Ultravioleta Explicado
Fundamentos de la desinfección UV
Se sabe que la luz solar fuerte mata bacterias, virus, mohos y esporas. Hace casi un siglo, los científicos identificaron la parte del espectro responsable de este conocido efecto principalmente en el espectro UV-C.
¿Qué es la luz ultravioleta (UV)?
La luz UV es un componente natural de la radiación solar. Cae en la región entre la luz visible y los rayos X en el espectro electromagnético entre las longitudes de onda 100nm - 400nm. Los UV se pueden clasificar en UV-A, UV-B y UV-C y UV de vacío.
¿Qué es la luz UV-C?
Se reconoce que la luz UVC está entre longitudes de onda de 220nm y 290nm tienen propiedades germicidas significativas. La luz UV-C es casi totalmente filtrada por la atmósfera de la Tierra, por lo que para utilizar sus propiedades germicidas tenemos que generarla artificialmente aquí en la Tierra utilizando lámparas UV producidas comercialmente.
¿Cómo desinfecta una luz UV-C?
Cuando la luz UV se encuentra con un microorganismo penetra en su ADN, destruyendo los enlaces adenina y timina inactivando eficazmente bacterias, virus, esporas y mohos, evitando que se multipliquen y causen infecciones.
PARA MÁS INFORMACIÓN¿Cómo generamos luz UVC?
Hay dos tecnologías principales de lámparas UVC utilizadas en aplicaciones industriales y municipales:
- Las lámparas de amalgama ofrecen una salida monocromática (longitud de onda única) a 254nm con un 30% + de conversión de electricidad a UVC. Estas lámparas son eficientes, pero su densidad de energía es baja, lo que significa que son relativamente de baja y larga potencia (100 a 800 W). Se utilizan cuando la eficiencia es clave, pero los sistemas multilámpara más grandes pueden ser voluminosos y difíciles de mantener.
- Las lámparas de presión media ofrecen una salida policromada en un amplio espectro. Esto puede ser útil para igualar la sensibilidad de un organismo objetivo, pero tienen una menor eficiencia energética (~15%). Por el contrario, son de alta y corta potencia (1kw a 24KW), lo que significa que necesita menos lámparas en un reactor más pequeño.
Estas dos tecnologías de lámparas ofrecen una elección de diseño de reactor que nos permite sopesar los pros y contras de tamaño y eficiencia para una aplicación determinada. Al fabricar ambos tipos de lámparas, estamos en una posición única para evaluar estas características de la competencia y llegar a nuestras soluciones "Application Optimised UV".
Presión Baja
Presión Media
Presión media v Baja presión: Usted decide entre alta eficiencia o un tamaño más compacto dependiendo de su situación
1 salida de la lámpara de presión media = 5 salidas de lámparas de presión baja
PARA MÁS INFORMACIÓNVentajas de usar lámparas de presión baja o de presión media:
| De presión baja | A la presión media | Comentarios de apoyo | |
| Bajo consumo de energía | Las lámparas de presión baja son más eficientes, pero son de menor potencia | ||
| Eficiente a mayores caudales | Las lámparas de presión media funcionan a una densidad de potencia mucho mayor en comparación con las lámparas de presión baja, de modo que una lámpara de presión media puede tratar un flujo mucho mayor que una sola lámpara de baja presión. | ||
| Restricciones de espacio | Las lámparas de presión media para la misma salida UV tienen alrededor de un tercio de la longitud de una lámpara de presión baja y por lo tanto los sistemas son mucho más pequeños | ||
| Vida de la lámpara | Las lámparas de presión baja suelen durar de 9000 a 15000 horas, mientras que las lámparas de presión media de última generación duran unas 9000 horas | ||
| Ahorre en mantenimiento y repuestos | Para las mismas condiciones, los sistemas UV de presión media generalmente tienen un tamaño menor y utilizan menos lámparas que un sistema de presión baja | ||
| Eficacia de la desinfección | La presión media tiene una mayor salida de luz UV y no sólo rompe el enlace de ADN de un microbio, sino que también rompe la pared celular. Algunos microorganismos son mucho más sensibles a estas múltiples longitudes de onda producidas por lámparas de presión media. | ||
| Temperatura baja durante el funcionamiento | Las lámparas de presión baja funcionan a unos 120°C, mientras que la presión media funciona a 600°C a 800°C | ||
| Agua a alta temperatura | Los sistemas UV de presión media apenas se ven afectados por la temperatura del agua, mientras que la presión baja sólo puede funcionar entre 5-40°C | ||
| Estado 'ON' sin flujo de agua | En muchos casos, los sistemas LP pueden funcionar durante más tiempo sin ningún flujo de agua que los sistemas MP. |
Características principales de un sistema de tratamiento UV
Cámara UV: Este es el reactor a través del cual fluye el fluido y entra en contacto con la luz UV. Tiene una entrada y una salida con conexiones para adaptarse a su tubería y está diseñado y probado como un recipiente de presión. Las cámaras pueden ser de flujo axial, flujo cruzado o en forma de U.
Lámpara UV en el interior de la manga de cuarzo: La lámpara UV está sellada dentro de una manga de cuarzo protegiéndola del agua o del fluido mientras permite el paso de las longitudes de onda UVC. Algunos cuarzos pueden ser tratados para impedir el paso de ciertas longitudes de onda. El cuarzo se mantiene en posición mediante bridas de la lámpara o un marco de soporte.
Sensor de intensidad UV: Este instrumento mide la intensidad (W/cm2) de la luz UV que pasa por el agua y llega al sensor. Esta intensidad se utiliza para calcular la dosis UV (mJ/cm2) que se está administrando.
Sensor de temperatura: Un dispositivo cableado desconecta el sistema a altas temperaturas, mientras que un termopar incorporado proporciona una medición de temperatura en el panel de control.
Sistema de Autolimpieza: Al igual que un limpiaparabrisas en un coche limpia el parabrisas, un sistema de autolimpieza se puede utilizar para limpiar el cuarzo sin tener que interrumpir el proceso de tratamiento. Los limpiadores se utilizan en sistemas de pretratamiento de agua y aguas residuales donde se pueden formar sólidos o depósitos a escala. Los limpiadores no son obligatorios post OI o desmineralización. Un limpiador asistido químicamente está disponible en algunos modelos.
Fuente de alimentación y gabinete de control: Proporciona al usuario información sobre el rendimiento del sistema UV y controla la alimentación de las lámparas.
Medidor UVT: Algunos sistemas requieren un sensor para medir los cambios de ingreso en la transmisión UV del agua (TUV). Esto se alimenta en el controlador del sistema y regula la potencia para asegurar que se mantiene la dosis requerida. Nuestros rangos PQ EO, PQ AF y PQ AL tienen correcciones TUV integradas en algoritmos validados y no requieren un instrumento TUV separado.
Caudalímetro: Si su flujo varía y desea optimizar su consumo de energía, también necesitará una señal de flujo en el dispositivo UV para que la potencia se pueda ajustar y que coincida con el caudal.
PARA MÁS INFORMACIÓN¿Cómo es un dimensionado y elegido un sistema UV?
Hay tres parámetros clave a considerar al seleccionar y dimensionar un sistema de desinfección UV:
- Calidad del agua
- Rango del flujo de agua
- Patógeno(s) que debe(n) inactivarse
Para completamente entender los principios de selección del sistema UV, cada uno de estos parámetros necesita ser examinado con más detalle.
Transmisión UV (TUV)
La naturaleza y calidad del agua a desinfectar es crítica y de todos los parámetros de calidad del agua, la transmitancia UV (TUV) es la más importante. TUV determina con qué facilidad la luz UV-C penetra en el agua para llegar al organismo.
La UVT (Transmitancia de la luz UV) se mide tomando una muestra de agua en una cubeta de cuarzo y pasando luz UV a 254nm a través de la muestra. El porcentaje de luz UV que penetra en esta muestra se conoce como 'UVT' de la muestra. Por lo general, la cubeta utilizada tiene una longitud de recorrido de 10 mm, en cuyo caso la lectura de UVT se conoce como el valor ‘T10'. Otros parámetros tales como la demanda biológica de oxígeno (DBO), la demanda química de oxígeno (DQO), la turbidez y los sólidos disueltos totales (SDT) pueden ser una indicación de la calidad del agua y de la gama de UVT que cabe esperar, pero sólo se puede confiar en una medición directa, ya que no hay correlación entre estos parámetros y UVT.
Si la calidad del agua varía con el tiempo, una sola muestra puntual puede no ser fiable, por lo que deben tomarse muestras durante un período representativo. A continuación, asegúrese de que el sistema UV que seleccione tiene la capacidad de entregar la dosis requerida en esas condiciones.
Los sólidos suspendidos totales (SST) y los sólidos disueltos totales (SDT) o la salinidad también son importantes. SST son particularmente importantes porque el exceso de SST puede resultar en un fenómeno conocido como blindaje, por el cual los patógenos están protegidos de la luz UV-C por partículas suspendidas en el agua. SDT/salinidad es importante porque, en niveles muy altos, se debe prestar atención a los materiales de construcción del sistema UV para evitar la corrosión.
Caudal y tiempo de residencia
La inactivación UV es un proceso muy rápido que requiere sólo segundos, lo que significa que el tratamiento UV puede ofrecer un tratamiento muy compacto y rápido en comparación con las tecnologías de desinfección alternativas.
Pero si la dosis se define como Intensidad por tiempo de residencia, entonces para cualquier volumen de reactor dado, cuanto más lento sea el caudal del agua a través de él, más tiempo de exposición a la luz UV y viceversa. Así que el caudal máximo y mínimo del agua son parámetros clave de rendimiento. Esta es la razón por la que muchos sistemas UV ahora tienen la capacidad de ajustar la potencia de salida de las lámparas en relación con los cambios en el caudal de agua. Al hacerlo, la energía se puede conservar cuando los caudales de agua son inferiores a los caudales máximos.
Al determinar los caudales máximo y mínimo, es importante establecer los caudales instantáneos, ya que esto determina los tiempos de exposición instantánea mínima y máxima a los rayos UV. Los caudales diarios y horarios suelen ser engañosos a este respecto, ya que pueden enmascarar importantes picos y depresiones en el caudal instantáneo, lo que resulta en cálculos erráticos de la verdadera exposición a la luz UV. En condiciones de flujo turbulento el tiempo de residencia de los organismos variará y por lo tanto la dosis recibida por cada organismo será diferente. Cualquier reactor tendrá una distribución de dosis gaussiana característica, así que tenga cuidado de usar cálculos de dosis promedio en procesos críticos de desinfección, ya que estos son simplificaciones burdas y pueden dar una falsa sensación de seguridad.
PARA MÁS INFORMACIÓNAgentes patógenos que deben inactivarse
Diferentes patógenos tienen diferente resistencia a la luz UV. Algunos son más susceptibles que otros y por lo tanto requieren diferentes cantidades de exposición a UV-C para la inactivación. Incluso puede haber una respuesta espectral diferente por ejemplo la dosis requerida puede depender de la longitud de onda de la luz UVC aplicada. Con el fin de dimensionar correctamente y seleccionar un sistema UV, se debe establecer qué patógeno(s) se van a inactivar y cuál es su característica de respuesta UV.
¿Qué significa realmente la inactivación? ¿Significa que cada patógeno que pase por el sistema UV será inactivado? En realidad, esto es imposible, la esterilidad no es económicamente alcanzable. De hecho, esto es cierto independientemente de qué método de desinfección se utiliza, ya sea UV, cloro o cualquier otra cosa. Lo que es posible es reducir el recuento de patógenos en una cantidad predecible. Esta cantidad predecible se conoce como una reducción logarítmica (como en la reducción logarítmica). Una reducción de 1 log reducirá el patógeno de interés en un 90% del nivel de influencia. Una reducción de 2 log verá una reducción del 99%, 3 log por 99,9%, y así sucesivamente. Los científicos han calculado la cantidad de exposición a la luz UV necesaria para inactivar toda una gama de patógenos diferentes mediante diversas reducciones de log. Los ejemplos aparecen en la siguiente tabla.
Dosis UV
Una aplicación UV requiere una intensidad especificada de UV para alcanzar el nivel de tratamiento requerido. La dosis UV es la cantidad de energía UV por unidad de área que cae sobre una superficie. Se calcula de la siguiente manera:
Dosis = intensidad x tiempo (mJ/cm²) *
* La intensidad está determinada por la potencia de la lámpara y el tiempo de exposición a la luz UV. Recomendaremos la dosis UV adecuada para cada aplicación, teniendo en cuenta el envejecimiento de la lámpara y la transmitancia del fluido, el organismo diana y la reducción requerida. En las condiciones de flujo turbulento del reactor UV, no todas las partículas de agua u organismo tienen el mismo tiempo de residencia, lo que significa que la evaluación del rendimiento es un cálculo estadístico utilizando Computer Fluid Dynamics (CFD), modelización o medición empírica directa mediante bio-análisis.
Requisitos de dosis UV - milijuoles por centímetro cuadrado (mJ/cm2)1
| PATÓGENOS DIANA | INACTIVACIÓN LOGARÍTMICA | |||||||
| 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | |
| CRYPTOSPORIDIUM | 1.6 | 2.5 | 3.9 | 5.8 | 8.5 | 12 | 15 | 22 |
| GIARDIA | 1.5 | 2.1 | 3.0 | 5.2 | 7.7 | 11 | 15 | 22 |
| VIRUS | 39 | 58 | 79 | 100 | 121 | 143 | 163 | 186 |
1 40 CFR 141.720 (d)(1)
La cantidad de luz UV-C suministrada para inactivar un patógeno se ha denominado exposición a la luz UV. De hecho, el término correcto para esta exposición es 'dosis UV' o 'fluencia UV'. La relación entre la fluencia UV y la reducción de log, como se ilustra en la tabla anterior, se describe como la curva de respuesta de dosis de un patógeno. Como “dosis UV” es el término más común para la exposición a luz UV, “dosis” es como la llamaremos de aquí en adelante.
Es importante notar en la tabla anterior que la dosis de UV requerida para inactivar un patógeno dado a una reducción de log dada es raramente lineal. Un error común es tomar la intensidad UV necesaria para lograr una inactivación de 1 log y simplemente multiplicarla para calcular una reducción de log más alta. Aunque un patógeno muy común, E. coli, tiene una curva de respuesta de dosis que es casi lineal, la mayoría no lo son.
PARA MÁS INFORMACIÓNBarrera patógena o mantenimiento de higiene - ¿cuál es su necesidad?
Para aplicaciones reguladas como el agua potable la respuesta es fácil, tiene un patógeno objetivo definido y tiene que lograr una reducción de log dada, y a menudo se establece un protocolo de validación. (Ver Validaciones)
En aplicaciones industriales sus opciones son más amplias. ¿Le gustaría obtener…?
- Barrera patógena en la entrada
- Barrera patógena como tratamiento final para actuar como barrera final
- Para reducir la carga biológica en su equipo de tratamiento
- Para mantener la higiene en agua de alta calidad que ya ha generado
Estas consideraciones le ayudarán a seleccionar un nivel de dosis, si su equipo UV necesita ser validado o no, o si se requiere un diseño higiénico.
Comparta sus necesidades de tratamiento con nosotros y le recomendaremos una filosofía de diseño. Como primer enfoque le sugerimos que considere una barrera para patógenos al comienzo de su proceso para asegurarse de que esto no poblara su siguiente equipo una vez instalado y tenga una filosofía de mantenimiento de la higiene para controlar la contaminación secundaria después del tratamiento, así como en la distribución y almacenamiento. Si su proceso es crítico, recomendamos un equipo validad por terceros autorizados que garantice su eficacia. Vea nuestros sistemas PQ.
Nuestros diseños higiénicos ayudarán a mantener un bajo número de bacterias cuando forman parte de un sistema higiénico p.ej. un sistema que circula continuamente a velocidades > 1m / seg, se mantienen por debajo de 20C, no tienen zonas muertas, y están libres de grietas y altamente pulidas. El lavado por recirculación de rutina será requerido para asegurar que las biopelículas no se acumulen, así como también un buen UV extenderá el período entre limpiezas reduciendo el tiempo de inactividad y los costos de funcionamiento.
PARA MÁS INFORMACIÓNValidaciones y Bioevaluaciones
Las bioevaluaciones son cada vez más populares en la industria UV. Proporcionan una evaluación independiente hecha por terceros autorizados acerca del rendimiento de un sistema UV frente a un protocolo definido. Esto proporciona la tranquilidad de que un producto hará lo que se supone que debe y proporciona un campo de juego nivelado para los compradores y vendedores para evaluar los méritos de productos competidores. El sistema de control de nuestros productos PQ mediante Bioanálisis, le dirá directamente si está alcanzando la dosis de diseño haciendo referencia a un algoritmo de terceros autorizados incorporado en el controlador.
Las validaciones utilizadas en entornos regulados, como el agua potable, se diseñan teniendo en cuenta la seguridad y a menudo prescriben métodos para hacer frente a la incertidumbre del mundo real, por ejemplo, la exactitud de las lecturas de los instrumentos o las variaciones estadísticas en el muestreo o la sensibilidad a los microorganismos. Por tanto, se añaden factores de validación sobre los resultados de las bioevaluaciones para responder a la incertidumbre.
Por lo tanto, las unidades validadas suelen ser más caras que las no validadas. No sólo por el coste significativo de la validación, sino también por la potencia añadida necesaria para asegurarse de que se cubren las incertidumbres.
Protocolos de validación:
Esta validación se basa en el Manual de Guía de Diseño UV de la EPA de Estados Unidos. Está destinado a aplicaciones de agua potable, pero a menudo se aplica en otros lugares, ya que es una de las validaciones más completas disponibles. Proporciona la calificación de rendimiento contra una gama de microorganismos incluyendo organismos resistentes al cloro como Cryptosporidium y Giardia. También se ocupa de la reducción de virus. Este protocolo de validación proporciona una metodología para controlar una dosis de UV dada, para así atender a determinados organismos diana.
La validación de DVGW es una "certificación" más rígida que prescribe las condiciones bajo las cuales la UV proporcionará una dosis de 40 MJ Bactillus Subtiluss. Los sistemas activarán una alarma cuando el punto de ajuste de intensidad vaya por debajo de esos 40 MJ. Es un enfoque robusto y sencillo, pero proporciona menos flexibilidad para optimizar el diseño de diferentes organismos diana.
NWRI, es una validación de aguas residuales y reutilización donde UV se prueba en efluentes siguiendo diferentes niveles de pretratamiento como filtros de arena y membranas. Está diseñado para proteger las cuencas de captación de agua potable, los acuíferos y los proyectos de riego sensibles, como los campos de golf.
El Instituto Veterinario Noruego regula los sistemas UV utilizados en la piscicultura en Noruega y otros países aliados. Se evalúa el rendimiento de la radiación ultravioleta contra los organismos patógenos en peces, basándonos en bioanálisis y se emite la certificación después de extensas trazas de sitios del mundo real.
NSF 61 certifica que los materiales del sistema UV son adecuados para el contacto con el agua.
NSF 50 certifica que un sistema UV es adecuado para nosotros en instalaciones de agua recreativas como piscinas y chapoteaderos. También certificará que el producto cumple los requisitos del MAHC (Modelo Acuático del Cuidado de la Salud).
