Dose de UV explicada: mJ/cm², UVT e vida útil da lâmpada

Os micro-organismos são inativados quando a luz UV danifica seus ácidos nucleicos. O pico de absorção do DNA e do RNA fica próximo de 260 nm, e as lâmpadas de mercúrio de baixa pressão emitem fortemente em 254 nm, próximo o suficiente para ser eficaz. A energia quebra ligações no material genético e impede a replicação; ela não necessariamente mata a célula de imediato, motivo pelo qual o termo correto é inativação, e não esterilização.

A UV em 254 nm não adiciona nenhum produto químico à água e não deixa residual. Isso é uma vantagem para o sabor e para processos que não toleram oxidantes, mas também significa que a proteção termina no reator. Qualquer contaminação introduzida a jusante, no tanque de armazenamento ou em um trecho morto, não é neutralizada pela UV que tratou a água anteriormente. As lâmpadas de média pressão emitem um espectro mais amplo e são usadas em alguns serviços de alta vazão ou de reúso, mas as lâmpadas de baixa pressão e de amálgama dominam as aplicações de água potável.

A transmitância UV é a porcentagem de luz em 254 nm que atravessa uma amostra de água de 1 cm. A água potável filtrada normalmente fica acima de 90% de UVT. Matéria orgânica dissolvida, ferro, manganês e cor absorvem UV e reduzem o valor; uma água com 70% de UVT recebe cerca de três quartos da irradiância que o mesmo reator entrega a 90%, de modo que a dose cai, a menos que a vazão seja reduzida ou a potência das lâmpadas aumentada.

Por isso, um reator deve ser cotado com a UVT utilizada no cálculo, e não apenas com uma vazão e uma dose. Uma unidade selecionada para 10 m³/h a 30 mJ/cm² e 90% de UVT precisa de mais lâmpadas ou de uma câmara maior para atingir 40 mJ/cm², ou para tratar água com 80% de UVT. Solicite a UVT de projeto, o fator de incrustação e o fator de fim de vida da lâmpada, e compare as cotações na mesma base.

As partículas protegem os micro-organismos. Uma bactéria aderida a uma partícula de argila ou incorporada a um floco pode ficar na sombra da partícula e receber apenas uma fração da dose calculada, mesmo que a água ao redor esteja suficientemente clara para o sensor. A turbidez também dispersa a luz e reduz a penetração. Para UV em água potável, o mínimo usual é abaixo de 1 NTU antes do reator, e muitos projetistas buscam menos de 0.5 NTU.

Um cartucho de 5 µm a montante é a proteção padrão. Ele remove partículas que iriam proteger micro-organismos e incrustar a camisa de quartzo, e protege o reator após a manutenção. Não substitui a clarificação: se a turbidez permanecer acima de 1 NTU, a dose de UV não é confiável, independentemente da capacidade nominal do reator. Corrija a filtração antes de aumentar o número de lâmpadas.

As lâmpadas de baixa pressão perdem potência gradualmente e normalmente são especificadas para 8,000–9,000 horas. Uma lâmpada com 70% da potência inicial fornece 70% da dose na mesma vazão, o que pode levar um reator de 40 mJ/cm² para abaixo de 30 mJ/cm² sem nenhum alarme se o sensor não estiver calibrado ou se as horas de lâmpada não forem registradas. Dimensione o reator pela potência no fim da vida útil, e não pela potência de uma lâmpada nova.

Como regra geral, uma lâmpada de baixa pressão de 40 W trata cerca de 1 m³/h a 30–40 mJ/cm² com UVT acima de 90%. Vazões maiores exigem mais lâmpadas ou uma câmara maior; água mais fria, UVT menor e uma dose-alvo mais alta aumentam o número de lâmpadas. Substitua as lâmpadas por horas ou por potência medida, o que ocorrer primeiro, e substitua a camisa de quartzo quando a limpeza não restaurar mais o desempenho.

Organismos diferentes respondem de forma diferente. As bactérias são relativamente sensíveis, os vírus geralmente precisam de doses maiores, e os cistos de protozoários como Cryptosporidium são inativados com doses baixas de UV, mas ainda exigem um reator validado e o crédito logarítmico especificado pela autoridade. O adenovírus é a exceção entre os vírus e pode exigir uma dose muito maior do que as faixas abaixo.

A tabela apresenta faixas típicas para inativação de 3–4 log, não limites regulatórios. A abordagem correta é definir o organismo-alvo, o crédito logarítmico exigido e o protocolo de validação, e então selecionar um reator com relação dose-vazão certificada na UVT de projeto. Quando não houver exigência de validação, 30–40 mJ/cm² continua sendo uma meta de projeto geral sólida para água potável.

Um sensor UV mede a intensidade da lâmpada na camisa, não a dose na água. Ele continua sendo o indicador contínuo mais útil: se a intensidade cair enquanto a vazão e a UVT estão estáveis, a causa é a lâmpada ou a camisa. Registre intensidade, vazão, UVT e horas de lâmpada em conjunto. Uma leitura de sensor que permanece normal enquanto a qualidade da água muda é um alerta de que se monitora o instrumento, e não o reator.

No comissionamento, verifique o reator em relação ao seu relatório de validação na vazão e na UVT de projeto, confirme a calibração do sensor e ajuste o alarme de dose baixa. Em operação, limpe a camisa, verifique a janela do sensor e compare a leitura com um medidor de referência. Quando a autoridade local exigir validação, use um reator com relatório que cubra o modelo, a dose e a vazão exatos; um certificado geral para a família de produtos não é a mesma coisa.

Informe a vazão de pico e a vazão mínima, a UVT de projeto, a turbidez máxima, a temperatura da água, a dose-alvo e o crédito logarítmico exigido. Indique se a dose deve ser atendida no fim da vida útil da lâmpada e qual fator de incrustação adotar. Acrescente a alimentação elétrica, a orientação de instalação, o diâmetro da tubulação e os requisitos de alarme ou intertravamento. Uma cotação sem esses dados é um palpite apresentado como especificação.

Por fim, confirme quem valida a dose. O fornecedor do reator valida o hardware; o integrador de sistemas valida a linha instalada; a autoridade local aprova a água tratada final. Essas três responsabilidades são diferentes, e um sistema de água potável exige que todas as três estejam claras antes de energizar a primeira lâmpada.