Системы обеззараживания воды, использующие ультрафиолетовые светодиоды (УФ-светодиоды) в бактерицидном или УФ-С диапазоне, были впервые введены в коммерческую основу еще в 2012 году.
История УФ-светодиодов
Первоначальные системы были меньше, чем обычные УФ-продукты, но с более низкими расходами и стоимостью в несколько тысяч долларов. С тех пор светодиоды UV-C в основном ориентированы на приложения в точках использования (POU), причем системы становятся все меньше и меньше до такой степени, что их можно легко интегрировать или модернизировать в существующие продукты. По мере того, как конструкция светодиодных систем UV-C улучшалась, они созревали в дизайне, надежности и, самое главное, эффективности и стоимости, и поэтому, наконец, стали конкурентоспособными по сравнению с установленными продуктами на рынке УФ-дезинфекции в точках входа (POE).
Сравнение с обычными системами
По своей сути системы УФ-дезинфекции основаны на двух принципах — эффективности УФ-лампы и эффективности конструкции реактора. Как правило, обычные УФ-лампы более эффективны, производя больше ультрафиолетового света, чем тепла по сравнению с источниками света UV-C LED. Обратное верно для обычной конструкции реактора с ртутными лампами, поскольку цилиндрическая конструкция, как правило, менее эффективна, чем современные светодиодные реакторы UV-C, которые могут быть специально разработаны на основе гибкости светодиодов. Со временем эффективность ультрафиолетового излучения светодиодов UV-C улучшилась, и дизайнеры значительно повысили эффективность светодиодных реакторов UV-C. В то время как эти достижения укрепили светодиодную технологию для приложений POU, она также начала открывать рынок POE. Светодиодные решения UV-C для более высоких скоростей потока, связанных с очисткой воды POE, в настоящее время достигли совершеннолетия.
Другие факторы, которые следует учитывать при сравнении обычных ультрафиолетовых ртутных ламп и светодиодов UV-C, включают аспекты общих требований к обслуживанию системы и стоимость владения. Во-первых, из-за уникальных свойств светодиодов UV-C обрастание гораздо меньше беспокоит, поскольку тепловой разряд управляется в задней части системы, а не на кварцевой лампе или втулке, где происходит загрязнение. Светодиодная технология «Instant On» позволяет питать светодиоды только тогда, когда течет вода, тем самым устраняя накопление тепла, которое приводит к загрязнению, часто встречающееся в системах, использующих ртутные лампы с постоянным питанием Кроме того, благодаря тщательному управлению теплом, светодиодные системы UV-C могут длиться до 10 000 часов прерывистого использования. Мгновенные свойства светодиодов при включении/выключении и, как следствие, возможность питания только при необходимости резко сокращают интервал замены лампы по сравнению с обычными ртутными лампами. Эта особенность вместе с регулируемым потоком энергопотреблением означает, что электрическая энергия, необходимая для дезинфекции, значительно ниже для светодиодных систем UV-C.
Гибкость выбора длины волны UV-C в бактерицидном диапазоне от 260 нм до 280 нм является еще одной отличительной чертой светодиодов по сравнению с фиксированным излучением 253,7 нм, производимым ртутными лампами. Это позволяет более целенаправленно проектировать светодиодные системы UV-C для конкретных применений.
Наконец, возможность включения твердотельного мониторинга интенсивности ультрафиолетового излучения без необходимости в дорогостоящих и часто довольно ненадежных внешних сенсорных модулях, как в обычных системах ртутных ламп, является значительным бонусом и автоматически обеспечивает уверенность в том, что система дезинфекции фактически работает так, как должна, обеспечивая безопасную дезинфекцию воды.
Светодиоды в сети
Светодиодные системы UV-C были частью нескольких тематических исследований, включая университетское пилотное исследование и Соглашение о совместных исследованиях и разработках (CRADA) с Агентством по охране окружающей среды США. Эти тематические исследования, начиная с 2016 года, предлагают показатель надежности и долговечности, который часто желаем в чем-то столь же важном, как очистка питьевой воды. Основной целью соглашения об испытаниях и разработках Агентства по охране окружающей среды США было проектирование, изготовление и тестирование интегрированной системы очистки воды, включающей передовые технологии дезинфекции и фильтрации светодиодов UV-C. Интегрированное устройство нацелено на более высокие скорости потока и более сложные качества воды, чем используемые в доступных в настоящее время коммерческих системах. Конечным результатом этого соглашения об НИОКР стала первая в мире коммерчески доступная система обработки UV-C LED POE.
Жилые единицы POE
Теперь, когда светодиодные системы UV-C прочно пересекли порог POE, наиболее очевидным «сладким пятном» для технологии является очистка воды во всем доме, охватывающая не только дезинфекцию питьевой воды, но и защиту душевых кабин, смесителей для ванной комнаты и многое другое. В настоящее время существует полностью жизнеспособная альтернатива более традиционным системам ртутных ламп, которые, чтобы быть полностью эффективными, обычно требуют, чтобы лампы всегда работали на полной мощности из-за требуемого времени прогрева ртутных ламп. Пользователи обычных УФ-систем будут слишком хорошо знакомы с «выстрелом горячей воды», который происходит после длительных периодов отсутствия потока (например, первым делом утром). Это раздражение устраняется функцией «мгновенного включения» светодиодных систем. Пятилетние интервалы замены светодиодов, основанные на прерывистом использовании воды в типичном доме вместе с уменьшенным потреблением электроэнергии и отсутствием ртутьсодержащей лампы для утилизации, добавляют привлекательности светодиодному решению.
Коммерческие единицы
Применимость светодиодов к описанным выше видам приложений POE также поддается тому, что можно описать как «легкий коммерческий», где требуемые скорости потока воды не так сильно отличаются от тех, которые встречаются в жилых условиях. Примерами могут быть небольшие общественные центры и арены, небольшие школы, небольшие офисы, пожарные залы и розничные магазины. Для более крупных объектов несколько модулей POE могут быть установлены параллельно, но в самом ближайшем будущем, поскольку как разработка продукта, так и увеличение спроса приводят к снижению затрат и занимаемой площади, системы для всего спектра коммерческих применений станут доступными.
Муниципальные образования
По самой своей природе муниципальные системы очистки воды имеют самые высокие скорости потока среди обсуждаемых применений. Дополнительным соображением является типичный «многобарьерный» подход, который часто включает в себя УФ-дезинфекцию, а также предоставление остатка хлора. Количество УФ-энергии, необходимое во всех, но самых маленьких системах, является существенным и будет доминировать в традиционной технологии ртутных ламп в течение некоторого времени. Однако, как отмечалось выше, исследования и разработки светодиодной технологии для применения UV-C быстро продвигаются, а соотношение затрат / мощности / эффективности постоянно улучшается. Испытания муниципальных систем с использованием светодиодной технологии как для дезинфекции, так и для усовершенствованного окисления (AOP) уже были начаты в Великобритании и, безусловно, является признаком того, что все будет в гряду.
Тенденции рынка светодиодов UV-C
Общий размер рынка POE UV: Для целей этой статьи мы рассмотрим только жилые и легкие коммерческие приложения, где скорость потока обычно находится в диапазоне от 5 до 15 gpm (от 20 до 60 lpm). Размер рынка для этого сегмента оценивается примерно в 0,3 миллиарда долларов в год, что соответствует примерно 300 000 систем по всему миру.
Недавний рост / COVID-19: Повышение осведомленности конечных пользователей о проблемах качества воды с помощью широко освещаемых мероприятий, таких как Флинт, Мичиган и другие, а также более общий повышенный уровень беспокойства о здоровье в результате COVID-19 приводит к двузначному росту рынка УФ-дезинфекции в целом. Это включает в себя поверхностное и воздушное применение в дополнение к питьевой воде.
Рост УФ-светодиодных систем на рынке: Растущие требования и потребность в устойчивых решениях проблем, связанных со здоровьем и качеством жизни, должны гарантировать все более важное место для технологии UV-C LED в области улучшенных методологий очистки воды. Постоянное улучшение производительности и снижение затрат уже позволяют этому произойти и только увеличат проникновение на рынок в будущем.
