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Un tubo de descarga de vapor de mercurio de baja presión inunda el interior de una cabina de bioseguridad con luz ultravioleta de onda corta cuando no está en uso, esterilizando los contaminantes microbiológicos de las superficies irradiadas.

La irradiación germicida ultravioleta ( UVGI ) es un método de desinfección que utiliza luz ultravioleta de longitud de onda corta ( ultravioleta C o UV-C) para matar o inactivar microorganismos al destruir ácidos nucleicos y alterar su ADN , dejándolos incapaces de realizar funciones celulares vitales . [1] La UVGI se utiliza en una variedad de aplicaciones, como la purificación de alimentos, aire y agua .

La luz UV-C es débil en la superficie de la Tierra ya que la capa de ozono de la atmósfera la bloquea. [2] Los dispositivos UVGI pueden producir luz UV-C lo suficientemente fuerte en los sistemas de aire o agua en circulación para convertirlos en ambientes inhóspitos para microorganismos como bacterias , virus , mohos y otros patógenos . La UVGI se puede combinar con un sistema de filtración para desinfectar el aire y el agua.

La aplicación de UVGI a la desinfección ha sido una práctica aceptada desde mediados del siglo XX. Se ha utilizado principalmente en instalaciones sanitarias y de trabajo estériles. Cada vez más, se ha utilizado para esterilizar aguas potables y residuales, ya que las instalaciones de almacenamiento están cerradas y pueden circular para garantizar una mayor exposición a los rayos UV. UVGI ha encontrado una renovada aplicación en los purificadores de aire .

Historia [ editar ]

En 1878, Arthur Downes y Thomas P. Blunt publicaron un artículo que describía la esterilización de bacterias expuestas a luz de onda corta. [3] La luz ultravioleta ha sido un mutágeno conocido a nivel celular durante más de 100 años. El Premio Nobel de Medicina de 1903 fue otorgado a Niels Finsen por su uso de los rayos ultravioleta contra el lupus vulgaris , tuberculosis de la piel. [4]

El uso de luz ultravioleta para la desinfección del agua potable se remonta a 1910 en Marsella, Francia . [5] La planta prototipo se cerró después de un corto período de tiempo debido a su baja confiabilidad. En 1955, se aplicaron sistemas de tratamiento de agua UV en Austria y Suiza; en 1985 se empleaban unas 1.500 plantas en Europa. En 1998 se descubrió que los protozoos como Cryptosporidium y giardia eran más vulnerables a la luz ultravioleta de lo que se pensaba anteriormente; esto abrió el camino para el uso a gran escala del tratamiento de agua UV en América del Norte. En 2001, más de 6.000 plantas de tratamiento de agua ultravioleta estaban funcionando en Europa. [6]

Con el tiempo, los costos de los rayos ultravioleta han disminuido a medida que los investigadores desarrollan y utilizan nuevos métodos ultravioleta para desinfectar el agua y las aguas residuales. Actualmente [ ¿cuándo? ] , varios países [ ¿cuáles? ] han desarrollado regulaciones que permiten que los sistemas desinfecten sus suministros de agua potable con luz ultravioleta. [ cita requerida ] La EPA de EE. UU. ha publicado un documento que brinda orientación para la implementación de la desinfección ultravioleta para el agua potable, el Manual de orientación sobre desinfección ultravioleta para la regla final de tratamiento de agua superficial mejorada a largo plazo 2 .

Método de funcionamiento [ editar ]

Lámpara de vapor de mercurio de baja y media presión en comparación con la curva de efectividad germicida de E. coli . [7] ( figura 2.1 )

La luz ultravioleta es una radiación electromagnética con longitudes de onda más cortas que la luz visible pero más largo que los rayos X . El UV se clasifica en varios rangos de longitud de onda, y el UV de onda corta (UV-C) se considera "UV germicida". Las longitudes de onda entre aproximadamente 200 nm y 300 nm son fuertemente absorbidas por los ácidos nucleicos. La energía absorbida puede provocar defectos, incluidos los dímeros de pirimidina . Estos dímeros pueden prevenir la replicación o pueden prevenir la expresión de proteínas necesarias, resultando en la muerte o inactivación del organismo.

  • Las lámparas a base de mercurio que funcionan a baja presión de vapor emiten luz ultravioleta en la línea de 253,7 nm. [8]
  • Las lámparas de diodo emisor de luz ultravioleta ( LED UV-C) emiten luz ultravioleta en longitudes de onda seleccionables entre 255 y 280 nm. [9]
  • Las lámparas de xenón pulsado emiten luz ultravioleta en todo el espectro ultravioleta con un pico de emisión cercano a los 230 nm. [7]
LED UVC que emite 265 nm en comparación con la curva de efectividad germicida de E. coli . [7] ( figura 5.5 )

Este proceso es similar, pero más fuerte, al efecto de las longitudes de onda más largas ( UV-B ) que producen quemaduras solares en los seres humanos. Los microorganismos tienen menos protección contra los rayos UV y no pueden sobrevivir a una exposición prolongada a ellos.

Un sistema UVGI está diseñado para exponer entornos como tanques de agua , habitaciones selladas y sistemas de aire forzado a los rayos UV germicidas. La exposición proviene de lámparas germicidas que emiten rayos UV germicidas en la longitud de onda correcta, irradiando así el medio ambiente. El flujo forzado de aire o agua a través de este entorno asegura la exposición.

Efectividad [ editar ]

La eficacia de los rayos UV germicidas depende del tiempo que un microorganismo está expuesto a los rayos ultravioleta, la intensidad y longitud de onda de la radiación ultravioleta, la presencia de partículas que pueden proteger a los microorganismos de los rayos ultravioleta y la capacidad de un microorganismo para resistir los rayos ultravioleta durante su exposición.

En muchos sistemas, la redundancia en la exposición de microorganismos a los rayos UV se logra haciendo circular el aire o el agua repetidamente. Esto asegura múltiples pasadas para que el UV sea efectivo contra el mayor número de microorganismos e irradiará microorganismos resistentes más de una vez para descomponerlos.

La "esterilización" a menudo se cita erróneamente como factible. Si bien es teóricamente posible en un ambiente controlado, es muy difícil de probar y el término "desinfección" es generalmente utilizado por las empresas que ofrecen este servicio para evitar reprimendas legales. Las empresas especializadas suelen anunciar una cierta reducción logarítmica , por ejemplo, una reducción de 6 logaritmos o una eficacia del 99,9999%, en lugar de la esterilización. Esto toma en consideración un fenómeno conocido como reparación de luz y oscuridad ( fotorreactivación y reparación de escisión de base , respectivamente), en el que una célula puede reparar el ADN que ha sido dañado por la luz ultravioleta.

La eficacia de esta forma de desinfección depende de la exposición directa de los microorganismos a la luz ultravioleta. Los entornos donde el diseño crea obstáculos que bloquean la luz ultravioleta no son tan efectivos. En tal entorno, la eficacia depende de la ubicación del sistema UVGI de modo que la línea de visión sea óptima para la desinfección.

El polvo y las películas que recubren la bombilla reducen la salida de rayos UV. Por lo tanto, las bombillas requieren una limpieza y sustitución periódicas para garantizar su eficacia. La vida útil de las bombillas UV germicidas varía según el diseño. Además, el material del que está hecho el bulbo puede absorber algunos de los rayos germicidas.

El enfriamiento de la lámpara con flujo de aire también puede reducir la salida de rayos UV. Se pueden lograr aumentos en la efectividad y la intensidad de los rayos UV mediante el uso de la reflexión. El aluminio tiene la tasa de reflectividad más alta en comparación con otros metales y se recomienda cuando se usa UV. [10]

Un método para medir la eficacia de los rayos ultravioleta en aplicaciones de desinfección de agua es calcular la dosis de rayos ultravioleta. La EPA de EE. UU. Publica pautas de dosificación de rayos UV para aplicaciones de tratamiento de agua. [11] La dosis de UV no se puede medir directamente, pero se puede inferir en función de las entradas conocidas o estimadas del proceso:

  • Tasa de flujo (tiempo de contacto)
  • Transmitancia (luz que llega al objetivo)
  • Turbidez (nubosidad)
  • Antigüedad de la lámpara, suciedad o cortes (reducción de la intensidad de los rayos ultravioleta)

En aplicaciones de desinfección de aire y superficies, la eficacia de los rayos UV se estima calculando la dosis de rayos UV que se administrará a la población microbiana. La dosis de UV se calcula de la siguiente manera:

Dosis de UV (μW · s / cm 2 ) = intensidad de UV (μW / cm 2 ) × tiempo de exposición (segundos) [12]

La intensidad UV se especifica para cada lámpara a una distancia de 1 metro. La intensidad de los rayos ultravioleta es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, por lo que disminuye a distancias más largas. Alternativamente, aumenta rápidamente a distancias inferiores a 1  m. En la fórmula anterior, la intensidad de los rayos ultravioleta siempre debe ajustarse para la distancia, a menos que la dosis de rayos ultravioleta se calcule exactamente a 1 m (3,3 pies) de la lámpara. Además, para garantizar la eficacia, la dosis de UV debe calcularse al final de la vida útil de la lámpara (el EOL se especifica en el número de horas en las que se espera que la lámpara alcance el 80% de su salida de UV inicial) y a la distancia más lejana de la lámpara encendida. la periferia del área objetivo. Algunos irrompibleslas lámparas están recubiertas con un polímero de etileno fluorado para contener fragmentos de vidrio y mercurio en caso de rotura; este recubrimiento reduce la emisión de rayos ultravioleta hasta en un 20%.

Para predecir con precisión qué dosis de UV se administrará al objetivo, la intensidad de UV, ajustada para la distancia, el recubrimiento y el final de la vida útil de la lámpara, se multiplicará por el tiempo de exposición. En aplicaciones estáticas, el tiempo de exposición puede ser tan largo como sea necesario para alcanzar una dosis UV eficaz. En caso de que el aire se mueva rápidamente, en los conductos de aire de CA, por ejemplo, el tiempo de exposición es corto, por lo que la intensidad de los rayos UV debe aumentarse mediante la introducción de múltiples lámparas UV o incluso bancos de lámparas. Además, la instalación UV debe ubicarse en una sección de conducto largo y recto con las lámparas perpendiculares al flujo de aire para maximizar el tiempo de exposición.

Estos cálculos predicen realmente la fluencia de UV y se supone que la fluencia de UV será igual a la dosis de UV. La dosis UV es la cantidad de energía UV germicida absorbida por una población microbiana durante un período de tiempo. Si los microorganismos son planctónicos (flotan libremente), la fluencia de UV será igual a la dosis de UV. Sin embargo, si los microorganismos están protegidos por partículas mecánicas, tales como polvo y suciedad, o han formado biopelículas , se necesitará una fluencia de UV mucho mayor para que se introduzca una dosis de UV eficaz en la población microbiana.

Inactivación de microorganismos [ editar ]

El grado de inactivación por radiación ultravioleta está directamente relacionado con la dosis de UV aplicada al agua. La dosis, producto de la intensidad de la luz ultravioleta y el tiempo de exposición, generalmente se mide en microjulios por centímetro cuadrado, o de manera equivalente, en microvatios segundos por centímetro cuadrado (μW · s / cm 2 ). Las dosis para matar al 90% la mayoría de las bacterias y virus oscilan entre 2.000 y 8.000 μW · s / cm 2 . Los parásitos más grandes, como el criptosporidio, requieren una dosis más baja para la inactivación. Como resultado, la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. Ha aceptado la desinfección UV como un método para que las plantas de agua potable obtengan criptosporidios, giardia o créditos de inactivación de virus. Por ejemplo, para una reducción del 90% de Cryptosporidium, una dosis mínima de 2500 μW · s / cm 2se requiere según el Manual de orientación UV de la EPA de EE. UU. publicado en 2006. [13] : 1–7

Fortalezas y debilidades [ editar ]

Ventajas [ editar ]

Más información: Desinfectante

Los dispositivos de tratamiento de agua UV se pueden utilizar para la desinfección de agua de pozo y de agua superficial. El tratamiento UV se compara favorablemente con otros sistemas de desinfección de agua en términos de costo, mano de obra y la necesidad de personal técnicamente capacitado para su funcionamiento. La cloración del agua trata los organismos más grandes y ofrece una desinfección residual, pero estos sistemas son costosos porque necesitan capacitación especial del operador y un suministro constante de un material potencialmente peligroso. Finalmente, la ebullición del agua es el método de tratamiento más confiable, pero exige mano de obra e impone un alto costo económico. El tratamiento con rayos UV es rápido y, en términos de uso de energía primaria, aproximadamente 20.000 veces más eficiente que la ebullición. [ cita requerida ]

Desventajas [ editar ]

La desinfección UV es más eficaz para tratar agua destilada por ósmosis inversa purificada de alta claridad . Las partículas en suspensión son un problema porque los microorganismos enterrados dentro de las partículas están protegidos de la luz ultravioleta y pasan a través de la unidad sin verse afectados. Sin embargo, los sistemas UV se pueden acoplar a un prefiltro para eliminar los organismos más grandes que de otro modo pasarían a través del sistema UV sin verse afectados. El prefiltro también aclara el agua para mejorar la transmitancia de la luz y, por lo tanto, la dosis de UV en toda la columna de agua. Otro factor clave del tratamiento de agua con rayos UV es la tasa de flujo: si el flujo es demasiado alto, el agua pasará sin una exposición suficiente a los rayos UV. Si el flujo es demasiado bajo, se puede acumular calor y dañar la lámpara UV. [14]

Una desventaja de UVGI es que mientras que el agua tratada por cloración es resistente a la reinfección (hasta que el cloro se desprende de los gases), el agua UVGI no es resistente a la reinfección. El agua UVGI debe transportarse o entregarse de tal manera que se evite la reinfección.

Seguridad [ editar ]

Para los humanos [ editar ]

La advertencia por radiación óptica se aplica a dispositivos que emiten luz UV-C.

La luz UV-C es peligrosa para la mayoría de los seres vivos. La exposición de la piel a longitudes de onda germicidas de luz ultravioleta puede producir quemaduras solares rápidas y cáncer de piel . La exposición de los ojos a esta radiación ultravioleta puede producir una inflamación extremadamente dolorosa de la córnea y un deterioro de la visión temporal o permanente , que puede llegar a incluir ceguera en algunos casos. [15] Las precauciones habituales son: [16]

  1. Las etiquetas de advertencia advierten a los humanos. En entornos domésticos con niños y mascotas, la puerta también es necesaria.
  2. Sistemas de enclavamiento. Los sistemas blindados donde la luz está bloqueada en el interior, como un tanque de agua cerrado o un sistema de circulación de aire cerrado, a menudo tienen enclavamientos que apagan automáticamente las lámparas UV si el sistema se abre para el acceso de humanos. Hay disponibles ventanas transparentes que bloquean los rayos UVC.
  3. Equipo de protección . La mayoría de los anteojos protectores (en particular, todos los anteojos que cumplen con ANSI Z87.1) bloquean los rayos UVC. La ropa, los plásticos y la mayoría de los tipos de vidrio (pero no la sílice fundida) son eficaces para bloquear los rayos UVC. [17]

Otro peligro potencial es la producción de ozono por rayos ultravioleta , que puede ser dañino si se inhala. La Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. Designó 0.05 partes por millón (ppm) de ozono como un nivel seguro. Las lámparas diseñadas para liberar UVC y frecuencias más altas están dopadas para que no se libere ninguna luz UV por debajo de 254 nm de longitud de onda, para minimizar la producción de ozono. Una lámpara de espectro completo liberará todas las longitudes de onda UV y producirá ozono cuando el UV-C golpee las moléculas de oxígeno (O 2 ). [ cita requerida ]

El Comité de Agentes Físicos de la Conferencia Estadounidense de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) ha establecido un valor límite umbral (TLV) para la exposición a los rayos UV-C para evitar tales lesiones cutáneas y oculares entre las personas más susceptibles. Para UV de 254 nm, este TLV es 6 mJ / cm 2durante un período de ocho horas. La función TLV difiere en longitudes de onda debido a la energía variable y al potencial de daño celular. Este TLV cuenta con el respaldo de la Comisión Internacional de Protección contra Radiaciones No Ionizantes y se utiliza para establecer estándares de seguridad de lámparas por parte de la Illuminating Engineering Society of North America. Cuando se planificó el Estudio de Refugio de Tuberculosis Ultravioleta, este TLV se interpretó como si la exposición ocular en las habitaciones fuera continua durante ocho horas y con la irradiancia al nivel de los ojos más alta encontrada en la habitación. En esas condiciones altamente improbables, se alcanza una dosis de 6.0 mJ / cm 2 bajo el TLV ACGIH después de solo ocho horas de exposición continua a una irradiancia de 0.2 μW / cm 2 . Por tanto, 0,2 μW / cm 2fue ampliamente interpretado como el límite superior permisible de irradiancia a la altura de los ojos. [18]

Según la FDA, una lámpara de excímero germicida que emite luz de 222 nm en lugar de la luz común de 254 nm es más segura para la piel de las mamas. [19]

A los elementos [ editar ]

La radiación UVC puede romper los enlaces químicos. Esto conduce a un rápido envejecimiento de los plásticos, el aislamiento, las juntas y otros materiales. Tenga en cuenta que los plásticos que se venden como "resistentes a los rayos UV" se prueban solo para los rayos UVB de menor energía, ya que los rayos UVC normalmente no llegan a la superficie de la Tierra. [20] Cuando se usa UV cerca de plástico, caucho o aislamiento, estos materiales pueden protegerse con cinta de metal o papel de aluminio.

Usos [ editar ]

Desinfección del aire [ editar ]

La UVGI se puede utilizar para desinfectar el aire con una exposición prolongada. En las décadas de 1930 y 1940, un experimento en las escuelas públicas de Filadelfia demostró que las lámparas ultravioleta de la habitación superior podían reducir significativamente la transmisión del sarampión entre los estudiantes. [21] En 2020, la UVGI se está investigando nuevamente como una posible contramedida contra la pandemia de COVID-19 . [22]

La desinfección es una función de la intensidad y el tiempo de los rayos UV. Por esta razón, en teoría, no es tan eficaz en el aire en movimiento, o cuando la lámpara es perpendicular al flujo, ya que los tiempos de exposición se reducen drásticamente. Sin embargo, numerosas publicaciones profesionales y científicas han indicado que la efectividad general de UVGI en realidad aumenta cuando se usa junto con ventiladores y ventilación HVAC, que facilitan la circulación de toda la habitación que expone más aire a la fuente de UV. [23] [24]Los sistemas UVGI de purificación de aire pueden ser unidades independientes con lámparas UV protegidas que usan un ventilador para forzar el aire a pasar la luz UV. Otros sistemas se instalan en sistemas de aire forzado para que la circulación del local mueva los microorganismos más allá de las lámparas. La clave de esta forma de esterilización es la colocación de las lámparas UV y un buen sistema de filtración para eliminar los microorganismos muertos. [25] Por ejemplo, los sistemas de aire forzado por diseño impiden la línea de visión, creando así áreas del entorno que estarán a la sombra de la luz ultravioleta. Sin embargo, una lámpara UV colocada en las bobinas y bandejas de drenaje de los sistemas de enfriamiento evitará que se formen microorganismos en estos lugares naturalmente húmedos.

Desinfección del agua [ editar ]

Una lámpara portátil de descarga de vapor de mercurio de baja presión que funciona con baterías para esterilizar el agua.

La desinfección ultravioleta del agua es un proceso puramente físico y libre de químicos. Incluso los parásitos como Cryptosporidium o Giardia , que son extremadamente resistentes a los desinfectantes químicos, se reducen de manera eficiente. Los rayos UV también se pueden utilizar para eliminar el cloro y las especies de cloramina del agua; este proceso se llama fotólisis y requiere una dosis más alta que la desinfección normal. Los microorganismos muertos no se eliminan del agua. La desinfección UV no elimina los compuestos orgánicos disueltos, los compuestos inorgánicos o las partículas en el agua. [26] La planta de desinfección de agua más grande del mundo trata el agua potable de la ciudad de Nueva York. La instalación de desinfección ultravioleta de agua de Catskill-Delaware, que se puso en marcha el 8 de octubre de 2013, incorpora un total de 56 reactores UV energéticamente eficientes que tratan hasta 2.200 millones de galones estadounidenses (8.300.000 m 3 ) al día. [27]

El ultravioleta también se puede combinar con ozono o peróxido de hidrógeno para producir radicales hidroxilo para descomponer los contaminantes traza a través de un proceso de oxidación avanzado .

Se pensaba que la desinfección UV era más efectiva para bacterias y virus, que tienen material genético más expuesto, que para patógenos más grandes que tienen recubrimientos externos o que forman estados quísticos (por ejemplo, Giardia ) que protegen su ADN de la luz UV. Sin embargo, se descubrió recientemente que la radiación ultravioleta puede ser algo eficaz para tratar el microorganismo Cryptosporidium . Los hallazgos dieron como resultado el uso de radiación ultravioleta como un método viable para tratar el agua potable. A su vez, se ha demostrado que Giardia es muy susceptible a los rayos UV-C cuando las pruebas se basaron en la infectividad más que en la excitación. [28] Se ha encontrado que los protistas pueden sobrevivir a altas dosis de UV-C pero se esterilizan a dosis bajas.

Países en desarrollo [ editar ]

Un proyecto de 2006 en la Universidad de California, Berkeley produjo un diseño para la desinfección de agua de bajo costo en entornos con recursos limitados. [29] El proyecto se diseñó para producir un diseño de código abierto que pudiera adaptarse a las condiciones locales. En una propuesta algo similar en 2014, los estudiantes australianos diseñaron un sistema que usaba un paquete de papel de aluminio de papas fritas (crujiente) para reflejar la radiación UV solar en un tubo de vidrio que desinfecta el agua sin energía. [30]

Tratamiento de aguas residuales [ editar ]

Los rayos ultravioleta en el tratamiento de aguas residuales reemplazan comúnmente a la cloración. Esto se debe en gran parte a la preocupación de que la reacción del cloro con compuestos orgánicos en la corriente de agua residual pueda sintetizar orgánicos clorados potencialmente tóxicos y duraderos y también a los riesgos ambientales de almacenar cloro gaseoso o químicos que contienen cloro. Las corrientes de desechos individuales que se van a tratar con UVGI deben probarse para garantizar que el método sea eficaz debido a posibles interferencias, como sólidos en suspensión , tintes u otras sustancias que pueden bloquear o absorber la radiación UV. Según la Organización Mundial de la Salud, "Se estima que las unidades UV para tratar lotes pequeños (de 1 a varios litros) o caudales bajos (de 1 a varios litros por minuto) de agua a nivel comunitario tienen un costo de 20 dólares por megalitro, incluido el costo de la electricidad y los consumibles y el costo de capital anualizado de la unidad ". [31]

El tratamiento de aguas residuales urbanas UV a gran escala se realiza en ciudades como Edmonton, Alberta . El uso de luz ultravioleta se ha convertido en una práctica estándar en la mayoría de los procesos de tratamiento de aguas residuales municipales. Los efluentes están comenzando a ser reconocidos como un recurso valioso, no como un problema que deba desecharse. Muchas instalaciones de aguas residuales están pasando a llamarse instalaciones de recuperación de agua, ya sea que las aguas residuales se descarguen en un río, se utilicen para regar cultivos o se inyecten en un acuífero para su posterior recuperación. Ahora se utiliza luz ultravioleta para garantizar que el agua esté libre de organismos nocivos.

Acuario y estanque [ editar ]

Los esterilizadores ultravioleta se utilizan a menudo para ayudar a controlar los microorganismos no deseados en acuarios y estanques. La irradiación ultravioleta asegura que los patógenos no se puedan reproducir, disminuyendo así la probabilidad de un brote de enfermedad en un acuario.

Los esterilizadores para acuarios y estanques suelen ser pequeños, con accesorios para tubos que permiten que el agua fluya a través del esterilizador desde un filtro externo o una bomba de agua independientes. Dentro del esterilizador, el agua fluye lo más cerca posible de la fuente de luz ultravioleta. La prefiltración del agua es fundamental ya que la turbidez del agua reduce la penetración de UV-C. Muchos de los mejores esterilizadores UV tienen tiempos de permanencia prolongados y limitan el espacio entre la fuente de UV-C y la pared interior del dispositivo esterilizador UV. [32] [se necesita una fuente de terceros ]

Higiene de laboratorio [ editar ]

La UVGI se usa a menudo para desinfectar equipos como gafas de seguridad , instrumentos, pipetas y otros dispositivos. El personal del laboratorio también desinfecta el material de vidrio y plástico de esta manera. Los laboratorios de microbiología utilizan UVGI para desinfectar superficies dentro de gabinetes de seguridad biológica ("campanas") entre usos.

Protección de alimentos y bebidas [ editar ]

Desde que la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU . Emitió una regla en 2001 que exige que prácticamente todos los productores de jugos de frutas y verduras sigan los controles de HACCP , y que exige una reducción de 5 logaritmos en los patógenos, la UVGI ha tenido algún uso en la esterilización de jugos como los recién exprimidos.

Tecnología [ editar ]

Ver también: Ultravioleta § Fuentes artificiales

Lámparas [ editar ]

Una lámpara germicida de 9 W en un factor de forma de lámpara fluorescente compacta
Artículo principal: lámpara germicida

Los rayos UV germicidas para la desinfección suelen generarse mediante una lámpara de vapor de mercurio . El vapor de mercurio a baja presión tiene una fuerte línea de emisión a 254 nm, que se encuentra dentro del rango de longitudes de onda que demuestran un fuerte efecto de desinfección. Las longitudes de onda óptimas para la desinfección se acercan a los 260 nm. [13] : 2–6,2–14

Las lámparas de vapor de mercurio pueden clasificarse como lámparas de presión baja (incluida la amalgama) o de presión media. Las lámparas UV de baja presión ofrecen altas eficiencias (aprox. 35% UV-C) pero menor potencia, típicamente 1 W / cm de densidad de potencia (potencia por unidad de longitud de arco). Las lámparas UV de amalgama utilizan una amalgama para controlar la presión de mercurio para permitir el funcionamiento a una temperatura y densidad de potencia algo más altas. Operan a temperaturas más altas y tienen una vida útil de hasta 16.000 horas. Su eficiencia es ligeramente menor que la de las lámparas tradicionales de baja presión (aproximadamente 33% de salida de UV-C) y la densidad de potencia es de aproximadamente 2-3 W / cm 3. Las lámparas UV de presión media funcionan a temperaturas mucho más altas, hasta aproximadamente 800 grados Celsius, y tienen un espectro de salida policromática y una salida de radiación alta, pero una eficiencia UV-C más baja del 10% o menos. La densidad de potencia típica es de 30 W / cm 3 o más.

Dependiendo del vidrio de cuarzo utilizado para el cuerpo de la lámpara, los rayos UV de baja presión y de amalgama emiten radiación a 254 nm y también a 185 nm, lo que tiene efectos químicos. La radiación ultravioleta a 185 nm se utiliza para generar ozono.

Las lámparas UV para el tratamiento del agua consisten en lámparas especializadas de vapor de mercurio de baja presión que producen radiación ultravioleta a 254 nm, o lámparas UV de presión media que producen una salida policromática de 200 nm a energía visible e infrarroja. La lámpara ultravioleta nunca entra en contacto con el agua; está alojado en una funda de vidrio de cuarzo dentro de la cámara de agua o montado externamente al agua, que fluye a través del tubo ultravioleta transparente. El agua que pasa a través de la cámara de flujo está expuesta a los rayos ultravioleta, que son absorbidos por los sólidos en suspensión, como los microorganismos y la suciedad, en la corriente. [33]

Diodos emisores de luz (LED) [ editar ]

Opciones compactas y versátiles con LED UV-C

Los desarrollos recientes en la tecnología LED han dado lugar a LED UV-C disponibles comercialmente. Los LED UV-C utilizan semiconductores para emitir luz entre 255 nm y 280 nm. [9] La emisión de longitud de onda se puede sintonizar ajustando el material del semiconductor. A partir de 2019 , la eficiencia de conversión eléctrica a UV-C de los LED era menor que la de las lámparas de mercurio. El tamaño reducido de los LED abre opciones para sistemas de reactores pequeños que permiten aplicaciones de punto de uso e integración en dispositivos médicos. [34] El bajo consumo de energía de los semiconductores introduce sistemas de desinfección UV que utilizan pequeñas células solares en aplicaciones remotas o del Tercer Mundo. [34]

Los LED UV-C no necesariamente duran más que las lámparas germicidas tradicionales en términos de horas de uso, sino que tienen características de ingeniería más variables y una mejor tolerancia para el funcionamiento a corto plazo. Un LED UV-C puede lograr un tiempo de instalación más prolongado que una lámpara germicida tradicional en uso intermitente. Del mismo modo, la degradación del LED aumenta con el calor, mientras que el filamento y la longitud de onda de salida de la lámpara HID dependen de la temperatura, por lo que los ingenieros pueden diseñar LED de un tamaño y costo particulares para tener una salida más alta y una degradación más rápida o una salida más baja y una disminución más lenta con el tiempo.

Sistemas de tratamiento de agua [ editar ]

El tamaño de un sistema UV se ve afectado por tres variables: velocidad de flujo, potencia de la lámpara y transmitancia UV en el agua. Los fabricantes suelen desarrollar modelos sofisticados de dinámica de fluidos computacional (CFD) validados con pruebas de bioensayo . Esto implica probar el rendimiento de desinfección del reactor UV con bacteriófagos MS2 o T1 a diferentes velocidades de flujo, transmitancia UV y niveles de potencia para desarrollar un modelo de regresión para el tamaño del sistema. Por ejemplo, este es un requisito para todos los sistemas de agua potable en los Estados Unidos según el Manual de orientación UV de la EPA. [13] : 5–2

El perfil de flujo se produce a partir de la geometría de la cámara, el caudal y el modelo de turbulencia particular seleccionado. El perfil de radiación se desarrolla a partir de datos como la calidad del agua, el tipo de lámpara (potencia, eficiencia germicida, salida espectral, longitud del arco) y la transmitancia y dimensión del manguito de cuarzo. El software CFD patentado simula los perfiles de flujo y radiación. Una vez que se construye el modelo 3D de la cámara, se completa con una cuadrícula o malla que comprende miles de cubos pequeños.

Los puntos de interés, como en una curva, en la superficie de la manga de cuarzo o alrededor del mecanismo de limpieza, usan una malla de mayor resolución, mientras que otras áreas dentro del reactor usan una malla gruesa. Una vez que se produce la malla, cientos de miles de partículas virtuales se "disparan" a través de la cámara. Cada partícula tiene varias variables de interés asociadas, y las partículas se "recolectan" después del reactor. El modelado de fase discreta produce la dosis administrada, la pérdida de carga y otros parámetros específicos de la cámara.

Cuando se completa la fase de modelado, los sistemas seleccionados se validan utilizando un tercero profesional para proporcionar supervisión y determinar qué tan cerca el modelo es capaz de predecir la realidad del rendimiento del sistema. La validación del sistema utiliza sustitutos no patógenos como el fago MS 2 o Bacillus subtilis para determinar la capacidad de reducción de dosis equivalente (RED) de los reactores. La mayoría de los sistemas están validados para entregar 40 mJ / cm 2 dentro de una envolvente de flujo y transmitancia. [ cita requerida ]

Para validar la eficacia en los sistemas de agua potable, el método descrito en el Manual de orientación UV de la EPA es utilizado normalmente por EE. UU., Mientras que Europa ha adoptado el estándar DVGW 294 de Alemania. Para los sistemas de aguas residuales, se utilizan normalmente las Pautas de desinfección ultravioleta de NWRI / AwwaRF para el agua potable y los protocolos de reutilización de agua, especialmente en aplicaciones de reutilización de aguas residuales. [35]

Ver también [ editar ]

  • Filtro HEPA
  • Purificación de agua portátil
  • Saneamiento
  • Procedimientos operativos estándar de saneamiento
  • Desinfección solar de agua

Referencias [ editar ]

  1. ^ "Palabra del mes: irradiación germicida ultravioleta (UVGI)" (PDF) . NIOSH eNews . Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional . Abril de 2008 . Consultado el 4 de mayo de 2015 .
  2. ^ "Implementación científica de SOLVE II" . NASA. 2003. Archivado desde el original el 16 de febrero de 2013 . Consultado el 4 de mayo de 2015 .
  3. ^ Downes, Arthur; Blunt, Thomas P. (19 de diciembre de 1878). "Sobre la influencia de la luz sobre el protoplasma" . Actas de la Royal Society de Londres . 28 (190-195): 199-212. Código bibliográfico : 1878RSPS ... 28..199D . doi : 10.1098 / rspl.1878.0109 .
  4. ^ "El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 1903" . Nobelprize.org . La Fundación Nobel . Consultado el 9 de septiembre de 2006 .
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Enlaces externos [ editar ]

  • Asociación Internacional de Ultravioleta