多伦多大学研究人员使用太阳能技术改善墨西哥的雨水收集

多伦多大学的一组研究人员正在研究使用太阳能紫外线(UV)LED来处理墨西哥收集的雨水。

应用科学与工程学院的硕士生MistelleHaughton和博士候选人KarlyeWong是少数专注于UVLED对集水系统的好处的研究人员之一。

学生们目前正在对文献进行广泛的系统审查，以总结出以前使用紫外线对雨水进行消毒的案例研究中吸取的所有经验教训。

“我们只发现了大约30篇与我们正在实施的内容接近的论文——而且在这些论文中，关注LED的并不多，”Haughton说。

紫外线可以使波长在140至280纳米之间的水传播病原体失活。光照射在表面上的时间量称为剂量。市售紫外线装置通常提供推荐的每平方厘米40毫焦耳剂量的紫外线，以有效对抗细菌、原生动物和大多数病毒。

“微生物会吸收紫外线，当DNA和RNA吸收紫外线时，DNA和RNA会受到破坏——有效地使生物体失活，这意味着它们无法繁殖，也无法再传播疾病，”Haughton说。

通常，用于水处理的紫外线系统使用汞灯。相比之下，UVLED占地面积更小，维护成本低，并且具有通过集成流量传感器远程启动或停止的功能，这可能会延长使用寿命。

在土木与矿产工程系教授RonHofmann的指导下，Haughton和Wong正在现场探索使用UVLED处理雨水，并进行利用太阳能供电的试点研究治疗单位。

“我们是最早在该领域实施LED系统的人之一，”多伦多大学土木与矿物工程系饮用水研究小组成员Haughton说。

Haughton正在构建一个太阳能紫外线消毒试点系统，该系统可以在现场使用紫外线设备实施。防水系统看起来像一个小黑盒子，可以连接到紫外线设备和太阳能电池板上。然后，该设备会向UVLED供电。

该系统可以帮助补充紫外线系统的电力需求，紫外线系统需要可靠的能源供应以确保正常运行。该系统还可以作为氯等水处理化学品的安全替代品，这些化学品通常处理不当，不适合城郊社区——农村和城市社区之间的过渡区域

该团队的实地工作在距离墨西哥城约一小时车程的圣胡安特拉科滕科进行。Haughton说当地人目前季节性地交替使用经过氯化处理的市政用水和收集的雨水。居民还依赖瓶装水饮用，每个家庭每月要花费60到100美元。

“当有人不得不对他们的供水进行化学计量时，他们经常间歇性地进行，并且有很多人反对使用氯，”Haughton说。

雨水收集系统通常出现在农村或城郊地区，这些地区可能无法使用集中供水系统。收割系统通常有一个首次冲洗装置，这是一种用于减少与第一次降雨相关的污染物的装置。

到目前为止，该团队已在现场实施了一个装置，并希望在未来几个月内将这个数字增加到10个。他们还对大肠杆菌和总大肠菌进行水质测试，这是水细菌污染的基本测试，以监测设备的效率。

学生们还在探索使用分子检测方法来检测水中的病原体。

“虽然我们知道紫外线非常擅长灭活细菌病原体，但我们需要确保雨水系统中没有紫外线不擅长杀死的病原体，”霍顿说。

“高级生命形式的生物，如蠕虫，需要更高剂量和强度的紫外线才能使这些生物失活。”

为确保实施成功，团队采用跨学科方法，不仅关注单元的技术集成，还关注教育和用户感知。

在接下来的两年里，该团队将监测现场的紫外线装置。短期内，他们将测试试点系统并制定初步测试计划，希望这项研究能够继续发展。

“我希望这项技术可以帮助最需要的人增加获得清洁饮用水的机会，”霍顿说。