UV LED在殺菌消毒-水質淨化中的應用研究

在過去十年中，UV-LED 或紫外線發光二極管已成為一種實用的水消毒技術。 傳統汞紫外燈相對於化學燈的優勢 紫外線水消毒   技術仍然存在於 UV-LED 中，但它們也消除了一些缺點。

殺菌技術

的眾多應用 紫外線 LED 殺菌 技術可以在日常生活中找到。 例如，它用於食品、藥品、水和污水系統。 化學品、熱量、紫外線輻射和臭氧都經常使用 紫外線 LED 殺菌   技巧。

由於其簡單性，化學品（如氯、過氧化物酶等）經常用於 紫外線 LED 殺菌 ;但是，它們可能會產生不利影響，例如改變目標的質量。 使用氯氣的缺點 紫外線 LED 殺菌 是有氣味和生物危害化學品的生產。

水不能保留紫外線，對生態系統的影響很小。 此外，它不會導致細菌抗生素耐藥性。 因此， 紫外線 LED 殺菌 ，最近作為氯化替代品出現在聚光燈下，無需化學化合物即可有效清潔。

紫外線燈，例如相對低和中等的汞蒸氣燈，用於傳統的紫外線消毒技術。 這些用於生物實驗室和醫療設施，以對工作環境和設備進行消毒。 關於 DNA 吸收紫外線的效率，紫外線燈會發出特定波長的紫外線，這與抗菌功效曲線的峰值非常接近。

頻率為 365 nm 的紫外線輻射被歸類為 UV-A（320-400 nm），而 UV-A 的損壞可能性低於 UV-C（100-280 nm）。 UV-LED 產生波長為 365 納米的光，與波長為 254 納米的燈相比，它對人眼和皮膚的危害更小。

此外，由於 UV-LED 不含汞，因此對環境或人類沒有負面影響。 具有環保意識的消毒器是 UV-LED。 水銀燈中含有對環境和人體健康有害的水銀。

紫外線消毒器必須製作成適合燈的形狀，這些燈通常很大並且佔用很多空間。 因此，在不使用危險材料的情況下，新的 紫外線 LED 殺菌   可以製造各種形狀和尺寸的低能耗設備。

UV LED與傳統LED的比較；小號

與傳統對應物相比，UV-LED 更具彈性、更小且不含汞。 它們的使用壽命也更長，並且更快地達到全功率。 這些優勢以及幾乎即時的啟動時間和可定制的波長，為 UV-LED 反應器設計提供了極大的設計靈活性。

儘管有這些好處，但傳統的 UV-LED 反應器應用集中在較小的網絡上，這些網絡對於處理市政水是無效的。 由於尺寸適中（1 到 4 毫米），UV-LED 可以定位以向各個方向發射輻射。

與傳統的紫外線燈相比，這些高度聚焦的輻射模式允許更多的方向選擇，因此，獨特的裂變反應堆。 對於 紫外線水消毒 , UV-LED 已被證明在廣譜抗微生物頻率（例如， 250 –285 納米）。

這些變量逐年改善。 高昂的前期成本、低輸出功率和低立面效率限制了 UV-LED 適當衛生技術的廣泛採用。

因此，該技術的使用主要限於使用點、小規模批量應用，在這些應用中，通過延長曝光時間以達到必要的紫外線劑量來克服該技術的缺點。

儘管如此，由於 UV-LED 技術的快速發展以及反應器設計和性能的優化，第一個可用於市政自來水廠 (WTW) 的全尺寸 UV-LED 反應器的創建成為可能。

這種反應器由水晶玻璃管製成，UV-LED 沿圓柱體邊緣串聯排列，允許紫外線進入流經反應器的水中。 熱控制是通過使用反應器容器周圍的流體循環系統消散由運行的 LED 產生的熱量來實現的。

生物劑量學

確定 UV-LED 是否可用於大規模 紫外線水消毒,   的精確評估 紫外線水消毒   需要全尺寸反應器的效率。 生物劑量法是目前用於傳統紫外線反應器（使用汞燈）的驗證方法

在這種情況下，使用校準的活化動力學評估替代測試微生物對各種劑量的紫外線照射的敏感性稱為生物劑量學。 紫外線反應器的劑量響應曲線通常是通過使用測試水的微生物進行准直光束測試來確定的。

減少的相對劑量 (RED) (mJ/cm2) 是使用校準曲線和測量的生物劑量計失活計算的。

反應器的紫外線劑量響應曲線

受攻擊的生物體應該從相同的微生物種群中以類似的方式生長。 作為操作的結果，產生了反應器的 UV 劑量響應曲線，它顯示了在全規模下達到的每個 log 失活的減少劑量。

此外，該方法在紫外線劑量計算中包括紫外線透射率 (UVT)，將反應器的紫外線劑量響應曲線標準化為完全基於 UVT 的各種指示性水質水平。

因此，這項工作的主要目標是通過使用替代測試微生物並將其與傳統紫外線燈進行比較來確定 UV-LED 系統的性能。

隱孢子蟲屬

選擇隱孢子蟲屬。 作為我們的目標生物，因為紫外線經常應用於隱孢子蟲發生率更高的情況。 隱孢子蟲的危險因素包括它們在源水中的存在、對氯的抵抗力（報告的氯接觸持續時間 1000 –10,000 mg min/L)，並且由於體積小而傾向於避免飲用過濾水 (4 –6 米）。

Cryptosporidium parvum 的滅活 UV 處理為 0.16 cm2/MJ，遠低於游離氯的相應常數。

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