I sistemi di disinfezione dell'acqua che utilizzano diodi emettitori di luce ultravioletta (LED UV) nella gamma germicida o UV-C sono stati introdotti commercialmente per la prima volta nel 2012.
Storia dei LED UV
I sistemi iniziali erano più piccoli dei prodotti UV convenzionali, ma con portate inferiori e un costo di diverse migliaia di dollari. Da allora, i LED UV-C si sono concentrati principalmente sulle applicazioni POU (Point-of-Use) con sistemi sempre più piccoli al punto da poter essere facilmente integrati o retro-montati nei prodotti esistenti. Man mano che la progettazione dei sistemi LED UV-C migliorava, maturavano nel design, nella robustezza e, soprattutto, nell'efficienza e nei costi, e quindi sono finalmente diventati competitivi con prodotti affermati nel mercato della disinfezione UV poe (POINT-of-entry).
Confronti con i sistemi convenzionali
Al loro centro, i sistemi di disinfezione UV si basano su due principi: l'efficienza della lampada UV e l'efficienza del progetto del reattore. In genere, le lampade UV convenzionali sono più efficienti, producendo più luce UV che calore rispetto alle sorgenti luminose a LED UV-C. È vero il contrario per il design convenzionale del reattore a lampada a mercurio, poiché il design cilindrico è tipicamente meno efficiente dei moderni reattori LED UV-C che possono essere progettati su misura in base alla flessibilità dei LED. Nel corso del tempo, l'efficienza della luce UV dei LED UV-C è migliorata e i progettisti hanno notevolmente migliorato l'efficienza dei reattori LED UV-C. Sebbene questi progressi abbiano solidificato la tecnologia LED per le applicazioni POU, ha anche iniziato ad aprire il mercato POE. Le soluzioni LED UV-C per le portate più elevate associate al trattamento delle acque POE sono ormai maggiorenni.
Altri fattori da considerare quando si confrontano le lampade convenzionali a mercurio UV e i LED UV-C includono aspetti dei requisiti generali di manutenzione del sistema e del costo di proprietà. In primo luogo, a causa delle proprietà uniche dei LED UV-C, l'incrostazione è molto meno preoccupante in quanto lo scarico di calore viene gestito sul retro del sistema e non sulla lampada o sul manicotto al quarzo in cui si verifica l'incrostazione. La tecnologia LED "Instant on" consente di alimentare i LED solo quando scorre l'acqua, eliminando così l'accumulo di calore che si traduce nell'incrostazione spesso riscontrata nei sistemi che utilizzano lampade a mercurio alimentate in modo permanente Inoltre, grazie a un'attenta gestione del calore, i sistemi LED UV-C possono durare fino a 10.000 ore di utilizzo intermittente. Le proprietà istantanee di on/off dei LED e la conseguente capacità di essere alimentati solo quando necessario riducono drasticamente l'intervallo di sostituzione della lampada rispetto alle lampade a mercurio convenzionali. Questa funzione insieme alla domanda di energia regolata dal flusso significa che l'energia elettrica necessaria per la disinfezione è sostanzialmente inferiore per i sistemi LED UV-C.
La flessibilità della selezione della lunghezza d'onda UV-C nella gamma germicida da 260 nm a 280 nm è un altro segno distintivo dei LED rispetto all'emissione fissa di 253,7 nm prodotta dalle lampade a mercurio. Ciò consente una progettazione più mirata di sistemi LED UV-C per applicazioni specifiche.
Infine, la capacità di incorporare il monitoraggio dell'intensità UV allo stato solido senza la necessità di moduli di sensori esterni costosi e spesso piuttosto inaffidabili, come si trova con i sistemi di lampade a mercurio convenzionali, è un vantaggio significativo e fornisce automaticamente tranquillità che il sistema di disinfezione funziona effettivamente come dovrebbe, fornendo acqua disinfettata in modo sicuro.
LED in arrivo online
I sistemi LED UV-C hanno fatto parte di diversi casi di studio, tra cui uno studio pilota universitario e un accordo di ricerca e sviluppo cooperativo (CRADA) con l'EPA degli Stati Uniti. Questi casi di studio, risalenti al 2016, offrono un indicatore di affidabilità e longevità che è spesso desiderato in qualcosa di importante come il trattamento delle acque potabili. L'obiettivo principale dell'accordo di ricerca e sviluppo EPA degli Stati Uniti era progettare, fabbricare e testare un sistema integrato di trattamento delle acque che incorporasse tecnologie avanzate di disinfezione e filtrazione a LED UV-C. Il dispositivo integrato mirava a portate più elevate e qualità dell'acqua più impegnative rispetto a quelle utilizzate nei sistemi commerciali attualmente disponibili. Il risultato finale di questo accordo di ricerca e sviluppo ha portato al primo sistema di trattamento UV-C LED POE disponibile in commercio.
Unità POE residenziali
Ora che i sistemi LED UV-C hanno superato saldamente la soglia POE, il "punto dolce" più ovvio per la tecnologia è il trattamento dell'acqua tutta la casa, che comprende non solo la disinfezione dell'acqua potabile ma anche la protezione per docce, rubinetti del bagno e altro ancora. Esiste ora un'alternativa totalmente praticabile ai più tradizionali sistemi di lampade a mercurio che, per essere pienamente efficaci, in genere hanno bisogno che le lampade siano sempre funzionanti a piena potenza, a causa del tempo di riscaldamento richiesto delle lampade a mercurio. Gli utenti dei sistemi UV convenzionali avranno fin troppo familiarità con il "colpo di acqua calda" che si verifica dopo lunghi periodi di nessun flusso (ad esempio la prima cosa al mattino). Questa irritazione viene eliminata dalla funzione "instant on" dei sistemi LED. Intervalli di sostituzione a LED quinquenquen anni basati sull'uso intermittente dell'acqua nella casa tipica insieme a un ridotto consumo elettrico e nessuna lampada contenente mercurio da smaltire aumenta l'attrattiva della soluzione LED.
Unità commerciali
L'applicabilità dei LED al tipo di applicazioni POE sopra descritte si presta anche a ciò che può essere descritto come "commerciale leggero", dove le portate d'acqua richieste non sono molto diverse da quelle che si trovano in un ambiente residenziale. Esempi potrebbero essere piccoli centri e arene della comunità, piccole scuole, piccoli uffici, sale dei pompieri e negozi al dettaglio. Per strutture più grandi, più moduli POE possono essere installati in parallelo, ma nel prossimo futuro, poiché sia lo sviluppo del prodotto che l'aumento della domanda portano a costi e ingombro ridotti, saranno disponibili sistemi per l'intera gamma di applicazioni commerciali.
Unità municipali
Per loro stessa natura, i sistemi municipali di trattamento delle acque hanno le portate più elevate delle applicazioni in discussione. Un'ulteriore considerazione è il tipico approccio "multi-barriera", che spesso incorpora la disinfezione UV e la fornitura di un residuo di cloro. La quantità di energia UV richiesta in tutto, ma i sistemi più piccoli sono sostanziali e saranno dominati dalla tecnologia convenzionale delle lampade a mercurio ancora per qualche tempo. Tuttavia, come notato in precedenza, la ricerca e lo sviluppo della tecnologia LED per applicazioni UV-C sta progredendo rapidamente e i rapporti costi/potenza/efficienza sono in continuo miglioramento. Nel Regno Unito sono già stati avviati studi di sistema municipali che utilizzano la tecnologia LED sia per la disinfezione che per l'ossidazione avanzata (AOP) ed è sicuramente un segno delle cose a venire.
Tendenze del mercato LED UV-C
Dimensioni totali del mercato UV POE: Ai fini di questo articolo prenderemo in considerazione solo applicazioni commerciali residenziali e leggere in cui le portate sono generalmente nella gamma da 5 a 15 gpm (da 20 a 60 lpm). La dimensione del mercato per questo segmento è stimata in circa $ 0,3 miliardi all'anno, il che equivale a circa 300.000 sistemi a livello globale.
Crescita recente / COVID-19: Aumentare la consapevolezza degli utenti finali sui problemi di qualità dell'acqua attraverso eventi altamente pubblicizzati come Flint, Michigan e altri insieme a livelli di ansia per la salute più generali a causa del COVID-19 sta determinando una crescita a due cifre per il mercato della disinfezione UV in generale. Ciò include applicazioni di superficie e aria oltre all'acqua potabile.
Crescita dei sistemi UV LED sul mercato: le crescenti richieste e necessità di soluzioni sostenibili alle questioni relative alla salute e alla qualità della vita dovrebbero garantire un posto sempre più importante per la tecnologia LED UV-C nel campo delle metodologie di trattamento delle acque migliorate. Il miglioramento continuo delle prestazioni e la riduzione dei costi lo stanno già consentendo e non faranno che aumentare la penetrazione del mercato in futuro.
