Si desinfectar el agua es eliminar los microorganismos patógenos que puedan afectar la salud humana, existen un sin fin de métodos para hacerlo, tanto mediante tratamientos químicos como físicos, aunque no todos ellos, por diversas razones, son viables. Desde los más comunes y conocidos como la alta temperatura o sus cambios bruscos, el cloro, la monocloramina, ozono, dióxido de cloro, etc., hasta los cambios radicales del pH, han sido probados con más o menos fortuna. Este texto trata de la aplicación de los metales para la desinfección del agua, concretamente de la acción bactericida y bariostática de trazas de cobre y plata (oligodinamia) en el agua, tanto de forma separada como con los dos metales simultáneamente con o sin la cobertura de otros tratamientos paralelos, especialmente del cloro que, por efectos sinérgicos actúan potenciando las propiedades de cada uno de ellos. Sus ventajas e inconvenientes, así como su campo de aplicación son expuestos tratando de facilitar una visión general de estos procedimientos.
INTRODUCCIÓN
A fines del siglo XIX, cuando ya se conocía la existencia de las bacterias y su relación con las enfermedades, se trabajó con presiones. Se colocaba agua contaminada en recipientes herméticos y se sometían a presión. Al cabo de unos minutos era llevada bruscamente a la presión atmosférica y el resultado era simple y llano: agua pura, libre de gérmenes. Experimentos similares con agitaciones continuas y violentas por largos períodos de tiempo también habrían resultado eficaces para la desinfección. En ciertas culturas antiguas se colocaba el agua para bebida en jarrones de plata. Sin conocer el mecanismo, sabían que luego de un tiempo de contacto en esos recipientes, esa agua era segura para consumir. La lista de metodologías para eliminar microorganismos en el agua es extensa sin embargo, es obvio que solo unas pocas entre ellas son viables.
Entre los métodos existentes están los ya conocidos y aplicados rutinariamente por las compañías
LOS METALES Y SUS SALES COMO DESINFECTANTES
Ciertos productos, y entre ellos algunos metales, presentan la propiedad llamada “oligodinamia” es decir de ser activos en muy bajas concentraciones (trazas), resultando letales para determinados organismos inferiores. Metales como la plata, el cobre, el mercurio, el manganeso y el hierro, entre otros, pueden ser, por esta razón, potenciales desinfectantes del agua...
De todos los metales, solo la plata ha tenido algún uso en la desinfección del agua para consumo humano y como tal ha sido utilizada desde la antigüedad, siendo infinidad de productos que la incorporan empezando por los filtros activos de carbono para purificar el agua y terminando por las superficies de algunas porcelanas sanitarias con lo que evitan la acumulación de bacterias. Sin tratar de ser exhaustivos, sus sales como el nitrato de plata se viene usando como antiséptico y el sulfato de plata como tratamiento bacteriano para el caso de quemaduras y heridas abiertas.
En el caso del mercurio, el cloruro es altamente tóxico e inefectivo con materia orgánica, pero afecta a muchos microorganismos. El mercurocromo es menos tóxico pero, tal como he dicho, menos efectivo con materia orgánica. Referente al cinc, el cloruro se utiliza en colutorios bucales y el oxido de zinc es antifúngico en pinturas.
Finalmente sobre el cobre mencionaré que la “Environmental Protection Agency” (EPA) tras analizar unos 300 materiales antimicrobianos de combinaciones de cobre, concluía en marzo de 2008 que se trata de un metal con importantes propiedades beneficiosas para la prevención de agentes patógenos. Las pruebas realizadas durante cuatro años demostraron que las superficies de cobre eliminaban, según la EPA, más del 99,9% de las bacterias en un periodo de dos horas. En la industria alimentaria, por ejemplo, este metal ha servido para crear en mallas para jaulas en la cría de salmones, que sustituyen las de plástico. En combinación con el cinc, este tipo de jaula es capaz de eliminar algunos de los virus que atacan los salmones.
Los compuestos a base de cobre y en particular el sulfato de cobre (CuSO4) tienen propiedades algicidas en los recipientes abiertos que contienen agua. También es fungicida por lo que se utiliza para controlar las infecciones fúngicas de plantas (Mezcla Bordolesa). La aplicación tópica de una solución al 1 % se emplea en el tratamiento de las quemaduras de la piel por fósforo.
Sobre la toxicidad de los metales Peter Campbell, profesor en ecotoxicología de metales en la Universidad de Quebec en Canadá, lleva estudiando desde hace años los efectos de los metales en los organismos vivos habiendo efectuado importantes descubrimientos sobre la capacidad de ciertos metales para introducirse en las células vivas
LA PLATA
No es particularmente tóxica para los seres humanos y al ser ingerida el cuerpo absorbe solo fracciones muy pequeñas de ella. En ciertos tratamientos médicos que usan dosis altas del metal se ha detectado descoloramiento de la piel, pelo y uñas (argirosis), pero en las concentraciones que se utilizan para desinfectar el agua no se ha observado ese inconveniente. La OMS no ha propuesto un valor guía para la plata en el agua de bebida, precisamente por esa relativa seguridad que manifiesta. En el tratamiento con plata no se producen sabores, olores ni colores anormales en el agua. Tampoco hay formación de subproductos de la desinfección (SPD).
En Alemania se introdujo, por primera vez, en el año 1928 una forma esponjosa de plata metálica para la desinfección del agua en un proceso llamado Katadyn. En este proceso un material granular como la arena se recubría con plata, utilizándose esta arena tratada como filtro a través del cual se hacia pasar el agua con un caudal prefijado de tal forma que se mantuviera la concentración deseada de ion plata en la solución (Addicks, 1940). Posteriormente el proceso se mejoro utilizando electrodos de plata y aplicando un voltaje para la producción electrolítica de iones. En este proceso, una pequeña parte del caudal de agua pasa a través de la cámara electrolítica, en donde se introduce una elevada dosis de iones, para a continuación mezclarla con el caudal principal en un tanque de almacenaje. Tras estos primeros balbuceos efectuados a primeros del siglo XX se han sucedido hasta la fecha, con mas o menos éxito, otros muchos dispositivos que utilizan la plata como desinfectante como puede comprobarse al estudiar las patentes que de han ido presentando.
Es conveniente distinguir entre plata coloidal (suspensión de partículas metálicas) y la plata iónica (disolución de Iones de (Ag+) porque, aunque ambas tienen un importante poder bactericida, su comportamiento en el organismo humano y sus efectos son muy distintos. La primera es empleada en las piscinas publicas o privadas en forma de suspensión en agua oxigenada entre 200 y 840 mg/I. Es un gran germicida, que con el agua oxigenada destruye la materia orgánica. Tiene muy buena estabilidad si se mantiene sin exposición a la luz solar. La dosis activa para este caso se calcula del orden de 0,05 ppm de concentración expresada en plata. Debe evitarse el contacto con la piel, aunque una vez diluido no presenta problemas.
Es conveniente distinguir entre plata coloidal (suspensión de partículas metálicas) y la plata iónica (disolución de Iones de (Ag+) porque, aunque ambas tienen un importante poder bactericida, su comportamiento en el organismo humano y sus efectos son muy distintos. La primera es empleada en las piscinas publicas o privadas en forma de suspensión en agua oxigenada entre 200 y 840 mg/I. Es un gran germicida, que con el agua oxigenada destruye la materia orgánica. Tiene muy buena estabilidad si se mantiene sin exposición a la luz solar. La dosis activa para este caso se calcula del orden de 0,05 ppm de concentración expresada en plata. Debe evitarse el contacto con la piel, aunque una vez diluido no presenta problemas.
La plata iónica está constituida por iones, es decir, átomos de que han perdido un electrón quedando con una carga positiva. Para ser eficaces, los iones de plata deben interaccionar con el microorganismo y penetrar en él. La plata se introduce en el interior de la célula a través de unos transportadores de metales presentes en su membrana, compitiendo con ellos por los lugares de captación. El resultado es que el microorganismo pierde rápidamente toda capacidad de crecer y reproducirse.
Una de las ventajas de la plata es que constituye un antimicrobiano de amplio espectro. La plata iónica destruye las bacterias, hongos, virus y protozoos, aunque es menos activa frente a microorganismos más resistentes, como las esporas. De esta manera se evita el desarrollo de microorganismos patógenos como 'Salmonella', 'Legionella', 'Escherichia coli' y 'Staphylococcus aureus', entre otros. Los expertos señalan que “las células de los mamíferos no son afectadas por la plata debido a que las paredes celulares protectoras bloquean la entrada en ellas de iones grandes como de la plata.”
Una de las ventajas de la plata es que constituye un antimicrobiano de amplio espectro. La plata iónica destruye las bacterias, hongos, virus y protozoos, aunque es menos activa frente a microorganismos más resistentes, como las esporas. De esta manera se evita el desarrollo de microorganismos patógenos como 'Salmonella', 'Legionella', 'Escherichia coli' y 'Staphylococcus aureus', entre otros. Los expertos señalan que “las células de los mamíferos no son afectadas por la plata debido a que las paredes celulares protectoras bloquean la entrada en ellas de iones grandes como de la plata.”
A diferencia de otros productos desinfectantes químicos, su actividad es continua y duradera, no eliminándose a través de la limpieza del producto tratado. Además, su efecto es limpio e inocuo para otros seres vivos. No tienen efectos tóxicos en las células humanas 'in vivo'. El poder bactericida de los iones plata aumenta en presencia de un valor de pH y temperatura más alta (Lo contrario a lo que ocurre con el cloro). En aguas de temperaturas más bajas, el efecto germicida sobre las bacterias y virus tiene tendencia a ser más lento. A una misma temperatura y dosis de iones plata, al aumentar el pH aumenta el efecto bactericida pero al mismo tiempo la solubilidad de la plata es menor.
En la desinfección con plata se emplean tres métodos. El primero o “de contacto” requiere hacer pasar el agua a través de dispositivos saturados de plata, como tanques con paredes y pantallas recubiertas con pinturas especiales que la contienen. El segundo método consiste en dosificar soluciones de plata de baja concentración de la misma forma como se hace con las soluciones de cloro, empleando equipos y dosificadores similares. El tercer método, el electrolítico, parece ofrecer el procedimiento más práctico para usar la plata. Hace uso de un número de electrodos de plata conectados al polo positivo (ánodo) de una fuente eléctrica de bajo poder. Un electrodo inerte se usa como polo negativo, donde se produce y libera hidrógeno. Por electrólisis, los iones de plata son liberados por los electrodos dentro de la corriente de agua a ser tratada en proporción a la corriente suministrada. Esto es muy apropiado, pues mediante la variación de la corriente se varía la dosificación. Desde el punto de vista práctico y seguro, se precisa de cierto nivel de automatización y complejidad en el sistema de control, que debe tener sensores para verificar la correcta desinfección.
Otras de las ventajas de la plata para el tratamiento del agua es la de ser un antimicrobiano de amplio espectro, no produce sabor, olor ni color en el agua tratada y que no hay formación de productos adicionales. Su desventaja radica en la dificultad de controlar la dosificación por falta de un método simple de análisis de laboratorio y que los electrodos necesarios para producir los iones de plata se consumen con relativa rapidez.
EL COBRE
EL COBRE
El ion cúprico es fuertemente barioestático (inhibidor) pero relativamente ineficaz como bactericida (destruir) y casi totalmente ineficaz para las esporas. Otra desventaja del cobre es su tendencia a precipitar en aguas ligeramente alcalinas, perdiendo así su efectividad.
Los iones de cobre, al reaccionar con los iones del agua, hacen que se forme un compuesto coloidal que atrae y fija las partículas en suspensión (orgánicas e inorgánicas) y forma flóculos que después serán retenidos por los filtros. Según la literatura, la actividad antibactérica del cobre esta limitada a los Staphylococcus y Streptococcus (Gram+). Los compuestos a base de cobre y en particular el sulfato de cobre son sobre todo dotados de propiedades antifúngicas. El cobre es activo sobre los hongos como Trichophyton interdigital o Trichophyton gypseum. El cobre es inactivo contra otros hongos filamentosos como Aspergïllus niger y las pinturas compuestas por partículas de cinc y cobre previenen el crecimiento de los microbios
MÉTODOS DE DESINFECCIÓN SINÉRGICOS
El término “sinergia” significa “la interacción y actividad combinada de dos o más entes biológicos, sustancias o componentes. La resultante es cualitativa y cuantitativamente distinta de la sumatoria de las capacidades individuales”. En el caso específico de las sustancias utilizadas como desinfectantes, si sumando las capacidades individuales de cada uno de ellos se obtuviera una capacidad resultante mayor que la suma de las dos, entonces estaríamos ante una nueva sustancia mucho más potente o con mejores atributos que cualquiera de los atributos de las dos sustancias individuales y aún de los atributos sumados de ellas dos. Eso es lo que ocurre exactamente en algunos casos especiales. Y eso es lo que se llama “sinergia de la desinfección”.
No existen muchos de ellos, pero los que se mencionan a continuación son prometedores y hablan de un nuevo campo que se va agrandando y enriqueciendo con nuevas investigaciones, experiencias y descubrimientos.
Los casos que más se han estudiado son los siguientes:
- Plata/peróxido de hidrógeno
- Plata/cobre
- Plata/cobre/cloro
- Yodo/cloro
- Ozono/peróxido de hidrógeno
- Ozono/UV
En todos los casos, la acción desinfectante es mucho mayor que la suma de cada sustancia componente del producto sinérgico. Los mecanismos no siempre se han llegado a conocer, pero la mayoría son los que ya se han mencionado para la plata y el cobre (oxidación, destrucción de enzimas, disturbios en los mecanismos de vida y reproducción de las células, etc.), pero obviamente todos ellos ampliados y potenciados.
IONES DE COBRE Y PLATA
La sinergia entre los dos metales tiene un poder bactericida más intenso que los compuestos aislados. Los iones Cu++ y Ag+ son agregados al agua en cantidades controladas, según los casos, por unos electrodos de cobre y plata o por un par de electrodos de una aleación cobre-plata-níquel, después de aplicar una diferencia de potencial muy baja entre estos electrodos. La cantidad de iones añadidos al agua es mínima, pero gracias a su sinergia, es suficiente para neutralizar la acción de las bacterias, virus, hongos y algas.
En uno de los procedimientos mas extendidos, el número de iones en el agua puede comprobarse mediante un simple test de iones de cobre concibiéndose los electrodos de tal forma que también el número de iones de plata sea el adecuado, cuando lo es el de iones de cobre. Tanto el ánodo como el cátodo están recubiertos de la misma aleación de plata y cobre, haciéndose cambiar la polaridad de los electrodos cada cierto tiempo (unos minutos) para evitar el cobreado o plateado de los respectivos electrodos - lo que con el tiempo, reduciría sus superficies exteriores-. El cambio de polaridad permite el desgaste por igual de ambos electrodos y una mayor duración. A través de una cámara el agua fluye entre los electrodos. Durante este proceso muchos iones de plata y cobre son arrastrados por el agua antes de que alcancen el otro electrodo. El resultado es que en el agua, se encuentran iones de cobre y plata, que purificarán el agua. El proceso de ionización debe controlarse por un microprocesador, lo que garantiza una operación óptima y confiable. La concentración de iones de cobre y plata necesarios para la completa erradicación de la L. pneumophila es algo dependiente de la naturaleza del sistema, aunque las recomendaciones son mantener una concentración de iones de 0,2 – 0,4 y 0,02 – 0,04 ppm de cobre y plata respectivamente. Tales concentraciones están por debajo del nivel máximo permitido por la EPA de Estados Unidos y por la Directiva del Consejo 98/83/CE de 3 de noviembre para el agua. El resultado es un agua segura sin riegos de infección y no irritante, con un mínimo de aditivos químicos.
Los iones positivos forman vínculos electroestáticos con las zonas con carga negativa de las paredes celulares de los organismos, creando una tensión que produce una mayor permeabilidad de las paredes celulares. La consecuencia de todo esto es la entrada de iones en las células, donde interfieren con las enzimas responsables de la respiración celular y se unen al ADN matando las células. Se ha demostrado que al entrar en contacto con 0,4 ppm de cloro los iones de cobre y plata provocan una reducción muy significativa de Legionella pneumophila en 90 segundos en las pruebas de laboratorio. En sistemas complejos contaminados desde hace mucho tiempo puede tardarse hasta seis meses para que la ionización elimine todas las huellas de la capa celular, pero una vez que se consigue, el sistema permanecerá indefinidamente libre de contaminación.
En otros sistemas la concentración de cobre puede ser estimada semanalmente por medio de un kit de muestreo y verificada mensualmente por un espectroscopio de absorción atómica. Las muestras de agua caliente usadas para los análisis deben ser limpias, sin turbiedad.
• La ionización es utilizada como tratamiento de ataque y/o de desinfección permanente en las redes de agua sanitaria y en las instalaciones de trato de aire.
• El éxito a largo plazo de este método depende de la posibilidad de alcanzar en sus nichos a todas las bacterias. A notar que el cobre y la plata poseen también una acción contra las amebas libres, las algas y otros microorganismos colonizadores del substrato sirviente de substrato
• La ionización ha sido probada en las redes de agua sanitaria de los hospitales, donde se han obtenido buenos resultados. Sin embargo, ciertos estudios sugieren que Legionella puede desarrollar a medio o largo plazo, una resistencia a los iones plata.
• Para un funcionamiento adecuado, los electrodos deben ser limpiados regularmente y finalmente substituidos.
• Un pH elevado (8,5-9,0) del agua a tratar compromete la eficacia de este método.
• En los circuitos de agua en acero galvanizado, la ionización no se efectúa correctamente, pues la plata se deposita sobre el cinc produciendo su inactivación
• Este método puede ser utilizado independientemente de la temperatura del agua.
• El efecto remanente esta unido al hecho que las bacterias son destruidas y no sencillamente inactivadas
• Algunos estudios concluyen que el sistema tiene una eficacia mayor que el tratamiento térmico, pero detecta concentraciones elevadas de plata y de cobre en los sedimento de los depósitos.
• La cantidad de iones liberados depende de la corriente aplicada a los electrodos. El nivel de colonización de Legionella spp. disminuye sensiblemente a partir de una concentración de 0,04 mg/L de plata y 0,4 mg/L de cobre. La concentración aceptada para la prevención de la legionella es de 0,02 mg/l para ambos iones. Estas concentraciones, aunque ampliamente inferiores a os valores de tolerancia, exigen controles regulares pues el sistema puede estar sujeto a fluctuaciones.
Ventajas:
· Relativamente bajo costo y fácil instalación y mantenimiento
· La eficacia del ionizador no se ve afectada por temperaturas más altas en el agua, a diferencia del cloro y rayos ultravioletas.
· La Legionella es aniquilada, más que inhibida, minimizando la posibilidad de recolonización.
· Provee protección residual a través de todo el sistema de distribución de agua, es decir si se para la instalación, los iones cobre -plata continúan actuando y realizando su efecto desinfectante, hasta que se vuelve a poner en marcha el sistema. Este efecto residual proporciona un margen agregado de seguridad (contrariamente a la desinfección hiperactiva con cloro, en la cual la Legionella puede aparecer rápidamente si funciona incorrectamente el sistema).
· No utiliza productos químicos, por lo tanto es más respetuoso con el medio ambiente.
·También comporta una reducción de consumo de agua, por lo tanto otra de las ventajas es una reducción de costes respecto a otros sistemas.
· El sistema de purificación de agua por ionización de cobre-plata, reduce la aportación de productos químicos en torres de enfriamiento, agua caliente sanitaria (ACS) y en piscinas entre un 40% y un 90%.
Inconvenientes:
· Los electrodos son susceptibles a la incrustación en aguas duras y deben ser limpiados regularmente para asegurarse el mejor funcionamiento, pudiendo presentar incompatibilidades con los tratamientos anti-incrustantes y anticorrosivos
· Cuando se desinfecten aguas con alta turbidez se recomienda una filtración
· Los niveles de cobre y plata en agua pueden fluctuar. Niveles excesivos de iones pueden llevar al oscurecimiento y decoloración de las aguas y de la superficie de la porcelana.
· Se deben monitorizar rutinariamente los niveles de iones
· El pH elevado (mayor o igual a 8.0) reduce la eficacia del tratamiento con iones de cobre-plata.
· Tratamientos a largo plazo con iones de cobre-plata podría dar lugar, teóricamente, al desarrollo de resistencia a estos iones.
· Tratamientos a largo plazo con iones de cobre-plata podría dar lugar, teóricamente, al desarrollo de resistencia a estos iones.
· Este sistema no es aplicable a cualquier instalación, sino que hay que realizar un estudio sobre los caudales utilizados, las características del agua, la potencia de la instalación, etc. Por lo tanto no es un sistema que se pueda aplicar en todos los sitios de forma indiscriminada ya que antes se tiene que estudiar en que situaciones nos encontramos y como van a afectar estas sobre el rendimiento del sistema.
· Aunque hay límites permisibles máximos para ambos metales en el agua potable publicados por EPA, el método no esta aprobado como biocida por este organismo
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