Yarimo'tkazgichlar texnologiyasining so'nggi yutuqlari patogen organizmlarni inaktivatsiya qila oladigan to'lqin uzunliklarida UV nurlanishining tor spektrini chiqarishga qodir bo'lgan yorug'lik chiqaruvchi diodlarning (LED) rivojlanishiga olib keldi. So'nggi paytlarda, UV LED chiplari va paketlari, asosiy mahsulotlar sifatida, quvvat ishlab chiqarish, xizmat muddati va hatto ishlab chiqarish xarajatlarini boshqarish nuqtai nazaridan rivojlanmoqda. UV -LED texnologiyasining so'nggi yutuqlari endi bu texnologiyani suv tozalashda qo'llash imkonini berdi. Aslida, UV LED suvni tozalash uchun UV texnologiyasiga yangilik olib keladigan jozibali xususiyatlarga ega. Bu erda UV LEDli suv tozalash tizimlarining uchta muhim jihati muhokama qilinadi: dizayni, ishlashi va qo'llanilishi.
Dizayn
UV -LEDlarning eng muhim afzalliklaridan biri bu reaktor konfiguratsiyasi va optimallashtirishda katta erkinlikni ta'minlab, reaktorni loyihalashda taqdim etiladigan moslashuvchanlikdir. Masalan, bir qancha tadqiqotlar suvni zararsizlantirish uchun UV nurli turli xil LED reaktorlarini qo'llagan (masalan, Würtele va boshq. 2011; Jenni va boshq. 2014; Oguma va boshq. 2016a, b) va ularning har biri boshqa reaktor dizayni kontseptsiyasini qabul qilgan. An'anaviy simobli UV lampalar uchun dizayn mezonlari UV -LED reaktorlariga taalluqli emas, chunki UV -diodlar butunlay boshqacha nurlanish manbai bo'lib, uning izi kichik va emissiya burchakli taqsimlanadi. Suvni tozalash uchun UV -diodli dasturlarning narxi hali ham qiyinchiliklardan biri bo'lganligi sababli, cheklangan miqdordagi UV -LED yordamida yuqori ishlashga erishish uchun dizaynni optimallashtirish texnologiyani amalga oshirish uchun muhim ahamiyatga ega.
Suvni tozalash uchun UV reaktorining ishlashi - bu suvga etkazib beriladigan UV dozasi yoki oqimi. Fluence, o'z navbatida, ravonlik darajasi va yashash vaqtiga bog'liq. Natijada, nurlanish va tezlikni taqsimlash har qanday UV reaktorining samaradorligini belgilovchi omillardir. Bu hodisalar, mikrobial inaktivatsiyaning kinetikasi bilan bir qatorda, har qanday mikroorganizm uchun tezlik doimiyligi UV to'lqin uzunligiga bog'liq, suvni dezinfeksiya qilish uchun reaktorning umumiy ishlashini aniqlaydi. UV chiroqli reaktor bilan solishtirganda, reaktorning nurlanishi, gidrodinamikasi va UV to'lqin uzunligi UV -LED reaktorida yaxshiroq boshqarilishi mumkin (Taghipour, 2018).
Masalan, foydalanish nuqtasida (POU) va kirish nuqtasida (POE) qo'llaniladigan kichik o'lchamli reaktorlar uchun lampalar odatda o'qning asosiy oqimiga parallel o'qi bilan reaktorning markaziy qismida joylashgan. yo'nalish. Reaktorning bunday kontseptsiyasi uchun reaktorning kirish joyidan chiqish joyiga oqib o'tadigan turli xil suv oqimlari bo'ylab bir xil bo'lmagan oqim tezligi taqsimoti mavjud. Buning sababi shundaki, UV lampalarning radiatsion tarqalishi radial yo'nalishda sezilarli farqga ega. UV nurli LED reaktorida, UV nurli nurlanish profilining asosiy yo'nalishi borligini, uning burchakli ko'rinishini sozlash va nurlanish profilini moslashtirish mumkinligini hisobga olgan holda, bu bir xillikni oldini olish mumkin. Bundan tashqari, UV nurli reaktor uchun osonlikcha mumkin bo'lgan nurlanish energiyasining to'g'ri pozitsiyasi va yo'nalishini tanlash, UV lampalarga qaraganda, reaktor devoriga nurlanish energiyasini yo'qotilishini yanada samarali oldini oladi.
Xuddi shunday cheklovlar ham UV oqimi reaktorlarida suyuqlik oqimi tezligini va yashash vaqtini taqsimlashni nazorat qilish uchun mavjud. Ultrabinafsha lampalar odatda reaktorlar ichiga joylashtirilganligi sababli, reaktorning gidrodinamikasiga ko'p jihatdan UV lampalar borligi ta'sir qiladi. Kichik o'lchamdagi bitta chiroqli, o'qi asosiy suyuqlik oqimi yo'nalishiga parallel bo'lgan reaktor uchun, masalan, UV chiroq yuzasi yaqinida eng yuqori tezlik talab qilinadi, bu erda oqim tezligi eng yuqori qiymatida.
Biroq, UV chiroq gilzasi yoki har qanday qattiq sirt yaqinidagi tezlik profili deyarli nolga teng. Shunday qilib, bunday UV chiroqli reaktor uchun deyarli ideal reaktor ishlashiga erishish uchun mos keladigan oqim va nurlanish taqsimoti uchun texnik va amaliy cheklovlar mavjud. UV -LEDli reaktor uchun bu cheklov mavjud emas, bu erda UV -diodli LEDlarni turli joylarga, shu jumladan reaktordan tashqarida ham joylashtirish mumkin va ularning nurlanish profilini sozlash mumkin, bu esa yuqori tezlikda harakatlanish tezligini oshiradi.
Turli bakteriyalar va viruslarning UV nurlanishini inaktivatsiya qilish tezligi to'lqin uzunligiga qarab o'zgarishi mumkin, hatto DNK cho'qqisiga singishi yaqinida ham (Mamane-Gravetz va boshq. 2005; Bek va boshq. 2015). Shu bilan birga, ultrabinafsha LEDlarning to'lqin uzunligini sozlash mumkin, bu maqsadli mikroorganizmlar uchun yuqori inaktivatsiya tezligiga erishishga qaratilgan. Ultrabinafsha diodli ilovalarda mikroorganizmlarning spektral sezgirligi yoki harakat spektrlari xavotirga soladi.
Shunday qilib, UV-diodli emissiya ostida turli mikroorganizmlarning oqimi-javob kinetikasi to'g'risidagi ma'lumotlarni to'plash qiziq bo'lar edi. Bir nechta sharhlar nashr qilingan ma'lumotlarga (masalan, Malayeri va boshq. 2016) asoslanib, manba sifatida xizmat qilishi mumkin. Shuni ta'kidlash kerakki, har xil tadqiqotlarda inaktivatsiya samaradorligini oddiy taqqoslash, bitta tadqiqot maqolasida muhokama qilinganidek, nashr etilgan tadqiqotlarda keltirilgan ko'plab mos kelmaydigan va tengsiz ma'lumotlarni hisobga olgan holda, chalg'itishi mumkin (Song va boshq. 2016).
Bu nomuvofiqlikning asosiy sababchilaridan biri UV -diodli inaktivatsiya tadqiqotlarida turli xil eksperimental sozlashlar va oqim o'lchashning turli usullarini qo'llashdir (masalan, Würtele va boshq. 2011; Oguma va boshq. 2016a, b; Bek va boshq. 2017; Rattanakul va Oguma 2018) . Shu sababli, turli xil tadqiqotlar orasida ishonchli taqqoslashlarga erishish va, eng muhimi, kinetik ma'lumotlarning inaktivatsiyasini to'g'ri olish uchun UV -LED sinov protokolini standartlashtirish zarur. Bunday protokol taklif qilingan (Kheyrandish va boshq. 2017, 2018) va UV LED tizimi uchun "IUVA sinov protokoli" hozirda IUVA ishchi guruhi tomonidan ishlab chiqilmoqda.
Hozircha, bunday standart protokolsiz, qiyosiy tadqiqotlar uchun oddiy variant - bir xil sozlash va izchil ravish ta'rifi yordamida olingan ma'lumotlarni umumlashtirish. Bu harakat 265, 280 va 300 nm UV diodli ultrabinafsha nurlari yordamida sog'liq bilan bog'liq bo'lgan turli mikroorganizmlarning fluens-javob profillarini taqdim etgan tadqiqot guruhi tomonidan qilingan (Oguma va boshq. 2019). Guruh inaktivatsiya tezligi doimiyligi va patogenlar (Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa, Vibrio parahaemolyticus va mushuk kalitsivirusi) va indikator/surrogat turlarining (Escherichia coli) n log inaktivatsiyasi (n=1, 2, 3 va 4) uchun zarur bo'lgan ravonlik haqida xabar beradi. , Bacillus subtilisspores va bakteriofaglar Qb va MS2).
UV LED standart sinov protokoli mavjud bo'lganda, tadqiqotchilar mustaqil va taqqoslanadigan usulda tajribalar o'tkazishi mumkin va natijalar turli xil mikroorganizmlar uchun turli xil emissiyalarning UV -LED inaktivatsiyasi ma'lumotlar bazasini yaxshilaydi va boyitadi.
Operatsiya
UV LED reaktor tizimining o'ziga xos xususiyatlari past kuchlanish va quvvat talablari, avtomatik va yuqori chastotali yoqish/o'chirish qobiliyatiga ega bo'lmagan isitish vaqti va termal boshqaruvning turli xil variantlarini o'z ichiga oladi. Bu xususiyatlar UV chiroqli reaktorlardan unumli foydalanish mumkin bo'lmagan ilovalar uchun UV -LED reaktorlarining ishlashiga olib kelishi mumkin. UV -LEDli suv tozalash moslamasining boshqa o'ziga xos xususiyatlariga mustahkam dizayni va kichik izlari kiradi, bu texnologiya an'anaviy suv tozalash texnologiyalari optimal ishlatilmaydigan POU dasturlariga mos keladi.
UV -LEDli reaktorlar, xususan, POU dasturlari uchun, past quvvat va kuchlanishni talab qiladi, ya'ni ularni quyosh batareyasi bilan zaryadlanuvchi batareya to'plami bilan ishlatish mumkin, bu bozorda mavjud. Shunday qilib, UV nurli reaktorli tizimlarni tarmoqdan tashqari suv tozalash texnologiyasiga aylantirish uchun arzon narxda qayta tiklanadigan energiya ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, kichik va qishloq jamoalarida, umuman, ayniqsa rivojlanayotgan mamlakatlarda uzluksiz elektr quvvatining etishmasligi ko'pincha muammo bo'lib qolaveradi, lekin UB -LEDlar uchun katta cheklov bo'lmaydi.
Ultrabinafsha LEDlar suvni tozalashda yonishi mumkin va u tozalanmaganida o'chadi. Natijada, vaqti -vaqti bilan suv ishlatiladigan va tozalanadigan POU dasturlari uchun, UV -diodli qurilmalar, ehtimol, qurilmaning butun umri davomida almashtirishni talab qilmaydi (natijada chiroqni almashtirish xarajatlari tejaladi) va energiyaning faqat bir qismini iste'mol qiladi (natijada ancha katta bo'ladi). energiya sarfini tejash).
Eng muhimi, UV -LED reaktorlari ozgina texnik xizmat ko'rsatishni talab qiladi. Bunga tez -tez yengni ifloslantiruvchi tozalash va UV manbasini almashtirish kiradi. Ultrabinafsha lampalar naychalarining ifloslanishi, asosan, lampalarning nisbatan yuqori haroratda ishlashi va chiroq issiqligining gilzadan o'tkazilishi natijasida yuzaga keladi. Issiqlik ta'sirida teskari eruvchan metallarning yog'ingarchiliklari ultrabinafsha chiroq gilzasida ifloslantiruvchi moddalarni to'plashning etakchi mexanizmi hisoblanadi.
UV -LEDli reaktorlarda UV -diodlar chiqaradigan issiqlik LED elektron platasidan chiqariladi (kvars oynasi yoki gilzasi emas), shuning uchun gilzalarning ifloslanishi sezilarli bo'lmaydi, demak, muntazam parvarishlash va tozalash mumkin emas. asosiy masala. Shuning uchun, suvni zararsizlantirishning ko'plab texnologiyalarini qo'llashga to'sqinlik qiladigan, kichik va qishloq jamoalaridagi asosiy cheklovlardan biri bo'lgan, malakali operatorlarning yo'qligi, UV LED tizimlari uchun katta cheklov bo'lmasligi mumkin.
Ilova
Ultrabinafonli LEDlarning yorug'lik quvvati va devor vilkalari samaradorligini hisobga olgan holda, UV-LED reaktorlarini qo'llash vaqti-vaqti bilan va past oqim tezligini davolashdir. Bularga reaktorni suv tarqatish moslamalari va sovutgichlar, muz va qahva qaynatgichlar, laboratoriya va tibbiy suv uskunalari kabi iste'mol va tijorat asbob -uskunalari qatoriga qo'shish kiradi. UV -reaktorni ushbu qurilmalarning bir qismiga integratsiyalashuvi UV -nurli reaktorning kichik izi va maxsus xususiyatlari tufayli birinchi marta amalga oshirildi.
Boshqa dastur - bu suvni POUda tozalash. POU suvini tozalash - rivojlanayotgan va rivojlanayotgan mamlakatlarda talab ortib borayotgani sababli rivojlanayotgan jahon sanoatidir; bunday tizimlar bozori 2020 yilda qariyb 25 milliard dollarga baholanishi kutilmoqda va yillik o'sish sur'ati (CAGR) qariyb 10% ga o'sishi kutilmoqda (Ishlatiladigan suv tozalash tizimlari bozori, 2016).
Suv ifloslanishining oshishi, toza ichimlik suvining ahamiyati to'g'risida xabardorlikning oshishi va qurilish faolligining oshishi kabi omillar POU suv tozalash tizimlari bozorini boshqarishga olib keldi. UV -LEDli reaktorlar POU suvini tozalash uchun ideal bo'lishi mumkin, chunki ularning aniq afzalliklari, masalan, UF chiroq va boshqa an'anaviy texnologiyalarga nisbatan, tez -tez texnik xizmat ko'rsatilmasligi, operatsion va umrlik xarajatlarni kamayishi.
Katta o'lchamdagi UV-LED reaktorlari uy va kottejlar uchun POEda suvni tozalashda qo'llanilishi mumkin, ayniqsa, LEDlar yanada qulay variantga aylanganda. Birgina AQShda 20 millionga yaqin uy va kottejlar xususiy quduqlarga, o'n minglab odamlar ko'llar, daryolar va boshqa er usti suv manbalariga tayanadi. Har xil tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, har qanday mintaqadagi quduqlarning katta foizida har qanday vaqtda er osti va er usti suvlarida uchraydigan E. coli kabi mikroorganizmlar mavjud. Shunday qilib, UV nurli LED reaktorlari ko'plab dam olish, uzoq va qishloq uylari uchun xavfsiz ichimlik suvini ta'minlash uchun suvni tozalashning eng samarali variantlaridan biri hisoblanadi.
Yaponiyada aholining umumiy suv ta'minoti bilan ta'minlanishi 97,9% ni tashkil qiladi (2016 yil holatiga ko'ra), demak, qolgan aholi (taxminan 2,7 million kishi) kichik suv ta'minoti tizimlariga va/yoki xususiy quduqlarga tayanadi. Bunday kichik inshootlar majburiy xlorlashdan tashqarida, ba'zida esa xlorlash bilan bir qatorda ishlov berilmaydi. Mahalliy aholi bilan yuzma-yuz suhbatlar shuni ko'rsatdiki, ular suvning mikrobial ifloslanishining sog'liq uchun potentsial xavfini tushunsalar ham, ta'mi va hidi tufayli xlor qo'shishni xohlamaydilar.
Shunisi e'tiborga loyiqki, Yaponiyada so'nggi 30 yil ichida ichimlik suvi sifatidagi baxtsiz hodisalarda, 93% (140 ta baxtsiz hodisaning 130 tasi) dezinfeksiya etishmovchiligi tufayli sodir bo'lgan. Bunday faktlarni hisobga olsak, dezinfektsiya uchun ishlaydigan POU va POE qurilmalari, ta'mi va hidiga salbiy ta'sir ko'rsatmasdan, jamoat suv ta'minoti va xususiy quduqlar uchun eng yaxshi va amaliy variant bo'ladi. Ko'rinib turibdiki, ultrabinafsha LEDlar aholining suv sifatiga bo'lgan ehtiyojini qondirishga yordam beradi.
POU va POEni davolashning yana bir muhim ehtiyoji rivojlanayotgan mamlakatlarda, ayniqsa tez urbanizatsiya va iqtisodiy o'sishni boshdan kechirayotgan mamlakatlarda mavjud. UV-LEDlarning narxi hozirda muammo bo'lishi mumkin, lekin bu qisqa muddatli muammo bo'lishi mumkin. Doktor Kumiko Oguma, Tokio universiteti va uning hamkasblari Osiyoda (masalan, Vetnam, Nepal, Indoneziya, Shri -Lanka va Filippin) suvning sifati va suvdan foydalanish xatti -harakatlari bo'yicha intensiv dala tadqiqotlarini o'tkazdilar va tez urbanizatsiya umuman cheklangan natijalarga olib kelishini ta'kidladilar. markazlashtirilgan suv ta'minoti tizimlariga kirish. Ular ko'p odamlarni xususiy quduqlar kabi markazlashtirilmagan suv manbalaridan foydalanishga undashdi (masalan, Guragai va boshq. 2018, Do va boshq. 2014).
Qolaversa, agar odamlar o'z uylarida quvurli suv ta'minotidan foydalanish imkoniga ega bo'lsalar ham, bu xavfsiz suvga kirishni kafolatlamaydi, chunki quvur tarmoqlarining sifati yomon tarqatish tarmog'ida uzoq vaqt tashishdan keyin yomonlashadi. Amalda, mahalliy odamlar POU va POE o'rnatishni o'z ichiga olgan bir nechta strategiyalardan foydalanadilar. So'rov natijalari shuni ko'rsatdiki, Xanoy markazida yashovchilarning 76% ga yaqini POU muolajalarini uyda o'tkazgan (Do va boshq. 2014); ammo, ishlatilayotgan ba'zi POU apparatlari mikroorganizmlarga qarshi samarali to'siq sifatida ishlamagan. UV LED bunday tizimlar uchun aqlli qo'shimcha variant bo'lishi mumkin.
Ultrabinafsha LEDlar uchun UV energiyasining narxi hozirgi vaqtda UV lampalarga qaraganda yuqori. Ultrabinafonli LEDlar yuqori samaradorlik va quvvatga ega bo'lgach va yanada arzonroq variantga aylansa, UV -LED reaktor texnologiyasi uchun suvni keng miqyosda, shu jumladan ichimlik suvi va oqova suvlarni tozalash inshootlarini tozalash uchun ko'plab dasturlar paydo bo'ladi.
