Une lampe UV est un moyen non chimique de désinfection de l'eau au niveau domestique, efficace contre toutes les classes d'agents pathogènes et ne nécessitant que quelques secondes de temps de contact. Elle utilise une irradiation UV à courte longueur d'onde dans la plage de 200 à 300 nm générée par des lampes à mercure ou des diodes électroluminescentes UV (LED).

La désinfection par UV est un processus physique qui inactive les micro-organismes en endommageant leurs acides nucléiques et leurs protéines, qui absorbent la lumière dans la plage de 200 à 300 nm. Certaines bactéries peuvent réparer les dommages à l'ADN, en particulier lorsqu'elles sont exposées à des longueurs d'onde présentes dans la lumière du soleil et lorsque la dose de rayonnement est insuffisante. Pour le traitement de l'eau potable domestique par irradiation UV, des lampes à vapeur de mercure basse pression sont généralement utilisées, qui émettent un seul pic de rayonnement UV à 254 nm. Les LED émettant des UV gagnent rapidement en popularité et peuvent être conçues pour différentes sorties d'émission, bien qu'elles soient généralement utilisées entre 255 et 285 nm.

Considérations sur la conception

L'eau s'écoule à travers les lampes d'un bout à l'autre du système UV et est désinfectée en quelques secondes. Le temps de rétention hydraulique est un facteur clé dans la conception du système pour garantir que le temps d'exposition au rayonnement UV, ainsi que l'intensité de sortie de la lampe, fournissent la dose UV appropriée pour inactiver toutes les classes de micro-organismes pathogènes. Cependant, la qualité de l'eau influence la transmission UV et l'efficacité de la désinfection UV. Par exemple, une turbidité élevée ou des solides en suspension peuvent réduire l'efficacité de la désinfection en raison de la protection des cibles pathogènes. Les constituants inorganiques tels que le fer ou le manganèse peuvent également encrasser la lampe et réduire la transmission de la lumière. Idéalement, la turbidité doit être < 5 NTU et la transmission > 70 % à 254 nm sur la longueur de trajet de 1 cm. Un prétraitement peut être nécessaire lorsque les paramètres de qualité de l'eau ne respectent pas les valeurs limites. Un système UV typique comprend une seule lampe UV enfermée dans un tube en verre de quartz et immergée dans un système fermé en acier inoxydable, en téflon réfléchissant les UV ou en plastique. Les lampes UV peuvent également être placées au-dessus de la surface de l'eau. De petits appareils au point d'utilisation alimentés par batterie, appelés "stylos" UV, peuvent traiter l'eau directement dans une bouteille en polyéthylène téréphtalate (PET). Lorsque des LED UV sont utilisées, un réseau de LED est généralement enfermé dans une chambre réfléchissante derrière une plaque de quartz, et l'eau s'écoule à travers la chambre pendant qu'elle est irradiée.

Matériaux

Les dispositifs de traitement de l'eau basés sur des lampes UV ou des LED UV sont généralement des systèmes prêts à l'emploi. Ils peuvent être connectés en ligne à l'alimentation en eau courante et sont généralement entièrement automatisés. Les stylos UV sont petits et comprennent généralement un couvercle de protection qui doit être retiré avant utilisation, ainsi qu'un indicateur montrant la durée de vie des piles et de la lampe. Les lampes UV nécessitent une alimentation électrique continue, soit par l'électricité conventionnelle, soit par des moyens solaires ou mécaniques. Idéalement, l'état de l'intensité et la durée de vie restante prévue devraient être surveillés par un capteur UV et un indicateur marche/arrêt de l'état de la lampe. Les « stylos » UV nécessitent des piles rechargeables. Les systèmes de lumière UV ne sont souvent pas disponibles localement dans de nombreux pays.

Applicabilité

La désinfection par UV n'est possible que lorsqu'une alimentation électrique fiable est disponible au niveau du ménage, ce qui ne sera probablement pas le cas en situation d'urgence aiguë. Par conséquent, les systèmes sont plus adaptés aux phases de stabilisation et de relèvement. Les « stylos » UV peuvent être utiles dans la réponse aiguë lorsqu'il est possible de recharger les batteries une fois tous les 5 à 10 jours. Des systèmes à l'échelle des ménages ou des systèmes à petite échelle pour les grands ménages et les kiosques à eau peuvent être utilisés. Habituellement, l'opération est simple et peut être complètement automatisée. Les utilisateurs doivent être bien formés à l'entretien des systèmes, ou une assistance à l'entretien doit être disponible auprès des prestataires de services locaux. L'irradiation UV n'élimine pas les polluants physiques ou chimiques.

Fonctionnement et entretien

Pour les petits systèmes domestiques, le fonctionnement quotidien comprend l'allumage et l'extinction de la lampe lorsque l'eau doit être traitée. Les systèmes en ligne entièrement automatisés s'allument et s'éteignent automatiquement lorsqu'un débit d'eau est détecté. Si un capteur d'intensité est présent, l'intensité de la lampe de fonctionnement peut être suivie jusqu'au moment où elle tombe en dessous d'un point fixe pour des performances validées (~ 70 % ou moins de la valeur de conception initiale). L'entretien régulier du système doit inclure le rinçage du récipient (réacteur) de tout débris susceptible de s'accumuler, et l'essuyage du tube UV ou du manchon en quartz avec un chiffon doux pour éviter les rayures. Habituellement, après 8 000 heures de fonctionnement, la lampe UV au mercure atteindra sa fin de vie et devra être remplacée pour assurer une désinfection adéquate. La durée de vie des lampes à LED varie en fonction des spécifications des LED et du fabricant. Pour tous les types de lampes, la surface intérieure du réacteur doit être inspectée et nettoyée au moins une fois par an.

Santé et sécurité

Le traitement UV typique fournit une inactivation d'au moins 3 log des bactéries et des protozoaires, y compris Cryptosporidium et Giardia à faibles doses (1–10 mJ/cm²). La désinfection UV ne protège pas contre la recontamination microbienne et la repousse après le traitement, l'eau traitée doit donc être stockée en toute sécurité. Seuls des systèmes UV validés fournissant la dose conçue sous des débits et des valeurs de transmission UV typiques doivent être utilisés. L'exposition directe aux rayons UV doit être évitée, car les rayons UV peuvent brûler la peau et endommager les yeux. Si une lampe au mercure se brise, du mercure toxique peut être libéré, ce qui peut entraîner des risques pour la santé et nuire à l'environnement.

Coûts

Actuellement, le coût d'un système domestique à lumière UV varie entre 55 et 220 USD, mais peut être plus élevé. Avec l'arrivée des systèmes LED sur le marché, les prix devraient baisser considérablement. Cependant, les systèmes UV ne sont souvent pas disponibles localement et les coûts d'expédition et d'importation doivent être pris en compte. En raison d'une petite empreinte logistique, les frais d'expédition sont relativement faibles.

Considérations sociales et environnementales

Les systèmes sont bien acceptés et sont perçus comme modernes et pratiques. La disponibilité de l'énergie est indispensable pour le traitement UV, mais l'énergie électrique générée par les combustibles fossiles contribue aux émissions de CO2. La libération de mercure des lampes UV cassées nuit à l'environnement et constitue un risque pour la santé humaine. Les lampes UV contenant du mercure doivent être éliminées correctement en tant que déchets toxiques, ce qui peut être impossible dans certains endroits. Les lampes sans mercure (par exemple, les LED) doivent être préférées lorsqu'une bonne gestion des déchets toxiques est impossible.