad Americana en Beirut (Líbano) descubrieron que al exponer agua a la radiación solar, el número de microorganismos presente disminuye notablemente. A partir de entonces, este método se ha efectuado en distintos lugares alrededor del mundo, principalmente en los llamados países en vías de desarrollo. Por ejemplo, en los años 90s, el Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuática (EAWAG), en colaboración con el Centro de Aguas y Saneamiento Ambiental (CASA) de la Universidad Mayor San Simón de Cochabamba, Bolivia, implementó proyectos demostrativos de la tecnología SODIS, para valorar el grado de aceptación de la misma por las familias.

Es una casualidad afortunada que en las latitudes a las que se encuentran la mayoría de estos países, la eficiencia de este método sea mayor. La razón es simple, a estas latitudes el nivel de radiación solar, el número de horas de luz por día y la temperatura ambiente promedio son mayores.

¿Cómo funciona el método SODIS?
La idea básica es utilizar la radiación ultravioleta (UV) y el calor proveídos en forma natural por la energía solar. La sinergia, o efecto combinado, de estos dos elementos, son esenciales para que el método SODIS funcione. Los materiales necesarios son: agua no tan turbia, botellas de plástico transparente con tapa (limpias), y la radiación solar. En la figura 1 se muestra un diagrama esquemático del método.

El método SODIS es muy sencillo de efectuar: se lava bien una botella transparente de plástico (tipo PET) de reuso. Se llena la botella con agua y se tapa. Se deja horizontalmente expuesta al sol por lo menos 6 horas (si las condiciones climatológicas son favorables). Idealmente, después de este proceso, el agua ha sido desinfectada y está lista para tomar.

Sin embargo, la composición (número y especies) de patógenos presente en el agua varía de lugar a lugar y de temporada en temporada. Así, también, las condiciones climatológicas.

A pesar de ser un método relativamente fácil de usar en lugares o regiones donde el acceso a agua potable para consumo humano es limitado, es necesario hacer a priori un estudio sistemático de las condiciones atmosféricas y ambientales de la región: para luego trabajar en un programa de capacitación y supervisión regular de los usuarios.

Temas como higiene, calidad del agua inicial, tamaño de los recipientes a usar, su color y manejo después de su tratamiento, tiempo y forma de exposición —dependiendo de las condiciones climáticas— son muy importantes para el método.

Aun cuando se encuentra en su etapa inicial, en la Universidad de La Ciénega del Estado de Michoacán de Ocampo (UCM) estamos trabajando en esta dirección.

La radiación ultravioleta en la purificación y saneamiento del agua
De todo el espectro de la radiación solar (gamma, rayos X, ultravioleta o UV, visible, infrarrojo, radio, etc.) nos interesan las longitudes de onda que, después de interactuar con los gases que componen nuestra atmósfera, llegan a la superficie terrestre. Para el caso del SODIS, enfocaremos el interés en la parte del espectro correspondiente al ultravioleta, específicamente en aquella que tiene una longitud de onda en el rango de ~290 a 400 nanómetros .

Utilizar luz ultravioleta para la purificación y saneamiento del agua es una de las formas usadas actualmente a nivel industrial y comercial, junto con ebullición, cloración, tratamiento de ozono, entre otras técnicas usadas.

La radiación ultravioleta sobre cualquier célula, en una dosis y tiempo de exposición adecuados, altera su material genético. Trabaja a un nivel molecular: modifica algunas de las uniones presentes en los ácidos nucleico (ADN y RNA)

No debemos entender como que la célula ha muerto. Simplemente significa que la célula queda inocua. Es decir, incapaz de reproducirse.

Si las condiciones vuelven a ser favorables, la célula podría encontrar la forma de “auto sanarse” y volver a ser activa.

Bacterias dañinas en el agua y enfermedades asociadas
Son distintos los agentes patógenos (bacterias, virus, hongos, etc.) presentes en el agua.

Bacterias como Vibrio cholerae, Shigella, Salmonella así como diferentes cepas patógenas de Escherichia-coli son los patógenos más importantes transmitidos a través del agua.

Las enfermedades gastrointestinales causadas por estas bacterias pueden ser serias y generalmente requieren tratamiento médico. La deshidratación como consecuencia de una diarrea profusa es cuestión de cuidado.

¿Cuáles agentes patógenos y en qué cantidad o proporción están presentes?
Obviamente depende del tipo de agua (procedencia) que quisiéramos tratar. Es mejor tratar una que no esté tan turbia, de lo contrario necesitaríamos hacerla pasar primero por un cedazo.

¿Cuál es la dosis de radiación UV adecuada? De nuevo, depende de la especie a eliminar. Por ejemplo, para la bacteria de Salmonella Enteriditis se necesita una dosis de radiación ultravioleta mayor que para una de Escherichia-coli. Pero no olvidemos que la idea principal es usar la radiación UV y el calor combinados. De aquí parte de la importancia de tener un estudio previo de las características de la región.

El índice UV
Para tener una idea de los niveles de radiación UV que llegan a una región específica podemos analizar el llamado índice UV de esa región. En ocasiones este índice UV es reportado por los espacios meteorológicos en los medios de comunicación.

El índice UV solar mundial (IUV) es una medida sencilla de la intensidad de la radiación UV en la superficie terrestre, y un indicador de su capacidad de producir lesiones cutáneas; es el fruto de una labor internacional de la Organización Mundial de la Salud, en colaboración con distintas agencias de las Naciones Unidas. El índice UV no tiene unidades y se expresa como un valor superior a cero, y cuanto más alto, mayor es la probabilidad de lesiones cutáneas y oculares, y menor es el tiempo que tardan en producirse esas lesiones. Por ejemplo, para valores menores a 2, el riesgo es mínimo. Para valores entre 3 y 7 se recomienda buscar la sombra y reducir la exposición al sol, usar protección. Para valores de 8 en adelante es mejor evitar la exposición, sobre todo a las horas de mayor intensidad, usar sombrero y ropa de manga larga para reducir la piel expuesta.

Estudio de caso en la ciudad de Sahuayo, Michoacán
Usando los datos obtenidos con la estación meteorológica de la UCM podemos analizar algunas características de la ciudad de Sahuayo, Michoacán, en relación al índice UV y la temperatura, elementos que necesitamos para el método SODIS. Para ello, tomamos muestras algunos días a lo largo del año. La información obtenida es cualitativa, porque los datos no tienen ningún análisis estadístico ni correlacionado. Observemos la figura 3.

Al graficar el índice UV contra las horas del día (en formato de 24 horas) podemos imaginar cómo va cambiando la orientación relativa entre la Tierra y el Sol. El índice de radiación es máximo alrededor del medio día, todos los días, pero su pendiente (esto es: qué tan rápido cambia conforme avanza el día) se modifica ligeramente al avanzar el año. También, las horas de luz y radiación se reducen. Su valor máximo también cambia. Del mismo modo, el comportamiento de la temperatura ambiente es distinto a lo largo del año. Observamos que para un mismo día también ocurren cambios u oscilaciones a lo largo de éste. Podemos pensar en  muchas razones por las que suceden estas variaciones durante el mismo día. Por ejemplo, en los datos correspondientes al 23 de mayo de 2009 (círculos abiertos en rojo), la radiación UV puede variar si se forman nubes en el cielo que cubran nuestro detector, pero la temperatura no cambia al mismo ritmo. Si hay viento fresco, la temperatura podría bajar, pero no así la radiación.

Si para el método necesitamos una temperatura alrededor de 60 grados centígrados, podríamos utilizar colectores solares, poner las botellas sobre una superficie metálica o negra (o ambas) para así lograr el efecto deseado. El tiempo de exposición cambiará dependiendo de las condiciones climatológicas de la región. También, aún cuándo las botellas tengan el símbolo de PET su calidad no puede ser óptima. Una vez más, necesitamos del efecto cooperativo entre la academia —para realizar los estudios y dar el apoyo técnico— y los posibles usuarios del método en la región.

Agradecimientos
Los autores agradecen a la Fundación SODIS en América Latina la excelente información disponible y al M. C. Alfonso Cuevas Novoa por compartir los datos meteorológicos adquiridos durante el año pasado.

¹, ² Universidad de La Ciénega del Estado de Michoacán de Ocampo.
Correo electrónico: mmunoz@ucienegam.edu.mx