254nm 이하의 280nm LED에 대한 소독 성능 향상

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7576(2023) 이 기사 인용

728 액세스

6 알트메트릭

측정항목 세부정보

자외선(UV) 소독은 수십 년 동안 식수와 폐수 처리 공정에 통합되었습니다. 그러나 이는 높은 에너지 수요와 수은 사용과 같은 부정적인 환경적 결과를 가져옵니다. 기후 대응 기술을 확장하고 구축하는 방법을 이해하는 것은 UN 지속 가능 개발 목표 6과 13의 교차점을 달성하는 데 핵심입니다. 기존 폐수 UV 소독 시스템의 단점을 해결하는 동시에 기후 대응 솔루션을 제공하는 기술 중 하나는 UV 발광 다이오드( LED). 이 연구의 목적은 벤치 규모 280nm UV LED의 성능을 벤치 규모 저압(LP) 램프 및 전체 규모 UV 처리 폐수 샘플과 비교하는 것이었습니다. 연구 결과에 따르면 UV LED 시스템은 벤치 규모에서 LP 시스템보다 성능이 뛰어난 강력한 처리 기능을 제공하는 것으로 나타났습니다. 20mJ cm-2의 UV LED 시스템과 30 및 40mJ cm-2의 LP 시스템의 상대적 에너지 소비 비교가 완료되었습니다. UV LED의 벽 플러그 효율(WPE)에 대한 현재 예측에 따르면 LED 리액터의 에너지 소비는 2025년까지 LP 시스템과 동등하거나 더 낮을 것으로 예상됩니다. 이 연구에서는 20%의 WPE에서 동등한 UV LED 시스템은 30 및 40 mJ cm−2 시나리오에서 각각 24.6% 및 43.4%의 전력 소비 감소를 가져올 것입니다.

자외선(UV) 소독은 수십 년 동안 식수 및 폐수 처리 공정에 통합되었습니다. 기존의 UV 소독은 254nm의 살균광을 방출하는 수은-할로겐 램프에 의해 구동됩니다. 다양한 물 매트릭스에 걸쳐 광범위한 병원균을 비활성화하는 데 효과적이지만 수은 기반 UV 소독은 램프의 빛 생성에 사용되는 수은이 독성이 있기 때문에 환경 문제를 제기합니다. 램프는 30~35도 사이에서 최대 에너지 효율로 작동합니다. %는 높은 에너지 수요를 발생시키고1 램프의 높은 작동 온도로 인해 보호용 석영 램프 슬리브의 유기 및 무기 오염 문제가 발생하여 UV 소독의 효능이 감소합니다2.

UN 지속가능발전목표(SDG) 6은 물의 위생과 청결에 중점을 두고 있습니다3. Jarvis는 미생물에 대한 지속 가능한 통제가 이 목표를 달성하는 데 핵심이라고 지적했습니다4. SDGs 달성과 관련된 많은 문제를 해결할 수 있을 만큼 강력한 새로운 기술을 연구해야 합니다5. 기후 대응 기술을 확장하고 구축하는 방법을 이해하는 것은 SDG6와 SDG13, 기후 행동의 교차점을 적시에 이행하는 데 핵심입니다. UV 발광 다이오드(LED)는 앞서 언급한 기존 폐수 UV 소독의 단점을 해결하는 동시에 기후 대응 솔루션을 제공합니다6,7,8,9.

UV LED는 기존 수은-할로겐 램프와 유사하게 기능하지만 일반적인 가시광선 LED와 유사한 형태를 가지며 UV 광자 생성에 수은을 사용하지 않습니다. UV LED는 지난 10년 동안 본격적인 사용이 임박하고 상업적 사용 지점 시스템을 쉽게 사용할 수 있는 지점까지 기술로 성숙해졌습니다8,10,11. UV LED 기술이 제공하는 기회 중 하나는 UVC 빛의 다양한 파장 방출로 인해 살균 효율이 증가한다는 것입니다. UV 파장의 미묘한 변화는 소독 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다12,13,14. 살균 효능의 상대적인 변화는 각 미생물에 고유하며 작용 스펙트럼으로 알려져 있으며 유기체의 DNA에 있는 뉴클레오티드 염기쌍의 상대적 풍부함과 관련이 있습니다15. 파장 이동으로 인한 살균 효율의 증가는 유사한 로그 감소를 달성하는 데 필요한 필요한 플루언스를 감소시켜 현재 UVC 범위의 UV LED가 겪고 있는 낮은 에너지 효율을 상쇄하는 데 도움이 될 수 있습니다.