科技潜水:led会成为紫外线领域的特斯拉吗?

发光二极管(LED)技术多年来一直有望颠覆传统的紫外线(UV)灯消毒市场。2019年最终会成为UV-LED大规模验证的一年吗?本文研究了紫外线在水净化中的应用。

一边是发推特，一边是电台直播吸毒，很少有人能怀疑连续创业家埃隆·马斯克(Elon Musk)带来的颠覆性影响。

从金融业和PayPal，到星际旅行、Space-X和地下隧道，再到the Boring Company;马斯克已经颠覆了多个行业，甚至把目光放在了定居火星上。

然而，这是电动汽车品牌特斯拉对化石燃料汽车行业造成的破坏，一些人认为这可能会在水处理市场和紫外线处理(UV)领域发挥作用。

国际紫外线协会(IUVA)主席奥利弗·拉瓦尔(Oliver Lawal)说:“已经进入紫外线市场的现有公司必须决定是否将LED技术加入他们的投资组合。”

“我一直认为这有点像汽车——公司有汽油和柴油，然后你会添加电动汽车吗?就像汽车行业一样，一些现有的制造商将有自己的发展计划，其中一些将成为合作伙伴。这已经发生了。”

紫外线灯用于水处理和水净化

引爆点

海茨定律预测，led的成本将减半，光输出将每两年翻一番

LED技术可能已经对传统的照明市场造成了破坏，但对大规模的市政紫外线(UV)处理的影响一直被认为是“几年之后”的事情。

从历史上看，UV-LED系统仅限于低流量或市场上个人使用的水处理产品。相比之下，水银灯紫外线技术一直是公用事业规模处理系统的首选和主导力量。

然而，同时也是AquiSense首席执行官的Lawal认为，LED技术在去年变得具有成本竞争力。

“2018年，我们迎来了一个转折点，因此目前一流的uv -LED比低压汞灯具有更高的功率密度，就成本/光子而言，我们的大批量LED采购价格现在相当于一些传统灯具，这非常重要。我们知道这会发生，”他补充道。

日本的创新

Metawater已经生产了300立方米/天和1200立方米/天规模的UV-LED设备

日本科技公司Metawater是率先扩大LED技术规模的公司之一，该公司可能更广为人知的是其陶瓷膜技术。

该公司从300立方米/天的UV-LED系统开始，然后发展到1200立方米/天的规模系统。后者最近获得了日本水研究中心(JWRC)的“紫外线照射设备认证”。

此外，还与水处理技术制造商Risui-Kagaku Co，为“使用UV- led的UV处理设备的OEM供应”。

Metawater的目标是在处理设施中建立规模更大的系统，为10万人服务，但表示仍在努力降低紫外线反应堆和LED模块的成本。这包括提高LED光功率和“实现更长的寿命”。

创建LED提风

另一家值得注意的公司是英国的初创公司Typhon Treatment Systems，该公司与英国水务公司联合公用事业公司(UU)签署了一份为期八年的套件框架协议。

随后进行了两次试验，一次是高级氧化工艺(AOP)去除味道和气味，另一次是消毒，这使得 公司获得了符合美国环境保护署(EPA) UVDGM方法的验证。

Typhon的基础机组的容量为250立方米/小时(6000立方米/天)，配置允许多个系统组合，可以扩大规模。第一次大规模的商业安装，目前正在与UU谈判，总共将安装6个单元。

据该公司联合创始人马修·辛普森博士介绍，当该装置投入使用时，容量为36000立方米/天，这将成为世界上最大的市政规模UV-LED装置。 该合同将于2019年年中完成。

该公司于2014年与Peter McNulty共同创立，并大胆宣称其UV-LED设计“与水银灯技术相比，节能高达90%”。

联合公用事业公司计划使用该系统来处理微生物或帮助去除饮用水中的味道和气味，并且在单独的装置中，在将废水排入环境之前处理废水中的细菌。爱游戏首页

在下面的视频中，你可以看到试用安装:

“到目前为止，使用它来处理我们所需的大量水的唯一方法是使用传统技术，在玻璃灯泡中使用汞。但是，Typhon的新LED版本的能源效率可能会提高90%，而且更可靠、更容易维护和更安全，这是我们想要开发的一个出色的想法。”

基兰Brocklebank
联合公用事业公司的创新主管

海茨要海茨了

白光led通常用于智能手机、电视和汽车大灯应用

Typhon大胆宣称节能，他说在不到三年的时间里，市面上可用的消毒范围uv - led的功率已经增加了四倍多。

这就提出了一个问题，即这些说法是否有道理，也与海茨定律有关，在讨论UV-LED放大时，海茨定律是至关重要的。

该定律以科学家罗兰·海茨(Roland Haitz, 1935-2015)的名字命名，预测led的成本将减半，光输出将每两年翻一番。

回顾过去的40年，海茨定律是显而易见的。例如，在20世纪70年代，第一批led是红色的。然后，由于波长的发展，整个彩虹的颜色，蓝色led在20世纪90年代开始商业化。

从蓝色到白色led的发展，在汽车大灯、手机屏幕和电视的市场上有了爆炸式的发展。最后，从蓝色到紫外线和水消毒的应用。

智慧之珠

根据这种模式，AquiSense在2012年推出了UV-C LED PearlAqua水消毒系统。今年，该公司预计出货量将超过4万套，而且在马斯克基金会的支持下，该公司还为弗林特的学校项目提供LED系统。

Lawal表示，该公司并没有跳入一个更大的系统的隐喻深渊，而是“从小规模开始，慢慢发展”，跟踪LED技术的发展。

他说:“我们知道，如果我们用新颖的小型系统解决了工程和制造方面的挑战，那么在大型系统准备就绪之前，我们就已经可以盈利了。”“所以，现在要做的就是等待电力和价格达到某个目标。”

据Lawal称，该公司刚刚为一个油气项目提供了一个“容量几百加仑”的UV-LED系统，并将于今年晚些时候在加州开展更大规模的市政试点。

红鲱鱼

UV-LED的支持者经常谈论能源和维护的好处。其中一种说法是，由于led向水中发射的是光而不是热，因此它避免了水银灯所需要的污染问题和随后的清洁问题。

Lawal说:“该系统经过精心设计，所以轻质表面很凉爽，不会以同样的方式产生污垢。”“这是一个巨大的根本区别。这就是我们做这些试点的原因——我们还没有量化效益。公平地说，led在理论上的好处将在未来一两年被证明。”

然而，其他紫外线专家在谈到与led有关的破坏主张时更加谨慎。

特洛伊技术公司市政市场经理马克·库斯特曼斯说:“当涉及到led的维护索赔时，这有点像转移注意力。”

“任何有水的东西，表面都会有一些污垢。无论它是UV-LED还是灯都会产生污垢。我认为清洁和维护紫外线源仍将是一个关键特征。”

TrojanUV成立于1977年，在安大略省蒂尔森堡赢得了第一个城市污水项目。爱游戏首页今天，它有超过10,000个使用灯具技术的市政设施。

“我们认识到uv - led将是我们未来的一部分，”Kustermans补充道。“我们已经组建了一个团队来评估和开发使用led的下一代紫外线产品。我们有兴趣与领先的UV-LED厂商合作，我们正在与许多厂商洽谈。我们将在对客户有意义的地方应用uv - led。”

这位市政市场经理认为，UV-LED系统用于市政规模的应用目前还“不成熟”，他认为目前的应用在使用点和入口空间。

他还认为，LED技术的价格临界点还需要几年时间才能得到更广泛的市场采用。

LED弱项

其他人则认为，尽管UV-LED有缺点，但问题不是是否会被推广，而是何时会被推广和采用。

BlueTech Research的首席执行官保罗•奥卡拉汉补充道:“它们的弱点意味着，至少在大型工厂中，led还远远不能取代汞灯。”

“其中包括相对较高的成本和低功率输出，特别是在UVC波长内，这对水消毒很重要。”

他说，材料选择和芯片制造一直是研发的重点，因为衬底和位错密度等特性最终会影响LED的效率和输出。

保罗•奥卡拉汉补充称:“尽管如此，在降低成本和提高电力输出方面的进展过于缓慢，无法在大规模或工业层面产生严重的商业影响。总之，大规模的uv - led在商业上变得可行并被广泛采用似乎是不可避免的，这只是一个时间问题。”

市场影响和规模

atg UV最新验证的“Wafer”紧凑型中压UV系统-该公司表示，目前UV灯比led灯更高效

其他UV公司如何看待LED技术?英国公司atg UV也一直在跟踪UVC LED的发展，并表示在过去10年里，它一直定期与LED制造商会面。

尽管该公司称赞这项技术的“设计灵活性”，但认为大规模应用仍需要一段时间。

英国atg UV公司技术总监、IUVA董事会成员Richard Joshi说:“目前的市场发展表明，利用LED技术进行散装液体处理(>50 m3/hr)是可能的，但距离商业可行性还有很长的路要走。”

“与现代基于汞的灯具技术相比，它们不经济，预计未来几年仍将如此。”

乔希还指出了目前LED和灯具技术之间的效率差异。他补充说，目前市售的UVC led的效率最高为5%，而汞齐紫外线灯的效率约为40% . 

在规模方面，传统的UV系统最多有60个灯(用于大流量)，但即使是小流量的应用也需要数百甚至数千个UV LED芯片来实现消毒所需的紫外线剂量，根据技术总监的说法。

总的来说，atg UV 认为UVC-LED是一项令人兴奋的发展，但在未来几年，它们将最适合“零星处理水的小型应用”。真正具有成本效益和高效率的大规模设计可能还需要很多年。

与此同时，全球科技公司Xylem(旗下拥有Wedeco UV品牌)对市场发展保持缄默，称其“认识到UV- led技术在水处理领域的强大潜力 ，并正在与合作伙伴合作，推动该领域的新创新”。

UV行业的特斯拉

毫无疑问，uv - led在市场上是一项令人兴奋的技术。LED的支持者认为，从长期来看，即时操作和减少污垢/维护的好处将占上风。

相比之下，传统的灯具公司自然认为，从成本、效率和技术角度来看，这项技术还没有做好扩大规模的准备。

然而，日本Metawater公司和英国Typhon公司的发展表明，这项技术有潜力。一旦投入使用，Typhon的36000立方米/天的开发可以独自回答LED的批评。

在回答led是否会成为紫外线行业的特斯拉的问题时，现在下结论还为时过早。

当特斯拉首次亮相时，它可能被视为一种噱头，或者是只有以现金充裕的埃隆·马斯克(Elon Musk)为首的富人才能买到的玩具。

快进几年，特斯拉正变得越来越普遍，该品牌是地球上最有价值的品牌之一。电动汽车正被添加到柴油和汽油产品中，一些公司承诺在几年内完全淘汰后者。

尽管面临生产瓶颈和其他问题，但特斯拉的故事表明，颠覆性技术的影响可能需要数年时间才能产生影响，但当它产生影响时，咬痕会对市场产生巨大影响。

uv - led的商业化、大规模应用可能还需要几年的时间，但这是一项行业和投资者应该继续关注的技术，未来合作、收购和市场整合是不可避免的。