desinfección solar del agua

La desinfección solar del agua , o SODIS por sus siglas en inglés , es un tipo de purificación de agua portátil que utiliza energía solar para hacer que el agua contaminada biológicamente (por ejemplo, con bacterias, virus, protozoos y gusanos) sea potable. El agua contaminada con agentes no biológicos, como sustancias químicas tóxicas o metales pesados, requiere pasos adicionales para que sea potable. ^{[ 1 ]}

La desinfección solar del agua se suele realizar mediante una combinación de electricidad generada por paneles fotovoltaicos (energía solar fotovoltaica), calor ( energía solar térmica ) y captación de luz ultravioleta solar .

La desinfección solar mediante energía fotovoltaica suele emplear una corriente eléctrica para llevar a cabo procesos electrolíticos que desinfectan el agua, por ejemplo, generando radicales libres oxidativos que eliminan los patógenos dañando su estructura química. Un segundo método utiliza la electricidad solar almacenada en una batería y funciona de noche o con poca luz para alimentar una lámpara ultravioleta que realiza una desinfección secundaria del agua mediante luz ultravioleta solar.

La desinfección solar térmica del agua utiliza el calor del sol para calentar el agua a 70-100  °C durante un breve periodo de tiempo. Existen diversos métodos. Los colectores solares térmicos pueden tener lentes o reflectores. También pueden emplear distintos niveles de aislamiento o acristalamiento. Además, algunos procesos de desinfección solar térmica se realizan por lotes, mientras que otros (desinfección solar térmica de flujo continuo) funcionan casi ininterrumpidamente mientras brilla el sol. El agua calentada a temperaturas inferiores a 100  °C se denomina generalmente agua pasteurizada .

La parte ultravioleta de la luz solar también puede matar patógenos en el agua. El método SODIS utiliza una combinación de luz UV y temperatura elevada (solar térmica) para desinfectar el agua utilizando únicamente luz solar y botellas de plástico PET reutilizadas . SODIS es un método gratuito y eficaz para el tratamiento descentralizado del agua , generalmente aplicado a nivel doméstico y recomendado por la Organización Mundial de la Salud como un método viable para el tratamiento y almacenamiento seguro del agua en el hogar. ^{[ 2 ]} SODIS ya se aplica en numerosos países en desarrollo . ^{[ 3 ] : 55} Hay disponibles folletos educativos sobre el método en muchos idiomas, ^{[ 4 ]} cada uno equivalente a la versión en inglés. ^{[ 3 ]}

Las guías para el uso doméstico de SODIS describen el proceso.

Se seleccionan botellas de agua o refresco de PET transparentes e incoloras de 2 litros o menos, con pocos arañazos en la superficie. También se pueden usar botellas de vidrio. Se retiran las etiquetas y se lavan las botellas antes del primer uso. Se llenan las botellas con agua de fuentes potencialmente contaminadas, utilizando la más clara posible. Si la turbidez supera los 30 NTU, es necesario filtrar o precipitar las partículas antes de exponerlas a la luz solar. Los filtros se fabrican localmente con tela estirada sobre botellas invertidas a las que se les ha cortado la base. Para mejorar la saturación de oxígeno, se recomienda llenar las botellas hasta tres cuartas partes, agitarlas durante 20 segundos (con la tapa puesta), llenarlas completamente, volver a taparlas y comprobar su claridad.

Las botellas llenas se exponen a la luz solar directa. Se calientan más rápido y alcanzan temperaturas más altas si se colocan sobre una superficie metálica reflectante inclinada y orientada hacia el sol. Un techo de chapa ondulada (en comparación con un techo de paja) o una lámina de aluminio ligeramente curvada aumenta la luz dentro de la botella. Deben evitarse las estructuras o plantas que sobresalgan y den sombra a las botellas, ya que reducen tanto la iluminación como el calentamiento. Tras un tiempo suficiente, el agua tratada puede consumirse directamente de la botella o verterse en vasos limpios. El riesgo de recontaminación se minimiza si el agua se almacena en las botellas. Rellenarlas y almacenarlas en otros recipientes aumenta el riesgo de contaminación.

Las regiones más favorables para la aplicación del método SODIS se encuentran entre las latitudes 15°N y 35°N, y también entre 15°S y 35°S. ^{[ 3 ]} Estas regiones presentan altos niveles de radiación solar, con escasa nubosidad y precipitaciones, y con más del 90% de la luz solar que llega a la superficie terrestre como radiación directa. ^{[ 3 ]} La segunda región más favorable se ubica entre las latitudes 15°N y 15°S. Estas regiones presentan altos niveles de radiación dispersa, con aproximadamente 2500 horas de sol al año, debido a la alta humedad y la frecuente nubosidad. ^{[ 3 ]}

La formación local en el uso de SODIS es importante para evitar confusiones entre el PET y otros materiales de las botellas. La aplicación de SODIS sin una evaluación adecuada (o con una evaluación errónea) de las prácticas higiénicas existentes y la incidencia de diarrea puede no abordar otras vías de infección. Los formadores comunitarios deben recibir formación previa. ^{[ 3 ]}

SODIS es un método eficaz para tratar el agua en lugares donde no se dispone de combustible o cocinas, o donde su precio es prohibitivo. Incluso donde se dispone de combustible, SODIS es una opción más económica y respetuosa con el medio ambiente. La aplicación de SODIS se ve limitada si no se dispone de suficientes botellas o si el agua está muy turbia . De hecho, si el agua está muy turbia, SODIS no puede utilizarse solo; en ese caso, es necesario un filtrado adicional. ^{[ 6 ]}

Una prueba de campo básica para determinar si el agua es demasiado turbia para que el método SODIS funcione correctamente es la prueba del periódico. ^{[ 4 ]} Para esta prueba, el usuario debe colocar la botella llena en posición vertical sobre el titular de un periódico y mirar a través de la abertura de la botella. Si las letras del titular son legibles, el agua puede utilizarse para el método SODIS. Si las letras no son legibles, es probable que la turbidez del agua supere las 30 NTU y que deba someterse a un tratamiento previo.

En teoría, este método podría utilizarse en operaciones de socorro en casos de desastre o en campos de refugiados. Sin embargo, suministrar botellas puede resultar más difícil que proporcionar pastillas desinfectantes equivalentes que contengan cloro, bromo o yodo. Además, en algunos casos, puede ser difícil garantizar que el agua permanezca al sol el tiempo necesario.

Existen otros métodos para el tratamiento y almacenamiento seguro del agua en el hogar, como la cloración, la floculación/desinfección y diversos procedimientos de filtración. El método debe elegirse en función de su eficacia, la presencia de otros tipos de contaminación (por ejemplo, turbidez, contaminantes químicos), los costos del tratamiento, la mano de obra necesaria, la conveniencia y las preferencias del usuario.

Cuando el agua está muy turbia, el método SODIS no puede utilizarse solo; entonces es necesario un filtrado o floculación adicional para clarificar el agua antes del tratamiento SODIS. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Trabajos recientes han demostrado que la sal común de mesa (NaCl) es un agente floculante eficaz para disminuir la turbidez en el método SODIS en algunos tipos de suelo. ^{[ 9 ]} Este método podría utilizarse para ampliar las áreas geográficas en las que se podría utilizar el método SODIS, ya que las regiones con agua muy turbia podrían tratarse a bajo coste. ^{[ 10 ]}

SODIS puede implementarse alternativamente utilizando bolsas de plástico. Se ha descubierto que las bolsas SODIS producen eficiencias de tratamiento hasta un 74 % mayores que las botellas SODIS, lo que puede deberse a que las bolsas pueden alcanzar temperaturas elevadas que provocan un tratamiento acelerado. ^{[ 11 ]} Las bolsas SODIS con una capa de agua de aproximadamente 1  cm a 6  cm alcanzan temperaturas más altas con mayor facilidad que las botellas SODIS y tratan Vibrio cholerae de manera más efectiva. ^{[ 11 ]} Se supone que esto se debe a la mejor relación superficie-volumen en las bolsas SODIS. En regiones remotas, las botellas de plástico no están disponibles localmente y deben transportarse desde centros urbanos, lo que puede ser costoso e ineficiente ya que las botellas no se pueden empacar muy compactamente. Las bolsas se pueden empacar más densamente que las botellas y se pueden transportar a un menor costo, lo que representa una alternativa económicamente preferible a las botellas SODIS en comunidades remotas. Las desventajas de usar bolsas son que pueden darle al agua un olor a plástico, son más difíciles de manejar cuando están llenas de agua y generalmente requieren que el agua se transfiera a un segundo recipiente para beber.

Otro beneficio importante del uso de las botellas SODIS en comparación con las bolsas u otros métodos que requieren transferir el agua a un recipiente más pequeño para su consumo es que las botellas constituyen un método de tratamiento de agua doméstico en el punto de uso. ^{[ 12 ]} El tratamiento en el punto de uso implica que el agua se trata en el mismo recipiente, fácil de manipular, del que se servirá, lo que reduce el riesgo de contaminación secundaria del agua. ^{[ 13 ]}

Si las botellas de agua no se dejan al sol el tiempo adecuado, el agua podría no ser potable y causar enfermedades. Si la luz solar es menos intensa, debido a un cielo nublado o a un clima menos soleado, es necesario un mayor tiempo de exposición al sol.

También deben tenerse en cuenta las siguientes cuestiones:

Material de la botella

Algunos materiales de vidrio o PVC pueden impedir que la luz ultravioleta llegue al agua. ^{[ 15 ]} Se recomiendan las botellas de PET disponibles comercialmente. Su manejo es mucho más cómodo. El policarbonato ( código de identificación de resina 7) bloquea todos los rayos UVA y UVB, por lo que no debe utilizarse. Se prefieren las botellas transparentes a las de colores, como por ejemplo las de refresco de limón/lima verdes.

Envejecimiento de las botellas de plástico

La eficacia del sistema SODIS depende del estado físico de las botellas de plástico; los arañazos y otros signos de desgaste reducen su eficacia. Las botellas viejas o con muchos arañazos deben sustituirse.

Forma de los contenedores

La intensidad de la radiación UV disminuye rápidamente con el aumento de la profundidad del agua. A una profundidad de 10  cm (4  pulgadas) y una turbidez moderada de 26 NTU, la radiación UV-A se reduce al 50 %. Las botellas de PET para refrescos suelen ser fáciles de conseguir y, por lo tanto, resultan muy prácticas para la aplicación SODIS.

Oxígeno

La luz solar produce formas altamente reactivas de oxígeno (radicales libres de oxígeno y peróxidos de hidrógeno) en el agua. Estas moléculas reactivas contribuyen a la destrucción de los microorganismos. En condiciones normales (ríos, arroyos, pozos, estanques, agua del grifo), el agua contiene suficiente oxígeno (más de 3  mg/L) y no es necesario airearla antes de la aplicación de SODIS.

Lixiviación del material de la botella

Existe cierta preocupación sobre la posibilidad de que los envases de plástico para bebidas liberen sustancias químicas o componentes tóxicos en el agua, un proceso que podría acelerarse con el calor. Los Laboratorios Federales Suizos de Ensayo e Investigación de Materiales han examinado la difusión de adipatos y ftalatos (DEHA y DEHP ) de botellas de PET nuevas y reutilizadas en el agua durante la exposición solar. Los niveles de concentración encontrados en el agua después de una exposición solar de 17 horas en agua a 60 °C (140 °F) fueron muy inferiores a las directrices de la OMS para el agua potable y del mismo orden de magnitud que las concentraciones de ftalatos y adipatos que se encuentran generalmente en agua del grifo de alta calidad. También se expresaron preocupaciones sobre el uso generalizado de botellas de PET tras un informe publicado por investigadores de la Universidad de Heidelberg sobre la liberación de antimonio de botellas de PET para refrescos y agua mineral almacenadas durante varios meses en supermercados. Sin embargo, las concentraciones de antimonio encontradas en las botellas son órdenes de magnitud inferiores a las directrices de la OMS ^{[ 16 ]} y nacionales para las concentraciones de antimonio en el agua potable. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} Además, el agua SODIS no se almacena durante períodos tan prolongados en las botellas.  

Recrecimiento de bacterias

Una vez retiradas de la luz solar, las bacterias restantes pueden reproducirse nuevamente en la oscuridad. Un estudio de 2010 demostró que agregar tan solo 10 partes por millón de peróxido de hidrógeno es eficaz para prevenir el rebrote de Salmonella silvestre . ^{[ 20 ]}

Sustancias químicas tóxicas

La desinfección solar del agua no elimina los productos químicos tóxicos que puedan estar presentes en el agua, como los residuos industriales.

Según la Organización Mundial de la Salud , más de dos millones de personas mueren cada año por enfermedades transmitidas por el agua que son prevenibles, y mil millones de personas carecen de acceso a una fuente de agua potable mejorada. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

Se ha demostrado que el método SODIS (y otros métodos de tratamiento de agua doméstico) pueden eliminar de forma muy eficaz la contaminación patógena del agua. Sin embargo, las enfermedades infecciosas también se transmiten por otras vías, por ejemplo, debido a la falta general de saneamiento e higiene. Los estudios sobre la reducción de la diarrea entre los usuarios de SODIS muestran valores de reducción del 30 al 80 %. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

La eficacia del SODIS fue descubierta por primera vez por Aftim Acra, de la Universidad Americana de Beirut, a principios de la década de 1980. El seguimiento fue realizado por los grupos de investigación de Martin Wegelin en el Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuática (EAWAG) y Kevin McGuigan en el Real Colegio de Cirujanos de Irlanda . Los ensayos clínicos controlados fueron impulsados ​​por Ronan Conroy del equipo del RCSI en colaboración con Michael Elmore-Meegan .

Las siguientes instituciones llevaron a cabo un proyecto de investigación conjunto sobre SODIS:

• Real Colegio de Cirujanos de Irlanda (RCSI), Irlanda (coordinación)
• Universidad de Ulster (UU), Reino Unido
• CSIR Environmentek, Sudáfrica, EAWAG, Suiza
• El Instituto para el Desarrollo del Agua y el Saneamiento ( IWSD ), Zimbabue
• Plataforma Solar de Almería (CIEMAT-PSA), España
• Universidad de Leicester (UL), Reino Unido
• La Comisión Internacional para el Alivio del Sufrimiento y la Hambruna ( ICROSS ), Kenia
• Universidad de Santiago de Compostela (USC), España
• Instituto Federal Suizo de Ciencias y Tecnología Acuáticas (Eawag), Suiza

El proyecto puso en marcha un estudio que abarcó varios países, incluyendo zonas de estudio en Zimbabue , Sudáfrica y Kenia .

Otros desarrollos incluyen una unidad de desinfección de flujo continuo ^{[ 27 ]} y desinfección solar con película de dióxido de titanio sobre cilindros de vidrio, que previene el recrecimiento bacteriano de coliformes después de SODIS. ^{[ 28 ]}

Las investigaciones han demostrado que una serie de aditivos de bajo costo son capaces de acelerar SODIS y que los aditivos podrían hacer que SODIS sea más rápido y efectivo tanto en clima soleado como nublado, desarrollos que podrían ayudar a que la tecnología sea más efectiva y aceptable para los usuarios. ^{[ 29 ]} Un estudio de 2008 mostró que las semillas en polvo de cinco leguminosas naturales (guisantes, frijoles y lentejas) — Vigna unguiculata (caupí), Phaseolus mungo (lenteja negra), Glycine max (soja), Pisum sativum (guisante verde) y Arachis hypogaea (cacahuete) — cuando se evaluaron como floculantes naturales para la eliminación de la turbidez, fueron tan efectivos como el alumbre comercial e incluso superiores para la clarificación, ya que la dosis óptima era baja (1  g/L), la floculación era rápida (7–25 minutos, dependiendo de la semilla utilizada) y la dureza del agua y el pH no se alteraron esencialmente. ^{[ 30 ]} Estudios posteriores han utilizado castañas , bellotas de roble y Moringa oleifera (árbol de baquetas) para el mismo propósito. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

Otras investigaciones han examinado el uso de semiconductores dopados para aumentar la producción de radicales de oxígeno bajo radiación UV-A solar. ^{[ 33 ]} Recientemente, investigadores del Centro Nacional de Investigación de Sensores y del Instituto de Diagnóstico Biomédico de la Universidad de la Ciudad de Dublín han desarrollado un dosímetro UV imprimible y económico para aplicaciones SODIS que se puede leer con un teléfono móvil. ^{[ 34 ]} La cámara del teléfono se utiliza para adquirir una imagen del sensor y un software personalizado que se ejecuta en el teléfono analiza el color del sensor para proporcionar una medición cuantitativa de la dosis de UV.

En regiones aisladas, el humo de la leña aumenta las enfermedades pulmonares debido a la necesidad constante de encender fuego para hervir agua y cocinar. Diversos grupos de investigación han constatado que hervir agua se descuida por la dificultad de conseguir leña, que escasea en muchas zonas. Ante las opciones básicas de tratamiento de agua para uso doméstico, los habitantes de regiones aisladas de África han mostrado preferencia por el método SODIS frente a hervir agua u otros métodos básicos de tratamiento.

Se ha desarrollado un purificador de agua solar muy sencillo para hogares rurales que utiliza 4 capas de tela de sari y colectores tubulares solares para eliminar todos los coliformes. ^{[ 35 ]}

En julio de 2020, los investigadores informaron sobre el desarrollo de una superficie de aluminio reutilizable para el saneamiento eficiente del agua mediante energía solar, por debajo de los estándares de la OMS y la EPA para agua potable. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

El Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuáticas (EAWAG), a través del Departamento de Agua y Saneamiento en Países en Desarrollo (Sandec), coordina proyectos de promoción de SODIS en 33 países, incluidos Bután, Bolivia, Burkina Faso, Camboya, Camerún, República Democrática del Congo, Ecuador, El Salvador, Etiopía, Filipinas, Ghana, Guatemala, Guinea, Honduras, India, Indonesia, Kenia, Laos, Malawi, Mozambique, Nepal, Nicaragua, Pakistán, Perú, Senegal, Sierra Leona, Sri Lanka. Togo, Uganda, Uzbekistán, Vietnam, Zambia y Zimbabwe. ^{[ 38 ]}

Los proyectos SODIS están financiados, entre otros, por la Fundación SOLAQUA , ^{[ 39 ]} varios clubes de Leones , clubes rotarios , Migros y la Fundación del Agua Michel Comte.

El método SODIS también se ha aplicado en varias comunidades de Brasil, una de ellas es Prainha do Canto Verde , en Beberibe, al oeste de Fortaleza . Los habitantes de esta zona que utilizan el método SODIS han tenido bastante éxito, ya que la temperatura durante el día puede superar los 40 °C (104 °F) y la cantidad de sombra es limitada.  

Uno de los aspectos más importantes que deben considerar los profesionales de la salud pública que trabajan con comunidades necesitadas de métodos de tratamiento de agua adecuados, rentables y sostenibles es la importancia de la calidad del agua en el contexto de la promoción de la salud y la prevención de enfermedades, a la vez que se les informa sobre los métodos en sí. Si bien el escepticismo ha supuesto un desafío en algunas comunidades para la adopción de SODIS y otros métodos domésticos de tratamiento de agua para uso diario, la difusión de información sobre los importantes beneficios para la salud asociados con estos métodos probablemente aumentará las tasas de adopción.

• Tecnología apropiada
• Irradiación germicida ultravioleta
• Indicador de pasteurización del agua

• SODIS
• ¿Cómo funciona? Archivado el 30 de marzo de 2009 en Wayback Machine.
• Purificación de agua económica con SODIS en YouTube
• "Botellas de plástico frente a botellas de vidrio" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 18 de marzo de 2009. (36,0  KB)
• SODIS en América Latina
• cubre el concepto brevemente
• Agua potable para todos. Archivado el 19 de julio de 2006 en Wayback Machine ( PDF ) por Anumakonda Jagadeesh. Resultados de las pruebas en Tamil Nadu , India.
• Los kenianos aprovechan la energía solar para hacer brillar el agua sucia. Archivado el 22 de julio de 2012 en Wayback Machine. Multimedia de CLPMag.org.
• "Agua pura para todos" , The Hindu Business Line , 15 de abril de 2005
• "Agua potable sin costo alguno, al estilo SODIS" , The Hindu , 14 de septiembre de 2006
• Un lugar bajo el sol physics.org, 7 de octubre de 2009
• Botellas de vidrio y luz ultravioleta ( PDF ); Proporciona datos sobre la cantidad de luz ultravioleta que filtran varios tipos de botellas de vidrio, agosto de 2008.