L'acqua rappresenta una risorsa essenziale e preziosa per la sopravvivenza del genere umano. E' responsabilità di ognuno di noi garantire non solo che l'acqua non venga sprecata inutilmente, ma anche, se possibile, far sì che tutte le popolazioni abbiano accesso a questo bene vitale. La purificazione dell'acqua, soprattutto nelle zone rurali, assume pertanto un'importanza fondamentale. Vediamo come sia possibile eseguire la purificazione dell'acqua tramite l'utilizzo di diodi LED UV.
Si stima che oggi circa un terzo della popolazione mondiale (oltre due miliardi di persone) non abbia accesso all'elettricità e oltre due miliardi di persone non possano usufruire di acqua potabile (molte di queste persone sono anche prive di elettricità). L'acqua contaminata è causa di innumerevoli malattie, tra le quali diarrea, colera, epatite, responsabili della morte di oltre cinque milioni di persone all'anno.
Fatta questa debita premessa, veniamo alla domanda oggetto del presente articolo: è possibile purificare l'acqua per uso potabile tramite dei comuni diodi LED ultravioletti (UV)? La risposta non soltanto è affermativa, ma, come vedremo, questa soluzione presenta dei considerevoli vantaggi rispetto ad altre soluzioni di tipo tradizionale.
La gamma della luce ultravioletta comprende le lunghezze d'onda con valori compresi tra 200 e 400 nanometri, come indicato nell'immagine seguente:
Osservando la figura possiamo anzitutto notare come la gamma ultravioletta sia suddivisa in tre parti: UVC, UVB, e UVA. La gamma con la lunghezza d'onda più corta (UV-C), compresa tra 100 e 280 nm, è quella più dannosa per gli organismi viventi. Anche il sole emette dei raggi UV-C, ma questi vengono assorbiti dallo strato di ozono dell'atmosfera prima di raggiungere la superficie terrestre. Nell'immagine sottostante viene mostrata proprio l'efficacia dell'azione germicida della luce UV in funzione della lunghezza d'onda (lambda). Si può constatare come il picco, per vari tipi di germi tra cui l'escheria coli, sia in corrispondenza della lunghezza d'onda di circa 265 nm.
Possiamo poi osservare che i LED ultravioletti vengono utilizzati per numerosi tipi di applicazioni, in base sia alla loro potenza di uscita che alla loro lunghezza d'onda. Osserviamo inoltre che i materiali più comunementi utilizzati per realizzare i diodi LED UV sono il nitruro di gallio (GaN) e il nitruro di alluminio (AlN). Le applicazioni relative alla purificazione e alla disinfezione dell'acqua richiedono dei LED UV con lunghezza d'onda compresa tra circa 250 e 282 nanometri. Questa caratteristica è molto importante, e va tenuta in debita considerazione qualora si voglia progettare e autocostruire un purificatore d'acqua. Ricordiamo che esistono altre applicazioni dei diodi LED UV, tra le quali:
- polimerizzazione UV
- cure mediche (trattamento della psoriasi, UVB)
- abbronzatura (UVB)
- sterilizzazione di cibo, strumentazione medica e ospedaliera (UVC)
- anti-zanzare (UVC)
- litografia (UVA)
- comunicazioni di tipo non LOS (non line of sight), in grado di superare eventuali ostacoli che si frappongono tra il trasmettitore e il ricevitore
- controllo validità banconote e altri documenti
La purificazione dell'acqua tramite LED UV si basa su un importante principio fisico. Questo afferma che una luce ultravioletta dotata di un'opportuna quantità di energia (detta anche fluenza di energia) e lunghezza d'onda è in grado di annientare i microorganismi (tipicamente i germi) distruggendo le loro molecole DNA o RNA, rendendoli così incapaci di riprodursi. La luce ultravioletta è anche efficace nella purificazione dell'acqua contenente Giardia, escheria coli, virus, spore, e altri tipi di batteri. La purificazione tramite luce UV non rimuove i germi dall'acqua, ma piuttosto li annienta agendo direttamente sulle molecole di DNA e RNA. Non solo, l'azione germicida della luce UV, a differenza dei disinfettanti chimici, impedisce lo sviluppo di meccanismi auto-immuni da parte dei microorganismi. Il DNA assorbe la luce ultravioletta con lunghezze d'onda comprese tra 200 e 300 nanometri. Il massimo assorbimento di luce ultravioletta da parte del DNA viene raggiunto tipicamente alla lunghezza d'onda di 260 nm.
Storicamente, la luce ultravioletta è stata ottenuta tramite l'utilizzo di apposite lampade al mercurio. Le lampade con mercurio a bassa pressione sono infatti in grado di emettere una luce ultravioletta quasi monocromatica con lunghezza d'onda tipica di 254 nm, mentre le lampade al mercurio di media potenza emettono uno spettro policromatico contenetente diverse lunghezze d'onda. Questa è stata la soluzione adottata per prima, e quindi è quella tradizionale. Recentemente, tuttavia, si è sviluppato un nuovo metodo basato sui LED UV. I LED UV presentano anzitutto il vantaggio di poter scegliere la lunghezza d'onda, a differenza delle lampade a mercurio per le quali la lunghezza d'onda è prefissata al valore di 254 nm. Altri vantaggi della tecnologia LED sono i seguenti:
- non sono pericolosi e inquinanti come le lampade al mercurio
- rappresentano una tecnologia allo stato solido, per cui garantiscono una maggiore durata e sono più semplici da maneggiare e installare
- presentano un tempo di avviamento nettamente inferiore rispetto alle lampade al mercurio
- possono essere accesi e spenti anche con frequenze elevate (il mercurio no)
- hanno una maggiore efficienza energetica
- i LED assorbono meglio gli urti e richiedono un'alimentazione continua di bassa potenza. Possono essere pertanto alimentati tramite pannelli solari e sono quindi adatti anche in zone rurali, impervie, e lontane dalla rete elettrica
- i LED sono più adatti a impieghi per purificatori portatili (ad es. per impieghi militari)
Secondo le ultime stime degli analisti di settore, il mercato dei LED ultravioletti è destinato a crescere di almeno cinque volte nei prossimi cinque anni, come indicato nell'immagine seguente.
Questa crescita è determinata sia dalla domanda tradizionale riguardante i processi di polimerizzazione UV, ma anche, e soprattutto, dalla crescente domanda relativa al settore dei sistemi (lampade) per la purificazione dell'acqua.
Tra i lettori c'è forse qualcuno che ha in mente di realizzare un proprio purificatore dell'acqua?
Mi viene in mente un utilizzo nei Paesi non sviluppati, ad esempio in Africa, oppure nelle emergenze, vedi terremoto Haiti. Potrebbe essere una soluzione rapida e pratica.
Scusate se forse vado un po’ fuori tema ma: purificare l’acqua da spore e virus di vario tipo va benissimo (escherichia coli è una bestiolina piuttosto fetente…) ma io mi sono sempre chiesto: queste procedure che effetti hanno sulla composizione dell’acqua?
Intendo dire: all’interno dell’acqua non ci sono solo organismi potenzialmente dannosi per l’organismo ma ci sono anche una certa quantità di minerali et altera che, viceversa, all’organismo servono.
Ecco, la mia domanda è: che succede a quelle sostanze?
Purificare l’acqua, che è un bene primario, con i LED è una soluzione molto veloce anche se costosa!
Perchè dici che è costosa?
Rispetto a quali altre soluzioni?
dove si trova un tutotial per realizzarne uno fai-da-te???
Ciao, sono interessato all’argomento, non tanto per l’acqua (non ho acquari e in quella da bere c’è abbastanza cloro!) ma per l’aria (legionella in fancoil auto/casa/lavoro) per gli strumenti di uso quotidiano (forbicine, spazzolini denti,liquidi svapo ecc.) nonchè sanificazione di barattoli/bottiglie/frigoriferi e tutto cio’ che va a contatto con cibi da conservare (salmonella!).
Sarebbe utile costruirsi una lampada portatile a led tipo questa: http://www.ihealthproducts.com/scripts/prodView.asp?idproduct=267
e capirne soprattutto l’efficacia e la pericolosità (danni alla retina ed alla pelle).
Chiaramente ho cercato immediatamente dei led appositi, ma non si trova ganchè a parte quelli per le unghie (per polimerizzare). Si trovano invece moltissimi neon T5 UVC ma costosi.
Mi sono imbattuto però in questa azienda USA Crystal IS acquisita dal marchio nipponico Asahi Kasei. Il link è http://www.cisuvc.com/contact
Sempre su questo sito si trova una interessante AN (application note)con elencati tutti i bastardissimi batteri/virus/protozoi e i tempi di esposizione ad un flusso luminoso UVC:
http://www.cisuvc.com/content/application-notes/files/Crystal_IS-_UV_disinfection_note-AS01-20131203.pdf
Creata o comprata la lampada sarebbe interessante anche realizzare un semplice detector (sensore UV-B-C) per valutare l’efficacia dei prodotti commerciali o realizzati. Ma questo è un’altro progetto!
Se trovate altre notizie e qualche DIY pubblicate mi raccomando!
Ciao
Ottima segnalazione.
Probabilmente qualche DIY potrebbe venire in mente ai partecipanti del prossimo Contest che abbiamo in programma.
http://it.emcelettronica.com/review4u-si-evolve-diventa-20
E….perchè no………potresti proporti tu 🙂
Buongiorno,
vorrei chiedere all’autore dell’articolo dove posso trovare LED UV-C che non costino una fortuna.
Sto tentando di costruirmi una lampada germicida per acqua e superfici, ma quel poco materiale con lunghezze d’onda idonee allo scopo che ho trovato costa una tombola!
Grazie
Buonasera,
purtroppo non sono in grado di indicarle un fornitore specifico di LED UV-C per impieghi battericidi.
Penso che su ebay si possano trovare dei venditori internazionali che trattano questo tipo di articolo. L’importante, prima di eseguire l’acquisto, è accertarsi che il led sia espressamente adatto ad impieghi battericidi/per sterilizzazione.
Ciao a tutti;
l’argomento mi è molto intrigante poichè mi piacerebbe poter installare un sistema di Led UV nel serbatoio dell’acqua potabile presente nella mia abitazione cosi che nel periodo che l’acqua normalmente staziona in questo serbatoio, prima che venga pompato nell’impianto di casa, subisca un trattamento battericida…
Ovviamente bisognerà trovare i corretti Led che emettino nella corretta banda UV indicata nell’articolo, cosa che a breve faro’, cercando sulla rete.
Volevo anche indicarvi che nel passato io ho già avuto a che fare con i led UV per utilizzarli con i minerali fluorescenti, e per risparmiare ho utilizzato delle economicissime torce cinesi a molti led.
Ho acquistato dei led UV e una di queste torcetta da pochi euro che utilizzava molti led bianchi ultraluminosi, e ho sostituito su questa torcia i led bianchi con i led UV, ottenendo un’ottima torcia UV perfettamente funzionante.
Infatti le caatterisiche elettriche di questi led UV sono molto simili a quelle dei soliti led ultraluminosi bianchi.
Saluti da Vito.
Quindi l’idea è quella di utilizzare i moduli elettronici nelle minitorce cinesi a basso costo per alimentare i led UV della appropriata banda per utilizzarli nel nostro
Ho visto su alibaba c’è pieno di fornitori di led uvc ma mi riesce difficile capire la potenza necessaria il tempo che ci vuole per sterilizzare l’acqua anche a me piacerebbe da usare nel serbatoio esterno dell’acqua dove sporadicamnete prendiamo l’acqua .
Io trovato queste
http://it.aliexpress.com/item/3w-5w-10w-20w-30w-50w-100w-UV-Ultra-Violet-High-power-LED-Chip-395nm-F/32387036187.html?ws_ab_test=searchweb201556_3_79_78_77_91_80,searchweb201644_5,searchweb201560_9
Ciao Davide Japan,
Il link che tu hai inserito riguarda dei led UVA con emissione a 395nm che non sterilizza, quindi inutili al nostro scopo.
Infatti devono avere emissione in una banda compresa tra 100 e 280 nm, e l’articolo evidenzia che una emissione a 265nm è molto efficace contro il batterio della escherichia coli….
Sullo stesso sito ho cercato dei led a emissione sui 260nm ma ci sono solo dei led di bassa intensità…., quindi inutili.
Che intensità serve? Quale è il tempo di emissione per abbattere il virus dell’ escheria coli?
Non so rispondere con precisione alle tue domande, poichè non sono un’esperto jn questi argomenti
A meno di trovare informazioni scientificamente validate, stavo valutando di basare la mia scelta riguardo la potenza di irradiazione, affidandomi al concetto di abbondanza, cioè attiverei un bel faro da 10W UVC che per i nuovi led è una bella potenza luminosa in un serbatoio, ma nello stesso tempo non è un gran consumo dal punto di vista elettrico, se poi in particolare si evita di lasciare sempre acceso il faro, ma con un timer si alternano periodi acceso-spento nell’arco della giornata, valutando sperimentalmente i tempi piu funzionali…
Attenzione che le lampade UVC creano l’ozono, pericolo per l’uomo
Tutto ha influenza su di noi nel bene e nel male, l’esperienza millenaria dell’uomo ci ha insegnato a scegliere i prodotti della natura che ci sono necessari per la sopravvivenza, che facciano piu bene che male; inoltre la capacità di adattamento all’ambiente che ci circonda sempre nei millenni ci ha aiutato ad adattarci minimizzando gli effetti nocivi e massimizzando gli effetti positivi.
L’ uomo oggi con la sua capacità scientifica e tecnologica, per migliorare la sua condizione di vita sul nostro pianeta puo’ ulteriormente intervenire direttamente in tempi brevi e non piu millenari, tenendo sempre presente che qualsiasi scelta si faccia ci saranno sempre effetti positivi ed effetti negativi, l’ importante è valutare sempre se gli effetti positivi sono di gran lunga piu importanti degli effetti negativi…..
A volte non è facile e spesso ci sono pareri scientifici o morali differenti, per questo è importante che ci siano degli enti sovranazionali che ne regolamentino i limiti….
Tornando all’ozono creato dalle lampade UV, questo è il mio parere:
se queste lampade vengono inserite nel chiuso di un serbatoio di acqua, solo le molecole di aria presenti nel serbatoio subiranno un processo di produzione di ozono che comunque per la gran parte rimarebbe confinata all’interno del serbatoio, producendo un effetto battericida anche nell’aria presente nel serbatoio, quindi gli effetti positivi mi sembrano largamente superiori degli effetti negativi….
Mi sto interessando ormai da tempo alla autocostruzione di un piccolo impianto domestico per eliminare definitivamente la “piaga” dell’acqua minerale in bottiglia… peso da trasportare, plastica da smaltire ecc…
Mi sono fatto una piccola cultura in merito ai vari trattamenti (dalla caraffa all’osmosi inversa) e sono convinto che se ben dimensionato e con i filtri “giusti” un piccolo impianto di microfiltrazione sia la soluzione ottimale per ottenere ottima acqua da bere (di qualità anche superiore a quella che paghiamo una fortuna…).
Naturalmente esistono in commercio soluzioni per tutti i gusti ma… non è così semplice evitare i furbetti (o peggio).
Poiché però è quasi indispensabile mettere a valle una lampada uv germicida mi interessa molto la realizzazione a led.
Per tanti motivi pratici ed economici: La lampada a fluorescenza diminuisce rapidamente la propria vita se accesa e spenta frequentemente, ha comunque una durata non superiore a 9000 h. (un anno circa) e tenerla accesa continuamente rappresenta un consumo di 10-15 w continui (direi troppo visto che l’utilizzo effettivo è di non più di 30 minuti al giorno!).
Inoltre è fragile e servono almeno dai 3 ai 10 secondi dall’accensione per ottenere la resa ottimale.
Ho sentito anche i venditori del settore e tutti cercano di scoraggiare l’uso dei led (non sono ancora sicuri ecc…), in realtà credo si rovinerebbero il favoloso business attuale ;-)!
Se qualcuno ha link interessanti o trova prodotti “testati” sarebbe interessante approfondire…