在公众对饮用水安全日益关注的背景下，泉州华晶创新科技有限公司借助控股母公司UVLEDTEK先进的芯片技术，研发出最先进的UVC LED紫外线消毒系统，加强饮用水安全。
在刚刚结束的长江经济带水博会上，该公司中央研究院水处理与检测研究部研发总监高超受邀发表了题为“UVC LED紫外线消毒新设计：赋能高品质饮用水的技术创新”的演讲。
该报告深入概述了 UVC LED 技术在用水点处理中的创新应用和广阔前景。引发了专家学者、行业人士的广泛讨论。活动中展示的最新研究成果和实际应用案例让与会者清楚地了解创新技术如何改变饮用水安全。
UV LED 驱动技术
推动多个关键部门的进步
UVLEDTEK UV LED 光源在多个关键行业中发挥着不可或缺的作用。
在新能源汽车板块、UV LED技术帮助锂电池克服耐温挑战。在5G通信及光纤制造，提高光纤拉丝速度，同时降低能耗和生产成本。在公共卫生和安全，能够对细菌和病毒进行精确高效的灭菌。在航空航天和国防工业，应用于空间站和卫星，展现出重大的战略价值。
克服关键技术挑战
打造第三代半导体完整产业链优势-
UV LED核心材料AlN/AlGaN的生长过程对工艺参数的精度要求极其严格。即使很小的偏差也会改变材料的晶体结构，从而显着影响其光电性能。
经过十年的潜心研发，UVLEDTEK已建立起研发、制造的全产业链能力。公司突破了技术限制，实现了自主可控的核心技术，巩固了在第三代半导体开发领域的地位。
深化水处理应用
精准灭菌保障用水安全
UVC LED技术在水处理领域显示出广泛的应用潜力。从水厂到每个使用饮用终端，从处理后的废水排放到处理后净化；从食品和饮料生产、畜牧业、药品制造到半导体工艺中的无菌水系统；从家庭饮用水到餐馆、饮料店、游乐园等公共环境；从工业冷却水消毒到游泳池卫生，我们周围的几乎所有场景都需要安全有效的水消毒。
与氯化、臭氧处理等传统化学消毒方法相比，UVC LED 具有显着优势。作为物理消毒方法，不改变水的性质，避免化学残留造成的二次污染。它不产生有害的消毒副产品，确保人体健康安全。它还提供快速灭菌，能够在特定剂量范围内立即灭活病原体，同时降解氯化有机化合物并消除组合氯危害。此外，它操作安全，不存在与化学品储存、运输或制备相关的风险。
总体而言，它代表了真正的下一代绿色环保水消毒技术。
与传统的汞紫外光源相比，UV-LED技术具有无毒环保、功率控制更精细、使用寿命更长、即时启动、结构紧凑等特点。 UVC LED技术在能耗、维护成本和消毒性能方面表现出显着优势，为供水系统提供更高的经济效益和更强的可持续性效益。
在国际上，英国的 TYPHON Treatment Systems 建造了世界上第一个市政规模的 UV LED 饮用水消毒系统，处理能力高达 28 MLD (5,136 GPM)。该系统采用先进的 UVC LED 技术，结合精确的光场设计和流量优化，在 22 mJ/cm² 的强度下实现了对隐孢子虫的 4 对数减少值 (LRV)。
此外，挪威水务公司已积极开始向UVC LED技术过渡，逐步淘汰传统汞灯。美国等国家和整个欧盟也正在实施更多的试点项目和大规模部署 UV LED 水和废水处理系统，这标志着全球正在稳步转向这一新兴技术。
在中国，泉州水务集团和 UVLEDTEK 合作，将这项技术作为一项关键的研发举措来推进。他们与国内一批相关领域的专家一起，攻克重大技术难题，于2024年6月成功研发出中国首个大流量UVC LED消毒系统。
该系统一次性通过了所有测试和验证要求，灭菌率高达99.999%。它已部署在二次供水系统中以供实际应用。与此同时，针对二次供水和定点饮用水应用的完整产品组合已经全面开发，目前所有产品批次正在进行试点部署。
这一进展标志着克服国外技术依赖的突破。从核心芯片开发到全系统设备设计和软件集成，整个解决方案均拥有自主知识产权支持，并已达到量产能力。
这一成果显着提升了我国保障末端水安全的能力，是饮用水消毒系统领域的重要技术创新和替代突破。
优秀的产品设计
全方位打造高性能
1. 高光学功率芯片和高功率密度光源
在材料生长方面，UVLEDTEK 采用金字塔纳米图案衬底结合高低速脉冲外延生长和缺陷修复技术来生产高质量的AlGaN 外延材料。
在芯片电极金属化优化中，独特设计的高反射率电极结构与SWDL反射结构发挥了关键作用，最终将器件发光效率提高了32%以上。
此外，研发团队精心设计了成分梯度量子阱结构和成分渐变的电子阻挡层。这些创新基于半导体物理原理，优化了能带结构，提高了电流注入效率，提高了电子空穴复合效率，从而产生更强的光功率输出。
2.打破传统汞灯的波长限制，提高效率
UVLEDTEK 开发了基于 AlGaN的UV LED，其发射波长范围为210–365nm，可调，突破了传统汞灯的固定254nm限制。
国际研究表明，与254nm波长相比，279nm波长对MS2具有更好的灭活性能。此外，在260-280nm范围内，紫外线透过水的透射率优于254nm。
对于相同尺寸的颗粒，例如悬浮固体（SS）和微生物絮凝物，波长越长，屏蔽效果越弱。这意味着在相同的灭菌效率要求下，UVC LED系统需要更低的剂量，从而显着提高消毒效率，实现更精准、更快速的灭菌。
3. 无影-光场设计，全方位消毒
UVLEDTEK采用先进的几何光学设计，结合多介质光传输模拟和多物理场数值建模，将紫外光精确地注入反应室。
在室内，构建了一个没有阴影区域的高效-紫外线辐射场。这一创新设计保证了消毒过程中，水体的每个部分都得到充分的紫外线照射，实现全面、全方位的消毒。有效消除因光线分布不均匀造成的消毒盲点。
4. 带有旋转引导装置的流场设计
优化流体动力学以增强消毒性能
UVLEDTEK研发团队对水流行为进行了深入研究，发现最大流速对灭菌效率有显着影响。从流体动力学的角度来看，过快的水流可能会缩短微生物在紫外线照射区的停留时间，阻碍紫外线充分照射，从而降低消毒效果。
基于这一见解，该团队创新性地重新设计了入口和出口几何形状，以诱导通过辐照区域的受控旋转流，有效降低峰值流速。
这种结构优化不仅提高了灭菌性能，还确保了整个水体的紫外线剂量分布更加均匀。旋转流使微生物充分受到紫外线照射，确保每种病原体都得到足够的灭菌剂量，从而显着提高整体消毒效率。
5.基于管道水的光源冷却技术
高效热管理
UVLEDTEK研发的大功率LED紫外线消毒器采用先进的水冷却方式，直接利用管道内流动的水对光源进行散热。这样就无需额外的专用冷却设备，从而显着降低系统投资成本。
该技术尺寸紧凑、效率高。通过集成人工智能控制算法，光输出功率和冷却水流量都可以根据实时处理需求进行动态调整。例如，当流量增加时，系统自动提高光照强度和冷却水量，确保稳定运行；当负载降低时，这两个参数都相应降低，以达到节能的目的。
此外，石英光学窗口与水温保持热平衡，有效缓解结垢问题，这与传统汞灯不同，传统汞灯在600-1000 度的表面温度下工作并且容易结垢。维护也得到简化，无需关闭或转移管道流量即可维修光源。
运行数据表明，采用这种冷却设计，UV光源的使用寿命可延长30%~50%。
6. RED-CFD 耦合仿真，实现精确量化和可靠运行
UVLEDTEK的技术团队采用国际先进的RED-CFD（辐射能量分布计算流体动力学）设计UVC LED反应器。在这种配置中，光源在没有浸入水中的保护套的情况下工作，使得流场更加合理，并有利于光场和流体动力场之间更强的耦合。
高反射率的结构设计进一步提高了紫外线利用效率。该系统使用直流 (DC) 电源，无需高频镇流器，并可与光伏能源系统直接集成，从而提高能源效率。
与依赖支撑结构而造成较高水头损失的传统水银灯系统相比，这种设计显着降低了液压阻力，并实现了更紧凑的系统占地面积和更低的安装空间要求。
通过RED-CFD耦合模拟分析，可以精确量化紫外线消毒剂量、光源配置、水流速度等关键参数，确保卓越的性能和稳定的运行。这为用户提供了高度可靠、高效的消毒解决方案。
7. 简单直观的人机界面，操作方便
UVLEDTEK开发的用于二次供水的UVC LED紫外线消毒系统配备了简洁直观的人机界面（HMI）设计。
通过交互式显示屏，操作员可以清晰、直接地实时监控紫外线剂量、光照强度、流量等关键操作参数。同时，该界面允许通过简单的菜单结构轻松访问系统日志和警报记录。
这种简化的设计显着缩短了操作员的学习曲线，提高了整体维护效率，使系统管理更加方便、高效、用户友好。
8. 模块化设计，简化维护和操作，确保运行平稳。
UVLEDTEK研发的二次供水用UVC LED紫外线消毒系统采用模块化设计理念，光源与反应室结构独立。
紫外线通过反应室上的高透射率石英玻璃窗均匀地传输到水中，确保稳定的消毒性能，同时允许在不中断供水的情况下进行维护操作。
由于这种模块化架构，系统维护变得更加方便。当某个模块出现故障时，可以快速更换，而不影响整体运行，保证系统性能持续稳定，为用户提供可靠的操作体验。
9、响应速度快、运行稳定、节能降耗
UVLEDTEK开发的UVC LED紫外线消毒系统具有快速启动能力，无需任何预热过程即可立即达到峰值功率输出。相比之下，传统的汞灯需要 15-30 分钟的预热时间，并逐渐增加紫外线强度。
它的光输出不受水温的影响，并且调光范围很宽，从0%到100%，而汞灯通常在有限的30%–100%的调节范围内工作。
此外，频繁的开关循环不会影响LED系统的使用寿命，这与水银灯不同，水银灯的寿命在反复开关下会显着缩短。该系统还可以集成流量、余氯和 UVT（紫外线透射率）参数，从而实现协调控制并精确适应不同的操作条件。
UVLEDTEK研发的UVC LED紫外线消毒系统经过专业第三方机构的严格测试。结果表明，其消毒灭菌性能达到并超过国家标准，为终端二次供水和差异化供水系统提供了坚实可靠的保障。
差异化供水被视为解决饮用水安全和公共卫生的重要未来方向，特别是在水资源有限的地区。在此背景下，UV-LED紫外线消毒系统以其优异的性能，成为末端水安全处理的高效解决方案。
目前，该产品已在福建、浙江、武汉、鄂州、苏州等多个地区试点。公司期待与更多对此技术感兴趣的合作伙伴共同推动其应用、推广和进一步的技术研究，不断推进终端饮用水系统的安全。
确保终端供水安全、保护公众饮水健康仍然是核心任务。我们希望通过科技，守护每一滴饮用水，开启优质饮水新时代，为家人健康筑起坚实的防线，让生活更美好、更健康。
