In un contesto di crescente preoccupazione pubblica per la sicurezza dell'acqua potabile, Quanzhou Huajing Innovation Technology Co., Ltd., sfruttando la tecnologia avanzata dei chip della sua società madre UVLEDTEK, ha sviluppato un-sistema di disinfezione ultravioletta LED UVC all'avanguardia per rafforzare la sicurezza dell'acqua potabile.
In occasione dell'Expo dell'acqua della cintura economica del fiume Yangtze recentemente conclusosi, Gao Chao, direttore ricerca e sviluppo della divisione di ricerca sul trattamento e i test dell'acqua dell'Istituto centrale di ricerca dell'azienda, è stato invitato a tenere una presentazione dal titolo "Nuovo design della disinfezione ultravioletta LED UVC: abilitazione dell'innovazione tecnologica nell'acqua potabile di alta-qualità".
Il rapporto ha fornito una-panoramica approfondita delle applicazioni innovative e delle ampie prospettive della tecnologia LED UVC nel trattamento delle acque-of-uso. Ha suscitato un’ampia discussione tra esperti, studiosi e professionisti del settore. Gli ultimi risultati della ricerca e i casi di applicazione pratica presentati durante l'evento hanno offerto ai partecipanti una visione chiara di come le tecnologie innovative stanno trasformando la sicurezza dell'acqua potabile.
Tecnologia driver LED UV
Promuovere il progresso in più settori critici
Le sorgenti luminose UV LED UVLEDTEK svolgono un ruolo indispensabile in diversi settori chiave.
Nelsettore dei veicoli a nuova energia, La tecnologia LED UV aiuta le batterie al litio a superare le sfide legate alla resistenza alla temperatura. InComunicazioni 5G e produzione di fibra ottica, migliora la velocità di trafilatura della fibra riducendo il consumo energetico e i costi di produzione. Insalute e sicurezza pubblica, consente una sterilizzazione precisa ed efficiente di batteri e virus. Inindustrie aerospaziali e della difesa, viene applicato nelle stazioni spaziali e nei satelliti, dimostrando un notevole valore strategico.
Superare le principali sfide tecniche
Creazione di vantaggi completi per la catena-industriale nei semiconduttori di terza-generazione
Il processo di crescita dei materiali principali dei LED UV, AlN/AlGaN, richiede una precisione estremamente rigorosa nei parametri di processo. Anche piccole deviazioni possono alterare la struttura cristallina del materiale, influenzando significativamente le sue prestazioni optoelettroniche.
Attraverso un decennio di ricerca e sviluppo dedicati, UVLEDTEK ha stabilito capacità complete della catena industriale-nella ricerca, sviluppo e produzione. L'azienda ha superato le restrizioni tecnologiche e ha ottenuto tecnologie di base indipendenti e controllabili, rafforzando la propria posizione nello sviluppo di semiconduttori di terza-generazione.
Approfondimento sulle applicazioni per il trattamento delle acque
Sterilizzazione precisa che garantisce la sicurezza dell'acqua
La tecnologia LED UVC mostra un ampio potenziale di applicazione nel settore del trattamento delle acque. Dagli impianti idrici a ogni punto di utilizzo-of-terminale potabile, dallo scarico delle acque reflue trattate alla purificazione post-trattamento; dalla produzione di alimenti e bevande, allevamento di bestiame e produzione farmaceutica ai sistemi di acqua sterile nei processi di semiconduttori; dall'acqua potabile domestica agli ambienti pubblici come ristoranti, negozi di bevande e parchi divertimento; e dalla disinfezione dell'acqua di raffreddamento industriale all'igiene delle piscine-una sterilizzazione sicura ed efficace dell'acqua è necessaria praticamente in ogni scenario che ci circonda.
Rispetto ai tradizionali metodi di disinfezione chimica come la clorazione e il trattamento con ozono, i LED UVC offrono vantaggi significativi. Come metodo di disinfezione fisica, non altera le proprietà dell'acqua ed evita l'inquinamento secondario causato da residui chimici. Non produce sottoprodotti di disinfezione dannosi-, garantendo la sicurezza per la salute umana. Fornisce inoltre una sterilizzazione rapida, in grado di inattivare istantaneamente gli agenti patogeni entro un intervallo di dosaggio specifico, degradando al contempo i composti organici clorurati ed eliminando i rischi del cloro combinato. Inoltre, è sicuro da utilizzare, senza rischi associati allo stoccaggio, al trasporto o alla preparazione dei prodotti chimici.
Nel complesso, rappresenta una vera tecnologia di disinfezione dell'acqua di nuova generazione-verde ed ecologica.
Rispetto alle tradizionali fonti di luce UV a base di mercurio-, la tecnologia UV-LED non è-tossica ed è rispettosa dell'ambiente, offre un controllo della potenza più preciso, ha una durata di servizio più lunga, consente l'avvio istantaneo e presenta una struttura compatta. La tecnologia LED UVC dimostra vantaggi significativi in termini di consumo energetico, costi di manutenzione e prestazioni di disinfezione, fornendo sia una maggiore efficienza economica che maggiori vantaggi in termini di sostenibilità per i sistemi di approvvigionamento idrico.
A livello internazionale, TYPHON Treatment Systems del Regno Unito ha costruito il primo sistema al mondo di disinfezione dell'acqua potabile UV LED su scala municipale-, con una capacità di trattamento fino a 28 MLD (5.136 GPM). Il sistema utilizza l'avanzata tecnologia LED UVC, combinata con un design preciso del campo ottico e un'ottimizzazione del flusso, ottenendo un valore di riduzione di 4 log (LRV) contro Cryptosporidium a 22 mJ/cm².
Inoltre, i servizi idrici norvegesi hanno iniziato attivamente la transizione alla tecnologia LED UVC, eliminando gradualmente le tradizionali lampade al mercurio. Altri progetti pilota e implementazioni su larga-scala di sistemi di trattamento dell'acqua e delle acque reflue UV LED vengono implementati anche in paesi come gli Stati Uniti e in tutta l'Unione Europea, segnalando un costante spostamento globale verso questa tecnologia emergente.
In Cina, Quanzhou Water Group e UVLEDTEK hanno collaborato per far avanzare questa tecnologia come iniziativa chiave di ricerca e sviluppo. Insieme a un gruppo di esperti nazionali in campi correlati, hanno superato importanti sfide tecniche e sviluppato con successo il primo sistema di disinfezione LED UVC a grande flusso-della Cina nel giugno 2024.
Il sistema ha superato tutti i requisiti di test e validazione in un unico ciclo, raggiungendo un tasso di sterilizzazione fino al 99,999%. È già stato implementato nei sistemi di approvvigionamento idrico secondari per applicazioni-nel mondo reale. Allo stesso tempo, è stato completamente sviluppato un portafoglio completo di prodotti destinati alla fornitura idrica secondaria e alle applicazioni per l'acqua potabile ai punti di utilizzo, con implementazioni pilota attualmente in corso per tutti i lotti di prodotti.
Questo progresso indica una svolta nel superamento della dipendenza tecnologica straniera. Dallo sviluppo del chip principale alla progettazione-completa delle apparecchiature del sistema e all'integrazione del software, l'intera soluzione è supportata da diritti di proprietà intellettuale indipendenti e ha raggiunto la capacità di produzione di massa.
Questo risultato migliora significativamente la capacità della Cina di garantire la sicurezza dell’acqua terminale e rappresenta un’importante innovazione tecnologica e un passo avanti in termini di sostituzione nel campo dei sistemi di disinfezione dell’acqua potabile.
Eccellente design del prodotto
Costruire prestazioni elevate in tutte le dimensioni
1. Chip ad alta potenza-ottici-e sorgenti luminose ad alta-potenza-densità
Nella crescita dei materiali, UVLEDTEK applica substrati con nanomodelli piramidali-combinati con tecniche di crescita epitassiale pulsata ad alta-bassa velocità e di riparazione dei difetti-per produrre materiali epitassiali AlGaN di alta-qualità.
Nell'ottimizzazione della metallizzazione degli elettrodi a chip, una struttura dell'elettrodo ad alta-riflettività dal design unico, insieme a una struttura riflettente SWDL, gioca un ruolo chiave, migliorando in definitiva l'efficienza luminosa del dispositivo di oltre il 32%.
Inoltre, il team di ricerca e sviluppo progetta attentamente una struttura a pozzo quantico a composizione-classificata e uno strato di blocco degli elettroni con composizione gradualmente variabile. Basate sui principi fisici dei semiconduttori, queste innovazioni ottimizzano la struttura delle bande, migliorano l’efficienza dell’iniezione di corrente e migliorano l’efficienza della ricombinazione elettrone-lacuna, con conseguente maggiore potenza ottica in uscita.
2. Superare i limiti di lunghezza d'onda delle tradizionali lampade al mercurio per migliorare l'efficienza
UVLEDTEK ha sviluppato LED UV basati su AlGaN- con lunghezze d'onda di emissione regolabili che vanno da 210 a 365 nm, superando il limite fisso di 254 nm delle tradizionali lampade al mercurio.
Studi internazionali hanno dimostrato che la lunghezza d'onda di 279 nm raggiunge prestazioni di inattivazione migliori contro MS2 rispetto a 254 nm. Inoltre, nell’intervallo 260–280 nm, la trasmissione UV attraverso l’acqua è superiore a quella a 254 nm.
Per particelle della stessa dimensione, come solidi sospesi (SS) e fiocchi microbici, lunghezze d'onda maggiori determinano effetti di schermatura più deboli. Ciò significa che, a parità di requisiti di efficienza di sterilizzazione, i sistemi LED UVC richiedono una dose inferiore, migliorando significativamente l’efficienza di disinfezione e consentendo una sterilizzazione più precisa e rapida.
3. Design del campo ottico-senza ombre per la sterilizzazione omnidirezionale
UVLEDTEK utilizza un design ottico geometrico avanzato combinato con la simulazione della trasmissione della luce multi-media e la modellazione numerica di campi multi-fisici per iniettare con precisione la luce ultravioletta nella camera di reazione.
All'interno della camera viene costruito un campo di radiazione UV ad alta-efficienza senza zone d'ombra. Questo design innovativo garantisce che durante il processo di disinfezione, ogni parte del corpo idrico riceva una sufficiente esposizione ai raggi UV, ottenendo una sterilizzazione completa e omnidirezionale. Elimina efficacemente i punti ciechi dovuti alla disinfezione causati da una distribuzione della luce non-uniforme.
4. Progettazione del campo di flusso con dispositivo di guida rotazionale
Ottimizzazione dell'idrodinamica per migliorare le prestazioni di disinfezione
Il team di ricerca e sviluppo di UVLEDTEK ha condotto studi approfonditi-sul comportamento del flusso dell'acqua e ha scoperto che la velocità massima del flusso ha un impatto significativo sull'efficienza della sterilizzazione. Dal punto di vista della fluidodinamica, un flusso d’acqua eccessivamente veloce può ridurre il tempo di residenza dei microrganismi nella zona di irradiazione UV, impedendo un’esposizione sufficiente ai raggi UV e riducendo quindi l’efficacia della disinfezione.
Sulla base di queste informazioni, il team ha ridisegnato in modo innovativo la geometria di ingresso e di uscita per indurre un flusso rotatorio controllato attraverso la zona di irradiazione, riducendo efficacemente la velocità di picco del flusso.
Questa ottimizzazione strutturale non solo migliora le prestazioni di sterilizzazione, ma garantisce anche una distribuzione più uniforme della dose UV in tutto il corpo idrico. Il flusso rotante consente ai microrganismi di essere completamente esposti all'irradiazione UV, garantendo che ciascun agente patogeno riceva una dose di sterilizzazione adeguata, migliorando così in modo significativo l'efficienza complessiva della disinfezione.
5. Tecnologia di raffreddamento della sorgente luminosa basata sull'acqua-
Gestione termica ad alta-efficienza
Lo sterilizzatore UV LED ad alta potenza-sviluppato da UVLEDTEK adotta un approccio avanzato al raffreddamento dell'acqua-, utilizzando direttamente l'acqua che scorre all'interno della tubazione per dissipare il calore dalla sorgente luminosa. Ciò elimina la necessità di ulteriori apparecchiature di raffreddamento dedicate, riducendo significativamente i costi di investimento del sistema.
La tecnologia è compatta nelle dimensioni e altamente efficiente. Con l'integrazione di un algoritmo di controllo AI, sia la potenza di uscita ottica che il flusso dell'acqua di raffreddamento possono essere regolati dinamicamente in base alla richiesta di trattamento in tempo reale-. Ad esempio, quando la portata aumenta, il sistema aumenta automaticamente l'intensità della luce e il volume dell'acqua di raffreddamento per garantire un funzionamento stabile; quando il carico diminuisce, entrambi i parametri vengono ridotti di conseguenza per ottenere un risparmio energetico.
Inoltre, la finestra ottica al quarzo mantiene l'equilibrio termico con la temperatura dell'acqua, mitigando efficacemente i problemi di incrostazione-a differenza delle tradizionali lampade al mercurio, che funzionano a temperature superficiali di 600-1000 gradi e sono soggette a incrostazioni. Anche la manutenzione è semplificata, consentendo la manutenzione della sorgente luminosa senza arrestare o deviare il flusso della tubazione.
I dati operativi mostrano che con questo design di raffreddamento, la durata della sorgente di luce UV può essere estesa del 30%–50%.
6. RED-Simulazione accoppiata CFD per una quantificazione precisa e un funzionamento affidabile
Il team tecnico di UVLEDTEK adotta un design RED-CFD (Radiation Energy Distribution–Computational Fluid Dynamics) avanzato a livello internazionale per i reattori LED UVC. In questa configurazione, la sorgente luminosa funziona senza un manicotto protettivo immerso nell'acqua, consentendo un campo di flusso più razionale e facilitando un più forte accoppiamento tra il campo ottico e il campo idrodinamico.
Un design strutturale ad alta-riflettività migliora ulteriormente l'efficienza di utilizzo dei raggi UV. Il sistema utilizza un'alimentazione a corrente continua (CC), eliminando la necessità di reattori ad alta-frequenza e consentendo l'integrazione diretta con i sistemi di energia fotovoltaica per una migliore efficienza energetica.
Rispetto ai tradizionali sistemi con lampade al mercurio-che si basano su strutture di supporto che causano una maggiore perdita di carico, questo design riduce significativamente la resistenza idraulica e garantisce un ingombro del sistema più compatto con minori requisiti di spazio di installazione.
Attraverso l'analisi di simulazione accoppiata RED-CFD, parametri chiave come la dose di disinfezione UV, la configurazione della sorgente luminosa e la velocità del flusso d'acqua possono essere quantificati con precisione, garantendo prestazioni superiori e funzionamento stabile. Ciò fornisce agli utenti una soluzione di disinfezione altamente affidabile ed efficiente.
7. Interfaccia uomo-macchina semplice e intuitiva per un funzionamento semplice
Il sistema di disinfezione ultravioletta UVC LED per l'approvvigionamento idrico secondario sviluppato da UVLEDTEK è dotato di un design pulito e intuitivo dell'interfaccia uomo-macchina (HMI).
Attraverso il display interattivo, gli operatori possono monitorare in modo chiaro e diretto i parametri operativi chiave come la dose UV, l'intensità della luce e la portata in tempo reale. Allo stesso tempo, l'interfaccia consente un facile accesso ai registri di sistema e alle registrazioni degli allarmi tramite una semplice struttura a menu.
Questo design ottimizzato riduce significativamente la curva di apprendimento per gli operatori e migliora l'efficienza complessiva della manutenzione, rendendo la gestione del sistema più comoda, efficiente e-facile da usare.
8. Il design modulare semplifica la manutenzione e il funzionamento, garantendo un funzionamento regolare.
Il sistema di disinfezione ultravioletta UVC LED per l'approvvigionamento idrico secondario sviluppato da UVLEDTEK adotta un concetto di design modulare, in cui la sorgente luminosa e la camera di reazione sono strutturalmente indipendenti.
La luce UV viene trasmessa uniformemente nell'acqua attraverso una finestra in vetro al quarzo ad alta-trasmissione sulla camera di reazione, garantendo prestazioni di disinfezione stabili e consentendo operazioni di manutenzione senza interrompere la fornitura d'acqua.
Grazie a questa architettura modulare, la manutenzione del sistema diventa notevolmente più conveniente. Quando un modulo si guasta, può essere sostituito rapidamente senza compromettere il funzionamento complessivo, garantendo prestazioni del sistema continue e stabili e fornendo agli utenti un'esperienza operativa affidabile.
9. Risposta rapida, funzionamento stabile, risparmio energetico e riduzione dei costi
Il sistema di disinfezione a raggi ultravioletti UVC LED sviluppato da UVLEDTEK è dotato di funzionalità di avvio rapido-, raggiungendo istantaneamente la potenza di picco senza alcun processo di preriscaldamento. Al contrario, le tradizionali lampade al mercurio richiedono 15-30 minuti di riscaldamento-con un aumento graduale dell'intensità UV.
La sua emissione luminosa non è influenzata dalla temperatura dell'acqua e l'intervallo di regolazione è ampio, dallo 0% al 100%, mentre le lampade al mercurio funzionano generalmente entro un intervallo di regolazione limitato compreso tra il 30% e il 100%.
Inoltre, i frequenti cicli di accensione e spegnimento non influiscono sulla durata del sistema LED, a differenza delle lampade al mercurio, la cui durata diminuisce significativamente in caso di accensioni ripetute. Il sistema può anche essere integrato con i parametri di portata, cloro residuo e UVT (trasmittanza UV), consentendo un controllo coordinato e un adattamento preciso alle diverse condizioni operative.
Il sistema di disinfezione a raggi ultravioletti UVC LED sviluppato da UVLEDTEK è stato sottoposto a test rigorosi da parte di istituti professionali di terze parti-. I risultati mostrano che le sue prestazioni di disinfezione e sterilizzazione soddisfano e superano gli standard nazionali, fornendo una protezione solida e affidabile per l'approvvigionamento idrico secondario terminale e i sistemi di approvvigionamento idrico differenziati.
L’approvvigionamento idrico differenziato è considerato un’importante direzione futura per affrontare la sicurezza dell’acqua potabile e la salute pubblica, in particolare nelle regioni con risorse idriche limitate. In questo contesto, i sistemi di disinfezione ultravioletta UV-LED, con le loro eccezionali prestazioni, rappresentano una soluzione altamente efficace per il trattamento di sicurezza delle acque terminali.
Attualmente, questo prodotto è stato sperimentato in più regioni tra cui Fujian, Zhejiang, Wuhan, Ezhou e Suzhou. L’azienda è ansiosa di collaborare con altri partner interessati a questa tecnologia per promuoverne congiuntamente l’applicazione, l’espansione e l’ulteriore ricerca tecnica, migliorando continuamente la sicurezza dei sistemi terminali di acqua potabile.
Garantire un approvvigionamento idrico sicuro ai terminali e proteggere la salute dell’acqua potabile pubblica rimane la missione principale. Sfruttando la tecnologia, miriamo a salvaguardare ogni goccia di acqua potabile e inaugurare una nuova era di consumo di acqua di alta-qualità, costruendo una forte difesa per la salute della famiglia e consentendo una vita migliore e più sana.
