Tratarea apei potabile cu lampi ultraviolete UV

Temperaturile enorme de pe Soare crează raze ultraviolete (UV) in cantități mari, această radiație este atât de puternică incat toată viața de pe Pământ ar fi distrusă dacă aceste raze UV nu ar fi imprăștiate de atmosferă și filtrate prin straturile de ozon care plutesc la aproximativ 30 km deasupra Pământului.

Această radiație poate fi produsă artificial prin transmiterea unor curenți electrici puternici in profunzimea unor diferite substanțe. Soarele, de exemplu, emite raze UV, controlate in mod corespunzator acestea generează un efect de bronzare. Desigur, o expunere prea mare poate provoca arsuri.

Lămpile UV care pot fi utilizate pentru dezinfectarea apei depind in mare măsură de presiunea joasă de vapori de mercur pentru a produce raze ultraviolete. O lampă cu vapori de mercur este una in care un arc electric este trecut printr-un gaz inert. Aceasta va vaporiza mercurul conținut in interiorul lampii; rezultat al acestei vaporizări este producerea de raze UV.

Lampa cu ultraviolete UV nu vine in contact direct cu apa, aceasta este plasată in interiorul unui tub de cuarț, iar apa este in contact direct cu partea exterioara a tubului de cuarț. Cuarțul este utilizat in acest caz, deoarece razele UV nu sunt absorbite, permițând astfel ca toate razele să ajungă la apă. Sticla obișnuită nu poate fi utilizată, deoarece acesta va absorbi razele UV, lăsând mai puține raze pentru dezinfectare.

Există un interes in creștere in utilizarea lămpilor cu ultraviolete UV pentru a dezinfecta apa potabilă, rezultat al demonstrației capacității de a inactiva o gamă largă de micro-organisme inclusiv Cryptosporidium.

Radiația ultravioletă este o radiație electromagnetică de frecvență puțin mai mare decât lumina vizibilă, dar mai mică decât a razelor X. Aceasta este responsabilă pentru efectul de bronzare indus de lumina Soarelui și un pericol major in dezvoltarea de melanom malign sau cancer de piele. Spectrul UV este arbitrar impărțit in trei benzi in funcție de lungimea de undă a radiației. Banda UVC are cea mai mică lungime de undă (și, prin urmare, cea mai mare frecvență) a radiației cu cele mai puternice proprietăți biocide.

UVA 400-315 nm

UVB 315-280 nm

UVC 280-200 nm

Vizibil 400-700 nm

Radiația UV este produsă comercial prin utilizarea vaporilor de mercur, antimoniu și a lămpilor cu xenon. In mod normal, lampa este inchisă intr-un tub de cuarț protector iar emisia este exprimată ca puterea radiației UV măsurată la suprafața exterioară a mansonului in W per m2 de suprafață. Lămpile comerciale se impart in două categorii principale: de joasă presiune și medie presiune. Caracteristicile lor sunt cuprinse in tabel.

        Iradiația ultravioletă datorează efectul său bactericid capacității de penetrare a celulei, ce acționează direct asupra ADN-ului nuclear. Radiația nu distruge materialul de celule bacteriene, dar perturbă ADN-ul prin provocarea grupelor chimice adiacente pe dublu helix a moleculei de ADN pentru a fuziona și a preveni replicarea acesteia.

       Aceasta inseamnă că bacteria este incapabilă de a se reproduce și este astfel inactivată. Este, totuși, greșit să credem că bacteria a fost ucisă de UV, deoarece s-a demonstrat că expunerea unei celule bacteriene tratată cu UV, la lumina vizibila (300-500 nm) determină foto-reactivare care inversează efectele dozei de UV. Doza de UV este adesea măsurată in milijouli pe centimetru pătrat sau mW pe centimetru pătrat (10 J/m2 = 1 mJ/cm2 =1 mW/cm2) și relatia dintre doza UV și rata de inactivare este logaritmică ca in tabelul de E. coli.

   Ințelegerea tehnologiei UV s-a dezvoltat enorm in ultimii 5 ani ca urmare a aplicării de algoritme de calcul a dinamicii fluidelor pentru a optimiza designul reactorului UV și a elabora reactoare UV pentru microbi rezistenți.

    Acest demers a mărit increderea in capacitatea reactoarelor UV in a inactiva microbii sub o serie de condiții de funcționare realistă a fabricilor de tratare; adică calitatea apei, debitul și turbiditatea.

     O gamă largă de reactoare UV au fost proiectate pentru a oferi o doză eficientă necesară pentru a inactiva microorganisme. USEPA a acceptat că reactoarele UV, care au fost validate independent, pot fi utilizate pentru protecția Cryptosporidium. USEPA a publicat orientări cuprinzatoare privind validarea și aspectele care urmeaza să fie abordate in designul reactoarelor UV.

     Aceasta inseamnă că reactoarele UV comerciale ar trebui să dețină capacitatea de a furniza o doza minimă care este acceptată la nivel internațional. Există și alte standarde recunoscute pe plan internațional pentru validarea ca test biologic - DVGW din Germania și O-NORM in Austria.

     UV va dezinfecta eficient agenții patogeni din apă, cu o doza UV de 40 mJ/cm2 pentru a obține o reducere de 4 log, o excepție este Adenovirus care cu o doza UV de 40 mJ/cm2 oferă o inactivare de 1,5 log, dar Adenovirus este extrem de sensibil la o doză mică de clor. Un clor rezidual ar trebui să fie utilizat in continuare pentru protecție in sistemul de distribuție.

    Există interes in creștere cu UV ca dezinfectantul primar și un clor rezidual pentru asigurarea protecției in sistemul de distribuție.

    Factorii majori care afectează performanța procesului UV includ transmisia UV, turbiditatea, hidraulica ,componenți cum ar fi: fierul, materia organică și carbonatul de calciu.

    Transmisivitatea apei este de o importanță crucială in determinarea calculului de putere UV ce trebuie aplicat pentru a se asigura ca toată apa din celulă este expusă la doza dorită și debitul, pe care o lampă UV il va trata, este direct proporțional cu capacitate de transmisie a apei. Transmisia luminii este afectată de o serie de caracteristici ale apei.        Culoarea in apă absoarbe radiația UV și lumina vizibilă, sărurile de fier oxidează consumând astfel radiațiile UV, in timp ce turbiditatea imprăștie lumina. Solidele in suspensie din apă pot proteja microorganismele de radiație și pot, de asemenea să se depună in straturi pe tubul de cuarț, reducând astfel  intensitatea radiației UV care ajunge in apă.          Depunerea sărurilor de calciu și magneziu au același efect. Solidele sunt deosebit de importante atunci când se impune indepartarea virușilor, deoarece virușii sunt asociați mai ales cu solidele in suspensie.