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Ricerca applicativa di LED UV nella sterilizzazione e nella purificazione dell'acqua di disinfezione

2022-11-24

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I LED UV, o diodi a emissione di luce ultravioletta, sono diventati una tecnica pratica per la disinfezione dell'acqua negli ultimi dieci anni. I vantaggi delle tradizionali lampade UV al mercurio rispetto a quelle chimiche Disinfezione UV dell'acqua   le tecniche sono ancora presenti con i LED UV, ma eliminano anche alcuni inconvenienti.

La tecnologia di sterilizzazione

Numerose applicazioni di Sterilizzazione LED UV la tecnologia può essere trovata nella vita quotidiana. Ad esempio, è utilizzato nei sistemi alimentari, medicinali, idrici e fognari. Sostanze chimiche, calore, radiazioni UV e ozono sono tutte sostanze utilizzate di frequente Sterilizzazione LED UV   tecniche.

A causa della loro semplicità, i prodotti chimici (come il cloro, la perossidasi, ecc.) sono spesso impiegati per Sterilizzazione LED UV ; tuttavia, possono avere effetti sfavorevoli, come cambiare la qualità del bersaglio. Lo svantaggio di utilizzare il cloro per Sterilizzazione LED UV è la produzione di sostanze chimiche odorose e a rischio biologico.

L'acqua non può trattenere l'ultravioletto e ha scarso impatto sull'ecosistema. Inoltre, non provoca resistenza agli antibiotici batterici. Così, Sterilizzazione LED UV , recentemente apparso sotto i riflettori come alternativa alla clorazione, pulisce efficacemente senza composti chimici.

Le lampade UV, come le lampade a vapori di mercurio relativamente basse e moderate, sono utilizzate nelle tradizionali tecniche di sterilizzazione UV. Questi sono utilizzati nei laboratori biologici e nelle strutture mediche per disinfettare gli ambienti di lavoro e le attrezzature. Per quanto riguarda l'efficienza dell'assorbimento dei raggi UV da parte del DNA, le luci UV emettono raggi UV a una specifica lunghezza d'onda, che corrisponde molto da vicino ai picchi della curva di efficacia antimicrobica.

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La radiazione UV con una frequenza di 365 nm è classificata come UV-A (320-400 nm) e l'UV-A ha un potenziale di danno minore rispetto all'UV-C (100-280 nm). Un LED UV produce luce con una lunghezza d'onda di 365 nanometri, che è meno dannosa per gli occhi e la pelle umana rispetto a una lampada con una lunghezza d'onda di 254 nanometri.

Inoltre, poiché il LED UV è privo di mercurio, non ha effetti negativi sull'ambiente o sulle persone. Uno sterilizzatore rispettoso dell'ambiente è un LED UV. Il mercurio, dannoso per l'ambiente e la salute umana, è presente nelle lampade a vapori di mercurio.

Gli sterilizzatori UV devono essere realizzati per adattarsi alla forma delle lampade, che spesso sono enormi e occupano molto spazio. Quindi, senza l'utilizzo di materiali pericolosi, nuovi Sterilizzazione LED UV   si possono realizzare apparecchiature a basso consumo energetico di varie forme e dimensioni.

Confronto tra LED UV e LED convenzionali; S

I LED UV sono più resistenti, più piccoli e privi di mercurio rispetto alle loro controparti convenzionali. Inoltre durano più a lungo e raggiungono la piena potenza più rapidamente. Questi vantaggi, con tempi di avvio quasi immediati e lunghezze d'onda personalizzabili, forniscono ai progetti di reattori UV-LED una grande flessibilità di progettazione.

Nonostante questi vantaggi, le applicazioni convenzionali dei reattori UV-LED si sono concentrate su reti più piccole, che sono inefficaci per il trattamento dell'acqua municipale. Grazie alle loro modeste dimensioni, che vanno da 1 a 4 mm, i LED UV possono essere posizionati per emettere radiazioni in varie direzioni.

Rispetto alle lampade UV convenzionali, questi schemi di radiazione altamente focalizzati consentono più opzioni di orientamento e, quindi, reattori a fissione unici. Per Disinfezione UV dell'acqua , i LED UV si sono dimostrati efficaci almeno quanto le lampade UV ridotte (LPUV) su un ampio spettro di frequenze antimicrobiche (ad es. 250 –285nm).

Queste variabili stanno migliorando di anno in anno. L'adozione diffusa della tecnologia igienico-sanitaria UV-LED adeguata è stata limitata da costi iniziali elevati, scarsa potenza di uscita e bassa efficienza della facciata.

Di conseguenza, l'utilizzo della tecnologia è stato principalmente limitato ad applicazioni batch su piccola scala al punto di utilizzo, in cui le carenze della tecnologia sono superate da periodi di esposizione prolungati per ottenere la dose UV necessaria.

Tuttavia, la creazione dei primi reattori UV-LED su vasta scala che possono essere utilizzati negli impianti idrici municipali (WTW) è stata resa possibile dai rapidi progressi nella tecnologia UV-LED e dall'ottimizzazione della progettazione e delle prestazioni dei reattori.

Tali reattori sono costituiti da un tubo di cristallo con LED UV disposti in serie lungo il bordo del cilindro, che consente alla luce UV di entrare nell'acqua che scorre attraverso il reattore. Il controllo termico si ottiene dissipando il calore prodotto dai LED operativi utilizzando un sistema di circolazione del fluido che circonda il recipiente del reattore.

Biodosimetria

Per determinare se i LED UV possono essere utilizzati su larga scala Disinfezione UV dell'acqua,   una precisa valutazione del Disinfezione UV dell'acqua   è richiesta l'efficienza dei reattori a grandezza naturale. La biodosimetria è l'attuale metodo di convalida per i reattori UV convenzionali (utilizzando lampade al mercurio)

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In questo contesto, la valutazione della sensibilità di un microrganismo test surrogato all'esposizione UV a varie dosi con cinetica di attivazione calibrata è chiamata biodosimetria. La curva dose-risposta per i reattori UV viene tipicamente determinata attraverso il test del raggio collimato utilizzando il microrganismo dell'acqua di prova.

Una dose relativa ridotta (RED) (mJ/cm2) viene calcolata utilizzando la curva calibrata e la disattivazione misurata del biodosimetro.

Curva dose-risposta UV per i reattori

L'organismo sfidato dovrebbe essere coltivato in modo simile dallo stesso ceppo di microrganismi. Come risultato dell'operazione viene prodotta una curva dose-risposta UV per i reattori, che mostra il dosaggio di riduzione per ogni inattivazione logaritmica raggiunta a fondo scala.

Inoltre, l'approccio include la trasmittanza UV (UVT) nel calcolo della dose UV, standardizzando le curve dose-risposta UV del reattore a vari livelli indicativi di qualità dell'acqua basati esclusivamente sull'UVT.

Pertanto, l'obiettivo principale di questo lavoro era determinare le prestazioni del sistema UV-LED utilizzando microrganismi di test sostitutivi e confrontandolo con quello delle tradizionali lampade UV.

Criptosporidio spp

ha scelto Cryptosporidium spp. come nostro organismo bersaglio poiché l'UV è frequentemente applicato in situazioni con una maggiore probabilità di incidenza di Cryptosporidium. I fattori di rischio per il Cryptosporidium includono la loro presenza nelle acque di fonte, la resistenza al cloro (durata del contatto con il cloro segnalata di 1000 –10.000 mg min/L) e propensione a evitare di bere acqua filtrata a causa delle loro piccole dimensioni (4 –6 m).

Il trattamento UV di inattivazione per Cryptosporidium parvum è di 0,16 cm2/MJ, che è considerevolmente inferiore alla costante corrispondente per il cloro libero.

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