En gruppe forskere fra PML' s Sensor Science Division er en del av et prosjekt som vil ha en direkte effekt på forbedret sikkerhet for nasjonens' s drikkevann.
Nylige endringer i Environmental Protection Agency' s (EPA) overflatevannsbehandling regler mandat, blant annet, mer aggressiv overvåking og kontroll av forskjellige patogener, særlig inkludert Cryptosporidium. Den mikroben, som kan forårsake alvorlig sykdom eller død, er svært motstandsdyktig mot klorbasert desinfeksjonspraksis. Som en måte å redusere trusselen på, har EPA bedt om å behandle vann med ultrafiolett (UV) stråling, som også fungerer som en" sekundær barriere" å inaktivere (forhindre reproduksjon av) andre viktige patogener som adenovirus og andre virus, samt bakterier og parasitter som Giardia.
Vannet blir behandlet av sylindriske UV-lamper suspendert i rør, og belysningen overvåkes av tilstøtende sensorenheter. Hvert patogen har forskjellige inaktiveringsresponser på forskjellige bølgelengder, og det ser nå ut til at visse patogener er mest utsatt for bølgelengder kortere enn de korteste i spektret produsert av konvensjonelle lamper. Nylige fremskritt innen mediumtrykk (MP) UV-lampeteknologi har imidlertid ført til økt UV-lysutgang ved bølgelengder mindre enn 240 nm, noe som har fått forskere til å ta opp mange uløste spørsmål.
Disse spørsmålene inkluderer: Hvilke bølgelengder eller kombinasjoner av bølgelengder (betegnet" action spectra") er mest effektive på hvilke patogener? Hvor mye bestråling er nødvendig for å oppnå en" 4-log" (99,99%) inaktivering for forskjellige mikrober? Hvordan kan en ny generasjon UV-kilder og sensorer kalibreres og valideres pålitelig i vannanlegg i alle størrelser over hele Amerika? Og hvor nøyaktig representerer godartede mikrober, brukt som patogen surrogater av testanlegg, inaktiveringsytelse i målmikroorganismer med forskjellige bølgelengder?
Alle disse spørsmålene og mer blir undersøkt av et samarbeidsprosjekt med flere organisasjoner, ledet av Karl Linden ved University of Colorado og finansiert av Water Research Foundation *, med målet å til slutt utvikle retningslinjer for testing av fremtidige systemer ved bruk av MP kvikksølvdamplamper som UV-kilder.
GG quot; De fleste av spektralresponsdataene for forskjellige patogener ble satt opp for kvikksølvdamplamper med lavt trykk (LP) som UV-kilder inne i vannrør," sier Thomas Larason fra NIST' s Optical Radiation Group, som leder PML-bidraget til vannprosjektet." Disse lampene produserer et relativt smalt UV-spektrum sentrert på 254 nm, og noen ganger referert til som' bakteriedrepende UV' lamper. Men de nye EPA-reglene krever høyere doser, og oppmerksomheten har flyttet til mellomstrykkilder, som produserer et mye bredere UV-spektrum, inkludert bølgelengder under 240 nm, og gir potensielle energibesparelser. Men effekten av de kortere bølgelengdene på patogener har ikke blitt godt karakterisert. For noen mikrober er det bare gjort en enkelt studie til nå."
Disse dataene antyder at det er en dramatisk forskjell i inaktivering av forskjellige mikrober ved forskjellige bølgelengder under 250 nm. Tidligere i år spurte en forskergruppe med vannprosjekt som hadde til hensikt å studere disse effektene Larason om PML kunne gi presise UV-doser fra NIST-kalibrerte enheter til forskjellige bakterier og virus for å bestemme deres handlingsspektre. Larason tok forespørselen til PML' s SIRCUS (Spectral Irradiance and Radiance Responsivity Calibrations Using Uniform Sources) -anlegg, som benytter kontinuerlig avstembare lasere som bestrålingskilder. I løpet av kort tid tok SIRCUS-personalet en bærbar laser og tilhørende apparater til prosjektlaboratoriet i Vermont for studier som skulle avsluttes i slutten av dette året.
SIRCUS-utstyret avgir stråling fra 210 nm gjennom det eksperimentelle området av interesse i form av en nesten kollimert stråle som treffer de mikrobielle prøvene, som holdes i petriskåler plassert under stråleutgangen.
GG quot; På dette stadiet," Larason sier," vi' vi gir utstyr og ekspertise for å hjelpe prosjektet med å finne de virkelige dose-responsegenskapene for forskjellige mikrober ved korte bølgelengder. Blant annet vil det avgjøre hvor mye strøm du trenger i MP-lampen, som igjen påvirker energikostnadene. Etter det kan vi ende opp med å bli involvert i å utarbeide kalibrerings- og valideringsstandarder for kilder og sensorer i området 200 nm til 300 nm. Men det er for tidlig å si hvor alt dette vil føre."
Det er imidlertid ikke for tidlig for American Water Works Association å uttrykke sin takknemlighet. I et brev fra september 2012 til PML-direktør Katharine Gebbie, roste foreningen" unik kompetanse og verktøy" brakt til prosjektet av Larason sammen med Keith Lykke, Steven Brown, Ping-Shine Shaw og Mike Lin fra SIRCUS. Deres arbeid" er å gi informasjon som er viktig for vår forståelse av patogeninaktivering av UV-spektrum" med lav bølgelengde; som vil" definere behandlingsdesign for UV-behandling med medium trykk i drikkevann over hele USA," brevet sa.
Takket være bidraget fra NIST-forskerne og SIRCUS-utstyret, har samarbeidet bestemt bølgelengdeansvaret for spesifikke patogener og tilknyttede surrogater med større nøyaktighet.
GG quot; Ved å bruke NIST' s avstemmelig UV-laser, har vi utviklet gullstandarden for måling av bølgelengderesponsen til testmikrober og vannbårne patogener for UV-desinfeksjonsapplikasjoner over hele USA," sier Harold Wright fra Carollo Engineers, Inc. i Boise, ID, en bidragsyter til forskningsprosjektet." Jeg har jobbet med Tom Larason og folket fra NIST på to UV-desinfiseringsprosjekter sponset av Water Research Foundation. Med begge prosjektene brakte de til bordet et nivå av kompetanse innen anvendelse og måling av ultrafiolett lys som er uten sidestykke i vår bransje."
Samarbeidet kan også ha konsekvenser utover spørsmålet om drikkevannsikkerhet." Det utvider nåværende forskningsområder med minimal investering i nytt utstyr og arbeidskraft," Sier Larason." Men det gjelder også utover mikrobiologi til andre teknologiske områder som materialbehandling (UV-herding), medisinsk (testutstyr som måler UV-eksponering) og utvidede kalibreringsfunksjoner for bestråling og dose."
