Investigación de aplicaciones de UV LED en esterilización y desinfección-purificación de agua

Los LED UV, o diodos emisores de luz ultravioleta, se han convertido en una técnica práctica para desinfectar el agua en los últimos diez años. Las ventajas de las lámparas UV de mercurio tradicionales sobre las químicas Desinfección de agua UV   Las técnicas todavía existen con los LED UV, pero también eliminan algunos inconvenientes.

La tecnología de esterilización

Numerosas aplicaciones de Esterilización UV LED La tecnología se puede encontrar en la vida diaria. Por ejemplo, se utiliza en alimentos, medicinas, agua y sistemas de alcantarillado. Los productos químicos, el calor, la radiación ultravioleta y el ozono se utilizan con frecuencia Esterilización UV LED   tecnicas

Debido a su simplicidad, los productos químicos (como el cloro, la peroxidasa, etc.) se emplean con frecuencia para Esterilización UV LED ; sin embargo, pueden tener efectos desfavorables, como cambiar la calidad del objetivo. La desventaja de usar cloro para Esterilización UV LED es la producción de productos químicos olorosos y biopeligrosos.

El agua no puede retener los rayos ultravioleta y tiene poco impacto en el ecosistema. Además, no produce resistencia bacteriana a los antibióticos. De este modo, Esterilización UV LED , que recientemente ha aparecido en el punto de mira como alternativa a la cloración, limpia eficazmente sin compuestos químicos.

Las lámparas UV, como las lámparas de vapor de mercurio relativamente bajas y moderadas, se utilizan en las técnicas de esterilización UV tradicionales. Estos se utilizan en laboratorios biológicos e instalaciones médicas para desinfectar entornos y equipos de trabajo. En cuanto a la eficiencia de la absorción UV por parte del ADN, las luces UV emiten UV a una longitud de onda específica, que coincide muy de cerca con los picos de la curva de eficacia antimicrobiana.

La radiación UV con una frecuencia de 365 nm se clasifica como UV-A (320-400 nm), y la UV-A tiene menos potencial de daño que la UV-C (100-280 nm). Un LED UV produce luz con una longitud de onda de 365 nanómetros, que es menos dañina para los ojos y la piel humanos que una lámpara con una longitud de onda de 254 nanómetros.

Además, debido a que UV-LED no contiene mercurio, no tiene efectos negativos en el medio ambiente ni en las personas. Un esterilizador respetuoso con el medio ambiente es un UV-LED. El mercurio, que es perjudicial para el medio ambiente y la salud humana, está presente en las lámparas de vapor de mercurio.

Los esterilizadores UV deben fabricarse para adaptarse a la forma de las lámparas, que a menudo son enormes y ocupan mucho espacio. Así, sin utilizar materiales peligrosos, los nuevos Esterilización UV LED   Se pueden crear equipos con bajo consumo de energía en varias formas y tamaños.

Comparación de LED UV con LED convencional; S

Los LED UV son más resistentes, más pequeños y no contienen mercurio que sus contrapartes convencionales. También duran más y alcanzan la máxima potencia más rápidamente. Estos beneficios, con tiempos de inicio casi inmediatos y longitudes de onda personalizables, brindan diseños de reactores UV-LED con una gran flexibilidad de diseño.

A pesar de estos beneficios, las aplicaciones de reactores UV-LED convencionales se han concentrado en redes más pequeñas, que son ineficaces para tratar el agua municipal. Debido a su tamaño modesto, que oscila entre 1 y 4 mm, los LED UV se pueden colocar para emitir radiación en varias direcciones.

En comparación con las lámparas UV convencionales, estos patrones de radiación altamente enfocados permiten más opciones de orientación y, por lo tanto, reactores de fisión únicos. Para Desinfección de agua UV , los LED UV han demostrado ser al menos tan efectivos como las lámparas UV reducidas (LPUV) en un amplio espectro de frecuencias antimicrobianas (por ejemplo, 250 –285nm).

Estas variables van mejorando año tras año. La adopción generalizada de la tecnología de saneamiento adecuada UV-LED se ha visto limitada por los altos costos iniciales, la baja potencia de salida y la baja eficiencia de la fachada.

Como resultado, el uso de la tecnología se ha limitado principalmente a aplicaciones de lotes a pequeña escala en el punto de uso, donde las deficiencias de la tecnología se superan mediante períodos de exposición prolongados para lograr la dosis UV necesaria.

No obstante, la creación de los primeros reactores UV-LED a gran escala que se pueden utilizar en obras municipales de agua (WTW) ha sido posible gracias a los rápidos avances en la tecnología UV-LED y la optimización del diseño y el rendimiento de los reactores.

Dichos reactores están hechos de un tubo de cristal con LED UV dispuestos en serie a lo largo del borde del cilindro, lo que permite que la luz UV ingrese al agua que fluye a través del reactor. El control térmico se logra disipando el calor producido por los LED operativos mediante un sistema de circulación de fluidos que rodea la vasija del reactor.

Biodosimetría

Para determinar si los LED UV se pueden usar para aplicaciones a gran escala Desinfección UV del agua,   una evaluación precisa de la Desinfección de agua UV   Se requiere la eficiencia de los reactores a gran escala. La biodosimetría es el método de validación actual para reactores UV convencionales (usando lámparas de mercurio)

En este contexto, la evaluación de la sensibilidad de un microorganismo de prueba sustituto a la exposición UV en varias dosis con cinética de activación calibrada se denomina biodosimetría. La curva de dosis-respuesta para los reactores UV generalmente se determina a través de pruebas de haz colimado utilizando el microorganismo del agua de prueba.

Se calcula una dosis relativa reducida (RED) (mJ/cm2) utilizando la curva calibrada y la desactivación medida del biodosímetro.

Curva de dosis-respuesta UV para los reactores

El organismo desafiado debe cultivarse de manera similar a partir del mismo stock de microorganismos. Como resultado de la operación, se produce una curva de dosis-respuesta de UV para los reactores, y muestra la dosis de reducción para cada logaritmo de inactivación alcanzada a escala completa.

Además, el enfoque incluye la transmitancia de UV (UVT) en el cálculo de la dosis de UV, estandarizando las curvas de respuesta a la dosis de UV del reactor a varios niveles indicativos de calidad del agua basados ​​únicamente en UVT.

Por lo tanto, el objetivo principal de este trabajo fue determinar el rendimiento del sistema UV-LED utilizando microorganismos de prueba sustitutos y comparándolo con el de las lámparas UV tradicionales.

Cryptosporidium spp

eligió Cryptosporidium spp. como nuestro organismo objetivo ya que los rayos UV se aplican con frecuencia en situaciones con una mayor probabilidad de incidencia de Cryptosporidium. Los factores de riesgo de Cryptosporidium incluyen su presencia en fuentes de agua, resistencia al cloro (duraciones de contacto con cloro informadas de 1000 –10.000 mg min/L), y propensión a evadir beber agua filtrada debido a su pequeño tamaño (4 –6 metros).

El tratamiento UV de inactivación para Cryptosporidium parvum es de 0,16 cm2/MJ, que es considerablemente menor que la constante correspondiente para el cloro libre.

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