Les systèmes de désinfection de l'eau utilisant des diodes électroluminescentes ultraviolettes (LED UV) dans la gamme germicide ou UV-C ont été introduits commercialement pour la première fois en 2012.
Histoire des LED UV
Les systèmes initiaux étaient plus petits que les produits UV conventionnels, mais avec des débits inférieurs et un coût de plusieurs milliers de dollars. Depuis lors, les LED UV-C se sont principalement concentrées sur les applications de point d'utilisation (POU) avec des systèmes de plus en plus petits au point où ils peuvent être facilement intégrés ou installés dans des produits existants. Au fur et à mesure que la conception des systèmes LED UV-C s'est améliorée, ils ont mûri en termes de conception, de robustesse et, surtout, d'efficacité et de coût, et sont donc finalement devenus compétitifs par rapport aux produits établis sur le marché de la désinfection UV au point d'entrée (POE).
Comparaisons avec les systèmes conventionnels
À la base, les systèmes de désinfection UV reposent sur deux principes : l'efficacité de la lampe UV et l'efficacité de la conception du réacteur. En règle générale, les lampes UV conventionnelles sont plus efficaces, produisant plus de lumière UV que de chaleur par rapport aux sources de lumière LED UV-C. Le contraire est vrai avec la conception conventionnelle des réacteurs à lampe au mercure, car la conception cylindrique est généralement moins efficace que les réacteurs à LED UV-C modernes qui peuvent être conçus sur mesure en fonction de la flexibilité des LED. Au fil du temps, l'efficacité de la lumière UV des LED UV-C s'est améliorée et les concepteurs ont considérablement amélioré l'efficacité des réacteurs LED UV-C. Bien que ces avancées aient solidifié la technologie LED pour les applications POU, elle a également commencé à ouvrir le marché du POE. Les solutions LED UV-C pour les débits plus élevés associés au traitement de l'eau POE ont maintenant atteint leur maturité.
D'autres facteurs à prendre en compte lors de la comparaison des lampes à mercure UV conventionnelles et des LED UV-C incluent les aspects des exigences globales de maintenance du système et le coût de possession. Premièrement, en raison des propriétés uniques des LED UV-C, l'encrassement est beaucoup moins préoccupant car la décharge de chaleur est gérée à l'arrière du système et non sur la lampe ou le manchon à quartz où l'encrassement se produit. La technologie LED « Instant on » permet d'alimenter les LED uniquement lorsque l'eau coule, éliminant ainsi l'accumulation de chaleur qui entraîne l'encrassement souvent rencontré dans les systèmes utilisant des lampes au mercure alimentées en permanence. peut durer jusqu'à 10 000 heures d'utilisation intermittente. Les propriétés d'activation/désactivation instantanées des LED et la capacité qui en résulte à n'être alimentées qu'en cas de besoin réduisent considérablement l'intervalle de remplacement des lampes par rapport aux lampes au mercure conventionnelles. Cette caractéristique, associée à la demande de puissance régulée par le débit, signifie que l'énergie électrique nécessaire à la désinfection est considérablement plus faible pour les systèmes LED UV-C.
La flexibilité de la sélection de la longueur d'onde UV-C dans la plage germicide de 260 nm à 280 nm est une autre caractéristique des LED par rapport à l'émission fixe de 253,7 nm produite par les lampes au mercure. Cela permet une conception plus ciblée des systèmes LED UV-C pour des applications spécifiques.
Enfin, la possibilité d'incorporer une surveillance de l'intensité des UV à l'état solide sans avoir besoin de modules de capteurs externes coûteux et souvent peu fiables, comme c'est le cas avec les systèmes de lampe au mercure conventionnels, est un bonus important et garantit automatiquement que le système de désinfection fonctionne réellement il devrait, en fournissant de l'eau désinfectée en toute sécurité.
Les LED arrivent en ligne
Les systèmes LED UV-C ont fait partie de plusieurs études de cas, y compris une étude pilote universitaire et un accord de recherche et de développement en coopération (CRADA) avec l'US EPA. Ces études de cas, datant de 2016, offrent un indicateur de fiabilité et de longévité souvent souhaité dans quelque chose d'aussi important que le traitement de l'eau potable. L'objectif principal de l'accord US EPA R&D était de concevoir, fabriquer et tester un système intégré de traitement de l'eau incorporant des technologies avancées de désinfection et de filtration à LED UV-C. Le dispositif intégré visait des débits plus élevés et des qualités d'eau plus difficiles que ceux utilisés dans les systèmes commerciaux actuellement disponibles. Le résultat final de cet accord R&D a abouti au premier système de traitement UV-C LED POE au monde disponible dans le commerce.
Unités résidentielles POE
Maintenant que les systèmes LED UV-C ont fermement franchi le seuil de POE, le « point idéal » le plus évident pour la technologie est le traitement de l'eau dans toute la maison, englobant non seulement la désinfection de l'eau potable, mais également la protection des douches, des robinets de salle de bain, etc. Il existe maintenant une alternative totalement viable aux systèmes de lampes au mercure plus traditionnels qui, pour être pleinement efficaces, nécessitent généralement que les lampes fonctionnent toujours à pleine puissance, en raison du temps de préchauffage requis des lampes au mercure. Les utilisateurs de systèmes UV conventionnels ne seront que trop familiers avec le « coup d'eau chaude » qui se produit après de longues périodes d'absence de débit (par exemple à la première heure du matin). Cette irritation est éliminée par la fonction « instantané » des systèmes LED. Des intervalles de remplacement des LED de cinq ans basés sur l'utilisation intermittente de l'eau dans une maison typique ainsi qu'une consommation électrique réduite et aucune lampe contenant du mercure à jeter ajoutent à l'attractivité de la solution LED.
Unités commerciales
L'applicabilité des LED au type d'applications POE décrites ci-dessus se prête également à ce qui peut être décrit comme « commercial léger », où les débits d'eau requis ne sont pas très différents de ceux trouvés dans un cadre résidentiel. Des exemples pourraient être de petits centres et arénas communautaires, de petites écoles, de petits bureaux, des casernes de pompiers et des magasins de détail. Pour les installations plus grandes, plusieurs modules POE peuvent être installés en parallèle, mais dans un avenir très proche, étant donné que le développement de produits et l'augmentation de la demande entraînent une réduction des coûts et de l'encombrement, des systèmes pour toute la gamme d'applications commerciales deviendront disponibles.
Unités municipales
De par leur nature même, les systèmes municipaux de traitement des eaux ont les débits les plus élevés des applications en discussion. Une autre considération est l'approche typique de « barrières multiples », qui incorporera souvent une désinfection aux UV ainsi que la fourniture d'un résidu de chlore. La quantité de puissance UV requise dans tous les systèmes, mais les plus petits, est substantielle et sera dominée par la technologie conventionnelle des lampes au mercure pendant un certain temps encore. Cependant, comme indiqué ci-dessus, la recherche et le développement de la technologie LED pour les applications UV-C progressent rapidement et les rapports coût/puissance/efficacité s'améliorent continuellement. Des essais de systèmes municipaux utilisant la technologie LED pour la désinfection et l'oxydation avancée (AOP) ont déjà été lancés au Royaume-Uni et sont certainement un signe des choses à venir.
Tendances du marché des LED UV-C
Taille totale du marché des UV POE : Pour les besoins de cet article, nous ne considérerons que les applications résidentielles et commerciales légères où les débits sont généralement compris entre 5 et 15 gpm (20 à 60 lpm). La taille du marché pour ce segment est estimée à environ 0,3 milliard de dollars par an, ce qui équivaut à environ 300 000 systèmes dans le monde.
Croissance récente/COVID-19 : La sensibilisation accrue des utilisateurs finaux aux problèmes de qualité de l'eau par le biais d'événements très médiatisés comme Flint, Michigan et d'autres, ainsi que des niveaux plus généraux d'anxiété pour la santé en raison de COVID-19 entraînent une croissance à deux chiffres pour le marché de la désinfection UV en général. Cela comprend les applications de surface et d'air en plus de l'eau potable.
Croissance des systèmes LED UV sur le marché : Les demandes et le besoin croissants de solutions durables aux problèmes de santé et de qualité de vie devraient garantir une place de plus en plus importante à la technologie LED UV-C dans le domaine des méthodologies améliorées de traitement de l'eau. L'amélioration continue des performances et la réduction des coûts permettent déjà cela et ne feront qu'augmenter la pénétration du marché à l'avenir.
