早在2012年，采用殺菌或UVC波長(zhǎng)范圍的紫外線汞燈（UV LED）的水消毒系統(tǒng)就已投入商業(yè)應(yīng)用。

UV LED的歷史

UVC-LED比傳統(tǒng)的紫外線燈管要小，但流量較低，成本高達(dá)幾千美元。當(dāng)時(shí)，UVC-LED主要集中在（終端）使用點(diǎn)（point-of-use, POU）的應(yīng)用上。隨著UVC-LED系統(tǒng)越來(lái)越小，現(xiàn)今已進(jìn)展到可以輕松整合或安裝到現(xiàn)有的產(chǎn)品中。隨著UVC-LED系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展，它們?cè)谠O(shè)計(jì)、耐用性、以及最重要的效率和成本等方面都日趨成熟，以至于最終在POE的UV消毒市場(chǎng)上與現(xiàn)有產(chǎn)品形成了競(jìng)爭(zhēng)。

與傳統(tǒng)系統(tǒng)的比較

UV消毒系統(tǒng)的核心主要有二：UV燈的效率與反應(yīng)器的設(shè)計(jì)效率。通常，與UVC-LED光源相比，傳統(tǒng)的UV燈效率更高，但所產(chǎn)生的紫外線也比產(chǎn)生的熱量更多。而傳統(tǒng)的汞燈反應(yīng)器設(shè)計(jì)則正好相反，這是因?yàn)閳A柱形設(shè)計(jì)通常比現(xiàn)代的UVC-LED反應(yīng)器效率低，新技術(shù)UVC可以根據(jù)LED的靈活性進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。隨著時(shí)間的推進(jìn)，UVC-LED的紫外光效率被提高，也大幅提高了UVC-LED反應(yīng)器的效率。這些進(jìn)步鞏固了用于POU的LED科技，也開(kāi)始拓展POE市場(chǎng)。如今，更高水流量的POE解決方案已經(jīng)成熟。

比較傳統(tǒng)UV汞燈和UVC-LED時(shí)，需要考慮的其他因素包括系統(tǒng)的維護(hù)和擁有成本。首先，由于UVC-LED的獨(dú)特特性，不用擔(dān)心結(jié)垢問(wèn)題，因?yàn)長(zhǎng)ED的熱排放是在系統(tǒng)的背面，而石英套管容易因熱產(chǎn)生結(jié)垢。

「即開(kāi)即用」的LED技術(shù)僅在水流動(dòng)時(shí)才為L(zhǎng)ED供電，因此不會(huì)積聚熱量，而傳統(tǒng)汞燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)持續(xù)供電，會(huì)經(jīng)常導(dǎo)致結(jié)垢問(wèn)題。此外，藉由謹(jǐn)慎的熱量管理，UVC-LED系統(tǒng)可以持續(xù)10000小時(shí)的間歇使用。與傳統(tǒng)汞燈相比，LED的實(shí)時(shí)開(kāi)/關(guān)以及僅在需要時(shí)才供電的特性大大縮短了燈具的更換間隔。具備了這個(gè)特性，再加上可隨著流量調(diào)節(jié)功率，也就意味著對(duì)于UVC-LED系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，消毒所需的電能大大降低。

與汞燈固定的253.7nm輻射相比，LED的另一個(gè)特色是能在260 nm至280 nm的殺菌范圍內(nèi)選擇UVC波長(zhǎng)。這使得在因應(yīng)特定需求而設(shè)計(jì)UVC-LED系統(tǒng)時(shí)，能有更精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)彈性和針對(duì)性。

最后，LED能夠結(jié)合紫外線強(qiáng)度監(jiān)測(cè)功能, 而非傳統(tǒng)汞燈常用的價(jià)格昂貴且可靠度不高的外部傳感器模塊，這也是UVC-LED的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。這項(xiàng)功能讓使用者安心知道他們的消毒系統(tǒng)是否正常運(yùn)作并提供已處理的安全用水。

UV LED進(jìn)入市場(chǎng)

UVC-LED系統(tǒng)也已經(jīng)被用來(lái)進(jìn)行一些案例研究，其中包括一個(gè)大學(xué)的前導(dǎo)性研究（pilot study）以及和美國(guó)環(huán)保局（EPA）達(dá)成的合作研發(fā)協(xié)議（CRADA）。這些從2016年就開(kāi)始進(jìn)行的案例研究提供了可靠性和使用壽命的指標(biāo)，而這些指標(biāo)是飲用水處理領(lǐng)域的關(guān)鍵要素。美國(guó)環(huán)保局研發(fā)協(xié)議的主要目標(biāo)是設(shè)計(jì)、制造及測(cè)試出整合先進(jìn)UVC-LED消毒和過(guò)濾技術(shù)的綜合水處理系統(tǒng)；并希望能實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有商業(yè)系統(tǒng)更高的流量與更令人安心的水質(zhì)。而推出全球第一個(gè)商用UVC-LED POE水處理系統(tǒng)則是這項(xiàng)協(xié)議的最終成果。

1.住宅POE單位

如今，UVC-LED系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)穩(wěn)地跨過(guò)了POE門檻，這項(xiàng)技術(shù)最引人注目的「亮點(diǎn)」是它能夠做到整個(gè)家庭的用水處理──不僅是飲用水，還包括淋浴、浴室龍頭等用水，這也表示UVC-LED系統(tǒng)已經(jīng)有了完全可行的替代方案來(lái)取代傳統(tǒng)的汞燈系統(tǒng)。傳統(tǒng)汞燈需要預(yù)熱時(shí)間，要達(dá)到殺菌效果通常需要以全功率運(yùn)作，因此傳統(tǒng)系統(tǒng)的用戶經(jīng)常遇到長(zhǎng)時(shí)間不流動(dòng)（例如，早晨第一次開(kāi)水龍頭）后出現(xiàn)的「熱水噴發(fā)」?fàn)顩r。能夠「即開(kāi)即用」的LED系統(tǒng)讓這種「刺激」不再發(fā)生。此外，以一般斷斷續(xù)續(xù)的家庭用水來(lái)說(shuō)，五年的LED更換間隔、可節(jié)省的耗電量、以及無(wú)需處理廢棄汞燈等優(yōu)點(diǎn)，都讓LED解決方案更具吸引力。

2.商業(yè)單位

因?yàn)檩p商業(yè)中所需的水流量與住宅環(huán)境中的水流量差異不大，因此LED在上述POE應(yīng)用中所具備的特性，使它同樣也可以應(yīng)用在「輕商業(yè)」中。例如：小型社區(qū)中心和競(jìng)技場(chǎng)、小型學(xué)校、小型辦公室、消防大廳和零售店等，而較大的設(shè)施則可以并行安裝多個(gè)POE模塊。同時(shí)，由于研發(fā)的進(jìn)展和市場(chǎng)需求，不久的將來(lái)LED系統(tǒng)成本和占用空間都將會(huì)持續(xù)降低，而進(jìn)一步有更適合各種商業(yè)應(yīng)用的系統(tǒng)被推出。

3.市政單位

就性質(zhì)而言，都市水處理系統(tǒng)在我們所討論的應(yīng)用中流量最高。在這里另一個(gè)需要考慮的問(wèn)題是典型的「多屏障法」，該方法通常結(jié)合了紫外線消毒和提供余氯。采用這種方法時(shí)，所有系統(tǒng)所需的紫外線功率極大，一段時(shí)間之內(nèi)會(huì)由傳統(tǒng)的汞燈技術(shù)主導(dǎo)。然而如前面所提到的，用于UVC應(yīng)用的LED技術(shù)進(jìn)展迅速，并且成本、功率、效率也不斷提高，因此未來(lái)趨勢(shì)將會(huì)逐漸逆轉(zhuǎn)，而這樣的趨勢(shì)我們可以從已經(jīng)在英國(guó)啟動(dòng)的LED消毒及高級(jí)氧化（AOP）市政系統(tǒng)試驗(yàn)中見(jiàn)到端倪。

UV LED市場(chǎng)趨勢(shì)

POE UV總市場(chǎng)規(guī)模：就本文而言，我們僅考慮流速通常在5至15 gpm（20至60 lpm）范圍內(nèi)的住宅和輕型商業(yè)應(yīng)用。這一部分的市場(chǎng)規(guī)模估計(jì)是每年約為3億美元，相當(dāng)于全球約30萬(wàn)個(gè)系統(tǒng)。

近COVID-19狀況：透過(guò)諸如Flint、密西根州和其他一些被廣泛宣傳的活動(dòng)、COVID-19所導(dǎo)致的健康意識(shí)普遍提高、以及最終用戶對(duì)水質(zhì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，多方面導(dǎo)致UV消毒總體市場(chǎng)呈兩位數(shù)成長(zhǎng)，范圍則包括了地表、空氣、以及飲用水等應(yīng)用。

市場(chǎng)上UV-LED系統(tǒng)的成長(zhǎng)：人們對(duì)于健康和生活質(zhì)量相關(guān)問(wèn)題永續(xù)解決方案的需求與日俱增，導(dǎo)致了UVC-LED技術(shù)在改進(jìn)水處理方法的領(lǐng)域中越來(lái)越重要的地位。而性能的不斷提高和成本的降低使得這種情況更加明朗，并且市場(chǎng)滲透率在未來(lái)也只會(huì)增加不會(huì)消退。

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