Sekelompok peneliti dari Divisi Ilmu Sensor PML' adalah bagian dari proyek yang akan berdampak langsung pada peningkatan keamanan air minum bangsa'.
Perubahan terbaru dalam aturan pengolahan air permukaan Badan Perlindungan Lingkungan's (EPA) mengamanatkan, antara lain, pemantauan dan pengendalian yang lebih agresif terhadap berbagai patogen, terutama termasuk Cryptosporidium. Mikroba itu, yang dapat menyebabkan penyakit parah atau kematian, sangat resisten terhadap praktik disinfeksi berbasis klorin. Sebagai salah satu cara untuk mengurangi ancaman tersebut, EPA telah menyerukan untuk mengolah air dengan radiasi ultraviolet (UV), yang juga berfungsi sebagai penghalang sekunder" untuk menonaktifkan (mencegah reproduksi) patogen kunci lainnya seperti adenovirus dan virus lainnya, serta bakteri dan parasit seperti Giardia.
Air diolah dengan lampu UV silinder yang digantung di pipa, dan iluminasi dipantau oleh unit sensor yang berdekatan. Setiap patogen memiliki respons inaktivasi yang berbeda terhadap panjang gelombang yang berbeda, dan sekarang tampak bahwa patogen tertentu paling rentan terhadap panjang gelombang yang lebih pendek daripada spektrum terpendek yang dihasilkan oleh lampu konvensional. Kemajuan terbaru dalam teknologi lampu UV tekanan sedang (MP), bagaimanapun, telah menyebabkan peningkatan keluaran sinar UV pada panjang gelombang kurang dari 240 nm, mendorong para peneliti untuk menjawab banyak pertanyaan yang belum terselesaikan.
Pertanyaan-pertanyaan itu meliputi: Panjang gelombang atau kombinasi panjang gelombang mana (disebut" spektrum aksi") yang paling efektif pada patogen mana? Berapa banyak penyinaran yang diperlukan untuk mencapai"4-log" (99,99%) inaktivasi untuk mikroba yang berbeda? Bagaimana generasi baru sumber dan sensor UV dapat dikalibrasi dan divalidasi dengan andal di fasilitas air dari semua ukuran di seluruh Amerika? Dan seberapa akurat mikroba jinak, yang digunakan sebagai pengganti patogen oleh fasilitas pengujian, mewakili kinerja inaktivasi pada mikroorganisme target pada panjang gelombang yang berbeda?
Semua pertanyaan itu dan lebih banyak lagi sedang diselidiki oleh proyek kolaboratif multi-organisasi, yang dipimpin oleh Karl Linden di University of Colorado dan didanai oleh Water Research Foundation*, dengan tujuan akhirnya mengembangkan pedoman untuk menguji sistem masa depan menggunakan lampu uap merkuri MP sebagai sumber UV.
& quot;Sebagian besar data respons spektral untuk patogen yang berbeda disiapkan untuk lampu uap merkuri tekanan rendah (LP) sebagai sumber UV di dalam pipa air," kata Thomas Larason dari Grup Radiasi Optik NIST', yang memimpin kontribusi PML untuk proyek air."Lampu-lampu tersebut menghasilkan spektrum UV yang relatif sempit yang berpusat pada 254 nm, dan kadang-kadang disebut sebagai'UV anti kuman' lampu. Tetapi aturan EPA baru menyerukan dosis yang lebih tinggi, dan perhatian telah beralih ke sumber tekanan menengah, yang menghasilkan spektrum UV yang jauh lebih luas, termasuk panjang gelombang di bawah 240 nm, dan menawarkan potensi penghematan energi. Tetapi efek dari panjang gelombang yang lebih pendek pada patogen belum dikarakterisasi dengan baik. Untuk beberapa mikroba, hanya satu penelitian yang telah dilakukan sampai sekarang.&kutipan;
Data tersebut menunjukkan bahwa ada perbedaan dramatis dalam inaktivasi berbagai mikroba pada panjang gelombang sub-250 nm yang berbeda. Awal tahun ini, sebuah kelompok penelitian proyek air yang ditugaskan untuk mempelajari efek tersebut bertanya kepada Larason apakah PML dapat memberikan dosis UV yang tepat dari perangkat yang dikalibrasi NIST ke berbagai bakteri dan virus untuk menentukan spektrum aksinya. Larason membawa permintaan itu ke fasilitas PML's SIRCUS (Spectral Irradiance and Radiance Responsivity Calibrations Using Uniform Sources), yang menggunakan laser yang dapat disetel secara terus menerus sebagai sumber iradiasi. Dalam waktu singkat, staf SIRCUS membawa laser portabel dan peralatan terkait ke lab uji proyek di Vermont untuk studi yang dijadwalkan selesai pada akhir tahun ini.
Peralatan SIRCUS memancarkan radiasi dari 210 nm di seluruh rentang eksperimental yang diinginkan dalam bentuk sinar hampir terkolimasi yang menyerang sampel mikroba, yang disimpan dalam cawan Petri yang ditempatkan di bawah pintu keluar sinar.
& quot;Pada tahap ini," Larason mengatakan,"kami're menyediakan peralatan dan keahlian untuk membantu proyek menemukan karakteristik dosis-respons nyata untuk mikroba yang berbeda pada panjang gelombang pendek. Antara lain, itu akan menentukan berapa banyak daya yang Anda butuhkan di lampu MP, yang pada gilirannya mempengaruhi biaya energi. Setelah itu, kami mungkin akan terlibat dalam merancang standar kalibrasi dan validasi untuk sumber dan sensor dalam kisaran 200 nm hingga 300 nm. Tapi' terlalu dini untuk mengatakan ke mana semua ini akan mengarah.&kutipan;
Namun, tidak terlalu dini bagi American Water Works Association untuk menyatakan penghargaannya. Dalam surat September 2012 kepada Direktur PML Katharine Gebbie, asosiasi memuji"keahlian dan alat unik" dibawa ke proyek oleh Larason bersama dengan Keith Lykke, Steven Brown, Ping-Shine Shaw, dan Mike Lin dari SIRCUS. Pekerjaan mereka"adalah memberikan informasi penting untuk pemahaman kita tentang inaktivasi patogen oleh spektrum UV panjang gelombang rendah" yang akan"menentukan desain perawatan untuk perawatan UV tekanan menengah dalam air minum di seluruh Amerika Serikat," kata surat itu.
Berkat kontribusi para peneliti NIST dan peralatan SIRCUS, kolaborasi ini telah menentukan responsivitas panjang gelombang dari patogen tertentu dan pengganti terkait dengan akurasi yang lebih tinggi.
& quot;Menggunakan laser UV merdu NIST', kami telah mengembangkan standar emas dalam mengukur respons panjang gelombang mikroba uji dan patogen yang terbawa air untuk aplikasi desinfeksi UV di seluruh AS," kata Harold Wright dari Carollo Engineers, Inc. di Boise, ID, kontributor proyek penelitian."Saya telah bekerja dengan Tom Larason dan orang-orang dari NIST pada dua proyek desinfeksi UV yang disponsori oleh Water Research Foundation. Dengan kedua proyek tersebut, mereka menghadirkan tingkat keahlian dalam penerapan dan pengukuran sinar ultraviolet yang tak tertandingi di industri kami.&kutipan;
Kolaborasi ini mungkin juga memiliki dampak di luar masalah keamanan air minum."Ini memperluas area penelitian saat ini dengan investasi minimal dalam peralatan dan tenaga kerja baru," kata Larason."Tapi itu juga berlaku di luar mikrobiologi ke bidang teknologi lain seperti pemrosesan bahan (pengawetan UV), medis (perangkat pengujian yang mengukur paparan UV), dan kemampuan kalibrasi yang diperluas untuk radiasi dan dosis.&kutipan;
