Vattendesinfektionssystem med ultraviolett ljusavgivande dioder (UV-lysdioder) i bakteriedial- eller UV-C-serien introducerades först kommersiellt redan 2012.
Historia av UV-lysdioder
De ursprungliga systemen var mindre än konventionella UV-produkter, men med lägre flödeshastigheter och en kostnad på flera tusen dollar. Sedan dess har UV-C-lysdioder främst fokuserat på användningstillämpningar med system som blir mindre och mindre till den grad att de enkelt kan integreras eller retromonteras i befintliga produkter. I och med att utformningen av UV-C LED-system förbättrades mognade de i design, robusthet och viktigast av allt, effektivitet och kostnad, och har därför äntligen blivit konkurrenskraftiga för etablerade produkter på marknaden för INSTEG (POE) UV-desinfektion.
Jämförelser med konventionella system
I grunden är UV-desinfektionssystem baserade på två principer - UV-lampans effektivitet och reaktorkonstruktionens effektivitet. Vanligtvis är konventionella UV-lampor effektivare och producerar mer UV-ljus än värme jämfört med UV-C LED-ljuskällor. Motsatsen gäller med konventionell kvicksilverlampa reaktor design, eftersom den cylindriska designen vanligtvis är mindre effektiv än moderna UV-C LED-reaktorer som kan skräddarsys baserat på lysdiodernas flexibilitet. Med tiden har UV-ljuseffektiviteten hos UV-C-lysdioder förbättrats, och designers har avsevärt avancerat effektiviteten hos UV-C LED-reaktorer. Även om dessa framsteg har stelnat LED-teknik för solcellstillämpningar, har den också börjat öppna upp POE-marknaden. UV-C LED-lösningar för de högre flödeshastigheterna i samband med POE-vattenrening har nu blivit åldersåldersålder.
Andra faktorer att tänka på när man jämför konventionella UV-kvicksilverlampor och UV-C-lysdioder är aspekter av de övergripande systemunderhållskraven och ägandekostnaderna. För det första, på grund av de unika egenskaperna hos UV-C-lysdioder, är påväxt mycket mindre oro eftersom värmeurladdning hanteras på baksidan av systemet och inte på kvartslampan eller hylsan där påväxt uppstår. LED-teknik "Instant on" gör det möjligt att endast driva lysdioderna när vatten flödar, vilket eliminerar den värmeuppbyggnad som resulterar i att påväxten ofta finns i system som använder permanent drivna kvicksilverlampor Också, genom noggrann värmehantering, kan UV-C LED-system vara upp till 10 000 timmars intermittent användning. Lysdiodernas omedelbara på/av-egenskaper och därmed följande förmåga att endast drivas vid behov minskar lampbytesintervallet drastiskt jämfört med konventionella kvicksilverlampor. Denna funktion tillsammans med flödesreglerad effektbehov innebär att den elektriska energi som behövs för desinfektion är betydligt lägre för UV-C LED-system.
Flexibiliteten i UV-C-våglängdsvalet i intervallet 260 nm till 280 nm germicidal är ett annat kännetecken för lysdioder jämfört med de fasta 253,7 nm-utsläpp som kvicksilverlamporna ger upphov till. Detta möjliggör mer riktad design av UV-C LED-system för specifika applikationer.
Slutligen är förmågan att införliva UV-intensitetsövervakning i fast tillstånd utan behov av dyra och ofta ganska opålitliga externa sensormoduler, som finns med konventionella kvicksilverlyktorsystem, en betydande bonus och ger automatiskt sinnesro över att desinfektionssystemet faktiskt fungerar som det ska, vilket ger säkert desinficerat vatten.
Lysdioder som kommer online
UV-C LED-system har varit en del av flera fallstudier, inklusive en universitetspilotstudie, och ett samarbetsavtal för forskning och utveckling (CRADA) med U.S. EPA. Dessa fallstudier, som går tillbaka till 2016, erbjuder en tillförlitlighets- och livslängdsindikator som ofta önskas i något så viktigt som dricksvattenrening. Det primära målet med det amerikanska EPA R&D-avtalet var att designa, tillverka och testa ett integrerat vattenreningssystem som innehåller avancerad UV-C LED-desinfektions- och filtreringsteknik. Den integrerade enheten riktade in sig på högre flödeshastigheter och mer utmanande vattenkvaliteter än vad som används i för närvarande tillgängliga kommersiella system. Slutresultatet av detta FoU-avtal resulterade i världens första kommersiellt tillgängliga UV-C LED POE-behandlingssystem.
Poe-enheter för bostäder
Nu när UV-C LED-system har korsat POE-tröskeln är den mest uppenbara "sweet spot" för tekniken i hela hemvattenrening, som omfattar inte bara dricksvattendesinfektion utan också skydd för duschar, badrumsblandare och mer. Det finns nu ett helt genomförbart alternativ till de mer traditionella kvicksilverlyktsystemen som, för att vara fullt effektiva, vanligtvis behöver att lamporna alltid körs med full effekt på grund av kvicksilverlampors erforderliga uppvärmningstid. Användare av konventionella UV-system kommer att vara alltför bekanta med "varmvattenskottet" som inträffar efter längre perioder utan flöde (t.ex. det första på morgonen). Denna irritation elimineras av funktionen "instant on" i LED-system. Femåriga LED-ersättningsintervall baserade på intermittent vattenanvändning i det typiska hemmet tillsammans med minskad elförbrukning och inget kvicksilver som innehåller lampa att kassera bidrar till LED-lösningens attraktionskraft.
Kommersiella enheter
Tillämpligheten av lysdioder på den typ av POE-applikationer som beskrivs ovan lämpar sig också för vad som kan beskrivas som "lätt kommersiellt", där de nödvändiga vattenflödena inte skiljer sig så mycket från de som finns i en bostadsmiljö. Exempel kan vara små bygdegårdar och arenor, små skolor, små kontor, brandhallar och butiker. För större anläggningar kan flera POE-moduler installeras parallellt, men inom en mycket snar framtid, eftersom både produktutveckling och ökad efterfrågan leder till minskade kostnader och fotavtryck, kommer system för hela utbudet av kommersiella applikationer att bli tillgängliga.
Kommunala enheter
Till sin natur har de kommunala vattenreningssystemen de högsta flödeshastigheterna av de applikationer som diskuteras. En ytterligare övervägande är den typiska "multi-barrier" metoden, som ofta kommer att införliva UV-desinfektion samt tillhandahållande av en klorrester. Den mängd UV-effekt som krävs totalt, men de minsta systemen är betydande och kommer att domineras av konventionell kvicksilverlampateknik under en tid ännu. Som nämnts ovan fortskrider dock forskning och utveckling av LED-teknik för UV-C-applikationer snabbt och förhållandet mellan kostnad och energieffektivitet förbättras kontinuerligt. Kommunala systemförsök med LED-teknik för både desinfektion och avancerad oxidation (AOP) har redan inletts i Storbritannien och är säkert ett tecken på vad som komma skall.
UV-C LED marknadstrender
Total POE UV-marknadsstorlek: För den här artikeln kommer vi endast att överväga bostads- och lätta kommersiella applikationer där flödeshastigheterna i allmänhet ligger i intervallet 5 till 15 gpm (20 till 60 lpm). Marknadsstorleken för detta segment uppskattas till cirka 0,3 miljarder dollar årligen, vilket motsvarar cirka 300 000 system globalt.
Ny tillväxt / COVID-19: Ökad slutanvändarmedvetenhet om vattenkvalitetsfrågor genom mycket offentligstämpliga händelser som Flint, Michigan och andra tillsammans med mer allmänna förhöjda hälsoångestnivåer till följd av COVID-19 resulterar i en tvåsiffrig tillväxt för UV-desinfektionsmarknaden i allmänhet. Detta inkluderar yt- och luftapplikationer förutom dricksvatten.
Tillväxt av UV LED-system på marknaden: De ökande kraven och behovet av hållbara lösningar på hälsa och livskvalitetsfrågor bör garantera en allt viktigare plats för UV-C LED-teknik inom området förbättrade vattenbehandlingsmetoder. Kontinuerliga förbättringar av prestanda och kostnadsminskningar gör det redan möjligt att göra detta och kommer endast att öka marknadspenetrationen i framtiden.
