کاربردهای LED UV-C در ضد عفونی آب

فن آوری های مختلف تصفیه آب از جمله اختلال عفونت آب  در پاسخ به افزایش تقاضا برای آب آشامیدنی خالص توسعه یافته اند. در سال‌های اخیر، فناوری LED فرابنفش-C (UV-C) برای کاربردهای بالقوه‌اش در تصفیه آب آشامیدنی مورد توجه قرار گرفته است. این فناوری نسبت به لامپ های فرابنفش معمولی مبتنی بر جیوه دارای چندین مزیت از جمله بهره وری انرژی، هزینه های عملیاتی کمتر و ردپای محیطی کمتر است. این مقاله یک راهنمای جامع برای کاربردهای UV-C LED در تصفیه آب آشامیدنی ارائه می دهد.

تکنولوژی LED UV-C

تابش UV-C شکلی از تابش الکترومغناطیسی با طول موج 200 تا 280 نانومتر است. با از بین بردن DNA میکروارگانیسم هایی مانند باکتری ها، ویروس ها و تک یاخته ها، در ضد عفونی کردن آب بسیار موثر است. لامپ های UV سنتی با استفاده از بخار جیوه اشعه UV-C تولید می کنند. لامپ های مبتنی بر جیوه دارای معایبی هستند، از جمله مصرف انرژی بالا، خطرات زیست محیطی و نیاز به تعویض دوره ای.

در مقابل، تکنولوژی UV-C LED از یک ماده نیمه هادی برای تولید تابش UV-C استفاده می کند. LED ها نسبت به لامپ های UV معمولی از نظر انرژی کارآمدتر هستند و عمر طولانی تری دارند. علاوه بر این، این ال ای دی ها فاقد جیوه هستند و آنها را از نظر محیطی مطلوب تر می کند. علاوه بر این، آنها را می توان به گونه ای طراحی کرد که طول موج خاصی را منتشر کند و امکان کنترل بیشتر بر فرآیند ضد عفونی را فراهم کند.

کاربردهای UV-C LED در تصفیه آب آشامیدنی

تکنولوژی UV-C LED دارای کاربردهای متعددی در تصفیه آب آشامیدنی از جمله:

ضد عفونی

گندزدایی رایج ترین کاربرد این فناوری در تصفیه آب آشامیدنی است. موثرتر از سایرین است اختلال عفونت آب پرتوهای UV-C به طور استثنایی در از بین بردن DNA میکروارگانیسم هایی مانند باکتری ها، ویروس ها و تک یاخته ها موثر است و آنها را قادر به تولید مثل و آسیب نمی کند. اشعه UV-C به غشای سلولی میکروارگانیسم ها نفوذ می کند و به DNA آنها آسیب می رساند و از تکثیر و گسترش بیماری جلوگیری می کند.

اشعه UV-C محصولات جانبی ضدعفونی مضر (DBPs) تولید نمی کند و طعم، رنگ یا بوی آب را تغییر نمی دهد، برخلاف کلر که معمولاً برای ضدعفونی آب استفاده می شود. اشعه UV-C به طور قابل توجهی در برابر پاتوژن های آب مقاوم به کلر مانند کریپتوسپوریدیوم و ژیاردیا موثر است. سیستم‌های LED UV-C می‌توانند برای ارائه دوز لازم برای ضدعفونی موثر آب طراحی شوند.

کاهش TOC

کل کربن آلی (TOC) آب معیاری از محتوای آلی آن است. غلظت بالای TOC می تواند منجر به تشکیل DBPs شود که برای سلامت انسان مضر است. با تجزیه ترکیبات آلی به مولکول های کوچکتر و کمتر مضر، می توان از فناوری UV-C LED برای کاهش سطح TOC در آب استفاده کرد. اشعه UV-C می تواند پیوندهای شیمیایی موجود در ترکیبات آلی را بشکند و در نتیجه مولکول های کم خطرتر و ساده تر تشکیل شود.

فناوری UV-C LED به ویژه در از بین بردن اسیدهای هیومیک و فولویک موثر است، که به طور مشخص از بین بردن آنها با روش های درمانی معمولی دشوار است. وجود این ترکیبات آلی در آب های سطحی می تواند به تشکیل DBPs کمک کند. با کاهش سطح TOC در آب، فناوری UV-C LED می تواند به جلوگیری از تشکیل DBP های خطرناک کمک کند.

مدیریت طعم و بو

از فناوری UV-C LED می توان برای کنترل طعم و بوی آب با حذف ترکیبات آلی که مسئول این خصوصیات هستند استفاده کرد. برخی از ترکیبات آلی، از جمله ژئوسمین و 2-متیل ایزوبورنئول (MIB)، مسئول طعم و بوی خاکی و کپک‌آمیز آب هستند. این ترکیبات آلی را می توان در اثر تشعشع تجزیه کرد و در نتیجه طعم و بوی آب را بهبود بخشید.

این فناوری به ویژه در تصفیه آب با غلظت‌های زیاد ژئوسمین و MIB که از بین بردن آنها با روش‌های تصفیه مرسوم دشوار است، مؤثر است. با تنظیم طعم و بوی آب می تواند اعتماد مصرف کننده را نسبت به کیفیت آب آشامیدنی افزایش دهد.

فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

در ارتباط با فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)، فناوری UV-C LED می تواند برای پاکسازی آب حاوی آلاینده های آلی پایدار (POPs) استفاده شود. AOP ها مستلزم تولید رادیکال های هیدروکسیل بسیار واکنش پذیر هستند که می توانند ترکیبات آلی پیچیده را به مولکول های ساده تر و کم خطر تجزیه کنند. از این فناوری می توان برای تولید اشعه UV-C لازم برای فعال کردن AOP ها استفاده کرد.

ترکیبی از فناوری UV-C LED و AOP ها می تواند به ویژه برای تصفیه آب حاوی مواد دارویی، محصولات مراقبت شخصی و سایر آلاینده های نوظهور که نمی توانند به طور موثر با روش های تصفیه مرسوم حذف شوند، موثر باشد. به ویژه در مناطقی که فعالیت های انسانی بر منابع آب تأثیر می گذارد، مانند مناطق شهری، کاربرد دارد.

ملاحظات برای طراحی سیستم LED UV-C

طراحی یک سیستم LED UV-C برای تصفیه آب آشامیدنی مستلزم بررسی دقیق تعدادی از عوامل از جمله:

خروجی LED UV-C

این یک عامل تعیین کننده مهم برای کارایی سیستم در ضد عفونی کردن آب است. خروجی سیستم به طور معمول بر حسب میلی وات (mW) بر سانتی متر مربع (cm2) اندازه گیری می شود و با تعداد و نوع LED های UV-C استفاده شده تعیین می شود.

برای اطمینان از انتشار کافی، انتخاب LED های UV-C با کیفیت بالا که به طور خاص برای کاربردهای تصفیه آب طراحی شده اند، ضروری است. تعداد LED های استفاده شده در سیستم باید کافی باشد تا درخشندگی مورد نظر را در دبی مورد نظر فراهم کند. با افزایش تعداد ال ای دی ها یا با استفاده از ال ای دی های با توان بالاتر، درخشندگی کلی را افزایش دهید.

طول موج

طول موج تابش UV-C یک عامل مهم در تعیین اثربخشی آن در ضد عفونی کردن آب است. طول موج بهینه ضد عفونی تقریباً 254 نانومتر است، اگرچه طول موج‌های بین 200 تا 280 نانومتر نیز می‌توانند مؤثر باشند. LED های UV-C باید نور را در طول موج مورد نظر ساطع کنند.

مواد مورد استفاده برای ساخت LED ها، دوپینگ مواد و طراحی تراشه LED همگی می توانند بر طول موج تابش UV-C تأثیر بگذارند. انتخاب LED های UV-C که تابش را در طول موج مورد نظر ساطع می کنند و با استفاده از تکنیک های آزمایش مناسب، طول موج را تأیید می کنند، ضروری است.

نرخ جریان حجمی

سرعت عبور آب از طریق سیستم LED UV-C یک عامل مهم در تعیین اثربخشی سیستم است. برای دستیابی به سطح مورد نظر ضد عفونی، سیستم باید طوری طراحی شود که تمام آب را برای مدت زمان کافی در معرض اشعه UV-C قرار دهد.

برای اطمینان از زمان نوردهی کافی، محاسبه زمان تماس مورد نیاز بر اساس سرعت جریان، طول محفظه LED UV-C و تعداد و محل قرارگیری LED های UV-C ضروری است. با استفاده از شیرها و پمپ ها، می توان میزان جریان را تنظیم کرد تا میزان جریان آب در پارامترهای طراحی سیستم LED حفظ شود.

دوره تماس

مدت زمان تماس بین آب و اشعه UV-C یک عنصر حیاتی در تعیین اثربخشی سیستم است. زمان تماس تحت تأثیر نرخ جریان، طول محفظه LED UV-C و همچنین تعداد و محل قرارگیری LED های UV-C است.

محفظه LED UV-C باید به گونه ای طراحی شود که زمان قرار گرفتن در معرض کافی برای ضد عفونی کردن آب را فراهم کند. تنظیم طول محفظه برای رسیدن به زمان تماس مورد نظر. علاوه بر این، تعداد و موقعیت LED های UV-C را می توان تغییر داد تا اطمینان حاصل شود که تمام آب در معرض اشعه UV-C قرار دارد.

عملکرد سیستم

کارایی سیستم LED UV-C عامل مهمی در تعیین هزینه های عملیاتی آن است. سیستم باید طوری طراحی شود که با به حداقل رساندن مصرف انرژی، کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری و بهینه سازی استفاده از آن، کارایی را به حداکثر برساند.

برای کاهش مصرف انرژی، انتخاب LEDهای UV-C با انرژی کارآمد و طراحی سیستم برای کاهش اتلاف حرارت ضروری است. این سیستم باید به گونه‌ای طراحی شود که نیازهای تعمیر و نگهداری را با ترکیب اجزای با کیفیت بالا و مکانیسم‌های تمیز کردن خودکار، از جمله ویژگی‌های دیگر، به حداقل برساند. ترکیب سنسورها و کنترل‌ها برای نظارت بر عملکرد سیستم و اصلاح خروجی UV-C در صورت لزوم می‌تواند استفاده از LED‌های UV-C را بهینه کند.

اعتبار سنجی سیستم

اثربخشی سیستم LED UV-C در ضد عفونی کردن آب باید با استفاده از روش‌های آزمایش مناسب، مانند پروتکل ذکر شده در USEPA UVDGM (راهنمای راهنمای ضد عفونی با فرابنفش) تأیید شود. علاوه بر این، سیستم باید برای اطمینان از انطباق با الزامات قانونی قابل اجرا، مانند قانون آب آشامیدنی ایمن ساخته شود.

برای تأیید کارایی سیستم LED UV-C، انجام آزمایش‌های لازم با استفاده از پروتکل‌های استاندارد شده ضروری است تا اطمینان حاصل شود که سیستم استانداردهای ضدعفونی لازم را برآورده می‌کند. برای اطمینان از ایمن بودن آب تصفیه شده برای مصارف انسانی، سیستم باید طوری طراحی شود که با تمام الزامات قانونی قابل اجرا مطابقت داشته باشد.

خط پایین

فناوری UV-C LED مزایای متعددی را نسبت به لامپ‌های UV معمولی برای تصفیه آب آشامیدنی ارائه می‌کند، از جمله راندمان انرژی بیشتر، هزینه‌های عملیاتی کمتر و اثرات زیست‌محیطی کمتر. این فناوری در ضدعفونی کردن آب و تنظیم سطح TOC، طعم و بو به طور فوق العاده ای موثر است. می توان آن را شکل گرفت تولید کنندگان دیودهای LED UV پسندیدن تیانهویی الکتریک

تعدادی از عوامل، از جمله خروجی LED UV-C، طول موج، سرعت جریان، مدت زمان تماس، کارایی سیستم و اعتبارسنجی سیستم، باید به دقت در هنگام طراحی یک سیستم LED UV-C برای تصفیه آب آشامیدنی در نظر گرفته شوند. چندین مطالعه موردی اثربخشی فناوری UV-C LED را در تصفیه آب آشامیدنی نشان داده‌اند و پیش‌بینی می‌شود که این فناوری در سال‌های آینده مقبولیت گسترده‌تری پیدا کند.

برای علاقه مندان به اجرا ضد عفونی آب UV n برای نیازهای تصفیه هوا و آب آنها، همکاری با تولید کننده معتبر ماژول ها و دیودهای UV LED مانند Tianhui Electric توصیه می شود. با تماس تیانهویی الکتریک ،آ سازنده های رهبری UV  می توانید در مورد محصولات آنها بیشتر بدانید و یک مشاوره برای بحث در مورد نیازهای ضد عفونی UV خود برنامه ریزی کنید.