الكاتب:محرر الموقع نشر الوقت: 18-06-2026 المنشأ:محرر الموقع
تعاني أنظمة التطهير التقليدية بالأشعة فوق البنفسجية ذات الضغط المنخفض من الزئبق من عدة قيود، بما في ذلك خطر التلوث بالزئبق، ومتطلبات وقت التسخين، وانبعاث طول موجة واحد عند 254 نانومتر، وعمر الخدمة القصير نسبيًا. في المقابل، يمكن لمصابيح UV-C المستندة إلى AlGaN أن تبعث بدقة ضوء الأشعة فوق البنفسجية العميقة في نطاق 220-280 نانومتر، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات معالجة المياه المغلقة والمدمجة والمتنقلة. إنها تتوافق مع المعايير الصينية الإلزامية مثل GB 28235-2020 المتطلبات الصحية لأجهزة التطهير بالأشعة فوق البنفسجية وWS 628-2018 المواصفات الفنية للتطهير للمؤسسات الطبية .
خصائص المصفوفة المائية تقيد بشكل كبير كفاءة استخدام الفوتون UVC. تعمل المواد العضوية الطبيعية (NOM) والمواد الصلبة العالقة على تقليل أداء التطهير من خلال الامتصاص والتشتت، مما يخلق تأثيرات حماية ميكروبية. يمكن أن تؤدي عسر الماء إلى تقشر كربونات الكالسيوم على العدسات أو أغطية الكوارتز تحت التسخين والأكسدة الضوئية، مما يقلل بشكل مستمر من شدة الإشعاع. وفي الوقت نفسه، تظهر الكائنات الحية الدقيقة المختلفة - بما في ذلك البكتيريا سالبة الجرام، والمتفطرات، والجراثيم الفطرية، والفيروسات - مستويات مقاومة للأشعة فوق البنفسجية تختلف من عدة إلى عشرات المرات.
غالبًا ما يكون هناك تناقض كبير بين نتائج تعطيل UV-C LED المختبرية والأداء الهندسي في العالم الحقيقي. قد تؤدي الاختبارات المعملية إلى تعطيل سجل 3-5، بينما قد يصل الأداء الميداني إلى 1-2 سجل فقط. تظهر الدراسات المقارنة أنه بدون المعالجة المسبقة، يمكن أن تقلل التعكر > 5 NTU من نفاذية الأشعة فوق البنفسجية عند 265 نانومتر بأكثر من 40%، في حين أن التركيزات العالية من حمض الهيوميك يمكن أن تقلل من كفاءة التطهير بنسبة 50% في ظل نفس ظروف الطاقة.
تصنف هذه الورقة جودة المياه إلى مستويات مختلفة، وتحلل عوامل التداخل الرئيسية، وتقترح تكوينات متطابقة لمعلمات مصدر الضوء، وتصميم المفاعل، وعمليات المعالجة المسبقة، والحد الأدنى من جرعات الأشعة فوق البنفسجية المطلوبة. الهدف هو إنشاء إطار نظام تطهير متدرج ومتكيف بتقنية UV-C LED.
خصائص جودة المياه:
العكارة <1 NTU، SS <3 مجم / لتر، حمض الهيوميك <2 مجم / لتر؛ الرقم الهيدروجيني 6.8-7.8؛ الصلابة الكلية 50-200 مجم / لتر. تشمل الكائنات الحية الدقيقة الخلفية بشكل رئيسي الإشريكية القولونية والبكتيريا الرئوية ، مع عدم وجود أبواغ أو متفطرات شديدة المقاومة. الكلور المتبقي هو 0.2-0.8 ملجم/لتر، الأشعة فوق البنفسجية أكبر من 85%، مما يشير إلى الحد الأدنى من التداخل البصري.
حل UV-C LED:
مصدر الضوء: طول موجي واحد عند 270 نانومتر.
الجرعة: 8 مللي جول/سم² تحقق أكثر من 5 سجل تعطيل للإشريكية القولونية و4.2 سجل للبكتيريا الليجيونيلا ، مما يلبي معايير GB 5749-2022 لمياه الشرب.
المفاعل: مفاعلات أنبوبية صغيرة القطر بقدرة 1-20 لتر/دقيقة؛ مفاعلات نمطية متوازية "من النوع البرجي" لتحقيق معدلات تدفق أعلى لتجنب قصر الدائرة الهيدروليكية.
المعالجة المسبقة: ترشيح 5 ميكرومتر فقط؛ لا حاجة للتخثر أو الكربون المنشط.
تختلف نوعية المياه بشكل كبير.
المياه الجوفية العميقة (العكارة <1 NTU):
نفس التكوين مثل المياه البلدية.
تمت زيادة الحد الأدنى للجرعة التصميمية إلى 12 مللي جول/سم² لمعالجة الكائنات الحية الدقيقة المقاومة للأشعة فوق البنفسجية.
المياه الجوفية الضحلة (التعكر 2-8 NTU):
مصدر الضوء: أساسي 265 نانومتر مع 275 نانومتر إضافي لتقليل خسائر امتصاص NOM.
المعالجة المسبقة: تهوية لإزالة الحديد/المنغنيز ← ترشيح 10 ميكرومتر ← ترشيح 5 ميكرومتر؛ أضف الكربون المنشط إذا كان حمض الهيوميك مرتفعًا.
الجرعة: تزيد بعامل 1.8-2.2 لتصل إلى 20-25 ملي جول/سم².
المفاعل: غرفة ممتدة ذات هياكل مسببة للاضطراب لتقليل درع الجسيمات.
مكافحة التحجيم: التنظيف الحمضي التلقائي كل 7 أيام.
التحقق من الصحة: بدون معالجة مسبقة، حقق 6 مللي جول/سم² 2.1 سجل تعطيل فقط؛ مع الترشيح، تم تحسين الأداء إلى 5.3 سجل تحت نفس القوة.
خصائص جودة المياه:
التداخل العالي: التعكر 5-20 NTU (القمم > 30 NTU)، حمض الهيوميك 5-15 مجم/لتر، محتوى عالٍ من المواد الصلبة العالقة والطحالب. تشمل المجموعات الميكروبية الفطريات والمتفطرات والفيروسات والأوالي ذات المقاومة العالية للأشعة فوق البنفسجية. الأشعة فوق البنفسجية عادة ما تكون 20%-50%.
الحل:
معالجة UV-C LED الفردية غير كافية؛ مطلوب نظام مشترك.
المعالجة المسبقة: التخثر - الترسيب ← الترشيح الرملي ← الكربون المنشط ← ترشيح 5 ميكرومتر.
مصدر الضوء: شريحة LED عالية الكثافة 265 نانومتر.
الجرعة: ≥40 ملي جول/سم² للبكتيريا والفيروسات؛ 65-75 مللي جول/سم² للطفيليات.
المفاعل: تصميم محير متعدد المراحل لتجميع الجرعة وتعويض التوهين.
الأكسدة المتقدمة: الأشعة فوق البنفسجية/H₂O₂ (5-15 مجم/لتر)، مما يحسن الكفاءة بنسبة ~35%.
التحقق من الصحة: بدون معالجة مسبقة، حقق 80 مللي جول/سم² 1.2 سجل تعطيل فقط للكريبتوسبوريديوم ؛ مع المعالجة الكاملة، تم تحقيق 4.7 سجل.
الخصائص:
التعكر 3-12 NTU؛ المواد الخافضة للتوتر السطحي العالية والمواد الصلبة العالقة. جودة متقلبة تحتوي على البكتيريا والفطريات والفيروسات.
الحلول:
إعادة استخدام تدفق المرحاض: الترشيح القرصي + الترشيح 5 ميكرومتر؛ 265 نانومتر المصابيح. جرعة 22 مللي جول/سم² لإزالة ≥3 سجل من الإشريكية القولونية .
إعادة استخدام المناظر الطبيعية: المعالجة المسبقة للأغشية الحيوية لتقليل COD؛ 45 مللي جول/سم²؛ مفاعل الأكمام الخارجية لسهولة التنظيف.
استراتيجية التحكم: مراقبة التعكر عبر الإنترنت؛ تقليل معدل التدفق عندما يكون التعكر > 10 NTU.
الخصائص:
نسبة عالية من الأمونيا والنتريت والحمل العضوي. SS 4-15 ملغم / لتر؛ تشمل مسببات الأمراض الضمة ، والجراثيم الفطرية، والفلافوباكتريا . تعمل درجة حرارة الماء 22-30 درجة مئوية على تسريع عملية التقشر. الكلور محظور.
حل:
الطول الموجي: 265 نانومتر (أساسي) + نسبة صغيرة 275 نانومتر لحماية البكتيريا الآزوتية.
التحكم في الجرعة: 15-25 ملي جول/سم² في حلقة الدوران؛ ≥12 مللي جول/سم² لليرقات.
المفاعل: ذو سرعة منخفضة، وتصميم ذو مقطع عرضي كبير؛ نظام مكشطة التنظيف الذاتي.
المعالجة المسبقة: ترشيح 60 شبكة لإزالة الجزيئات الكبيرة.
التحقق من الصحة: عند 20 مللي جول/سم²، حققت Vibrio نظيرة الحالة للدم 5 سجل من التعطيل، في حين احتفظت البكتيريا الآزوتية بقدرة ≥65% على البقاء.
لا يحتوي تعقيم المياه بالأشعة فوق البنفسجية LED على وحدة موحدة عالمية؛ خصائص المصفوفة المائية هي القيد الأساسي في تصميم النظام. يمكن معالجة مصادر المياه منخفضة التداخل مثل مياه الصنبور البلدية والمياه الجوفية العميقة بشكل فعال باستخدام أنظمة مدمجة ذات طول موجي واحد 265 نانومتر مع الحد الأدنى من المعالجة المسبقة. وتتطلب المياه ذات التداخل المتوسط (مثل المياه الجوفية الضحلة والمياه المستصلحة وأنظمة تربية الأحياء المائية) زيادة جرعة الأشعة فوق البنفسجية، وتعزيز الترشيح، وإجراءات مكافحة التحجيم. تتطلب المياه عالية التداخل، مثل المياه السطحية ومياه الصرف الصحي الطبية، أنظمة متكاملة تجمع بين المعالجة الفيزيائية والكيميائية، ومصفوفات LED عالية الكثافة بالأشعة فوق البنفسجية، وهوامش جرعة أمان عالية.
فيما يتعلق باختيار الطول الموجي، فإن 265 نانومتر هو الطول الموجي الأمثل للتطهير الأولي عبر السيناريوهات، بينما يعمل 275 نانومتر كطول موجي مساعد في المياه ذات المحتوى العضوي العالي. يجب أن يشتمل التصميم الهندسي على عامل تضخيم يعتمد على جودة المياه بدلاً من التطبيق المباشر لقيم جرعة الأشعة فوق البنفسجية المختبرية. تتيح استراتيجية التكيف المتدرجة هذه الامتثال لمعايير التطهير مع تحسين تكلفة النظام واستهلاك الطاقة وعمر الخدمة، مما يوفر إطارًا قابلاً للتطوير لتطبيقات إمدادات المياه اللامركزية وإعادة استخدام المياه والرعاية الصحية وتربية الأحياء المائية.
المراجع
[1]. 中国标准出版社^编|.*2020.
[2]. 中国标准出版社 ^编|.*2018.
[3]. راتاناكول إس، حسنًا، حركية التعطيل وكفاءة مصابيح LED فوق البنفسجية ضد الزائفة الزنجارية، والبكتيريا الرئوية، والكائنات الحية الدقيقة البديلة. دقة المياه، 2018. 31-37(130).
[4] . 中国消毒学杂志، 2023. 9(40): 第641-643页.
[5]. 中国标准出版社^编|.*2022.
[6]. Hijnen WA, BE and M. GJ., ائتمان تعطيل الأشعة فوق البنفسجية للفيروسات والبكتيريا والأكياس الأولية (oo) في الماء: مراجعة. دقة المياه، 2006. 1(40): ص. 3-22.
[7]. L، R.، NE Prieto-Pérez-Juez A و E. Al.، تطهير الأشعة فوق البنفسجية LED لمسببات الأمراض الناشئة فيبريو: حركية التعطيل وإمكانية إعادة التنشيط. الحدود في العلوم البحرية، 2025. 1608367(12).
