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殺菌・消毒・浄水におけるUV LEDの応用研究

2022-11-24

殺菌・消毒・浄水におけるUV LEDの応用研究 1

UV-LED、または紫外線発光ダイオードは、過去 10 年間で水を消毒するための実用的な技術になりました。 従来の水銀 UV ランプのケミカル ランプに対する利点 UV水消毒   UV-LED にはまだ技術がありますが、いくつかの欠点も解消されます。

殺菌技術

の多数のアプリケーション UV LED滅菌 テクノロジーは日常生活の中で見つけることができます。 たとえば、食品、医薬品、上下水道などで利用されています。 化学薬品、熱、紫外線、オゾンはすべて頻繁に使用されます UV LED滅菌   テクニック。

その単純さから、化学物質 (塩素、ペルオキシダーゼなど) が頻繁に使用されます。 UV LED滅菌 ;ただし、ターゲットの品質を変更するなど、好ましくない影響を与える可能性があります。 塩素を使うデメリット UV LED滅菌 臭気のあるバイオハザード化学物質の生産です。

水は紫外線を保持できず、生態系への影響はほとんどありません。 さらに、細菌の抗生物質耐性にはなりません。 したがって、 UV LED滅菌 塩素処理の代替品として最近脚光を浴びている は、化合物なしで効果的に洗浄します。

比較的低濃度および中程度の水銀灯などの UV ランプは、従来の UV 滅菌技術で使用されます。 これらは、生物学研究所や医療施設で作業環境や機器を消毒するために使用されます。 DNA による UV 吸収の効率に関して、UV 光は特定の波長で UV を放出します。これは、抗菌効果曲線のピークと非常によく一致します。

殺菌・消毒・浄水におけるUV LEDの応用研究 2

周波数が 365 nm の紫外線は UV-A (320 ~ 400 nm) に分類され、UV-A は UV-C (100 ~ 280 nm) よりも損傷の可能性が低くなります。 UV-LED は 365 ナノメートルの波長の光を生成します。これは、254 ナノメートルの波長のランプよりも人間の目や皮膚への害が少なくなります。

また、UV-LEDは水銀を使用していないため、環境や人に悪影響を与えません。 環境に配慮した殺菌装置はUV-LEDです。 環境と人間の健康に有害な水銀は、水銀灯に含まれています。

UV 滅菌器は、多くの場合、巨大で多くのスペースを占めるランプの形状に合わせて作成する必要があります。 したがって、有害物質を使用せずに、新しい UV LED滅菌   低エネルギー消費の機器は、さまざまな形状とサイズで作成できます。

UV LED と従来の LED の比較; S

UV-LED は、従来の対応物よりも弾力性があり、小型で、水銀を使用していません。 また、長持ちし、フルパワーに素早く到達します。 これらの利点は、ほぼ即時の起動時間とカスタマイズ可能な波長により、UV-LED リアクターの設計に優れた設計柔軟性を提供します。

これらの利点にもかかわらず、従来の UV-LED 原子炉アプリケーションは小規模なネットワークに集中しており、都市用水の処理には効果がありません。 UV-LED は 1 ~ 4 mm の適度なサイズであるため、さまざまな方向に放射を放出するように配置できます。

従来の UV ランプと比較して、これらの高度に集束された放射パターンにより、より多くの方向オプションが可能になり、独自の核分裂リアクターが可能になります。 の場合 UV水消毒 、UV-LEDは、抗菌周波数の広いスペクトルにわたって、少なくともUV(LPUV)ランプと同じくらい効果的であることが示されています(例: 250 –285nm)。

これらの変数は年々改善されています。 UV-LED の適切な衛生技術の普及は、初期費用が高く、出力が低く、ファサード効率が低いという制約を受けてきました。

その結果、この技術の使用は主にユースポイントの小規模なバッチ アプリケーションに限定されており、必要な UV 線量を達成するために露光時間を延長することで技術の欠点を克服しています。

それにもかかわらず、UV-LED 技術の急速な進歩とリアクターの設計と性能の最適化によって、市営水道 (WTW) で使用できる最初の本格的な UV-LED リアクターの作成が可能になりました。

このようなリアクタは、UV-LED がシリンダーの端に沿って直列に配置されたクリスタルガラス管でできており、UV 光がリアクタを流れる水に入ることができます。 熱制御は、原子炉容器を取り囲む流体循環システムを使用して、LED の動作によって生成された熱を放散することによって達成されます。

生物線量測定

UV-LEDが大規模に使用できるかどうかを判断するには UV水消毒、   の正確な評価 UV水消毒   本格的な原子炉の効率が必要です。 バイオドシメトリーは、従来の UV リアクター (水銀ランプを使用) の現在の検証方法です。

殺菌・消毒・浄水におけるUV LEDの応用研究 3

これに関連して、較正された活性化速度論を用いたさまざまな用量にわたる紫外線曝露に対する代理試験微生物の感受性の評価は、生物線量測定と呼ばれます。 UV リアクターの線量反応曲線は、通常、試験水の微生物を使用した平行ビーム試験によって決定されます。

補正された相対線量 (RED) (mJ/cm2) は、校正された曲線と生物線量計の測定された不活性化を使用して計算されます。

原子炉の UV 線量反応曲線

攻撃された生物は、同じ微生物株から同様に増殖する必要があります。 リアクターの UV 線量応答曲線は、操作の結果として作成され、フルスケールで達成された各対数不活性化の削減線量を示しています。

さらに、このアプローチには、UV 線量の計算に UV 透過率 (UVT) が含まれており、純粋に UVT に基づいて、原子炉の UV 線量応答曲線をさまざまな指標となる水質レベルに標準化しています。

したがって、この研究の主な目的は、代替試験微生物を利用し、それを従来の UV ランプと比較することによって、UV-LED システムの性能を判断することでした。

クリプトスポリジウム属

クリプトスポリジウム属を選びました。 紫外線は、クリプトスポリジウムの発生確率が高い状況で頻繁に適用されるため、私たちの標的生物として。 クリプトスポリジウムの危険因子には、原水に存在すること、塩素に対する耐性が含まれます (塩素との接触期間が報告されています 1000 –10,000 mg min/L)、サイズが小さいため、ろ過された水を飲むのを避ける傾向があります (4 –6メートル)。

Cryptosporidium parvum の不活化 UV 処理は 0.16 cm2/MJ であり、これは遊離塩素の対応する定数よりもかなり小さくなっています。

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殺菌・消毒・浄水におけるUV LEDの応用研究 4

 

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