SISTEMAS DE TRATAMIENTO FÍSICO DEL AGUA (MAGNÉTICOS Y ELECTROMAGNÉTICOS)

La calidad del agua procedente de la red de distribución responde a las normas de calidad sanitaria establecidas en nuestro ordenamiento legal, teniendo toda la garantía de potabilidad, lo que no  excluye que se produzcan disfunciones en las instalaciones domésticas causadas, entre otros motivos por la dureza temporal (contenidos de bicarbonato y eventualmente carbonato  cálcico y magnésico) conjuntamente con el pH, la conductividad, etc., así como que origine insatisfacción entre los usuarios debido a alteraciones de los aspectos organolépticos. Todo ello contribuye cada vez más a la utilización de tratamientos domésticos para mejorar estos y otros aspectos del agua, dedicando unas líneas a los descalcificadores PWT o sistemas de tratamiento físico del agua (magnéticos y electromagnéticos), sobre los que se cierne la desconfianza ante los resultados obtenidos y la falta de explicaciones científicamente satisfactorias que respalden los fenómenos, dejando la puerta abierta a toda suerte de controversias y especulaciones.

PROCEDIMIENTOS NO CONVENCIONALES PWT (Physical Water Treatment)

                Los tratamientos físicos no reducen el valor de la dureza del agua, modificando solo la capacidad del carbonato cálcico a depositarse en el interior de las conducciones y elementos de la instalación.

                El número de estudios científicos publicados sobre estos tratamientos es mucho menor que los dedicados a las otras tecnologías para la descalcificación del agua, llegando incluso a ser ignorados en los tratados sobre química, incluido el Kira-Othmer, monumental diccionario enciclopédico en lengua inglesa que representa una valiosísima compilación del saber químico teórico y aplicado. Esto se puede explicar en parte por el hecho que estas técnicas fueron inicialmente desarrolladas en Rusia y en aquel entonces, en los centros académicos e industriales de Occidente, se tendía a ser escépticos en lo concerniente a las innovaciones provenientes del Este y en parte también ante los resultados contradictorios que se obtenían, frente a la claridad de las reacciones químicas que gobiernan el funcionamiento de los tratamientos tradicionales.

                Presentamos una breve reseña de algunos de los principales trabajos efectuados al respecto: Minenko y Petrow han sostenido la posibilidad de modificar las propiedades químico-físicas del agua y de las soluciones acuosas por medio de campos electromagnéticos; Skorobogatow, Martinowa y Gusew, Drasdow y Kerson han estudiado la formación de gérmenes cristalinos en agua sobresaturada de carbonato calcico en presencia de campos electromagnéticos; Kirgintsew, Sokolov y Burlakowa han afirmado que la corrosión de las aleaciones ferrosas, en particular del acero, muy utilizado en las tuberías domesticas e industriales, es susceptible de ser acelerada en campos magnéticos, Grutsch ha obtenido resultados satisfactorios (para caudales de 6 m/s). Kittner basándose en trabajos previos rusos ha obtenido buenos resultados, aunque destaca que la turbulencia obstaculiza la eficiencia del tratamiento. Finalmente destacamos el texto basado en la tesis doctoral (“Elektromagnetische Wasserbehandlung -Falstudien in Abwasseranlagen und Trinkwasser -Anwendungen“-) presentada en la Ecole Polytechnique Federale de Zurich por  Regula Müller (EPFZ Nº 12664, 1998) que es hasta hoy el estudio más completo efectuado sobre descalcificadores electromagnéticos y en el que se defiende, apoyado con ensayos prácticos, que campos eléctricos idóneos eran capaces de evitar las incrustaciones, lo que depende estrechamente de los propios campos aplicados y de las condiciones físico-químicas del agua. Resultados también satisfactorios fueron obtenidos por Vermeiren, T. y Cebelcor (“Le traitement magnétique des liquides contre la corrosion et l’incrustation”,1957 y “Magnetic Treatment of Liquids for Scale and Corrosion Prevention”, publicado en Corrosion Technology, 5,1958), y por el Prf. Young I. Cho de la Drexel University de Philadelphia (Physical water treatments in recirculating open cooling water system, 2005). Otros estudios, sin embargo, descartan que los descalcificadores de este tipo tengan algún efecto sobre el agua (“Physikalische Wasserbehandlungsgeräte”, Versuche und Stellungnahme der EMP,Theiler, F., Gas — Wasser — Abwasser, 11, 1988). Por otra parte el tema también fue objeto de debate en la ECI Conference on Heat Exchanger Fouling and Cleanin: Fundamental and Applications,  celebrada en 2003 en Santa Fe, New México (USA),           

                Igualmente los aparatos para tratamiento físico del agua han sido sometidos por diversos organismos y centros independientes a pruebas practicas con resultados también contradictorios, como los efectuados por la Dirección de Investigación de (CERUG) de Gaz de France, el Departamento de Energía del Politécnico de Turín, la alemana DVGW (German Gas and Water Co- operation), la Technical University of Vienna (TUV), el Institut National des Sciences et Techniques Nucléaires (Centre CEA de Saclay -France), el Department of Health de UTA o la US Naval Engineering Experimental Station.

                El informe “Public Works Technical Bulletin 420-49-34”, del Department of the Army (U.S. Army Corps of Engineers) de  15 de Junio 2001, concluye que no existe ventaja clara para ninguno de los aparatos electromagnéticos probados para la inhibición de la corrosión. Actualmente el organismo independiente alemán DVGW tiene aprobado el Reglamento Técnico W 512 “procedimiento para valorar la eficacia de los dispositivos de tratamiento físico del agua para reducir las incrustaciones”. La  IAPMO (International Association of Plumbing and Mechanical Officials) ha desarrollado la guia  IGC 91-2006 “project on electrical anti- scale water conditioning appliances or high -density magnetics” adelantándose a la elaboration del coding ASME y ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers Research) tiene publicado el documento 1155-TRP: “Efficiency of non-chemical water treatments in controlling calcium scale accumulation in recirculating open cooling water system”.

                Desde el punto de vista de la protección de las aguas, el recurso de los campos electromagnéticos en lugar de los productos químicos, es una alternativa prometedora, siendo necesario, por consiguiente, proseguir con las investigaciones para disponer de un número mayor de datos que permitan esclarecer y comprender los fenómenos que se producen  y su relación con las variables implicadas (alcalinidad, pH, dureza total, CO₂ y sólidos totales disueltos, conductividad, temperatura) así como la influencia que ejerce la velocidad, turbulencia y regularidad del flujo del agua.

A.-  Aparatos decalcificadores PWT sin alimentación eléctrica.

                Estos aparatos resultan particularmente atrayentes para los usuarios, gracias a la ausencia de conexiones eléctricas, presentar un costo de funcionamiento y de mantenimiento nulo y una fiabilidad mecánica extremadamente elevada gracias a la ausencia de partes móviles o de circuitos electrónicos, frente a unos resultados que no siempre cumplen las expectativas. Se basan en uno o varios imanes permanentes, convenientemente conformados que se fijan en la superficie de la tubería o se instalan en su interior, a la entrada de la red de suministro domiciliario, de manera que el agua que pasa por la unidad queda sometida a un campo magnético. Una fuerza (fuerza de Lorentz)  es ejercida sobre cada ión, fuerza que es perpendicular tanto el campo magnético como a la dirección del movimiento y es proporcional a la velocidad del agua.

       A.1.- Los imanes permanentes

                La comercialización de estos aparatos comienza después de la segunda Guerra Mundial, habiéndose desarrollado a partir de 1985 con la aparición de los potentes  imanes de Neeodimio y de Samario. Se instalan en Estados Unidos a partir de 1950 sobre todo para pequeños caudales de agua.

                Al atravesar el agua el dispositivo, la acción del campo magnético modifica la agregación de los cristales de carbonato cálcico, sustancia polimorfa que cristaliza preferentemente bajo la forma de calcita, en el sistema hexagonal en forma romboédrica que favorece la estratificación y la formación de incrustaciones particularmente adherentes y duras, pasando a formar aragonito, que cristaliza en el sistema rómbico, presentándose en masas fibrosas que dificultan su agregación entre ellas ni sobre las paredes de las conducciones. La suspensión o los sedimentos de estos cristales son fácilmente arrastrados, en el caso de las instalaciones abiertas,  por el flujo de agua hacia el grifo o bien, en el caso de instalaciones de circuito cerrado, retenidos por filtros.

Los tipos de imanes mas utilizados son:

Alnico.- Fabricados por fusión/sinterización. Son susceptibles de desmagnetización. Tienen la ventaja de poseer un buen precio, aunque no tienen mucha fuerza.

Cerámicos o de Ferrita.- Fabricados con oxido de hierro y oxido de Bario o Estroncio. Son resistentes a muchas sustancias químicas, como por ejemplo a los disolventes, lejías, y ácidos débiles.

De Tierras Raras.- Disponibles desde 1984 Son metálicos, con una fuerza de 6 a 10 veces superior a los materiales magnéticos tradicionales. Los de Neodimio-hierro-Boro (Nd₂Fe₁₄B) se recubren de níquel, los de Samario-Cobalto no requieren protección contra la oxidación.

B.- Aparatos descalcificadores PWT con alimentación eléctrica externa:

                Un circuito electrónico produce una corriente eléctrica oscilante que por medio de los oportunos electrodos y /o solenoides, generan un campo electromagnético variable. El costo de funcionamiento y mantenimiento es muy pequeño, gracias al reducido consumo eléctrico y a la elevada seguridad de funcionamiento de los modernos circuitos electrónicos transitorizados.

                Según la hipótesis mas difundida estos aparatos permiten estabilizar el calcio. La explicación es que bajo el efecto de un campo electromagnético inducido se provoca la colisión de los iones Ca⁺⁺ y CO₃H^- presentes en las aguas incrustantes, formando microcristales de carbonato cálcico CaCO₃ que permanecen en suspensión en la vena de agua, comportándose como “gérmenes de cristalización” y fijando a otros iones aun libres. Estos gérmenes crecen durante su desplazamiento por la canalización, desapareciendo la tendencia a depositarse en las paredes de las tuberías ni en los aparatos.

                Una vez el agua tratada, los iones Ca⁺⁺ y CO₃H^- se fijan preferentemente sobre los gérmenes de CaCO₃  generados por el dispositivo en lugar de formar nuevos cristales sobre las paredes de la canalización (donde los fenómenos electrolíticos pueden conducir a una elevación local del pH del agua volviéndola fuertemente incrustante). Las instalaciones son pues protegidas contra nuevos depósitos de cal incrustante, siendo vehiculados los microcristales a través de la instalación hacia los ramales de evacuación.

                Por otra parte una desincrustación general de todas las paredes metálicas es inducida al deshacer la cal incrustada en las instalaciones que no habían sido protegidas. Esta acción es progresiva quedando sin embargo una fina capa protectora constituida por iones positivos naturalmente atraídos por las paredes metálicas (de carácter electronegativo). Este capa aísla y convierte en electropositivo la pared en contacto con el agua, contribuyendo a la longevidad de la instalación y limitando los efectos de la corrosión.

●Observaciones: Pueden tener éxito dependiendo de las características de la instalación y de las del agua

                Estos aparatos descalcificadores  abarcan distintas variantes, algunas de ellas son:

       B.1.- Los electromagnéticos (solenoides)

                Consiste esencialmente en un solenoide rodeando la conducción para crear en su interior un campo electromagnético oscilante. El campo producido actúa sobre los iones cargados, incrementando el número de colisiones, produciéndose la nucleación de precipitados de partículas coloidales. Sus características son similares a los de imanes permanentes pero creando un campo magnético más fuerte y vida más larga.

       B.2.- Los electrónicos

                El Dr. Young Cho de la Drexel University de Philadelphia desarrolló esta tecnología, El dispositivo electrónico aplica la D.D.M.F (Dynamic Distortion of Molecular Forces), emitiendo una señal de frecuencia modulada que modifica las características de cristalización del carbonato cálcico, desestabilizando los gérmenes  e impidiendo formar incrustaciones.

       B.3.-  Los electrolíticos

Una pequeña corriente eléctrica que pasa por el agua cambia la estructura molecular de la incrustación moldeando los cristales, impidiéndoles constituir una capa. El calcio, magnesio y otras sales minerales en disolución son en parte ionizados y por lo tanto  sometidos a las influencias de la energía electromagnética

       B.4.- Los electrostáticos

                La tecnología comenzó a desarrollarse a principios de 1957 cuando el ingeniero americano Roy McMahon comenzó a experimentar con los dispositivos electrostáticos para el tratamiento del agua. Se basa  en fuerte un campo eléctrico entre dos electrodos dispuestos de forma similar a un condensador . El campo fuerte aplicado muy enfocado causa el movimiento de los iones cargados, cambiando su velocidad e incrementado su energía cinética, con lo que aumenta la frecuencia de las colisiones entre cationes de Calcio Ca⁺⁺ y aniones bicarbonato (CO₃H^-), creándose las condiciones favorables para la nucleación y la formación de partículas coloidales estables.

                Los sistemas de tratamiento electrostático son  capaces de manejar flujos altos e inestables de agua, admitiendo un amplio espectro de aplicaciones.

INDICES DE ESTABILIDAD DEL AGUA

Indices de Langelier (IS), Ryznar (IR), Puckorius (PSI) y Larson – Skold (IRL)

Las características físico-químicas de un agua permiten clasificarla según su interacción sobre los materiales de las conducciones en:

* Aguas corrosivas: La corrosividad de un agua es su capacidad de disolver a los metales. La superficie del metal será atacada por una acción electroquímica.

* Aguas agresivas: La agresividad de un agua es la capacidad de disolver la cal. En presencia de gas carbónico el agua tendrá una mayor o menor tendencia a disolverla.

* Aguas incrustantes: El agua depositará sobre las paredes de las tuberías o de los aparatos de producción de agua caliente sanitaria sedimentos duros y adherentes (calcita, aragonito y con mucha menor frecuencia vaterita).

             Además de determinar la dureza, el oxígeno disuelto etc. en el agua es conveniente utilizar, para una determinada temperatura y características constantes dentro de ciertos límites en cuanto a temperatura, salinidad y pH, algunos de los varios índices que nos dan con suficiente aproximación la tendencia a depositar carbonato de calcio ó a disolverlo, evaluando el estado de equilibrio del agua en relación con su carácter incrustante o corrosivo. Estos índices, cuyo valor como contribución al estudio del agua es indudable, han sido desarrollados como formulas empíricas para obtener una “tendencia” predictiva sobre el comportamiento de un agua dulce en contacto con metales cuya velocidad de corrosión depende de la difusión del oxigeno disuelto a la superficie metálica, tales como el hierro, cobre y latón, por lo que no tienen aplicación para el agua en contacto con metales pasivos que se corroen menos cuanto mas elevada es la concentración de oxigeno en la superficie del metal, tales como el aluminio y los aceros inoxidables.

A continuación se exponen estos índices  aunque los dos más utilizados son el de Langelier y el de Ryznar, sobre todo el primero:

a)   Índice de Saturación de Langelier (IS)

IS = pH – pHs Donde:

el pH es el del agua analizada

los pHs son el pH de saturación en calcita o en carbonato de calcio, siendo su valor:

pHs = (9,3 + A + B) - (C + D)

Donde a su vez:

A=(Log₁₀ [TDS] -1)/10; B=-13,12 x Log₁₀ (T ºC + 273)+34,55; C=Log₁₀[Ca⁺⁺como CaC0₃]- 0,4 ; D = Log₁₀ [alcalinidad como CaC0₃]

Si IS = 0, agua en equilibrio químico con el CaCO₃

Si IS < 0, agua con tendencia a ser corrosiva (Infrasaturada de CaCO₃)

Si IS > 0, agua con tendencia incrustante (sobresaturada de CaCO₃₎

La posibilidad de interpretación errónea es mayor en las aguas cercanas a la saturación, con elevadas concentraciones de sulfato en las que el IS puede ser sobreestimado en 0,3 a 0,5 unidades, incluso a pH neutro. En estas condiciones el IS puede considerarse  cero (ni precipitable ni corrosiva), cuando de hecho es negativo, por ello para que el índice de Langelier tenga cierto carácter significativo debe situarse por lo menos en + 0,5 o – 0,5 (según algunos autores en + 0,75 o – 0,75) y así poder predecir el comportamiento incrustante o agresivo del agua en cuestión.

Según el R.D. 140/2003 por el que se establecen los criterios sanitarios de calidad de las aguas de consumo humano, el agua en ningún momento podrá ser ni agresiva ni incrustante.

b) Índice de estabilidad de  Ryznar. (Fig. 5)

IR = 2(pH_S) - pH

IR de 4,0 - 5,5, Fuertemente incrustante

IR > de 5,5 y < 6,2, Ligeramente incrustante

IR > de 6,2 y < 6,8, en equilibrio

IR > de 6,8 y < 8,5, Significantemente agresiva

IR > de 8,5 y < 9,0, Fuertemente agresiva

IR > 9,0 Muy fuertemente agresiva

c) Índice de Puckorius

El Índice Práctico de Incrustación, desarrollado por Puckorius, es similar al de Ryznar, salvo que utiliza un valor calculado de pH del agua en lugar del pH medido en el circuito:               

PSI =2(pH_S ) – pH_EQ donde pH_EQ = 1,465 x Log [Alcalinidad] + 4,54

Si PSI < 4,5 Tendencia a la incrustación

4,5 < PSI < 6,5, Rango óptimo (No hay corrosión)

Si PSI > 6,5 Tendencia a la corrosión

d) Índice de Larson – Skold

Larson considera los cloruros, los sulfatos y alcalinidad total. Es útil para aguas equilibradas y también las depuradas, en especial las aguas frías (<20 ºC). Con aguas  con alcalinidad muy baja (por ejemplo aguas desaladas) o alcalinidad muy alta (aguas subterráneas afectadas de invasión marina, como por ejemplo las aguas de Tenerife) no funciona bien. Larson considera los cloruros, los sulfatos y alcalinidad total:

ILR = ([Cl^¯] + [SO₄⁼])/([HCO₃^¯] + [CO₃⁼])

Si ILR < 0,8, No corrosión

Si 0,8 < ILR < 1,2, Corrosión significativa

Si ILR > 1,2 Corrosión elevada

             Otros índices utilizados son el de Tieso-Davis  (subsana las deficiencias del Índice de Langelier con respecto a valores altos de sólidos disueltos y a los efectos del ión común)  y el de Oddo-Tomson (considera el efecto de la presión parcial del CO₂ en el pH del agua y en la solubilidad del carbonato de calcio).

No obstante hay algunas limitaciones que hay que tener en cuenta como por ejemplo, entre otras, que el agua contenga sílice coloidal o materia orgánica,  en cuyo caso el CaCO₃ puede precipitar sobre las partículas coloidales o las orgánicas en vez de hacerlo sobre la superficie del metal. En tal caso la velocidad de corrosión continuará siendo elevada aunque los índices nos indiquen la tendencia a la incrustación.

INSTALACIONES DOMESTICAS Y QUÍMICA DEL AGUA

Solo haré referencia a los elementos más comunes que afectan negativamente a la calidad del agua, dejando para otra ocasión aquellos compuestos, la mayoría de ellos tóxicos, que afortunadamente son poco frecuentes y que  aparecen en concentraciones indeseables accidentalmente.

  El agua potable de distribución, según su procedencia, contiene una serie de compuestos químicos que en la mayoría de las ocasiones varían a lo largo del año en función factores climatológicos, que determinan, entre otras cosas, su  dureza.

Estos compuestos químicos son absorbidos por el agua, ya sea al atravesar la atmósfera (gas  carbónico, oxígeno, etc.) o durante su recorrido a través de las capas del terreno (carbonatos, sulfatos,  cloruros, etc.). Según las características de éste y la cantidad de gas carbónico que haya absorbido, disolverá  más o menos cantidad de sales cálcicas, formando, por ejemplo bicarbonato cálcico. Al efectuar la captación de  cualquier agua, el bicarbonato cálcico llegará hasta las instalaciones, donde originará incrustaciones calcáreas.  Estas incrustaciones se producen principalmente en los puntos o zonas donde el agua se calienta, o donde sufre  agitaciones o turbulencias. Bajo estas condiciones, se libera el gas carbónico que mantiene disuelta dicha cal y  por ello, ésta se precipita, formando las incrustaciones calcáreas en las conducciones de agua, así como en los  aparatos a ellas conectados (griferías, calderas, calentadores, acumuladores, intercambiadores de calor,  lavadoras, lavavajillas). Los valores de la dureza total del agua que reflejamos son desde la óptica de su potabilidad, ya que si bien los 15º F. son aceptables para cualquier uso, 50º F son ciertamente elevados para casi  cualquier utilización industrial y doméstica del agua.

Tengamos en cuenta  que los materiales que, básicamente y de  forma general, se utilizan en las redes de distribución y en instalaciones son el acero  negro, el acero galvanizado, chapa de acero, cobre, aluminio y el  latón y los plásticos. La acción del agua sobre algunos metales puede provocar problemas de corrosión. Asimismo, el equilibrio calco-carbónico del agua proporciona a ésta propiedades agresivas o incrustantes que se reflejan en las tuberías de las redes de distribución, efectos que pueden sumarse a los motivados por procesos microbianos.  Tomemos, por ejemplo, el caso de los depósitos acumuladores de agua caliente sanitaria que al ser afectados por el contenido en cloruros del agua, obligan a  aconsejar, para concentraciones superiores a los 150 mg/l y hasta  los 350 mg/l, la utilización de depósitos de acero inoxidable  aleado con titanio. Un caso similar es el de los termos  eléctricos en los que, además de ser fabricados con el material  adecuadamente resistente a la corrosión, se hace, a veces, necesario instalar un ánodo de magnesio (a cambiar periódicamente) y  que actúa como protector.

La corrosión, en estos casos, será todavía más acusada si a  una dureza relativamente baja se une una mineralización alta,  sobre todo si esta se debe, reiterando lo ya indicado, a iones  Cl^- que poseen, dado el pequeño tamaño de sus iones, un gran  poder de penetración, elevan la conductividad iónica y actúan  como despolarizadores del proceso de corrosión. Además se ha  comprobado que la presencia de estos iones impide una buena  cristalización de las capas protectoras, volviéndolas porosas.

Otro caso es de las piezas y accesorios fabricados de latón  amarillo, aleación con cierto grado de predisposición a la  corrosión por descinficación, siendo uno de los factores de  riesgo de producirlo, la presencia de los ya mencionados iones  cloro, habiéndose comprobado que con contenidos del orden de 80  mg/l. se inician ya los fenómenos de corrosión local.

Como ya he indicado otro aspecto del agua a considerar es su dureza (contenido en  compuestos de calcio y magnesio). Si el agua es dura los  carbonatos y bicarbonatos en disolución pueden provocar  incrustaciones sobre la superficie rugosa de las tuberías y sobre  el interior, también rugoso, de los grifos, terminando por  inutilizar a sus dispositivos mecánicos, siendo especialmente  rápido este fenómeno con el agua caliente y en aquellas griferías  que se utilizan sólo esporádicamente (por ejemplo en las segundas  viviendas). Como es sabido las agua muy duras se consideran poco  agresivas, dado que pueden depositar sobre la superficie metálica  películas calcáreas continuas y compactas que dificultan el  ataque del metal subyacente, sin embargo esta precipitación  provoca, como hemos dicho, otros problemas. Para evitar los derivados de la dureza del agua algunos electrodomésticos llevan  incluso incorporado un descalcificador para combatir durezas de  hasta 125º franceses

I.- DESINFECCIÓN DEL AGUA MEDIANTE PROCEDIMIENTOS ELECTROFÍSICOS

            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 suministradoras para potabilizar el agua de las redes de distribución, así como aquellos otros que se utilizan en situaciones especiales (por ejemplo, en emergencias, desastres, brotes epidémicos), los que se aplican solo en determinados tipos de instalaciones publicas o privadas por su potencial riesgo contaminante (por ejemplo la Legionella) ya sea como mantenimiento higiénicosanitario o en el caso de brotes, restando finalmente aquellos otros avanzados (radiación UV, desinfección solar fotovoltaica, filtración, campos electromagnéticos  y los que están en etapa de experimentación o desarrollo . En este texto se hará una breve descripción de la acción desinfectante de la plata y el cobre y del conjunto de ambos a titulo de información conveniente para los profesionales que desean conocer otras posibilidades de desinfección del agua

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.

            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.”

         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 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

            Existe amplia información sobre cada una de las sustancias desinfectantes por separado, pero como se ha dicho, si la resultante de la unión no tiene los mismos atributos que los componentes individuales, entonces también se debe suponer que los efectos sobre la salud o la formación de subproductos de la desinfección (SPD) no serán necesariamente los esperados. Puede haber sorpresas y serán necesarios largos estudios para llegar a la certeza de la inocuidad o para determinar el nivel de riesgo asociado con cada producto sinérgico.

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.

· 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 

Para ampliar el tema utilizar los siguientes enlaces del autor:

 Ir al Web de físico química del agua

http://biblioteca.universia.net/html_bura/ficha/params/title/desinfeccion-agua-procedimientos-electrofisicos/id/45187580.html