การประยุกต์ใช้ UV-C LED ในการฆ่าเชื้อโรคในน้ำ

เทคโนโลยีการบำบัดน้ำต่างๆ ได้แก่ ฆ่าเชื้อโรคในน้ำ UV  ได้รับการพัฒนาเพื่อตอบสนองความต้องการน้ำดื่มบริสุทธิ์ที่เพิ่มสูงขึ้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยี LED รังสีอัลตราไวโอเลต-ซี (UV-C) ได้รับความสนใจอย่างมากสำหรับการใช้งานที่มีศักยภาพในการบำบัดน้ำดื่ม เทคโนโลยีนี้มีข้อดีหลายประการเหนือหลอด UV ที่ใช้สารปรอททั่วไป รวมถึงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำกว่า และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่น้อยลง บทความนี้ให้คำแนะนำที่ครอบคลุมเกี่ยวกับการใช้งาน UV-C LED ในการฟื้นฟูน้ำดื่ม

เทคโนโลยี UV-C LED

รังสี UV-C เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ารูปแบบหนึ่งที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 200 ถึง 280 นาโนเมตร ด้วยการกำจัด DNA ของจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย ไวรัส และโปรโตซัว จึงมีประสิทธิภาพสูงในการฆ่าเชื้อในน้ำ หลอด UV แบบดั้งเดิมผลิตรังสี UV-C โดยใช้ไอปรอท หลอดไฟที่ใช้สารปรอทมีข้อเสียหลายประการ รวมถึงการใช้พลังงานสูง เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม และจำเป็นต้องเปลี่ยนตามระยะเวลา

ในทางตรงกันข้าม เทคโนโลยี UV-C LED ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์เพื่อสร้างรังสี UV-C LED ประหยัดพลังงานมากกว่าและมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าหลอด UV ทั่วไป นอกจากนี้ ไฟ LED เหล่านี้ยังปราศจากสารปรอท ทำให้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น นอกจากนี้ยังสามารถออกแบบให้ปล่อยความยาวคลื่นเฉพาะออกมา ทำให้สามารถควบคุมกระบวนการฆ่าเชื้อได้มากขึ้น

การประยุกต์ใช้ UV-C LED ในการบำบัดน้ำดื่ม

เทคโนโลยี UV-C LED มีการใช้งานที่หลากหลายในการบำบัดน้ำดื่ม รวมถึง:

การฆ่าเชื้อโรค

การฆ่าเชื้อโรคเป็นการนำเทคโนโลยีนี้มาใช้มากที่สุดในการบำบัดน้ำดื่ม มีประสิทธิภาพมากกว่าอย่างอื่น ฆ่าเชื้อโรคในน้ำ UV รังสี UV-C มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในการทำลาย DNA ของจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย ไวรัส และโปรโตซัว ทำให้พวกมันไม่สามารถแพร่พันธุ์และบาดเจ็บได้ รังสี UV-C จะทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของจุลินทรีย์และทำลาย DNA ของพวกมัน ป้องกันไม่ให้พวกมันแพร่พันธุ์และแพร่เชื้อโรค

รังสี UV-C ไม่ก่อให้เกิดผลพลอยได้จากการฆ่าเชื้อที่เป็นอันตราย (DBPs) และไม่ทำให้รสชาติ สี หรือกลิ่นของน้ำเปลี่ยนแปลง ซึ่งแตกต่างจากคลอรีนซึ่งใช้กันทั่วไปในการฆ่าเชื้อโรคในน้ำ รังสี UV-C มีประสิทธิภาพในการต่อต้านเชื้อโรคในน้ำที่ทนต่อคลอรีน เช่น Cryptosporidium และ Giardia ระบบ UV-C LED สามารถออกแบบให้มีปริมาณที่จำเป็นสำหรับการฆ่าเชื้อโรคในน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ

TOC ลดลง

ปริมาณอินทรีย์คาร์บอนรวม (TOC) ของน้ำเป็นตัววัดปริมาณสารอินทรีย์ TOC ที่มีความเข้มข้นสูงอาจส่งผลให้เกิดการก่อตัวของ DBPs ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ เทคโนโลยี UV-C LED สามารถลดระดับ TOC ในน้ำได้ด้วยการสลายสารประกอบอินทรีย์ให้เป็นโมเลกุลที่เล็กลงและเป็นอันตรายน้อยลง รังสี UV-C สามารถทำลายพันธะเคมีในสารประกอบอินทรีย์ ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของโมเลกุลที่อันตรายน้อยลงและเรียบง่ายขึ้น

เทคโนโลยี UV-C LED มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกำจัดกรดฮิวมิกและกรดฟุลวิค ซึ่งทราบกันดีว่ายากต่อการกำจัดด้วยวิธีการบำบัดแบบเดิม การปรากฏตัวของสารประกอบอินทรีย์เหล่านี้ในน้ำผิวดินสามารถทำให้เกิด DBPs ได้ ด้วยการลดระดับ TOC ในน้ำ เทคโนโลยี UV-C LED สามารถช่วยป้องกันการก่อตัวของ DBP ที่เป็นอันตรายได้

การจัดการรสชาติและกลิ่น

สามารถใช้เทคโนโลยี UV-C LED เพื่อควบคุมรสชาติและกลิ่นของน้ำโดยการกำจัดสารประกอบอินทรีย์ที่รับผิดชอบต่อคุณสมบัติเหล่านี้ สารประกอบอินทรีย์บางชนิด รวมทั้ง geosmin และ 2-methylisoborneol (MIB) มีส่วนรับผิดชอบต่อกลิ่นและรสที่เหมือนดินและเหม็นอับของน้ำ สารประกอบอินทรีย์เหล่านี้สามารถย่อยสลายได้ด้วยรังสี ซึ่งจะทำให้น้ำมีรสชาติและกลิ่นดีขึ้น

เทคโนโลยีนี้มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการบำบัดน้ำที่มีความเข้มข้นสูงของ geosmin และ MIB ซึ่งยากต่อการกำจัดด้วยวิธีการบำบัดแบบเดิม การควบคุมรสชาติและกลิ่นของน้ำจะช่วยเพิ่มความมั่นใจให้กับผู้บริโภคในคุณภาพของน้ำดื่มได้

กระบวนการออกซิเดชั่นขั้นสูง (AOPs)

เมื่อใช้ร่วมกับกระบวนการออกซิเดชันขั้นสูง (AOPs) เทคโนโลยี UV-C LED สามารถใช้ในการปรับสภาพน้ำที่มีสารมลพิษอินทรีย์ (POPs) อยู่ได้ AOPs นำมาซึ่งการผลิตของอนุมูลไฮดรอกซิลที่มีปฏิกิริยาสูง ซึ่งสามารถย่อยสลายสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนให้เป็นโมเลกุลที่เรียบง่ายและอันตรายน้อยกว่า เทคโนโลยีนี้สามารถใช้เพื่อผลิตรังสี UV-C ที่จำเป็นในการเปิดใช้งาน AOP

การผสมผสานระหว่างเทคโนโลยี UV-C LED และ AOPs สามารถมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการบำบัดน้ำที่มีเภสัชภัณฑ์ ผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคล และสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ ที่ไม่สามารถกำจัดออกได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยวิธีการบำบัดแบบเดิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่กิจกรรมของมนุษย์มีผลกระทบต่อแหล่งน้ำ เช่น เขตเมือง

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบระบบ LED UV-C

การออกแบบระบบ UV-C LED สำหรับการบำบัดน้ำดื่มจำเป็นต้องคำนึงถึงปัจจัยหลายประการอย่างพิถีพิถัน รวมถึง:

เอาท์พุต LED UV-C

นี่เป็นปัจจัยสำคัญของประสิทธิภาพของระบบในการฆ่าเชื้อโรคในน้ำ โดยทั่วไป เอาต์พุตของระบบจะวัดเป็นมิลลิวัตต์ (mW) ต่อตารางเซนติเมตร (ซม.2) และกำหนดโดยจำนวนและประเภทของ LED UV-C ที่ใช้

เพื่อให้แน่ใจว่ามีการปล่อยก๊าซเพียงพอ จำเป็นต้องเลือก LED UV-C คุณภาพสูงซึ่งออกแบบมาเฉพาะสำหรับการบำบัดน้ำ จำนวนไฟ LED ที่ใช้ในระบบต้องเพียงพอเพื่อให้ความส่องสว่างที่ต้องการที่อัตราการไหลที่ต้องการ เพิ่มความส่องสว่างโดยรวมโดยเพิ่มจำนวน LED หรือใช้ LED ที่มีกำลังไฟสูงขึ้น

ความยาวคลื่นของความยาวคลื่น

ความยาวคลื่นของรังสี UV-C เป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อในน้ำ ความยาวคลื่นการฆ่าเชื้อที่เหมาะสมที่สุดคือประมาณ 254 นาโนเมตร แม้ว่าความยาวคลื่นระหว่าง 200 ถึง 280 นาโนเมตรก็มีประสิทธิภาพเช่นกัน LED UV-C ต้องปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นที่ต้องการ

วัสดุที่ใช้ในการผลิต LED การเติมวัสดุ และการออกแบบชิป LED ล้วนมีอิทธิพลต่อความยาวคลื่นของรังสี UV-C จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเลือก LED UV-C ที่ปล่อยรังสีที่ความยาวคลื่นที่ต้องการ และตรวจสอบความยาวคลื่นโดยใช้เทคนิคการทดสอบที่เหมาะสม

อัตราการไหลเชิงปริมาตร

อัตราการไหลของน้ำผ่านระบบ UV-C LED เป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพของระบบ เพื่อให้ได้ระดับการฆ่าเชื้อที่ต้องการ ระบบต้องออกแบบให้น้ำทั้งหมดสัมผัสกับรังสี UV-C ในระยะเวลาที่เพียงพอ

เพื่อให้แน่ใจว่ามีเวลาเปิดรับแสงเพียงพอ จำเป็นต้องคำนวณเวลาสัมผัสที่ต้องการตามอัตราการไหล ความยาวของช่อง UV-C LED และจำนวนและตำแหน่งของหลอด LED UV-C การใช้วาล์วและปั๊ม สามารถควบคุมอัตราการไหลเพื่อให้อัตราการไหลของน้ำอยู่ภายในพารามิเตอร์การออกแบบของระบบ LED

ระยะเวลาการติดต่อ

ระยะเวลาสัมผัสระหว่างน้ำกับรังสี UV-C เป็นองค์ประกอบสำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพของระบบ เวลาในการสัมผัสจะขึ้นอยู่กับอัตราการไหล ความยาวของช่อง UV-C LED รวมถึงจำนวนและตำแหน่งของหลอด LED UV-C

ห้อง UV-C LED ต้องได้รับการออกแบบเพื่อให้มีเวลาเปิดรับแสงเพียงพอสำหรับการฆ่าเชื้อในน้ำ การปรับความยาวของห้องเพาะเลี้ยงเพื่อให้ได้เวลาสัมผัสที่ต้องการ นอกจากนี้ยังสามารถปรับเปลี่ยนจำนวนและตำแหน่งของ LED UV-C เพื่อให้แน่ใจว่าน้ำทั้งหมดสัมผัสกับรังสี UV-C

ประสิทธิภาพของระบบ

ประสิทธิภาพของระบบ UV-C LED เป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน ระบบต้องได้รับการออกแบบให้มีประสิทธิภาพสูงสุดโดยลดการใช้พลังงาน ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา และปรับการใช้งานให้เหมาะสม

เพื่อลดการใช้พลังงาน จำเป็นต้องเลือก LED UV-C ที่ประหยัดพลังงาน และออกแบบระบบเพื่อลดการสูญเสียความร้อน ระบบควรได้รับการออกแบบให้ลดความต้องการในการบำรุงรักษาให้เหลือน้อยที่สุดโดยผสมผสานส่วนประกอบคุณภาพสูงและกลไกการทำความสะอาดอัตโนมัติ รวมถึงคุณสมบัติอื่นๆ การรวมเซ็นเซอร์และการควบคุมเพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของระบบและปรับเปลี่ยนเอาต์พุต UV-C ตามความจำเป็นสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ UV-C LED ได้

การตรวจสอบระบบ

ประสิทธิภาพของระบบ UV-C LED ในน้ำฆ่าเชื้อจะต้องได้รับการตรวจสอบโดยใช้วิธีการทดสอบที่เหมาะสม เช่น โปรโตคอลที่ระบุไว้ใน USEPA UVDGM (คู่มือคำแนะนำในการฆ่าเชื้อด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต) นอกจากนี้ ระบบจะต้องสร้างขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าสอดคล้องกับข้อกำหนดด้านกฎระเบียบที่เกี่ยวข้อง เช่น พระราชบัญญัติน้ำดื่มที่ปลอดภัย

ในการตรวจสอบประสิทธิภาพของระบบ UV-C LED จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องดำเนินการทดสอบที่จำเป็นโดยใช้โปรโตคอลที่เป็นมาตรฐานเพื่อให้แน่ใจว่าระบบเป็นไปตามมาตรฐานการฆ่าเชื้อที่จำเป็น เพื่อให้แน่ใจว่าน้ำบริสุทธิ์นั้นปลอดภัยสำหรับการบริโภคของมนุษย์ ระบบควรได้รับการออกแบบให้สอดคล้องกับข้อกำหนดข้อบังคับที่เกี่ยวข้องทั้งหมด

บรรทัดล่าง

เทคโนโลยี UV-C LED มีข้อดีหลายประการเหนือหลอด UV ทั่วไปสำหรับการบำบัดน้ำดื่ม รวมถึงประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่มากขึ้น ต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำกว่า และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่น้อยลง เทคโนโลยีนี้มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในการฆ่าเชื้อในน้ำและควบคุมระดับ TOC รสชาติ และกลิ่น เป็นรูปเป็นร่างได้ ผู้ผลิตไดโอดนำแสง UV ชอบ เทียนฮุย อิเล็คทริค

ปัจจัยหลายประการ รวมถึงเอาต์พุต UV-C LED, ความยาวคลื่น, อัตราการไหล, ระยะเวลาสัมผัส, ประสิทธิภาพของระบบ และการตรวจสอบความถูกต้องของระบบ จะต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบเมื่อออกแบบระบบ UV-C LED สำหรับการบำบัดน้ำดื่ม กรณีศึกษาหลายกรณีได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของเทคโนโลยี UV-C LED ในการบำบัดน้ำดื่ม และคาดว่าเทคโนโลยีดังกล่าวจะได้รับการยอมรับในวงกว้างในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

สำหรับผู้สนใจนำไปปฏิบัติ การฆ่าเชื้อในน้ำด้วยรังสียูวี สำหรับความต้องการในการบำบัดอากาศและน้ำ ขอแนะนำให้ร่วมมือกับผู้ผลิตโมดูล UV LED และไดโอดที่มีชื่อเสียง เช่น Tianhui Electric โดยการติดต่อ เทียนฮุย อิเล็คทริค ก ผู้ผลิต LED UV  คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ของพวกเขาและนัดหมายเวลาให้คำปรึกษาเพื่อหารือเกี่ยวกับความต้องการในการฆ่าเชื้อด้วยรังสียูวีของคุณ