Ultrafialové LED dezinfikují vodu

Elektroluminiscenční neboli světelná dioda (LED – Light Emitting Diode) je elektronická polovodičová součástka, jejíž obchodní obrat patří i v době hospodářské recese k nejrychleji rostoucím ve světě. Protéká-li diodou proud v propustném směru, vyzařuje dioda na přechodu PN světelné, infračervené nebo také ultrafialové, téměř monochromatické záření s vlnovou délkou závislou na zvoleném polovodičovém materiálu. Vedle hlavního použití LED v oblasti viditelného spektra elektromagnetického záření se zajímavě uplatňují také LED s ultrafialovým zářením: např. při vytvrzování lepidel, laků a epoxidových pryskyřic nebo pro dezinfekční účely. Ozáření ultrafialovým světlem totiž ničí genotyp bakterií, virů a spor a zabraňuje tím rozmnožování škodlivých organismů.

 

Skupina vědeckých pracovníků Výzkumného ústavu Ferdinanda Brauna a TU Berlín v současné době pracuje na tom, aby bylo možné vodu ekologičtěji a jednodušeji než dosud dezinfikovat pomocí ultrafialových světelných diod (UV-LED). Ultrafialové světlo vyvíjejí polovodičové světelné diody (LED) na bázi nitridu galia, india a hliníku (InAlGaN). Legováním nitridu galia (GaN) nitridem hlinitým (AlN) se podařilo vlnovou délku záření emitovaného světelnými diodami posunout k dolnímu okraji ultrafialového spektra, do tzv. pásma UV-C (280 až 100 nm), kde má ultrafialové záření největší baktericidní účinky a ničí všechny druhy bakterií. Pro dezinfekční účely je účinné zejména ultrafialové záření s vlnovou délkou v rozsahu mezi 260 a 280 nm, přičemž optimální vlnová délka záření se může podle druhu mikroorganismu mírně měnit.

 

Pro první statické dezinfekční testy na stojaté vodě použili odborníci ústavu ozařovací modul s ultrafialovou LED s emisní vlnovou délkou 268 nm. Deionizovanou vodu, vodu z vodovodu a vyčištěnou odpadní vodu nejprve infikovali sporami bakterie Bacillus subtilis a poté ozářili různými dávkami ultrafialového světla (obr. 1). Následné vyšetření ukázalo, že spory bakterie Bacillus subtilis byly pomocí LED s ultrafialovým zářením deaktivovány nejméně tak účinně jako při použití dosud běžných nízkotlakých rtuťových výbojek.

 

Po úspěšných zkouškách na stojaté vodě přistoupili pracovníci ústavu k prvním testům s pomalu tekoucí vodou. K testování použili kompaktnější dezinfekční modul druhé generace využívající soustředně uspořádané ultrafialové LED s emisní vlnovou délkou asi 282 nm. Modul je navíc vybaven průtokovým nástavcem, hliníkovým blokem odrážejícím ultrafialové záření, do kterého jsou šnekovitě vyfrézovány vodní kanálky (obr. 2). Po ultrafialovém ozáření dávkou 400 J/m^², odpovídající době ozařování zhruba 5 min, bylo dosaženo snížení počtu spor o čtyři řády, které je předepsáno pro účinnou dezinfekci vody. Průtokové testy ukázaly, že deaktivace spor bakterie Bacillus subtilis je poněkud menší než při statických zkouškách. Přesto se podařilo dosáhnout požadované redukce spor o tři řády při průtokové rychlosti 11 ml/min. Tím byla použitelnost ultrafialových LED pro účinnou dezinfekci pomalu protékající vody obecně prokázána.

 

Odborníci ústavu nyní pracují na zvýšení výkonu a účinnosti ultrafialových LED. V současnosti je jejich účinnost ještě jen přibližně několik procent a výstupní výkony jsou v rozsahu miliwattů. Jestliže se odborníkům v ústavu podaří uvedený záměr realizovat, bude v blízké budoucnosti k dispozici ekologicky výhodná alternativa k tradičním rtuťovým výbojkám. UV-LED nepotřebují zahřívání, jejich život je dlouhý, jsou velmi kompaktní a neobsahují žádné jedovaté ani škodlivé látky. Mimoto pro provoz potřebují jen velmi malé stejnosměrné napětí, takže jsou bez větších nákladů přímo použitelné ve fotovoltaických (solárních) dezinfekčních zařízeních. To by umožnilo vyvinout nejen úplně nová, levná a bezpečná zařízení k lokální dezinfekci vody, která by mohla v mnoha regionech světa usnadnit obyvatelům přístup k čisté pitné vodě, ale také zařízení určená k mobilní úpravě pitné vody – např. při dálkových letech v letadle.

 

[Pressemitteilung des Forschungsverbundes Berlin: Wasser mit ultravioletten LEDs umweltfreundlich reinigen. 26. 5. 2010.]