UV LED在杀菌消毒-水质净化中的应用研究

在过去十年中，UV-LED 或紫外线发光二极管已成为一种实用的水消毒技术。 传统汞紫外灯相对于化学灯的优势 紫外线水消毒   技术仍然存在于 UV-LED 中，但它们也消除了一些缺点。

杀菌技术

的众多应用 紫外线 LED 杀菌 技术可以在日常生活中找到。 例如，它用于食品、药品、水和污水系统。 化学品、热量、紫外线辐射和臭氧都经常使用 紫外线 LED 杀菌   技巧。

由于其简单性，化学品（如氯、过氧化物酶等）经常用于 紫外线 LED 杀菌 ;但是，它们可能会产生不利影响，例如改变目标的质量。 使用氯气的缺点 紫外线 LED 杀菌 是有气味和生物危害化学品的生产。

水不能保留紫外线，对生态系统的影响很小。 此外，它不会导致细菌抗生素耐药性。 因此， 紫外线 LED 杀菌 ，最近作为氯化替代品出现在聚光灯下，无需化学化合物即可有效清洁。

紫外线灯，例如相对低和中等的汞蒸气灯，用于传统的紫外线消毒技术。 这些用于生物实验室和医疗设施，以对工作环境和设备进行消毒。 关于 DNA 吸收紫外线的效率，紫外线灯会发出特定波长的紫外线，这与抗菌功效曲线的峰值非常接近。

频率为 365 nm 的紫外线辐射被归类为 UV-A（320-400 nm），而 UV-A 的损坏可能性低于 UV-C（100-280 nm）。 UV-LED 产生波长为 365 纳米的光，与波长为 254 纳米的灯相比，它对人眼和皮肤的危害更小。

此外，由于 UV-LED 不含汞，因此对环境或人类没有负面影响。 具有环保意识的消毒器是 UV-LED。 汞蒸气灯中含有对环境和人体健康有害的汞。

紫外线消毒器必须制作成适合灯的形状，这些灯通常很大并且占用很多空间。 因此，在不使用危险材料的情况下，新的 紫外线 LED 杀菌   可以制造各种形状和尺寸的低能耗设备。

UV LED与传统LED的比较；小号

与传统对应物相比，UV-LED 更具弹性、更小且不含汞。 它们的使用寿命也更长，并且更快地达到全功率。 这些优势以及几乎即时的启动时间和可定制的波长，为 UV-LED 反应器设计提供了极大的设计灵活性。

尽管有这些好处，但传统的 UV-LED 反应器应用集中在较小的网络上，这些网络对于处理市政水是无效的。 由于尺寸适中（1 到 4 毫米），UV-LED 可以定位以向各个方向发射辐射。

与传统的紫外线灯相比，这些高度聚焦的辐射模式允许更多的方向选择，因此，独特的裂变反应堆。 对于 紫外线水消毒 , UV-LED 已被证明在广谱抗微生物频率（例如， 250 –285 纳米）。

这些变量逐年改善。 高昂的前期成本、低输出功率和低立面效率限制了 UV-LED 适当卫生技术的广泛采用。

因此，该技术的使用主要限于使用点、小规模批量应用，在这些应用中，通过延长曝光时间以达到必要的紫外线剂量来克服该技术的缺点。

尽管如此，由于 UV-LED 技术的快速进步以及反应器设计和性能的优化，第一个可用于市政自来水厂 (WTW) 的全尺寸 UV-LED 反应器的创建成为可能。

这种反应器由水晶玻璃管制成，UV-LED 沿圆柱体边缘串联排列，允许紫外线进入流经反应器的水中。 热控制是通过使用反应器容器周围的流体循环系统消散由运行的 LED 产生的热量来实现的。

生物剂量学

确定 UV-LED 是否可用于大规模 紫外线水消毒，   的精确评估 紫外线水消毒   需要全尺寸反应器的效率。 生物剂量法是目前用于传统紫外线反应器（使用汞灯）的验证方法

在这种情况下，使用校准的活化动力学评估替代测试微生物对各种剂量的紫外线照射的敏感性称为生物剂量学。 紫外线反应器的剂量响应曲线通常是通过使用测试水的微生物进行准直光束测试来确定的。

减少的相对剂量 (RED) (mJ/cm2) 是使用校准曲线和测量的生物剂量计失活计算的。

反应器的紫外线剂量响应曲线

受攻击的生物体应该从相同的微生物种群中以类似的方式生长。 作为操作的结果，产生了反应器的 UV 剂量响应曲线，它显示了在全规模下达到的每个对数失活的减少剂量。

此外，该方法在紫外线剂量计算中包括紫外线透射率 (UVT)，将反应器的紫外线剂量响应曲线标准化为完全基于 UVT 的各种指示性水质水平。

因此，这项工作的主要目标是通过使用替代测试微生物并将其与传统紫外线灯进行比较来确定 UV-LED 系统的性能。

隐孢子虫属

选择隐孢子虫属。 作为我们的目标生物，因为紫外线经常应用于隐孢子虫发生率更高的情况。 隐孢子虫的危险因素包括它们在源水中的存在、对氯的抵抗力（报告的氯接触持续时间 1000 –10,000 mg min/L)，并且由于体积小而倾向于避免饮用过滤水 (4 –6 米）。

Cryptosporidium parvum 的灭活 UV 处理为 0.16 cm2/MJ，远低于游离氯的相应常数。

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