Sanificazione dell’acqua tramite radiazioni UVC e blu = Water sanitation by UVC and blue radiation

L’accesso ad acqua potabile sicura è un qualcosa che diamo per scontato, ma non è così per una significativa porzione della popolazione mondiale. Infatti, secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ancora oggi circa due miliardi di persone usano acqua potabile contaminata da materiale fecale, che è la causa di oltre 500 mila casi di morte ogni anno. L’acqua è uno dei più importanti veicoli responsabili della trasmissione indiretta di agenti patogeni batterici e virali, portando a gravi malattie come colera, dissenteria e tifo. Per ridurre la probabilità di contrarre tali epidemie e migliorare la salute della popolazione mondiale sono quindi necessari adeguati investimenti per interventi idrici e igienico-sanitari, riducendo così anche i costi per il trattamento delle patologie. Uno degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDG) posti dalle Nazioni Unite mira a garantire l'accesso universale all'acqua potabile sicura ed economica per tutti entro il 2030, diminuendo quindi l’inquinamento e il rilascio di sostanze chimiche pericolose e aumentando il riciclaggio e il riutilizzo sicuro dell’acqua a livello globale. Esistono molteplici metodi utilizzati per la potabilizzazione dell’acqua; tra le più diffuse vi sono tecniche meccaniche, termiche e chimiche. In questi anni, spinta anche dagli investimenti legati alle misure per contrastare la pandemia di COVID, sta crescendo sempre più l’interesse per la disinfezione utilizzando la radiazione luminosa, in particolare nella regione ultravioletti più corti (UVC) e del blu. Queste radiazioni, infatti, tramite dei meccanismi diretti o indiretti, consentono la rottura del DNA o dell’RNA dei batteri e dei virus, impedendone la proliferazione. I principali vantaggi di questo approccio sono la possibilità di integrazione in sistemi già esistenti garantendo un effetto antimicrobico ottimale, i bassi costi e l’assenza di produzione di materiale di scarto pericoloso. L’obiettivo principale di questo lavoro di tesi è stato quindi quello di progettare un prototipo di un sistema di sanificazione basato sulla radiazione luminosa da poter integrare nei comuni rubinetti. Come contaminante tipo si è considerata l’Escherichia Coli. Per raggiungere l’obiettivo prefissato, come prima cosa sono stati svolti degli esperimenti volti a trovare una dose minima sufficiente per l’abbattimento di tali batteri sia tramite l’utilizzo di LED UVC che di LED blu. Dal lavoro sperimentale è emerso che è possibile ottenere un abbattimento batterico maggiore del 90% utilizzando dei LED UVC con dosi di circa 10mJ/cm2. I LED blu, invece, hanno una efficacia minore che li rende poco adatti per questo genere di applicazioni in cui il tempo di esposizione per eseguire la disinfezione è molto limitato. Nella seconda fase del lavoro, è stato creato un modello matematico-fisico basato sulla teoria delle sorgenti Lambertiane allo scopo di studiare le dosi di radiazione ottenute da diverse configurazioni di LED UVC. Il modello è stato quindi utilizzato per il progetto di un prototipo di tubo sanificante capace di garantire un abbattimento della carica batterica dell’acqua che lo attraversa di almeno il 99%.