In fisica la luce o radiazione ultravioletta è un intervallo della radiazione elettromagnetica appartenente allo spettro con lunghezza d’onda immediatamente superiore alla luce visibile dall'occhio umano, e immediatamente inferiore a quella dei raggi X. Il nome significa "oltre il violetto" (dal latino ultra, "oltre"), perché il violetto è l'ultimo colore ad alta frequenza visibile dello spettro percepito dall'uomo, cioè quello con la lunghezza d'onda più corta. La luce ultravioletta viene prodotta da una vasta gamma di sorgenti artificiali e naturali tra cui, in primis, ilsole.
La luce ultravioletta può essere diviso in varie categorie, la categoria corta (UV-C) è considerata "UV germicida" o UVGI (dall’inglese “Ultra Violet Germicidal Irradiation" ), poiché i microorganismi non possono sopravvivere ad un'esposizione prolungata di U-VC. Infatti, a determinate lunghezze d’onda (lunghezza d'onda di 254 nm) l'UV-C attacca i legami molecolari del DNA dei microorganismi, distruggendoli, rendendoli inoffensivi o impedendone la crescita e la riproduzione.Per queste sue proprietà la luce urtraviolettagermicida è utilizzata in una varietà di applicazioni, tra cui la sterilizzazione dell’acqua.
L'efficacia dell'azione germicida UV-C dipende da molti fattori: la quantità di tempo di esposizione, le variazioni di potenza della sorgente UV che influisce sulla lunghezza d'onda elettromagnetica, la presenza di particelle che possono proteggere i microorganismi dall'UV e la capacità dei microorganismi di resistere alla radiazione durante l'esposizione. In molti sistemi l'efficacia è aumentata dalla circolazione ripetuta dell'acqua, per aumentare la probabilità che la radiazione ultravioletta colpisca i microorganismi e per irradiarli più volte. L'efficacia di questo metodo di sterilizzazione dipende anche dalla configurazione dell'ambiente: un ambiente in cui ci sono ostacoli alla luce della lampada UV non è efficace. In questi casi l'efficacia dipende dal punto in cui è posizionata la lampada UV.
Un altro problema che ostacola l'UV-C è la polvere o altre cose che possono ricoprire o sporcare la lampada, riducendone l'effetto. Anche il materiale di cui è fatta la lampada può contribuire all'assorbimento dei raggi germicidi. Un aumento dell'efficacia può essere raggiunto utilizzando la riflessione. L'acciaio e l’alluminio hanno un alto tasso di riflessione rispetto agli altri metalli, e quindi sono molto utili per riflettere gli UV. Anche il raffreddamento della lampada può ridurre l'efficacia della radiazione UV.
Il grado di inattivazione per mezzo della radiazione ultravioletta è direttamente proporzionale alla dose di UV applicata all'acqua. Il dosaggio (prodotto tra l'intensità della luce UV e il tempo di esposizione) è misurato in microwatt per secondo a centimetro quadrato: µW·s/cm2. Dosaggi da 2 a 8 µW·s/cm2 uccidono il 90% dei batteri. Il dosaggio necessario per l'inattivazione di parassiti più grandi, come ad esempio il Cryptosporidium, è minore.
La disinfezione dell'acqua con l'ultravioletto consiste in un processo esclusivamente fisico, non chimico. La radiazione UV-C in particolare, con una lunghezza d'onda nella banda dai 240 ai 280 nanometri, inizia una reazione fotochimica che distrugge l'informazione genetica contenuta nel DNA. I batteri perdono la loro capacità di riprodursi e sono distrutti. Anche i parassiti come il Cryptosporidia e il Giardia, che sono estremamente resistenti ai disinfettanti chimici come il cloro, sono efficacemente ridotti (>99,9%) con una potenza ridotta (<10 mJ/cm2).
Ovviamente, come avviene per gli altri metodi di disinfezione chimica (ad es. cloro, Ozono etc.), non tutti i microorganismi reagiscono allo stesso modo se sottoposti ad irraggiamento; alcuni saranno inattivi con quantità relativamente basse di raggi ultravioletti, altri avranno bisogno di dosi relativamente più alte per ottenere le percentuali di inattivazione volute. A titolo esemplificativo indichiamo i dosaggi di raggi UV-C che sperimentalmente vengono indicati in letteratura per inattivare alcuni dei più comuni microorganismi:
Al fine di non avere dubbi sulla efficacia, gli sterilizzatori UV-C, sono stati progettati e dimensionati per garantire un dosaggio medio di raggi UVC alla lunghezza d’onda di 254 nm pari ad almeno 40.000 µWs/cm2.
L'UV può anche essere utilizzato per rimuovere il cloro e le clorammine dall'acqua; questo processo è chiamato fotolisi, e richiede una dose più alta della normale disinfezione. I microorganismi sterilizzati non vengono rimossi dall'acqua. La disinfezione UV non rimuove i composti organici, inorganici e le particelle presenti nell'acqua. Comunque, il processo di ossidazione UV può essere usato contemporaneamente per distruggere le tracce di contaminanti chimici e fornire una disinfezione di alto livello. La disinfezione UV non lascia tracce, sostanze chimiche o residui nell'acqua trattata. È veloce e pulita, e nessun batterio, virus o muffa è immune ad essa.
Per dimensionare l’apparecchiatura a raggi ultravioletti e predisporre l’eventuale pre-trattamento dell’acqua grezza occorre tenere conto di alcuni importanti fattori che possono influenzare anche del 20%-40% la capacità germicida dell’impianto:
- la trasmittanza, ossia la trasparenza dell’acqua alla radiazione ultravioletta con lunghezza d’onda 254nm. A titolo indicativo si consideri che un’acqua demineralizzata ha una trasmittanza del 99%; acque di acquedotto o di pozzo filtrate hanno trasmittanza di circa il 90-95%; acque di scarico filtrate hanno trasmittanza pari al 60-65%. La trasmittanza dipende essenzialmente da: a) solidi sospesi, torbidità, alghe, e sostanze organiche. Le particelle in sospensione riflettono i raggi UV (agendo da ombrello protettivo per i microorganismi), oppure ne inglobano al loro interno i germi, nascondendoli dalla capacità sterilizzatrice dei raggi. E’ opportuno che le acque in ingresso agli sterilizzatori UV per acque primarie abbiano una torbidità massima di 1 NTU e una quantità massima di 3 mg/l di solidi sospesi. Acque anche apparentemente limpide possono filtrare i raggi UVC a 254 nm. b) salinità dell’acqua o T.D.s.; acque molto cariche di sali (acque salmastre e di mare) hanno in genere la capacità di adsorbire i raggi UVC, riducendone la trasmittanza. c) composizione chimica dell’acqua; acque con elevata durezza (> 35°F), la presenza di ferro, manganese, fosforo, alluminio (se dosato come PAC) e biofilm, possono incrostare in pochi giorni le guaine di quarzo; è necessario prevederne una periodica pulizia al fine di rimuovere le incrostazioni che limitano la propagazione dei raggi.
- L’intensità di irraggiamento, ossia la quantità di energia UV irradiata dalle lampade, calcolata dal progettista dell’impianto UV. Tale energia può però variare a seconda delle condizioni operative di lavoro: a) invecchiamento delle lampade: oltre le 13.000 ore di lavoro (16.000 per le lampade ad amalgama) l’intensità UV si riduce di almeno il 20%. E’ necessario sostituire le lampade anche se continuano ad essere accese. b) temperatura di funzionamento delle lampade: a bassa pressione raggiungono le massime prestazioni in un range di temperatura tra i 20° ed i 50°C. Ne consegue che all’accensione è necessario attendere qualche minuto (warm up) prima di ottenere la massima capacità germicida. Analogamente se le lampade lavorano a temperature maggiori di 50°C avranno una efficienza ridotta.
L’adozione della luce ultravioletta per la disinfezione delle acque reflue è aumentata considerevolmente negli ultimi decenni. Oggi, oltre il 20% degli impianti di trattamento delle acque reflue nei paesi industrializzati utilizza questa innovativa ed ecologica tecnologia. Migliaia di Municipalità sono passate dalla disinfezione a base ozono o sostanze chimiche, come ipoclorito di sodio, acido peracetico, o biossido di cloro, alla disinfezione con raggi UV, grazie ai significativi vantaggi in termini di ecologia, sicurezza, semplicità di conduzione e di riduzione dei costi di investimento e di gestione. La disinfezione UV con lampade a bassa pressione rappresenta attualmente il più raffinato sistema di disinfezione per i reflui civili grazie alla provata efficacia di funzionamento, all’assenza di sottoprodotti nell’effluente finale ed agli inesistenti rischi di sovradosaggio. La legislazione italiana (tabella 3 D. lgs. 152/99) prevede per lo scarico in acque superficiali il controllo di un unico parametro microbiologico l’’Escherichia Coli. Il limite massimo viene fissato in sede di autorizzazione allo scarico dall’autorità competente, questo è stabilito in relazione alla situazione ambientale e igienico sanitaria del corpo idrico recettore e deve comunque essere inferiore a 5000 UFC/100ml. Per il riutilizzo delle acque reflue in ambito irriguo/agricolo, civile ed industriale, il D. Lgs. 185/03 prevede per il parametro Escherichia Coli il valore limite di 10 UFC/100ml (da riferirsi all’80% dei campioni), con un valore massimo di 100 UFC/100 ml. Le Salmonelle devono essere assenti.
Anche in ambito piscina l’azione sterilizzante dei raggi UV-C è riconosciuta come complemento alla disinfezione dell’acqua dalla norma UNI 10637, poiché oltre al suo potente potere germicida in ausilio all’azione del cloro, è in grado di eliminare le clorammine. Tuttavia, trattandosi di uno strumento non chimico non avente potere residuale sull’acqua, per gli impianti pubblici va sempre abbinato, come l’ozono, ad un additivo chimico con potere residuale.
Noi di Pool’S Roma siamo in grado di fornire tutta la tecnologia disponibile in campo UV-C per le diverse applicazioni, formulando la proposta più opportuna dimensionata alla esigenza del cliente: dal piccolo impianto di potabilizzazione domestica, all’acquario, al grande impianto industriale, dalla piscina residenziale all’impianto pubblico. Ovunque sia necessaria un’acqua sterile al 100%.