Els sistemes de desinfecció de l’aigua que utilitzen díodes emissors de llum ultraviolada (LED UV) a la gamma germicida o UV-C es van introduir comercialment per primera vegada el 2012.
Història dels LED UV
Els sistemes inicials eren més petits que els productes UV convencionals, però amb un cabal més baix i un cost de diversos milers de dòlars. Des de llavors, els LED UV-C s’han centrat principalment en aplicacions de punt d’ús (POU), amb sistemes cada vegada més petits fins al punt que es poden integrar fàcilment o tornar a instal·lar-los en productes existents. A mesura que es va millorar el disseny dels sistemes LED UV-C, van madurar en disseny, robustesa i, sobretot, eficiència i cost, per la qual cosa finalment han esdevingut competitius per als productes establerts al mercat de desinfecció UV de punt d’entrada (POE).
Comparacions amb sistemes convencionals
En el seu nucli, els sistemes de desinfecció UV es basen en dos principis: l’eficiència de la làmpada UV i l’eficiència del disseny del reactor. Normalment, les làmpades UV convencionals són més eficients i produeixen més llum UV que calor en comparació amb les fonts de llum LED UV-C. El contrari passa amb el disseny de reactors de làmpades de mercuri convencionals, ja que el disseny cilíndric sol ser menys eficient que els moderns reactors LED UV-C que es poden dissenyar a mida basant-se en la flexibilitat dels LED. Amb el pas del temps, l'eficiència de la llum UV dels LED UV-C ha millorat i els dissenyadors han avançat significativament l'eficiència dels reactors LED UV-C. Tot i que aquests avenços han consolidat la tecnologia LED per a aplicacions POU, també ha començat a obrir el mercat del POE. Les solucions LED UV-C per als cabals més elevats associats al tractament d’aigües POE han arribat a la majoria d’edat.
Altres factors a tenir en compte a l’hora de comparar les làmpades convencionals de mercuri UV i els LED UV-C inclouen aspectes sobre els requisits generals de manteniment del sistema i el cost de propietat. En primer lloc, a causa de les propietats exclusives dels LED UV-C, la contaminació és molt menys preocupant, ja que la descàrrega de calor es gestiona a la part posterior del sistema i no a la làmpada o la màniga de quars on es produeix la contaminació. La tecnologia LED “instantània encesa” permet alimentar els LED només quan flueix aigua, eliminant així l’acumulació de calor que dóna lloc a la contaminació que sovint es troba en els sistemes que utilitzen làmpades de mercuri amb alimentació permanent. A més, mitjançant una acurada gestió de la calor, els sistemes LED UV-C pot durar fins a 10.000 hores d’ús intermitent. La propietat instantània d’encès / apagat dels LED i la consegüent capacitat d’alimentació només quan es necessita redueix dràsticament l’interval de substitució de la làmpada en comparació amb les làmpades de mercuri convencionals. Aquesta característica juntament amb la demanda d'energia regulada per flux significa que l'energia elèctrica necessària per a la desinfecció és substancialment inferior per als sistemes LED UV-C.
La flexibilitat de la selecció de longitud d'ona UV-C en el rang germicida de 260 nm a 280 nm és un altre tret distintiu dels LED en comparació amb l'emissió fixa de 253,7 nm produïda per les làmpades de mercuri. Això permet un disseny més específic de sistemes LED UV-C per a aplicacions específiques.
Finalment, la capacitat d’incorporar un control de la intensitat UV d’estat sòlid sense la necessitat de mòduls de sensors externs cars i sovint poc fiables, tal com es troba amb els sistemes convencionals de làmpades de mercuri, és un avantatge significatiu i proporciona automàticament la tranquil·litat que el sistema de desinfecció realment funciona hauria de proporcionar aigua desinfectada amb seguretat.
Els LED es posen en línia
Els sistemes LED UV-C han format part de diversos estudis de casos, inclòs un estudi pilot universitari, i un Acord de Recerca i Desenvolupament Cooperatiu (CRADA) amb l'EPA dels EUA. Aquests estudis de cas, que es remunten al 2016, ofereixen un indicador de fiabilitat i longevitat que sovint es desitja en alguna cosa tan important com el tractament d’aigua potable. L’objectiu principal de l’acord US EPA R&D era dissenyar, fabricar i provar un sistema integrat de tractament d’aigües que incorpora tecnologies avançades de desinfecció i filtració de LEDs UV-C. El dispositiu integrat tenia com a objectiu un cabal més alt i unes qualitats d'aigua més desafiadores que les utilitzades en els sistemes comercials disponibles actualment. El resultat final d’aquest acord R& D va donar lloc al primer sistema de tractament UV-C LED POE disponible al mercat.
Unitats POE residencials
Ara que els sistemes LED UV-C han superat amb fermesa el llindar del POE, el “punt dolç” més evident de la tecnologia es troba en el tractament d’aigua de tota la casa, que inclou no només la desinfecció d’aigua potable, sinó també la protecció per a dutxes, aixetes de bany i molt més. Ara hi ha una alternativa totalment viable als sistemes de làmpades de mercuri més tradicionals que, per ser plenament eficaços, necessiten que les làmpades funcionin sempre a plena potència, a causa del temps d’escalfament requerit de les làmpades de mercuri. Els usuaris de sistemes UV convencionals estaran massa familiaritzats amb el “tret d’aigua calenta” que es produeix després de llargs períodes sense flux (per exemple, a primera hora del matí). Aquesta irritació s'elimina mitjançant la característica "instantània" dels sistemes LED. Els intervals de substitució de LED de cinc anys basats en l’ús intermitent d’aigua a la llar típica, juntament amb un consum elèctric reduït i sense làmpades que contenen mercuri afegeixen atractiu a la solució LED.
Unitats Comercials
L’aplicabilitat dels LEDs al tipus d’aplicacions POE descrites anteriorment també es presta al que es pot descriure com a “comercial lleuger”, on els cabals d’aigua requerits no són tan diferents dels que es troben en un entorn residencial. Alguns exemples poden ser petits centres comunitaris i escenaris, petites escoles, petites oficines, tallers de bombers i botigues minoristes. Per a instal·lacions més grans, es poden instal·lar múltiples mòduls POE en paral·lel, però en un futur molt proper, ja que tant el desenvolupament de productes com l’augment de la demanda condueixen a una reducció dels costos i la petjada, estaran disponibles sistemes per a tota la gamma d’aplicacions comercials.
Unitats Municipals
Per la seva pròpia naturalesa, els sistemes municipals de tractament d’aigües tenen els cabals més elevats de les aplicacions que es tracten. Una consideració addicional és l’enfocament típic de “barreres múltiples”, que sovint incorpora desinfecció UV, així com subministrament d’un residu de clor. La quantitat d'energia UV necessària, però els sistemes més petits, és substancial i estarà dominada per la tecnologia convencional de làmpades de mercuri durant algun temps. Tanmateix, com es va assenyalar anteriorment, la investigació i el desenvolupament de tecnologia LED per a aplicacions UV-C progressa ràpidament i les relacions cost / potència / eficiència milloren contínuament. Al Regne Unit ja s’han iniciat assajos de sistemes municipals que utilitzen tecnologia LED tant per a la desinfecció com per a l’oxidació avançada (AOP) al Regne Unit i és segurament un signe de les coses per venir.
Tendències del mercat LED UV-C
Mida total del mercat UV de POE: als efectes d’aquest article, només considerarem les aplicacions comercials residencials i lleugeres en què els cabals es troben generalment entre 5 i 15 gpm (20 a 60 lpm). La mida del mercat d’aquest segment s’estima en uns 0,3 milions de dòlars anuals, la qual cosa equival a uns 300.000 sistemes a tot el món.
Creixement recent / COVID-19: augmentar la consciència de l'usuari final sobre els problemes de qualitat de l'aigua a través d'esdeveniments altament publicitats com Flint, Michigan i altres, juntament amb nivells d'ansietat de salut més generals com a resultat de COVID-19, que es tradueix en un creixement de dos dígits per a el mercat de la desinfecció UV en general. Això inclou aplicacions a la superfície i a l'aire, a més d'aigua potable.
Creixement dels sistemes LED UV al mercat: la creixent demanda i necessitat de solucions sostenibles per a problemes relacionats amb la salut i la qualitat de la vida haurien de garantir un lloc cada vegada més important per a la tecnologia LED UV-C en l'àmbit de les metodologies de tractament d'aigües millorades. La millora contínua del rendiment i la reducció de costos ja permeten que això passi i només augmentarà la penetració del mercat en el futur.
