Dans un contexte d'inquiétude croissante du public concernant la sécurité de l'eau potable, Quanzhou Huajing Innovation Technology Co., Ltd., s'appuyant sur la technologie avancée des puces de sa société mère de contrôle UVLEDTEK, a développé un système de désinfection ultraviolette à LED UVC de pointe pour renforcer la sécurité de l'eau potable.
Lors de la récente exposition sur l'eau de la ceinture économique du fleuve Yangtze, Gao Chao, directeur R&D de la division de recherche sur le traitement et les tests de l'eau de l'Institut central de recherche de l'entreprise, a été invité à faire une présentation intitulée "Nouvelle conception de la désinfection ultraviolette par UVC LED : permettre l'innovation technologique dans l'eau potable de haute qualité".
Le rapport fournit un aperçu détaillé des applications innovantes et des larges perspectives de la technologie LED UVC dans le traitement de l'eau au point d'utilisation. Cela a suscité de nombreuses discussions entre experts, universitaires et professionnels de l’industrie. Les derniers résultats de recherche et les cas d'application pratiques présentés lors de l'événement ont offert aux participants une vision claire de la façon dont les technologies innovantes transforment la sécurité de l'eau potable.
Technologie de pilote de LED UV
Favoriser le progrès dans plusieurs secteurs critiques
Les sources de lumière UV LED UVLEDTEK jouent un rôle indispensable dans plusieurs industries clés.
Dans lesecteur des véhicules à énergies nouvelles, la technologie UV LED aide les batteries au lithium à surmonter les défis de résistance à la température. DansCommunications 5G et fabrication de fibres optiques, il améliore la vitesse de fibrage tout en réduisant la consommation d'énergie et les coûts de production. Danssanté et sécurité publiques, il permet une stérilisation précise et efficace des bactéries et virus. Dansindustries aérospatiales et de défense, il est appliqué dans les stations spatiales et les satellites, démontrant une valeur stratégique significative.
Surmonter les principaux défis techniques
Créer des avantages complets pour la chaîne-industrielle des semi-conducteurs-de troisième génération
Le processus de croissance des matériaux de base des LED UV, AlN/AlGaN, exige une précision extrêmement stricte dans les paramètres de processus. Même des écarts mineurs peuvent altérer la structure cristalline du matériau, affectant considérablement ses performances optoélectroniques.
Grâce à une décennie de R&D dédiée, UVLEDTEK a établi des capacités complètes de chaîne industrielle-en matière de recherche, de développement et de fabrication. L'entreprise a surmonté les restrictions technologiques et atteint des technologies de base indépendantes et contrôlables, renforçant ainsi sa position dans le développement de semi-conducteurs de troisième-génération.
Approfondissement des applications de traitement de l’eau
Stérilisation précise garantissant la sécurité de l'eau
La technologie LED UVC présente un large potentiel d'application dans le secteur du traitement de l'eau. Des usines de distribution d'eau à chaque point d'utilisation-de-terminal de boisson, de l'évacuation des eaux usées traitées à la purification après-traitement ; de la production d'aliments et de boissons, de l'élevage et de la fabrication pharmaceutique aux systèmes d'eau stérile dans les processus de semi-conducteurs ; de l'eau potable domestique aux environnements publics tels que les restaurants, les magasins de boissons et les parcs d'attractions ; et de la désinfection de l'eau de refroidissement industrielle à l'assainissement des piscines-une stérilisation de l'eau sûre et efficace est requise dans pratiquement tous les scénarios qui nous entourent.
Par rapport aux méthodes traditionnelles de désinfection chimique telles que la chloration et le traitement à l’ozone, les LED UVC offrent des avantages significatifs. En tant que méthode de désinfection physique, elle n’altère pas les propriétés de l’eau et évite la pollution secondaire provoquée par des résidus chimiques. Il ne produit aucun sous-produit de désinfection nocif-, garantissant ainsi la sécurité pour la santé humaine. Il permet également une stérilisation rapide, capable d'inactiver instantanément les agents pathogènes dans une plage de dosage spécifique, tout en dégradant les composés organiques chlorés et en éliminant les risques combinés du chlore. De plus, son fonctionnement est sûr, sans risques associés au stockage, au transport ou à la préparation des produits chimiques.
Dans l'ensemble, il s'agit d'une véritable-technologie de désinfection de l'eau verte et respectueuse de l'environnement de nouvelle génération.
Par rapport aux sources de lumière UV traditionnelles à base de mercure-, la technologie UV-LED est non-toxique et respectueuse de l'environnement, offre un contrôle plus précis de la puissance, a une durée de vie plus longue, permet un démarrage instantané et présente une structure compacte. La technologie LED UVC présente des avantages significatifs en termes de consommation d'énergie, de coûts de maintenance et de performances de désinfection, offrant à la fois une efficacité économique plus élevée et des avantages plus importants en matière de durabilité pour les systèmes d'approvisionnement en eau.
À l'échelle internationale, TYPHON Treatment Systems, au Royaume-Uni, a construit le premier système de désinfection de l'eau potable à LED UV à l'échelle municipale au monde, avec une capacité de traitement allant jusqu'à 28 MLD (5 136 GPM). Le système utilise la technologie avancée de LED UVC, combinée à une conception précise du champ optique et à une optimisation du flux, atteignant une valeur de réduction de 4 log (LRV) contre Cryptosporidium à 22 mJ/cm².
En outre, les services des eaux norvégiens ont activement commencé la transition vers la technologie LED UVC, en supprimant progressivement les lampes au mercure traditionnelles. D'autres projets pilotes et-déploiements à grande échelle de systèmes de traitement de l'eau et des eaux usées à LED UV sont également mis en œuvre dans des pays comme les États-Unis et dans l'Union européenne, signalant une évolution mondiale constante vers cette technologie émergente.
En Chine, Quanzhou Water Group et UVLEDTEK se sont associés pour faire progresser cette technologie en tant qu'initiative clé de R&D. En collaboration avec un groupe d'experts nationaux dans des domaines connexes, ils ont surmonté des défis techniques majeurs et ont développé avec succès le premier système de désinfection LED UVC à grand-débit de Chine en juin 2024.
Le système a satisfait à toutes les exigences de test et de validation en un seul cycle, atteignant un taux de stérilisation allant jusqu'à 99,999 %. Il a déjà été déployé dans des systèmes d'approvisionnement en eau secondaires pour des applications réelles-. Dans le même temps, une gamme complète de produits ciblant les applications d'approvisionnement en eau secondaire et de point d'utilisation de l'eau potable--a été entièrement développée, avec des déploiements pilotes actuellement en cours sur tous les lots de produits.
Ces progrès indiquent une avancée majeure dans la lutte contre la dépendance technologique étrangère. Du développement de la puce principale à la conception-de l'équipement du système complet et à l'intégration logicielle, l'ensemble de la solution est soutenu par des droits de propriété intellectuelle indépendants et a atteint une capacité de production de masse.
Cette réalisation renforce considérablement la capacité de la Chine à assurer la sécurité de l'eau des terminaux et représente une avancée technologique importante en matière d'innovation et de substitution dans le domaine des systèmes de désinfection de l'eau potable.
Excellente conception de produit
Bâtir des performances élevées dans toutes les dimensions
1. Puces optiques-haute-puissance et sources lumineuses-puissance-densité élevée
Dans la croissance des matériaux, UVLEDTEK applique des substrats à motifs nano-pyramidaux combinés à une croissance épitaxiale pulsée à haute et basse vitesse et à des techniques de cicatrisation des défauts-pour produire des matériaux épitaxiaux AlGaN de haute-qualité.
Dans l'optimisation de la métallisation des électrodes à puce, une structure d'électrode à haute réflectivité de conception unique associée à une structure réfléchissante SWDL joue un rôle clé, améliorant finalement l'efficacité lumineuse de l'appareil de plus de 32 %.
De plus, l'équipe R&D conçoit avec soin une structure de puits quantique à composition graduée et une couche de blocage d'électrons à composition variable progressivement. Basées sur les principes de la physique des semi-conducteurs, ces innovations optimisent la structure de bande, améliorent l'efficacité de l'injection de courant et améliorent l'efficacité de la recombinaison électron-trou, ce qui se traduit par une puissance optique de sortie plus élevée.
2. Briser les limites de longueur d'onde des lampes au mercure traditionnelles pour améliorer l'efficacité
UVLEDTEK a développé des LED UV à base d'AlGaN-avec des longueurs d'onde d'émission réglables allant de 210 à 365 nm, dépassant ainsi la limite fixe de 254 nm des lampes au mercure traditionnelles.
Des études internationales ont montré que la longueur d'onde de 279 nm permet d'obtenir de meilleures performances d'inactivation contre MS2 par rapport à 254 nm. De plus, dans la plage de 260 à 280 nm, la transmission des UV à travers l’eau est supérieure à celle de 254 nm.
Pour les particules de même taille, telles que les matières en suspension (SS) et les flocs microbiens, des longueurs d'onde plus longues entraînent des effets de protection plus faibles. Cela signifie que pour les mêmes exigences d'efficacité de stérilisation, les systèmes LED UVC nécessitent une dose plus faible, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la désinfection et permet une stérilisation plus précise et plus rapide.
3. Conception de champ optique sans ombre-pour la stérilisation omnidirectionnelle
UVLEDTEK utilise une conception optique géométrique avancée combinée à une simulation de transmission de la lumière multi-moyenne et à une modélisation numérique de champs multi-physiques pour injecter avec précision la lumière ultraviolette dans la chambre de réaction.
Dans la chambre, un champ de rayonnement UV-à haute efficacité sans zones d'ombre est construit. Cette conception innovante garantit que pendant le processus de désinfection, chaque partie du plan d’eau reçoit une exposition suffisante aux UV, permettant ainsi une stérilisation complète et omnidirectionnelle. Il élimine efficacement les angles morts de désinfection causés par une répartition non uniforme de la lumière.
4. Conception du champ d'écoulement avec dispositif de guidage rotatif
Optimiser l'hydrodynamique pour améliorer les performances de désinfection
L'équipe R&D d'UVLEDTEK a mené-des études approfondies sur le comportement du débit d'eau et a découvert que la vitesse maximale du débit a un impact significatif sur l'efficacité de la stérilisation. Du point de vue de la dynamique des fluides, un écoulement d'eau trop rapide peut raccourcir le temps de séjour des micro-organismes dans la zone d'irradiation UV, empêchant ainsi une exposition suffisante aux UV et réduisant ainsi l'efficacité de la désinfection.
Sur la base de ces informations, l'équipe a repensé de manière innovante la géométrie d'entrée et de sortie pour induire un flux de rotation contrôlé à travers la zone d'irradiation, réduisant ainsi efficacement la vitesse de flux maximale.
Cette optimisation structurelle améliore non seulement les performances de stérilisation, mais assure également une répartition plus uniforme de la dose UV dans tout le plan d'eau. Le flux rotatif permet aux micro-organismes d'être entièrement exposés à l'irradiation UV, garantissant que chaque agent pathogène reçoit une dose de stérilisation adéquate, améliorant ainsi considérablement l'efficacité globale de la désinfection.
5. Technologie de refroidissement des sources lumineuses à base d'eau de pipeline
Gestion thermique à haute-efficacité
Le stérilisateur UV LED haute-puissance développé par UVLEDTEK adopte une approche avancée de refroidissement par eau-, utilisant directement l'eau circulant dans le pipeline pour dissiper la chaleur de la source lumineuse. Cela élimine le besoin d’équipements de refroidissement dédiés supplémentaires, ce qui réduit considérablement les coûts d’investissement du système.
La technologie est compacte et très efficace. Grâce à l'intégration d'un algorithme de contrôle IA, la puissance de sortie optique et le débit d'eau de refroidissement peuvent être ajustés dynamiquement en fonction de la demande de traitement en temps réel-. Par exemple, lorsque le débit augmente, le système augmente automatiquement l'intensité lumineuse et le volume d'eau de refroidissement pour assurer un fonctionnement stable ; lorsque la charge diminue, les deux paramètres sont réduits en conséquence pour réaliser des économies d'énergie.
De plus, la fenêtre optique en quartz maintient l'équilibre thermique avec la température de l'eau, atténuant ainsi efficacement les problèmes de tartre-contrairement aux lampes au mercure traditionnelles, qui fonctionnent à des températures de surface de 600 à 1 000 degrés et sont sujettes à l'encrassement. La maintenance est également simplifiée, permettant à la source lumineuse d'être entretenue sans arrêter ni détourner le flux du pipeline.
Les données opérationnelles montrent qu'avec cette conception de refroidissement, la durée de vie de la source de lumière UV peut être prolongée de 30 à 50 %.
6. Simulation couplée RED-CFD pour une quantification précise et un fonctionnement fiable
L'équipe technique d'UVLEDTEK adopte une conception RED-CFD (Radiation Energy Distribution–Computational Fluid Dynamics) avancée au niveau international pour les réacteurs UVC LED. Dans cette configuration, la source lumineuse fonctionne sans manchon de protection immergé dans l'eau, permettant un champ d'écoulement plus rationnel et facilitant un couplage plus fort entre le champ optique et le champ hydrodynamique.
Une conception structurelle à haute -réflectivité améliore encore l'efficacité de l'utilisation des UV. Le système utilise une alimentation en courant continu (CC), éliminant le besoin de ballasts haute fréquence - et permettant une intégration directe avec les systèmes d'énergie photovoltaïque pour une efficacité énergétique améliorée.
Par rapport aux systèmes traditionnels de lampes au mercure-qui reposent sur des structures de support entraînant une perte de charge plus élevée, cette conception réduit considérablement la résistance hydraulique et permet d'obtenir un système plus compact avec un espace d'installation réduit.
Grâce à l'analyse de simulation couplée RED-CFD, des paramètres clés tels que la dose de désinfection UV, la configuration de la source lumineuse et la vitesse du débit d'eau peuvent être quantifiés avec précision, garantissant ainsi des performances supérieures et un fonctionnement stable. Cela offre aux utilisateurs une solution de désinfection hautement fiable et efficace.
7. Interface homme-machine simple et intuitive pour une utilisation facile
Le système de désinfection ultraviolette UVC LED pour l'approvisionnement en eau secondaire développé par UVLEDTEK est équipé d'une conception d'interface homme-machine (IHM) propre et intuitive.
Grâce à l'affichage interactif, les opérateurs peuvent surveiller clairement et directement les paramètres de fonctionnement clés tels que la dose UV, l'intensité lumineuse et le débit en temps réel. Dans le même temps, l'interface permet un accès facile aux journaux système et aux enregistrements d'alarmes via une structure de menu simple.
Cette conception simplifiée réduit considérablement la courbe d'apprentissage des opérateurs et améliore l'efficacité globale de la maintenance, rendant la gestion du système plus pratique, efficace et conviviale.
8. La conception modulaire simplifie la maintenance et le fonctionnement, garantissant un fonctionnement fluide.
Le système de désinfection ultraviolette UVC LED pour l'approvisionnement en eau secondaire développé par UVLEDTEK adopte un concept de conception modulaire dans lequel la source de lumière et la chambre de réaction sont structurellement indépendantes.
La lumière UV est uniformément transmise dans l'eau à travers une fenêtre en verre de quartz à haute transmission sur la chambre de réaction, garantissant des performances de désinfection stables tout en permettant les opérations de maintenance sans interrompre l'approvisionnement en eau.
Grâce à cette architecture modulaire, la maintenance du système devient nettement plus pratique. Lorsqu'un module tombe en panne, il peut être rapidement remplacé sans affecter le fonctionnement global, garantissant ainsi des performances système continues et stables et offrant aux utilisateurs une expérience de fonctionnement fiable.
9. Réponse rapide, fonctionnement stable, économie d'énergie et réduction des coûts
Le système de désinfection ultraviolette UVC LED développé par UVLEDTEK offre une capacité de démarrage rapide-, atteignant instantanément la puissance maximale sans aucun processus de préchauffage. En revanche, les lampes au mercure traditionnelles nécessitent 15 à 30 minutes de temps de préchauffage-, avec une augmentation progressive de l'intensité des UV.
Son rendement lumineux n'est pas affecté par la température de l'eau et la plage de gradation est large, de 0 % à 100 %, alors que les lampes au mercure fonctionnent généralement dans une plage de réglage limitée de 30 % à 100 %.
De plus, les cycles marche-arrêt fréquents n’ont pas d’impact sur la durée de vie du système LED, contrairement aux lampes au mercure, dont la durée de vie diminue considérablement en cas de commutations répétées. Le système peut également être intégré aux paramètres de débit, de chlore résiduel et d'UVT (transmission UV), permettant un contrôle coordonné et une adaptation précise aux différentes conditions de fonctionnement.
Le système de désinfection ultraviolette UVC LED développé par UVLEDTEK a été soumis à des tests rigoureux par des institutions professionnelles tierces-. Les résultats montrent que ses performances de désinfection et de stérilisation respectent et dépassent les normes nationales, offrant une protection solide et fiable pour l'approvisionnement en eau secondaire terminal et les systèmes d'approvisionnement en eau différenciés.
L’approvisionnement en eau différencié est considéré comme une orientation future importante pour assurer la sécurité de l’eau potable et la santé publique, en particulier dans les régions aux ressources en eau limitées. Dans ce contexte, les systèmes de désinfection ultraviolette UV-LED, avec leurs performances exceptionnelles, représentent une solution très efficace pour le traitement de la sécurité terminale de l'eau.
Actuellement, ce produit a été testé dans plusieurs régions, notamment au Fujian, au Zhejiang, à Wuhan, à Ezhou et à Suzhou. L'entreprise a hâte de travailler avec davantage de partenaires intéressés par cette technologie pour promouvoir conjointement son application, son expansion et la poursuite de ses recherches techniques, faisant ainsi progresser continuellement la sécurité des systèmes d'eau potable des terminaux.
Garantir un approvisionnement en eau sûr aux terminaux et protéger la santé publique de l’eau potable restent la mission principale. En tirant parti de la technologie, nous visons à protéger chaque goutte d'eau potable et à inaugurer une nouvelle ère de consommation d'eau de haute-qualité, en construisant une défense solide pour la santé de la famille et en permettant une vie meilleure et plus saine.
