Przegląd postępów w zakresie światła ultrafioletowego i przyszłości technologii

Technologia światła ultrafioletowego (UV) do dezynfekcji odnotowała ogromny wzrost zainteresowania w 2020 r. Dowody na to, że promieniowanie UV można zastosować do obróbki powietrza i powierzchni na szeroką skalę w celu inaktywacji SARS-CoV-2 (wirusa wywołującego COVID-19) jest nowy dla wielu i zupełnie nie dziwi dla tych, którzy już pracują z tą technologią.

Koncepcja jest prosta. Fotony UV przenikają przez ścianę komórkową, aby rozerwać DNA i uczynić patogen nieaktywnym lub niezdolnym do replikacji. Fotony te są wytwarzane przez specjalistyczne lampy i konfigurowane w różne systemy dostarczania w zależności od zastosowania: powietrze, powierzchnia lub woda.

Rozwój technologii UV

Przykłady wszystkich trzech z tych zastosowań można zobaczyć już na początku XX wieku; jednak powszechne komercyjne wykorzystanie promieniowania UV jako technologii dezynfekcji tak naprawdę rozpoczęło się w latach 70. XX wieku, z ogromnym wzrostem zastosowań wody i ścieków w latach 90. i 2000.

Początkowymi kluczowymi obszarami wzrostu były woda pitna w Niemczech i Austrii oraz ścieki w USA. Czynnikami napędowymi wzrostu były zmniejszone zapotrzebowanie na dodatki chemiczne z powiązanym ryzykiem powstawania produktów ubocznych, brak odporności na patogeny (np.Kryptosporydiumjest trudny do dezaktywacji za pomocą obróbki chemicznej) i jest łatwy w obsłudze.

Technologia ultrafioletowa jest obecnie kluczowym narzędziem dezynfekcji na całym świecie w szerokim zakresie zastosowań związanych z wodą i ściekami, a wraz z nią istnieje ugruntowany łańcuch dostaw producentów komponentów i systemów, wraz z (w większości) jasnymi przepisami dotyczącymi projektowania i działania technologia. W ostatnich latach pojawiły się nowe obszary wzrostu w opiece zdrowotnej, przetwórstwie żywności i ponownym wykorzystywaniu wody, chociaż ogólnie UV odnotowuje przyjemną trajektorię wzrostu z biegiem czasu.

Wpływ COVID-19

Pojawienie się COVID-19 w 2020 roku nieco zdenerwowało wózek UV z jabłkami. Zainteresowanie techniczne i biznesowe zarówno dużych korporacji, jak i przedsiębiorców zalały przestrzeń aplikacji. Niektórzy już pracowali z technologią UV i rozszerzyli swój zakres zastosowań, aby konkretnie rozwiązać problemy związane z COVID-19. Inni weszli na rynek z sąsiednich aplikacji, takich jak dostawcy oświetlenia ogólnego, którzy chcą wprowadzić do produktów źródła światła UV. Jeszcze inni, często w wyniku utraty pracy lub niepełnego zatrudnienia, zainteresowali się dostarczaniem rozwiązań zupełnie spoza kosmosu.

Odkształcenie w łańcuchu dostaw UV

Ta szybka zmiana nadwerężyła łańcuchy dostaw ze szkodą dla istniejących interesów związanych z uzdatnianiem wody. W szczególności produkcja specjalistycznych lamp rtęciowych UV odnotowała ogromny wzrost popytu, co doprowadziło do dłuższych terminów dostaw i wyższych cen.

Lampy te zazwyczaj wymagają corocznej wymiany, więc zakładając, że produkty związane z COVID-19 będą eksploatowane w dającej się przewidzieć przyszłości, sytuacja ta będzie trwać do momentu zwiększenia zdolności produkcyjnych. I odwrotnie, jeśli popyt spadnie w 2021 r. i później, czy nadwyżka mocy produkcyjnych stanie się problemem odwrotnym? Tylko czas powie.

Alternatywne źródła światła UV

Alternatywne źródła światła, takie jak diody UV-C i lampy UV oparte na ekscymerach, pojawiły się jako alternatywy na długo przed 2020 r. Jednak częściowo związane z ograniczeniami dostaw, a częściowo ze względu na szerszy zakres zastosowań, przyspieszyły one wzrost.

Te alternatywne źródła światła, w szczególności diody LED UV-C, zaczęły odnosić korzyści ze znacznego wzrostu skali produkcji i wraz z tendencją do zwiększania wydajności są wreszcie wdrażane w produktach komercyjnych na dużą skalę.

Widoczność i obietnica UV-C LED

Firma AquiSense Technologies z Kentucky ogłosiła niedawno duży kontrakt na dostawę z Mitsubishi Electric Corp. z Japonii na dostawę dostosowanego do potrzeb produktu LED UV-C do dezynfekcji szarej wody w zastosowaniach mieszkaniowych, które szacuje się na ponad 100 000 sztuk rocznie.

Zdolność technologii UV-C LED do przewyższania technicznie i komercyjnie konwencjonalnej technologii UV z parą rtęci w takim zastosowaniu jest prawdopodobnie najważniejsza w 2021 r. i później. Przewiduje się, że nie tylko powstanie mnóstwo podobnych aplikacji poniżej 20 gpm, ale także dostępne są obecnie na rynku systemy POE UV-C LED i wiele działających na małą skalę miejskich systemów pilotażowych . Elastyczność konstrukcyjna i operacyjna diod UV-C czyni je atrakcyjną propozycją.

Gazowe lampy wyładowcze UV ​​oparte na ekscymerach

Innym alternatywnym źródłem światła UV, które zyskało wiele uwagi, jest lampa wyładowcza oparta na ekscymerach, wytwarzająca fale o długości w zakresie 200 nm, czyli tak zwane „Far-UV”. Chociaż nie jest to nowa technologia, zwróciła uwagę na badania wskazujące na bezpieczeństwo ludzkiej skóry, które zawsze było ograniczeniem konwencjonalnej technologii UV-C w zakresie od 250 do 280 nm.

Chociaż lampy te mogą mieć ograniczone zastosowania w zastosowaniach wodnych, które zwykle są zamknięte, warto sprawdzić, czy mogą zwiększyć wydajność i obniżyć koszty, aby działać jako bezrtęciowa alternatywa dla technologii lamp wyładowczych UV.

Regulamin i edukacja

Jak wspomniano wcześniej, jednym z kluczowych czynników decydujących o wprowadzeniu technologii UV w przemyśle wodno-ściekowym jest istnienie norm, przepisów i wytycznych. To w dużej mierze nie istnieje w przypadku rozwiązań powietrznych i powierzchniowych wykorzystujących technologię UV, która nieco stała się dzikim zachodem, ponieważ dostawcy szukali szybkich rozwiązań zapewniających bezpieczeństwo w biurach, przestrzeniach publicznych i środowiskach osobistych. Od projektowania sprzętu po weryfikację pomiarów i standardy walidacji, branża uzdatniania wody rozwiązała wiele problemów, które są obecnie rozważane w innych kręgach.

Interesujące jest to, że uznani dostawcy uzdatniania wody nie wykorzystali tej przewagi. Wygląda na to, że producenci systemów wodnych UV w dużej mierze trzymali się swojego pasa i nie rozszerzyli działalności na zastosowania powietrzne i powierzchniowe. Dlaczego? Czy mają już dość na talerzu? Czy postrzegają tę aplikację jako potencjalną krótkoterminową szansę? Czy są przyzwyczajeni do bardziej rygorystycznych wymagań i czują się niekomfortowo z „krokiem wstecz” w zakresie weryfikacji procesu?

W każdym razie branża uzdatniania wody ma wiele do zaoferowania. Międzynarodowe Stowarzyszenie Ultrafioletowe (IUVA) było w tym czasie kluczowym zasobem, z grupami roboczymi tworzącymi szereg kluczowych dokumentów edukacyjnych i przedstawiających stanowisko.

Świetlana przyszłość dla dezynfekcji UV

Technologia dezynfekcji UV stała się głównym nurtem w ciągu ostatniej dekady. Wpływ COVID-19 spowodował pewne krótkoterminowe zakłócenia w branży, choć można to uznać za pozytywny wynik netto. Czy zatem możemy się czegoś nauczyć z wyjątkowych warunków roku 2020 i jak możemy to wykorzystać do przyspieszenia innowacji?

Mamy rozwiązania. Mamy kilka naprawdę dobrych rozwiązań. Są lepsi, niż nam się wydaje. Oczywiście powinniśmy nadal dążyć do poprawy. Większa wydajność kontroli procesu, inteligentniejsze wdrażanie czujników, zwiększone wykorzystanie technologii, takich jak diody UV-C, będą stale podnosić poprzeczkę. Możemy jednak wyobrazić sobie szersze wdrożenie.

Wyraźnie widać wyższą świadomość kontroli infekcji wśród światowej populacji i istnieją dowody na to, że rządy, korporacje i osoby prywatne będą inwestować w rozwiązania inżynieryjne zwiększające bezpieczeństwo. Regulacje mogą mieć pozytywny wpływ na wdrażanie technologii UV. Zwiększona zdolność produkcyjna i alternatywne źródła światła UV obniżą ceny, czyniąc je bardziej dostępnymi. Korporacje, które już zmierzały w kierunku osadzania technologii UV w produktach o dużej objętości, również przyspieszają swoje innowacyjne rurociągi.

Prowadzi to do komunikacji. Tak powszechny i ​​tak tragiczny jak COVID-19 dla globalnej populacji ludzkiej, pozostaje faktem, że woda i warunki sanitarne znacznie przewyższają go pod względem śmierci, chorób i negatywnych skutków ekonomicznych. Dlatego musimy stale dopracowywać nasze przesłanie do świata prawdziwej wartości wody. Ponieważ ratujemy życie.