254 nm を超える 280 nm LED の消毒性能が向上

Scientific Reports volume 13、記事番号: 7576 (2023) この記事を引用

738 アクセス

6 オルトメトリック

メトリクスの詳細

紫外線 (UV) 消毒は、数十年にわたって飲料水と廃水の処理プロセスの両方に組み込まれてきました。 ただし、高いエネルギー需要や水銀の使用など、環境に悪影響を及ぼします。 気候に対応した技術をどのように拡張して構築するかを理解することは、国連の持続可能な開発目標 6 と 13 の交差点を達成する上で鍵となります。気候に対応したソリューションを提供しながら、従来の廃水 UV 消毒システムの欠点に対処する技術の 1 つが、UV 発光ダイオード ( LED）。 この研究の目的は、ベンチスケールの 280 nm UV LED の性能を、ベンチスケールの低圧 (LP) ランプおよびフルスケールの UV 処理廃水サンプルと比較することでした。 研究の結果は、UV LED システムがベンチスケールで LP システムを上回る強力な治療を提供することを実証しました。 20 mJ cm-2 の UV LED システムと 30 および 40 mJ cm-2 の LP システムの相対エネルギー消費量の比較が完了しました。 UV LED の壁プラグ効率 (WPE) の現在の予測に基づくと、LED リアクトルのエネルギー消費量は 2025 年までに LP システムと比較して同等かそれ以下になると予想されます。この研究では、WPE 20% で、同等の UV LED システムでは、30 mJ cm-2 のシナリオでは消費電力が 24.6%、40 mJ cm-2 のシナリオでは 43.4% 削減されます。

紫外線 (UV) 消毒は、数十年にわたって飲料水と廃水の処理プロセスの両方に組み込まれてきました。 従来の UV 消毒は、254 nm で殺菌光を放射する水銀ハロゲン ランプによって行われます。 水銀ベースの UV 消毒は、さまざまな水マトリックスにわたるさまざまな病原菌の不活化に効果的ですが、ランプの光生成に使用される水銀は有毒であり、ランプは 30 ～ 35 の最大エネルギー効率で動作するため、環境問題が生じます。 ％は高いエネルギー需要を生み出し1、ランプの高い動作温度は石英ランプの保護スリーブの有機および無機の汚れの問題を引き起こし、UV消毒の効果を低下させます2。

国連の持続可能な開発目標 (SDG) 6 は、水の衛生と清潔さに焦点を当てています3。 ジャービス氏は、微生物に対する持続可能な制御がこの目標を達成するための鍵であると述べています4。 SDGs の達成に伴う多くの問題に対処するのに十分な堅牢性を備えた新しいテクノロジーを研究する必要があります5。 気候対応テクノロジーを拡張および構築する方法を理解することは、SDG6 と SDG13 の交差点である気候変動対策をタイムリーに達成するための鍵となります。 UV 発光ダイオード (LED) は、気候に対応したソリューションを提供しながら、従来の廃水 UV 消毒の前述の欠点に対処します 6、7、8、9。

UV LED は従来の水銀ハロゲン ランプと同様に機能しますが、一般的な可視光 LED と同様の形状を有しており、UV 光子の生成に水銀を使用しません。 UV LED は過去 10 年間で技術として成熟し、本格的な使用が目前に迫り、商用の POS システムが容易に入手できるようになりました 8、10、11。 UV LED 技術によってもたらされる機会の 1 つは、UVC 光のさまざまな波長の放射による殺菌効率の向上です。 UV 波長の微妙なシフトにより、消毒性能が大幅に向上します 12、13、14。 この殺菌効果の相対的な変化は各微生物に固有であり、作用スペクトルとして知られており、生物の DNA 内のヌクレオチド塩基対の相対的な存在量に関連しています 15。 波長のシフトによる殺菌効率の増加により、同様の対数減少を達成するために必要なフルエンスが減少し、UVC 範囲の UV LED が現在経験している低いエネルギー効率を相殺するのに役立ちます。