Gaismas diodes ir bijušas noteicošais faktors daudzos tehnoloģiskos jauninājumos, un ūdens attīrīšana nav izņēmums. Lai gan dzīvsudraba lampu negadījumi notiek reti, kad lampas ir uzstādītas pareizi, UV-C gaismas diožu ieguvumi ir sākuši atsvērt nepieciešamību palikt pie status quo.
Ultravioletā (UV) gaisma ir dabiski attīroša ūdens gadsimtiem ilgi. Ar skaidrām debesīm mūsu saule var inaktivēt patogēnus uz ūdens bāzes vismaz sešās stundās. Mākoņainas debesis vai neskaidrs ūdens izraisa nepilnīgus apstākļus. Šie apstākļi ļauj baktērijām augt un padarīt dabiskos ūdens avotus nedrošus lietošanai. Par laimi, mēs esam izstrādājuši vairāku veidu ūdens dezinfekciju, sākot no ķimikālijām līdz UV lampām. Lai gan tie visi ir labvēlīgi cilvēku veselībai, daži no tiem ir videi izdevīgāki nekā citi.
Pārmaiņu nepieciešamība
Sasniegumi ķīmijā un tehnoloģijā ir radījuši vairākas efektīvas ūdens attīrīšanas metodes. Ķīmiskās vielas, piemēram, hlors, bija pirmā plaši izmantotā dezinfekcijas metode, un daudzos gadījumos tā joprojām ir galvenais attīrīšanas līdzeklis. Ķīmiskā apstrāde pilnībā izšķīdina patogēnu šūnas un līdz ultravioletajai (UV) apstrādei bija labākais pieejamais risinājums. Tomēr ir negatīvie aspekti ķīmisko vielu izmantošanai dzeramajā ūdenī. Tie var būt toksiski ūdens organismiem, radīt kaitīgus blakusproduktus un nav efektīvi pret visiem patogēniem (piemēram, Cryptosporidium) . Dezinfekcijai izmantotās ķīmiskās vielas ir arī ļoti kodīgas un transportēšanas un uzglabāšanas laikā var radīt drošības un vides riskus. (NSFC, Valsts mazo plūsmu klīringa centrs)
Lai gan UV dezinfekciju uzskata par drošāku nekā ķīmisko vielu lietošanu, visas parastās UV lampas parasti satur 20–200 miligramus dzīvsudraba un ir jutīgas pret lūzumiem transportēšanas, apstrādes un darbības laikā. Parastās UV lampas tur dzīvsudrabu šķidrā veidā (biežāk vidēja spiediena lampās) vai amalgamā (biežāk zema spiediena, augstas izejas lampās). Nelaimes gadījumi un nepareizas procedūras palielina iedarbības risku.
Apvienoto Nāciju Organizācijas Vides programma (UNEP) aizsāka Minamatas Konvenciju par dzīvsudrabu, lai aizsargātu cilvēku veselību un vidi no dzīvsudraba antropogēnām emisijām un noplūdēm. UNEP ir noteikusi mērķi līdz 2020. gadam pakāpeniski pārtraukt dzīvsudraba ražošanu. 2013. gadā organizācijām un valdībām tika lūgts nekavējoties pārtraukt dzīvsudraba izmantošanu, un 127 valstis parakstīja līgumu par visa dzīvsudraba aizvākšanu līdz 2020. gadam. Lai gan nav skaidrs, vai UV lampas ūdens dezinfekcijai saņems atbrīvojumu no šīs regulas, ir skaidrs, ka aktīvi jāapsver alternatīvas.
UV-C gaismas diodes ūdens dezinfekcijai
Gaismas diodes apgaismojuma inovāciju priekšgalā ir jau kopš to pirmsākumiem – viedtālruņi bez tiem nepastāvētu. Tie nodrošina ilgāku mūžu, ātru ieslēgšanas/izslēgšanas laiku un zemu enerģijas patēriņu. Gaismas diodes ir izstrādātas pēdējo desmitgažu laikā, un UV gaismas diodes ir jaunākais jauninājums. Katrs progress gaismas spektrā piedāvā jaunas iespējas gaismas diodēm.
Atšķirībā no parastajām UV lampām gaismas diodes neizmanto dzīvsudrabu, kas nozīmē, ka nepastāv risks piesārņot ūdeni, ja lampa ir nepareizi uzstādīta vai salauzta. Parastajām lampām ir nepieciešamas arī 5-10 minūtes, lai sasildītos līdz maksimālai dezinfekcijas temperatūrai, savukārt UV-C gaismas diožu sākuma laiks ir dažas nanosekundes un tām nav ieslēgšanas/izslēgšanas ierobežojumu, kas ļauj veikt tūlītēju dezinfekciju un elastīgu darbības laiku. Dzīvsudraba lampu dzīves cikls ir ierobežots aptuveni vienu gadu, un tām ir nepieciešama īpaša likvidēšana, savukārt LED lampām var būt vairāk nekā 10 gadu nomaiņas intervāli.
Visas gaismas diodes ir pazīstamas ar zemu enerģijas patēriņu, un tas pats attiecas uz UV-C gaismas diolēm, ja tās izmanto kvalitatīvā dezinfekcijas sistēmā. Parastajām dzīvsudraba lampām ir jādarbojas no 110 līdz 240 voltiem, savukārt gaismas diožu darbībai ir nepieciešama zemsprieguma līdzstrāva, kas nozīmē, ka dezinfekcija, kas darbojas ar nelielu saules paneli vai akumulatoru, ir iespējama.
Ideāls viļņa garums, lai inaktivētu lielāko daļu baktēriju, ir no 260 līdz 270 nm, tomēr tas ir atkarīgs no konkrētām baktērijām, kas ir vērstas uz mērķi. Dzīvsudraba lampām ir divas iespējas: zems spiediens, kas izstaro 254 nm; un vidējs spiediens, kas izstaro viļņu garumu no 200 līdz 300 nm. UV-C gaismas diožu gaismas diožu ir atlasāmi viļņu garumi, kas ļauj enerģiju novirzīt visefektīvākajam dezinfekcijas viļņa garumam, nevis nesakārtot kā zema spiediena lampām vai izšķērdēt kā vidēja spiediena lampām.
Ūdens attīrīšanas nākotne
LED tehnoloģija ļauj UV ūdens attīrīšanu izmantot lietojumos, kas iepriekš nebija pieejami parastajām dzīvsudraba lampām. Piemēram, attālās kopienas var viegli attīrīt ūdeni ar saules enerģijas iespējām, un mobilie lietojumi tagad ir pieejami UV-C LED ierīču nelīdzenuma un mazā izmēra dēļ. Lietošanas vietā ūdenim slimnīcās un pētniecības iestādēs var nodrošināt papildu drošību bez uzglabāšanas tvertņu nepieciešamības. UV-C LED tehnoloģija nav tikai teorētiska vai koncepcijas stadijā; BIOWYSE projekts pašlaik strādā pie ierīces, kas ieviesīs UV-C gaismas diodes, lai dezinficētu ūdeni uz Starptautiskās kosmosa stacijas. UV-C LED ierīces pašlaik ir pieejamas un gatavas mainīt dezinfekcijas tirgu.
Gaismas diodes ir bijušas noteicošais faktors daudzos tehnoloģiskos jauninājumos, un ūdens attīrīšana nav izņēmums. Lai gan dzīvsudraba lampu negadījumi notiek reti, kad lampas ir uzstādītas pareizi, UV-C gaismas diožu ieguvumi ir sākuši atsvērt nepieciešamību palikt pie status quo. Tradicionālā ultravioletā starojuma apstrādes tehnoloģija nodrošināja pasaulei alternatīvu ķīmiskai ūdens attīrīšanai. Tagad, ar sasniegumiem LED, mēs esam nonākuši nākamajā ūdens attīrīšanas posmā.
