Οι λυχνίες LED αποτελούν καθοριστικό παράγοντα σε πολλές τεχνολογικές καινοτομίες και η επεξεργασία του νερού δεν αποτελεί εξαίρεση. Αν και τα ατυχήματα με λαμπτήρες υδραργύρου είναι σπάνια όταν οι λαμπτήρες εγκαθίστανται σωστά, τα οφέλη των LED UV-C έχουν αρχίσει να υπερτερούν της ανάγκης να παραμείνουν στο status quo.
Το υπεριώδες (UV) φως καθαρίζει φυσικά το νερό εδώ και αιώνες. Με καθαρό ουρανό, ο ήλιος μας μπορεί να αδρανοποιήσει παθογόνα με βάση το νερό σε έξι ώρες το λιγότερο. Ο συννεφιασμένος ουρανός ή το ασαφές νερό προκαλεί ατελείς συνθήκες. Αυτές οι συνθήκες επιτρέπουν στα βακτήρια να αναπτυχθούν και να καταστήσουν τις φυσικές πηγές νερού μη ασφαλείς για χρήση. Ευτυχώς, έχουμε αναπτύξει διάφορους τύπους απολύμανσης νερού, που κυμαίνονται από χημικές ουσίες έως λαμπτήρες UV. Αν και όλα αυτά είναι ευεργετικά για την ανθρώπινη υγεία, μερικά είναι πιο περιβαλλοντικά ωφέλιμα από άλλα.
Η ανάγκη για αλλαγή
Οι εξελίξεις στη χημεία και την τεχνολογία έχουν οδηγήσει σε πολλαπλές αποτελεσματικές μεθόδους καθαρισμού του νερού. Οι χημικές ουσίες, όπως το χλώριο, ήταν η πρώτη ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος απολύμανσης και σε πολλές περιπτώσεις παραμένουν τα κύρια μέσα καθαρισμού. Οι χημικές θεραπείες διαλύουν πλήρως τα παθογόνα κύτταρα και, μέχρι την υπεριώδη (UV) θεραπεία, ήταν η καλύτερη διαθέσιμη επιλογή. Ωστόσο, υπάρχουν μειονεκτήματα στη χρήση χημικών ουσιών στο πόσιμο νερό. Μπορούν να είναι τοξικά για την υδρόβια ζωή, να δημιουργήσουν επιβλαβή υποπροϊόντα και δεν είναι αποτελεσματικά ενάντια σε όλα τα παθογόνα (όπως το Cryptosporidium). Οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για απολύμανση είναι επίσης εξαιρετικά διαβρωτικές και μπορούν να προκαλέσουν κινδύνους για την ασφάλεια και το περιβάλλον κατά τη μεταφορά και την αποθήκευση. (NSFC, Εθνικό κέντρο εκκαθάρισης μικρών ροών)
Αν και η απολύμανση UV θεωρείται ασφαλέστερη από τη χημική χρήση, όλοι οι συμβατικοί λαμπτήρες UV συνήθως περιέχουν 20-200 χιλιοστόγραμμα υδραργύρου και είναι επιρρεπείς σε θραύση κατά τη μεταφορά, το χειρισμό και τη λειτουργία. Οι συμβατικοί λαμπτήρες UV συγκρατεί τον υδράργυρο τους είτε σε υγρή μορφή (πιο συχνή σε λαμπτήρες μέσης πίεσης) είτε σε αμάλγαμα (πιο συνηθισμένο σε λαμπτήρες χαμηλής πίεσης, υψηλής απόδοσης). Τα ατυχήματα και οι ακατάλληλες διαδικασίες αυξάνουν τον κίνδυνο έκθεσης.
Το περιβαλλοντικό πρόγραμμα των Ηνωμένων Εθνών (UNEP) δρομολόγησε τη σύμβαση minamata για τον υδράργυρο για την προστασία της ανθρώπινης υγείας και του περιβάλλοντος από τις ανθρωπογενείς εκπομπές και τις εκλύσεις υδραργύρου. Το UNEP έχει θέσει ως στόχο τη σταδιακή κατάργηση του υδραργύρου από την παραγωγή έως το 2020. Το 2013, ζητήθηκε από οργανισμούς και κυβερνήσεις να αποθαρρύνουν τη χρήση υδραργύρου ξεκινώντας αμέσως και 127 χώρες υπέγραψαν να επικυρώσουν την απομάκρυνση όλου του υδραργύρου έως το 2020. Αν και δεν είναι σαφές εάν οι λαμπτήρες UV για την απολύμανση του νερού θα λάβουν εξαίρεση από αυτόν τον κανονισμό, είναι σαφές ότι θα πρέπει να εξεταστούν ενεργά εναλλακτικές λύσεις.
LED UV-C για απολύμανση νερού
Τα LED βρίσκονται στην πρώτη γραμμή των καινοτομιών φωτισμού από την ίδρυσή τους - τα smartphones δεν θα υπήρχαν χωρίς αυτά. Επιτρέπουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, γρήγορους χρόνους ενεργοποίησης/απενεργοποίησης και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Τα LED έχουν αναπτυχθεί τις τελευταίες δεκαετίες, με τα UV LED να είναι η τελευταία καινοτομία. Κάθε πρόοδος στο φάσμα φωτός προσφέρει νέες δυνατότητες για LED.
Σε αντίθεση με τους συμβατικούς λαμπτήρες UV, οι λυχνίες LED δεν χρησιμοποιούν υδράργυρο, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει κίνδυνος ρύπου του νερού εάν ο λαμπτήρας είναι ακατάλληλα εγκατεστημένος ή σπασμένος. Οι συμβατικοί λαμπτήρες απαιτούν επίσης 5-10 λεπτά για να ζεσταθούν για να κορυφωθούν οι θερμοκρασίες απολύμανσης, ενώ τα LED UV-C έχουν χρόνο εκκίνησης μερικών νανοδευτερόλεπτων και δεν έχουν περιορισμούς on /off, επιτρέποντας στιγμιαία απολύμανση και ευέλικτους χρόνους λειτουργίας. Οι λαμπτήρες υδραργύρου έχουν περιορισμένο κύκλο ζωής περίπου ενός έτους και απαιτούν ειδική διάθεση, ενώ οι λαμπτήρες LED μπορούν να έχουν διαστήματα αντικατάστασης άνω των 10 ετών.
Όλα τα LED είναι γνωστά για τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και το ίδιο ισχύει και για τις λυχνίες LED UV-C όταν χρησιμοποιούνται σε ένα ποιοτικό σύστημα απολύμανσης. Οι συμβατικοί λαμπτήρες υδραργύρου απαιτούν μεταξύ 110 και 240 βολτ για να λειτουργήσουν, ενώ οι λυχνίες LED απαιτούν DC χαμηλής τάσης, πράγμα που σημαίνει ότι η απολύμανση που τροφοδοτείται με ένα μικρό ηλιακό πάνελ ή μπαταρία είναι εφικτή.
Το ιδανικό μήκος κύματος για την αδρανοποίηση των περισσότερων βακτηρίων είναι μεταξύ 260-270 nm, ωστόσο, εξαρτάται από τη στόχευση των συγκεκριμένων βακτηρίων. Οι λαμπτήρες υδραργύρου έχουν δύο επιλογές: χαμηλή πίεση, η οποία εκπέμπει 254 nm. και μεσαία πίεση, η οποία εκπέμπει μήκη κύματος μεταξύ 200-300 nm. Τα LED UV-C έχουν επιλέξιμα μήκη κύματος που επιτρέπουν τη στόχευση της ισχύος στο πιο αποτελεσματικό μήκος κύματος απολύμανσης, χωρίς να ευθυγραμμίζονται όπως με τους λαμπτήρες χαμηλής πίεσης ή να σπαταλώνται όπως με τους λαμπτήρες μέσης πίεσης.
Το μέλλον του καθαρισμού του νερού
Η τεχνολογία LED επιτρέπει τη χρήση επεξεργασίας νερού UV σε εφαρμογές που προηγουμένως δεν ήταν διαθέσιμες σε συμβατικούς λαμπτήρες υδραργύρου. Για παράδειγμα, οι απομακρυσμένες κοινότητες μπορούν εύκολα να καθαρίσουν το νερό με επιλογές ηλιακής ενέργειας και οι κινητές χρήσεις είναι τώρα διαθέσιμες λόγω της τραχύτητας και του μικρού μεγέθους των συσκευών UV-C LED. Εφαρμόζεται στο σημείο χρήσης, μπορεί να παρασχεθεί πρόσθετη ασφάλεια στο νερό σε νοσοκομεία και ερευνητικές εγκαταστάσεις χωρίς την ανάγκη δεξαμενών αποθήκευσης. Η τεχνολογία UV-C LED δεν είναι μόνο θεωρητική ή σε στάδιο έννοιας. Το έργο BIOWYSE εργάζεται επί του παρόντος σε μια συσκευή που θα εφαρμόσει LED UV-C για την απολύμανση του νερού στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Οι συσκευές UV-C LED είναι επί του παρόντος διαθέσιμες και έτοιμες να αλλάξουν την αγορά απολύμανσης.
Οι λυχνίες LED αποτελούν καθοριστικό παράγοντα σε πολλές τεχνολογικές καινοτομίες και η επεξεργασία του νερού δεν αποτελεί εξαίρεση. Αν και τα ατυχήματα με λαμπτήρες υδραργύρου είναι σπάνια όταν οι λαμπτήρες εγκαθίστανται σωστά, τα οφέλη των LED UV-C έχουν αρχίσει να υπερτερούν της ανάγκης να παραμείνουν στο status quo. Η συμβατική τεχνολογία υπεριώδους επεξεργασίας παρείχε στον κόσμο μια εναλλακτική λύση στην επεξεργασία χημικών υδάτων. Τώρα, με τις εξελίξεις στις λυχνίες LED, έχουμε έρθει στο επόμενο στάδιο καθαρισμού του νερού.
