La radiazione UV ha tre zone di lunghezza d'onda: UV-A, UV-B e UV-C, ed è quest'ultima regione, l'UV-C a onde corte, che ha proprietà germicide per la disinfezione. Una lampada ad arco di mercurio a bassa pressione simile a una lampada fluorescente produce la luce UV nell'intervallo di 254 manometri (nm). Un nm è un miliardesimo di metro (10^-9 metro). Queste lampade contengono mercurio elementare e un gas inerte, come l'argon, in un tubo di trasmissione dei raggi UV, solitamente quarzo. Tradizionalmente, la maggior parte delle lampade UV ad arco di mercurio sono state le cosiddette"GG quot a bassa pressione; tipo, perché operano a pressione parziale di mercurio relativamente bassa, bassa pressione di vapore complessiva (circa 2 mbar), bassa temperatura esterna (50-100oC) e bassa potenza. Queste lampade emettono radiazioni UV quasi monocromatiche a una lunghezza d'onda di 254 nm, che è nell'intervallo ottimale per l'assorbimento di energia UV da parte degli acidi nucleici (circa 240-280 nm).
Negli ultimi anni sono diventate commercialmente disponibili lampade UV a media pressione che funzionano a pressioni, temperature e livelli di potenza molto più elevati ed emettono un ampio spettro di energia UV superiore tra 200 e 320 nm. Tuttavia, per la disinfezione UV dell'acqua potabile domestica a livello domestico, le lampade e i sistemi a bassa pressione sono del tutto adeguati e persino preferiti alle lampade e ai sistemi a media pressione. Questo perché funzionano a una potenza inferiore, a una temperatura più bassa e a un costo inferiore, pur essendo altamente efficaci nella disinfezione di acqua più che sufficiente per l'uso domestico quotidiano. Un requisito essenziale per la disinfezione UV con sistemi di lampade è una fonte di elettricità disponibile e affidabile. Sebbene i requisiti di alimentazione dei sistemi di disinfezione con lampada UV al mercurio a bassa pressione siano modesti, sono essenziali per il funzionamento della lampada per disinfettare l'acqua. Poiché la maggior parte dei microrganismi è influenzata da radiazioni intorno a 260 nm, la radiazione UV rientra nell'intervallo appropriato per l'attività germicida. Esistono lampade UV che producono radiazioni nell'intervallo di 185 nm che sono efficaci sui microrganismi e ridurranno anche il contenuto di carbonio organico totale (TOC) dell'acqua. Per un tipico sistema UV, circa il 95% della radiazione passa attraverso un manicotto di vetro al quarzo e nell'acqua non trattata. L'acqua scorre come una sottile pellicola sulla lampada. Il manicotto in vetro è progettato per mantenere la lampada a una temperatura ideale di circa 104 °F.
Radiazione UV (come funziona)
La radiazione UV colpisce i microrganismi alterando il DNA nelle cellule e impedendo la riproduzione. Il trattamento UV non rimuove gli organismi dall'acqua, li inattiva semplicemente. L'efficacia di questo processo è correlata al tempo di esposizione e all'intensità della lampada, nonché ai parametri generali di qualità dell'acqua. Il tempo di esposizione è riportato come"microwatt-secondi per centimetro quadrato" (uwatt-sec/cm^2) e il Dipartimento della salute e dei servizi umani degli Stati Uniti ha stabilito un'esposizione minima di 16.000 µwatt-sec/cm^2 per i sistemi di disinfezione UV. La maggior parte dei produttori fornisce un'intensità della lampada di 30.000-50.000 µwatt-sec/cm^2. In generale, i batteri coliformi, ad esempio, vengono distrutti a 7.000 µwatt-sec/cm^2. Poiché l'intensità della lampada diminuisce nel tempo con l'uso, la sostituzione della lampada e il corretto pretrattamento sono fondamentali per il successo della disinfezione UV. Inoltre, i sistemi UV dovrebbero essere dotati di un dispositivo di avviso per avvisare il proprietario quando l'intensità della lampada scende al di sotto del range germicida. Di seguito viene fornito il tempo di irradiazione necessario per inattivare microrganismi completamente diversi sotto una dose di 30.000 µwatt-sec/cm^2 di UV 254 nm
Usate da sole, le radiazioni UV non migliorano il gusto, l'odore o la limpidezza dell'acqua. La luce UV è un disinfettante molto efficace, sebbene la disinfezione possa avvenire solo all'interno dell'unità. Non c'è disinfezione residua nell'acqua per inattivare i batteri che possono sopravvivere o possono essere introdotti dopo che l'acqua è passata dalla fonte di luce. La percentuale di microrganismi distrutti dipende dall'intensità della luce UV, dal tempo di contatto, dalla qualità dell'acqua grezza e dalla corretta manutenzione dell'apparecchiatura. Se il materiale si accumula sul manicotto di vetro o il carico di particelle è elevato, l'intensità della luce e l'efficacia del trattamento si riducono. A dosi sufficientemente elevate, tutti i patogeni enterici portati dall'acqua vengono inattivati dalle radiazioni UV. L'ordine generale di resistenza microbica (dal minimo al massimo) e le corrispondenti dosi UV per l'inattivazione estensiva (GG gt;99,9%) sono: batteri vegetativi e protozoi parassiti Cryptosporidium parvum e Giardia lamblia a basse dosi (1-10 mJ/cm2) e virus enterici e spore batteriche ad alte dosi (30-150 mJ/cm2). La maggior parte dei sistemi di disinfezione UV con lampada al mercurio a bassa pressione può raggiungere facilmente dosi di radiazioni UV di 50-150 mJ/cm2 in acqua di alta qualità e quindi disinfettare in modo efficiente essenzialmente tutti gli agenti patogeni presenti nell'acqua. Tuttavia, la materia organica disciolta, come la materia organica naturale, alcuni soluti inorganici, come ferro, solfiti e nitriti, e la materia sospesa (particolato o torbidità) assorbiranno le radiazioni UV o proteggeranno i microbi dalle radiazioni UV, con conseguente riduzione delle dosi UV erogate e ridotta disinfezione microbica. Un'altra preoccupazione per la disinfezione dei microbi con dosi più basse di radiazioni UV è la capacità dei batteri e di altri microbi cellulari di riparare i danni indotti dai raggi UV e ripristinare l'infettività, un fenomeno noto come riattivazione.
I raggi UV inattivano i microbi principalmente alterando chimicamente gli acidi nucleici. Tuttavia, le lesioni chimiche indotte dai raggi UV possono essere riparate da meccanismi enzimatici cellulari, alcuni dei quali sono indipendenti dalla luce (riparazione oscura) e altri richiedono luce visibile (fotoriparazione o fotoriattivazione). Pertanto, ottenere una disinfezione UV ottimale dell'acqua richiede l'erogazione di una dose UV sufficiente per indurre livelli maggiori di danno dell'acido nucleico e quindi superare o sopraffare i meccanismi di riparazione del DNA.
