Mar thoradh ar na dul chun cinn is déanaí i dteicneolaíocht leathsheoltóra d’fhorbair dé-óidí astaithe solais (LEDanna) atá in ann speictream caol de radaíocht UV (soilse UV) a astú ag tonnfhaid atá in ann orgánaigh phataigineacha a dhíghníomhachtú. Le déanaí, tá sceallóga agus pacáistí UV LED, mar na príomhtháirgí, ag teacht chun cinn i dtéarmaí aschur cumhachta, bainistíocht saoil agus fiú costas táirgthe. De bharr dul chun cinn le déanaí i dteicneolaíocht UV LED tá sé indéanta an teicneolaíocht seo a chur i bhfeidhm ar chóireáil uisce. Déanta na fírinne, tá gnéithe tarraingteacha ag UV LED ar féidir leo nuálaíochtaí a thabhairt do theicneolaíochtaí UV le haghaidh cóireála uisce. Pléitear anseo trí ghné thábhachtacha de chórais cóireála uisce UV LED: dearadh, oibriú agus cur i bhfeidhm.
Dearadh
Ceann de na buntáistí is suntasaí a bhaineann le soilse UV ná an tsolúbthacht a thairgeann siad i ndearadh imoibreora trí shaoirse níos mó a sholáthar i gcumraíocht agus barrfheabhsú imoibreoirí. Mar shampla, chuir roinnt staidéir imoibreoirí UV UV éagsúla i bhfeidhm maidir le díghalrú uisce (m.sh., Würtele et al. 2011; Jenny et al. 2014; Oguma et al. 2016a, b), agus ghlac gach ceann acu coincheap difriúil maidir le dearadh imoibreora. Ní gá go mbaineann na critéir dearaidh do ghnáth-lampaí UV mearcair le himoibreoirí UV LED toisc gur foinse radaíochta go hiomlán difriúil é an LED UV, le lorg beag agus dáileadh uilleach astaíochtaí. Ós rud é go bhfuil costas fós ar cheann de na dúshláin a bhaineann le UV LED a chur i bhfeidhm maidir le cóireáil uisce, tá optamú dearaidh chun ardfheidhmíocht a fháil ag baint úsáide as líon teoranta soilse UV riachtanach chun an teicneolaíocht a dhéanamh indéanta.
Is feidhm den dáileog UV nó den líofacht a sheachadtar chuig an uisce feidhmíocht imoibreora UV le haghaidh cóireála uisce. Is feidhm í an líofacht, ar a seal, den ráta líofachta agus den am cónaithe. Mar thoradh air sin, tá dáileadh radaíochta agus treoluais mar fhachtóirí cinntitheacha maidir le haon éifeachtúlacht imoibreora UV. Cinnfidh na feiniméin seo, mar aon le cinéitic neamhghníomhachtú miocróbach, a bhfuil a ráta tairiseach d'aon mhiocrorgánach mar fheidhm de thonnfhad UV, feidhmíocht fhoriomlán an imoibritheora maidir le díghalrú uisce. Is féidir radaíocht an imoibritheora, hidridinimic agus tonnfhad UV a rialú níos fearr in imoibreoir UV LED i gcomparáid le himoibreoir lampa UV (Taghipour, 2018).
Maidir le himoibreoirí ar mhionscála a bhfuil feidhmchláir acu i bpointe úsáide (POU) agus pointe iontrála (POE), mar shampla, is gnách go mbíonn na lampaí suite ag an gcuid lárnach den imoibreoir agus a n-ais comhthreomhar leis an bpríomhshreabhadh sreabhach. treo. Maidir le coincheap imoibreora den sórt sin, tá dáileadh suntasach ráta líofachta neamh-aonfhoirmeach feadh chonair na sruthanna uisce éagsúla ag sreabhadh ó inlet an imoibreora go dtí an asraon. Tá sé seo toisc go bhfuil éagsúlacht mhór sa treo gatha ag dáileadh radaíochta lampaí UV. In imoibreoir UV LED, is féidir an neamh-aonfhoirmeacht seo a chosc, ós rud é go bhfuil príomhthreorú ag próifíl radaíochta UV LED ar féidir a radharc uilleach a choigeartú dó, agus gur féidir a phróifíl radaíochta a oiriúnú. Ina theannta sin, is féidir cosc níos éifeachtaí a dhéanamh ar chailliúint fuinnimh radanta do bhalla an imoibreora i gcomparáid le lampaí UV má roghnaítear suíomh agus treo ceart an fhuinnimh radanta, atá furasta go héasca d'imoibreoir UV LED.
Tá teorainneacha comhchosúla ann chun treoluas sreabhadh sreabhach agus dáileadh ama cónaithe a rialú in imoibreoirí lampa UV. Ós rud é go gcuirtear lampaí UV taobh istigh de na himoibreáin go hiondúil, is minic go mbíonn tionchar ag hidridinimic an imoibritheora ar láithreacht lampaí UV. Maidir le himoibreoir ar scála beag le lampa aonair a bhfuil a ais comhthreomhar le príomhthreorú an tsreabha sreabhach, mar shampla, teastaíonn an treoluas is airde gar do dhromchla an lampa UV, áit a bhfuil an ráta líofachta ag a bhuaicluach.
Mar sin féin, tá an phróifíl treoluais in aice le muinchille an lampa UV, nó aon dromchla soladach, go ginearálta, beagnach nialas. Dá bhrí sin, tá teorainneacha teicniúla agus praiticiúla ann maidir le dáileadh sreafa agus radaíochta a mheaitseáil chun feidhmíocht imoibreora beagnach idéalach a bhaint amach d’imoibreoir lampa UV den sórt sin. Níl an teorannú seo ann d’imoibreoir UV LED, áit ar féidir soilse UV a shuíomh in áiteanna éagsúla - lena n-áirítear lasmuigh den imoibreoir - agus is féidir a bpróifíl radaíochta a choigeartú chun go mbeidh rátaí líofachta níos airde ag ceantair treoluais níos airde dá bharr.
Is féidir leis an ráta tairiseach do dhíghníomhachtú UV baictéir agus víris éagsúla a bheith éagsúil leis an tonnfhad, fiú i gcomharsanacht an bhuaic-ionsú DNA (Mamane-Gravetz et al. 2005; Beck et al. 2015). Idir an dá linn, is féidir buaic-tonnfhad na soilse UV a choigeartú, agus é mar aidhm ráta díghníomhaithe níos airde a bhaint amach atá seasmhach do mhiocrorgánaigh spriocdhírithe. Is é seo an chúis go bhfuil íogaireacht speictrim, nó speictrim gníomhaíochta mar a thugtar air, miocrorgánach ina ábhar imní in iarratais UV LED.
Dá bhrí sin, b’fhiú achoimre a dhéanamh ar thacar sonraí ar chinéitic freagartha líofachta miocrorgánach éagsúil faoi astaíochtaí UV LED. Tá iarrachtaí den sórt sin déanta ag cúpla athbhreithniú bunaithe ar na sonraí foilsithe (m.sh., Malayeri et al. 2016), a d’fhéadfadh a bheith mar thagairtí. Tá sé tábhachtach a thabhairt faoi deara, áfach, go bhféadfadh comparáid shimplí a dhéanamh ar éifeachtúlachtaí díghníomhaithe i staidéir éagsúla a bheith míthreorach, i bhfianaise go leor sonraí neamhréireacha agus dosháraithe a tuairiscíodh sna staidéir fhoilsithe, mar a pléadh in alt athbhreithnithe amháin (Song et al. 2016).
Is é príomh-ranníocóir amháin leis an neamhréireacht seo ná tacair turgnamhacha éagsúla agus teicnící éagsúla a úsáid chun líofacht a thomhas i staidéir ar dhíghníomhachtú UV LED (m.sh., Würtele et al. 2011; Oguma et al. 2016a, b; Beck et al. 2017; Rattanakul and Oguma 2018) . Dá bhrí sin, tá gá le prótacal tástála UV LED a chaighdeánú chun comparáidí inchreidte a bhaint amach i measc staidéir éagsúla agus, níos tábhachtaí fós, chun sonraí cinéitice díghníomhaithe cearta a fháil. Tá prótacal den sórt sin beartaithe (Kheyrandish et al. 2017, 2018), agus tá “prótacal tástála IUVA” do chóras UV LED á fhorbairt anois ag tascfhórsa IUVA.
Go dtí seo, gan prótacal caighdeánach den sórt sin, rogha shimplí le haghaidh staidéir chomparáideacha is ea achoimre a dhéanamh ar shonraí a fhaightear agus an sainmhíniú céanna socraithe agus líofachta comhsheasmhach á úsáid. Rinne grúpa taighde an iarracht seo, a chuir i láthair próifílí freagartha líofachta miocrorgánach éagsúil a bhaineann le sláinte ag úsáid soilse UV ag 265, 280 agus 300 nm (Oguma et al. 2019). Tuairiscíonn an grúpa an ráta díghníomhaithe tairiseach agus an líofacht atá riachtanach le haghaidh neamhghníomhachtú log (n=1, 2, 3 agus 4) de phaitiginí (Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa, Vibrio parahaemolyticus, agus feline calicivirus) agus speicis táscaire / ionaid (Escherichia coli , Bacillus subtilisspores agus baictéaróip Qβ agus MS2).
Nuair a bheidh prótacal tástála caighdeánach UV LED ar fáil, is féidir le taighdeoirí turgnaimh a dhéanamh ar bhéasa neamhspleácha agus inchomparáide, agus chuirfeadh na torthaí feabhas agus saibhriú ar bhunachar sonraí díghníomhachtaithe UV LED d’astaíochtaí éagsúla do mhiocrorgánaigh éagsúla.
Oibríocht
I measc na ngnéithe speisialta den chóras imoibreora UV LED tá voltais ísle agus riachtanais chumhachta, gan aon am téimh leis an gcumas dul ar / as go huathoibríoch agus le minicíocht ard, agus roghanna éagsúla maidir le bainistíocht theirmeach. D’fhéadfadh imoibreoirí UV LED a bheith mar thoradh ar na gnéithe seo d’fheidhmchláir nach féidir imoibreoirí lampa UV a úsáid chomh héifeachtúil. I measc cuid de na gnéithe speisialta eile den íonóir uisce UV LED tá dearadh láidir agus lorg beag, a fhágann go bhfuil an teicneolaíocht seo oiriúnach d’iarratais POU i gcás nach féidir teicneolaíochtaí traidisiúnta cóireála uisce a úsáid go barrmhaith.
Teastaíonn cumhacht íseal agus voltas ó na himoibreoirí UV LED, go háirithe maidir le feidhmchláir POU, rud a chiallaíonn gur féidir iad a oibriú go héasca le painéal gréine le trealamh ceallraí inmhuirir, atá ar fáil go héasca ar an margadh. Dá bhrí sin, féadfar fuinneamh in-athnuaite ar phraghas réasúnta a úsáid chun córais imoibreora UV LED a iompú ina dteicneolaíocht cóireála uisce lasmuigh den ghreille. Thairis sin, is minic gur fadhb í easpa cumhachta leictreachais leanúnaí - i bpobail bheaga agus tuaithe, go ginearálta, agus go háirithe i dtíortha i mbéal forbartha - ach ní bheadh sé ina theorannú suntasach do UV LED.
Is féidir le soilse UV a bheith ann nuair a dhéantar uisce a chóireáil agus as nuair nach bhfuil sé á chóireáil. Mar thoradh air sin, maidir le feidhmchláir POU ina bhfuil uisce á úsáid agus á chóireáil ó am go chéile, is dócha nach mbeidh gá le soilse UV a athsholáthar ar feadh shaolré iomlán na feiste (rud a fhágfaidh go mbeidh coigilteas costais athsholáthair lampa ann) agus nach n-itheann siad ach codán den fhuinneamh (a mbeidh go leor mar thoradh air coigilteas costais fuinnimh).
Níos tábhachtaí fós, is beag cothabhála a theastaíonn ó imoibreoirí UV LED. Áirítear leis seo glanadh salachar muinchille go minic agus athsholáthar foinse UV. Is é an toradh is mó ar shalú muinchillí lampa UV ná lampaí ag feidhmiú ag teochtaí réasúnta ard agus teas an lampa á aistriú ón muinchille. Is príomh-mheicníocht é deascadh teasa miotail-spreagtha ag tuaslagthacht inbhéartaithe trína ndéantar foulant a thaisceadh ar mhuinchille an lampa UV.
In imoibreoirí UV LED, baintear an teas a ghineann na soilse UV ón gclár ciorcad LED (ní an fhuinneog grianchloch nó an muinchille), mar sin níltear ag súil go mbeidh salachar muinchille suntasach, rud a chiallaíonn nach dócha go mbeidh cothabháil agus glanadh rialta a ceist mhór. Dá bhrí sin, b’fhéidir nach srian mór do chórais UV LED é easpa oibreoirí oilte - atá ar cheann de na príomhtheorainneacha i bpobail bheaga agus tuaithe - a chuireann bac ar chur i bhfeidhm a lán teicneolaíochtaí díghalrúcháin uisce.
Iarratas
I bhfianaise aschur cumhachta radanta agus éifeachtúlacht breiseán balla LED UV faoi láthair, is é feidhm níos oiriúnaí d'imoibreoirí UV LED ná rátaí sreafa uaineach agus ísle a chóireáil. Ina measc seo tá an t-imoibreoir a chomhtháthú i raon fearais tomhaltóra agus tráchtála, mar shampla dáileoirí uisce agus fuaraitheoirí, déantúsóirí oighir agus caife, agus trealamh saotharlainne agus uisce leighis. Tá sé indéanta den chéad uair imoibreoir UV a chomhtháthú i gcuid de na gairis seo mar gheall ar lorg beag agus gnéithe speisialta an imoibritheora UV LED.
Iarratas eile is ea cóireáil uisce ag an POU. Is tionscal domhanda atá ag teacht chun cinn é cóireáil uisce POU mar gheall ar an éileamh méadaitheach i dtíortha forbartha agus i mbéal forbartha; táthar ag súil go mbeidh luach beagnach 25 billiún USD ar mhargadh na gcóras sin in 2020 agus meastar go bhfásfaidh sé ag ráta fáis bliantúil níos measa (CAGR) de thart ar 10% (Margadh na gCóras Cóireála Uisce Pointe Úsáide, 2016).
Tá tosca mar éilliú uisce a mhéadú, feasacht a mhéadú ar thábhacht uisce óil glan agus gníomhaíochtaí tógála a mhéadú tar éis margadh an chórais cóireála uisce POU a thiomáint. D’fhéadfadh imoibreoirí UV LED a bheith oiriúnach do chóireáil uisce POU, i bhfianaise na mbuntáistí follasacha atá acu, mar easpa cothabhála go minic agus costais oibriúcháin agus saoil laghdaithe, i gcomparáid le lampa UV agus teicneolaíochtaí traidisiúnta eile.
Féadfar imoibreoirí UV LED ar scála níos mó a chur i bhfeidhm ar chóireáil uisce ag an POE do thithe agus do theachíní, go háirithe nuair a bhíonn na soilse stiúir ina rogha níos indéanta. Sna Stáit Aontaithe amháin, tá thart ar 20 milliún teaghlach agus teachín ag brath ar thoibreacha príobháideacha, agus tá na mílte eile ag brath ar lochanna, aibhneacha agus foinsí uisce dromchla eile. Fuair staidéir éagsúla amach go bhfuil miocrorgánaigh, mar E. coli, i gcéatadán suntasach toibreacha in aon réigiún ar leith, atá le fáil i soláthairtí uisce talún agus dromchla ag aon am faoi leith. Dá bhrí sin, is ionann imoibreoirí UV LED agus ceann de na roghanna cóireála uisce is éifeachtaí chun uisce óil sábháilte a chinntiú do go leor tithe áineasa, iargúlta agus tuaithe.
Sa tSeapáin, tá an clúdach daonra-bhunaithe ar an soláthar uisce poiblí thart ar 97.9% (amhail 2016), rud a chiallaíonn go bhfuil an daonra atá fágtha (thart ar 2.7 milliún duine) ag brath ar chórais soláthair uisce pobail ar scála beag agus / nó toibreacha príobháideacha. Tá saoráidí beaga den sórt sin as an gclóiríniú éigeantach, agus uaireanta ní dhéantar aon chóireáil, lena n-áirítear clóiríniú. Léirigh agallaimh duine le duine le cónaitheoirí áitiúla nach bhfuil siad i ndáiríre ag iarraidh clóirín a chur leis mar gheall ar imní faoi bhlas agus boladh, cé go dtuigeann siad an riosca sláinte a d’fhéadfadh a bheith ag éilliú miocróbach san uisce.
Is fiú a lua, sna timpistí ar cháilíocht uisce óil a bhain le damáiste sláinte sa tSeapáin le 30 bliain anuas, gur theip ar dhíghalrú thart ar 93% (130 as 140 timpiste). I bhfianaise fíricí den sórt sin, bheadh feistí POU agus POE a oibríonn le haghaidh díghalrúcháin, go hidéalach gan tionchar diúltach a imirt ar bhlas agus boladh, ar na roghanna is fearr agus is praiticiúla maidir le soláthairtí uisce pobail agus toibreacha príobháideacha. Is léir gur féidir le soilse UV cuidiú le héilimh ar cháilíocht uisce na ndaonraí seo a chomhlíonadh.
Tá riachtanas tábhachtach eile le haghaidh cóireálacha POU agus POE i dtíortha i mbéal forbartha, go háirithe iad siúd a bhfuil uirbiú tapa agus fás eacnamaíoch ag baint leo. Is féidir ceist faoi stiúir UV a bheith ina shaincheist faoi láthair, ach is dócha gur fadhb ghearrthéarmach a bheidh ann. Rinne an Dr. Kumiko Oguma, Ollscoil Tóiceo, agus a comhghleacaithe dian-shuirbhéanna allamuigh ar cháilíocht uisce agus ar iompraíochtaí úsáide uisce san Áise (ie, Vítneam, Neipeal, an Indinéis, Srí Lanca agus na hOileáin Fhilipíneacha) agus thug sí faoi deara go mbíonn uirbiú tapa mar thoradh go ginearálta. rochtain ar chórais láraithe soláthair uisce. Spreag siad a lán daoine foinsí uisce díláraithe a úsáid, mar shampla toibreacha príobháideacha (m.sh., Guragai et al. 2018, Do et al. 2014).
Thairis sin, fiú má tá rochtain ag daoine ar sholáthairtí uisce píopaithe ina n-áitribh, ní chinnteodh sé an rochtain ar uisce sábháilte toisc go dtagann meath ar cháilíocht uisce píopaithe tar éis iompar fada i líonra dáileacháin bocht. Go praiticiúil, úsáideann daoine áitiúla roinnt straitéisí chun déileáil, lena n-áirítear suiteálacha POU agus POE. Léirigh torthaí an tsuirbhé go raibh thart ar 76% de na cónaitheoirí i lár Hanoi ag déanamh cóireálacha POU sa bhaile (Do et al. 2014); áfach, ní raibh roinnt gaireas POU a bhí in úsáid ag feidhmiú mar bhac éifeachtach ar mhiocrorgánaigh. Is féidir le UV LED a bheith ina rogha breiseán cliste do chórais den sórt sin.
Tá an costas fuinnimh UV do stiúir UV níos airde faoi láthair ná costas lampaí UV. Chomh luath agus a ghnóthaíonn LEDanna UV aschur éifeachtúlachta agus cumhachta níos airde agus go mbeidh siad ina rogha níos inacmhainne, beidh go leor feidhmchlár féideartha ann do theicneolaíocht imoibreora UV LED chun uisce a chóireáil ar scála níos mó, lena n-áirítear gléasraí cóireála uisce óil agus fuíolluisce.
