การออกแบบและการประยุกต์ใช้ระบบ UV LED สำหรับการบำบัดน้ำ - ความรู้ - ข่าว

ความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ได้นำไปสู่การพัฒนาไดโอดเปล่งแสง (LED) ที่สามารถปล่อยรังสี UV ในสเปกตรัมแคบ (UV LEDs) ที่ความยาวคลื่นที่สามารถยับยั้งสิ่งมีชีวิตที่ทำให้เกิดโรคได้ เมื่อเร็วๆ นี้ ชิปและแพ็คเกจ UV LED เป็นผลิตภัณฑ์หลัก มีการพัฒนาในแง่ของการส่งออกพลังงาน อายุการใช้งาน และแม้กระทั่งการจัดการต้นทุนการผลิต ความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยี UV LED ทำให้สามารถนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้กับการบำบัดน้ำได้ อันที่จริง UV LED มีคุณสมบัติที่น่าสนใจที่สามารถนำนวัตกรรมมาสู่เทคโนโลยี UV สำหรับการบำบัดน้ำ มีการกล่าวถึงประเด็นสำคัญสามประการของระบบบำบัดน้ำ UV LED: การออกแบบ การใช้งาน และการใช้งาน

ออกแบบ

ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของ UV LED คือความยืดหยุ่นในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์โดยให้อิสระในการกำหนดค่าและการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์ในระดับที่สูงขึ้น ตัวอย่างเช่น การศึกษาหลายชิ้นได้นำเครื่องปฏิกรณ์ UV LED มาใช้สำหรับการฆ่าเชื้อในน้ำ (เช่น Würtele et al. 2011; Jenny et al. 2014; Oguma et al. 2016a, b) และแต่ละงานก็นำแนวคิดการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์มาใช้ต่างกัน เกณฑ์การออกแบบสำหรับหลอด UV แบบปรอททั่วไปไม่จำเป็นต้องใช้กับเครื่องปฏิกรณ์ UV LED เนื่องจาก UV LED เป็นแหล่งรังสีที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง โดยมีขนาดเล็กและมีการกระจายเชิงมุมของการปล่อยรังสี เนื่องจากต้นทุนยังคงเป็นความท้าทายอย่างหนึ่งสำหรับการประยุกต์ใช้ UV LED สำหรับการบำบัดน้ำ การออกแบบที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงโดยใช้หลอด UV LED ในจำนวนที่จำกัดจึงเป็นสิ่งจำเป็นในการทำให้เทคโนโลยีเป็นไปได้

ประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์ UV สำหรับการบำบัดน้ำเป็นหน้าที่ของปริมาณรังสี UV หรือ fluence ที่ส่งไปยังน้ำ ในทางกลับกันความคล่องแคล่วเป็นหน้าที่ของอัตราการไหลและเวลาที่อยู่อาศัย ด้วยเหตุนี้ การกระจายรังสีและความเร็วจึงเป็นตัวกำหนดปัจจัยสำหรับประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์ UV ปรากฏการณ์เหล่านี้ควบคู่ไปกับจลนศาสตร์ของการหยุดการทำงานของจุลินทรีย์ ค่าคงที่ของอัตราที่จุลินทรีย์ใดๆ เป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่น UV จะกำหนดประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องปฏิกรณ์สำหรับการฆ่าเชื้อในน้ำ รังสีของเครื่องปฏิกรณ์ อุทกพลศาสตร์ และความยาวคลื่น UV สามารถควบคุมได้ดีกว่าในเครื่องปฏิกรณ์ UV LED เมื่อเทียบกับเครื่องปฏิกรณ์หลอด UV (Taghipour, 2018)

สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กที่มีการใช้งานในจุดใช้งาน (POU) และจุดเข้าใช้งาน (POE) ตัวอย่างเช่น หลอดไฟมักจะถูกจัดตำแหน่งไว้ที่ส่วนกลางของเครื่องปฏิกรณ์โดยมีแกนขนานกับการไหลของของไหลหลัก ทิศทาง. สำหรับแนวคิดของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าว มีอัตราการไหลที่ไม่สม่ำเสมอกันมากตามเส้นทางของกระแสน้ำต่างๆ ที่ไหลจากทางเข้าของเครื่องปฏิกรณ์ไปยังทางออก เนื่องจากการกระจายรังสีของหลอด UV มีความแปรปรวนอย่างมีนัยสำคัญในแนวรัศมี ในเครื่องปฏิกรณ์ UV LED ความไม่สม่ำเสมอนี้สามารถป้องกันได้ เนื่องจากโปรไฟล์การแผ่รังสี UV LED มีทิศทางหลักที่สามารถปรับมุมมองเชิงมุมได้ และโปรไฟล์การแผ่รังสีของมันสามารถปรับเปลี่ยนได้ นอกจากนี้ การเลือกตำแหน่งและทิศทางที่ถูกต้องของพลังงานการแผ่รังสี ซึ่งเป็นไปได้ง่ายสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ UV LED สามารถป้องกันการสูญเสียพลังงานการแผ่รังสีไปยังผนังเครื่องปฏิกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อเทียบกับหลอด UV

มีข้อจำกัดที่คล้ายกันสำหรับการควบคุมความเร็วการไหลของของไหลและการกระจายเวลาที่อยู่อาศัยในเครื่องปฏิกรณ์หลอด UV เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วหลอด UV จะถูกวางไว้ภายในเครื่องปฏิกรณ์ อุทกพลศาสตร์ของเครื่องปฏิกรณ์มักจะได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการมีอยู่ของหลอด UV สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กที่มีหลอดไฟเดี่ยวซึ่งมีแกนขนานกับทิศทางการไหลของของไหลหลัก ตัวอย่างเช่น ต้องการความเร็วสูงสุดใกล้พื้นผิวหลอด UV ซึ่งอัตราการไหลอยู่ที่ค่าสูงสุด

อย่างไรก็ตาม โปรไฟล์ความเร็วใกล้กับปลอกหลอด UV หรือพื้นผิวแข็งใดๆ โดยทั่วไปนั้นแทบจะเป็นศูนย์ ดังนั้นจึงมีข้อจำกัดทางเทคนิคและในทางปฏิบัติสำหรับการจับคู่การไหลและการกระจายรังสีเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์ที่เกือบสมบูรณ์แบบสำหรับเครื่องปฏิกรณ์หลอด UV ดังกล่าว ไม่มีข้อจำกัดนี้สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ UV LED ซึ่งสามารถติดตั้ง UV LED ในตำแหน่งต่างๆ ได้ รวมถึงนอกเครื่องปฏิกรณ์ และโปรไฟล์การแผ่รังสีของพวกมันสามารถปรับเปลี่ยนได้เพื่อให้มีอัตราการไหลที่พุ่งสูงขึ้นที่บริเวณที่มีความเร็วสูงขึ้น

อัตราคงที่สำหรับการหยุดทำงานของ UV ของแบคทีเรียและไวรัสต่างๆ อาจแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่น แม้จะอยู่ใกล้กับการดูดกลืนสูงสุดของ DNA (Mamane-Gravetz et al. 2005; Beck et al. 2015) ในขณะเดียวกัน สามารถปรับความยาวคลื่นสูงสุดของหลอด UV LED ได้ เพื่อให้ได้ค่าคงที่อัตราการหยุดทำงานที่สูงขึ้นสำหรับจุลินทรีย์เป้าหมาย นี่คือเหตุผลที่ความไวของสเปกตรัมหรือที่เรียกว่าแอคชั่นสเปกตรัมของจุลินทรีย์เป็นกังวลในการใช้งาน UV LED

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะสรุปชุดข้อมูลจลนพลศาสตร์การตอบสนองของ fluence-response ของจุลินทรีย์ต่างๆ ภายใต้การปล่อย UV LED บทวิจารณ์บางส่วนได้ใช้ความพยายามดังกล่าวโดยอิงจากข้อมูลที่เผยแพร่ (เช่น Malalayeri et al. 2016) ซึ่งสามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงได้ อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือการเปรียบเทียบประสิทธิภาพการปิดใช้งานในการศึกษาที่แตกต่างกันอย่างง่าย ๆ อาจทำให้เข้าใจผิดได้ เนื่องจากข้อมูลที่ไม่สอดคล้องกันและหาที่เปรียบมิได้จำนวนมากที่รายงานในการศึกษาที่ตีพิมพ์ ตามที่กล่าวไว้ในบทความทบทวนหนึ่งฉบับ (Song et al. 2016)

ปัจจัยหลักประการหนึ่งที่ทำให้เกิดความไม่สอดคล้องนี้คือการใช้การตั้งค่าการทดลองที่แตกต่างกันและเทคนิคต่างๆ สำหรับการวัดความคล่องแคล่วในการศึกษาการหยุดทำงานของ UV LED (เช่น Würtele et al. 2011; Oguma et al. 2016a, b; Beck et al. 2017; Rattanakul and Oguma 2018) . ดังนั้น การกำหนดมาตรฐานของโปรโตคอลการทดสอบ UV LED จึงจำเป็นเพื่อให้ได้การเปรียบเทียบที่น่าเชื่อถือระหว่างการศึกษาต่างๆ และที่สำคัญกว่านั้น เพื่อให้ได้ข้อมูลจลนศาสตร์การหยุดทำงานที่ถูกต้อง มีการเสนอโปรโตคอลดังกล่าว (Kheyrandish et al. 2017, 2018) และ "โปรโตคอลการทดสอบ IUVA" สำหรับระบบ UV LED กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนาโดยคณะทำงานของ IUVA

Figure 1. Design UV LED Reactors — รูปที่ 1 การออกแบบ: A) อุทกพลศาสตร์ของเครื่องปฏิกรณ์ UV LED สามารถปรับได้โดยใช้เครื่องผสมแบบสถิต โดยที่แหล่งกำเนิดรังสีไม่รบกวนการไหลของของเหลว ข) พลังการแผ่รังสีสามารถรักษาไว้ได้ดีกว่าโดยใช้ผนังเครื่องปฏิกรณ์สะท้อนแสง C) การกระจายรังสีสามารถควบคุมได้ผ่านเลนส์ออปติคัล

สำหรับตอนนี้ หากไม่มีโปรโตคอลมาตรฐานดังกล่าว ตัวเลือกง่ายๆ สำหรับการศึกษาเปรียบเทียบคือการสรุปข้อมูลที่ได้รับโดยใช้การตั้งค่าเดียวกันและคำจำกัดความของ fluence ที่สอดคล้องกัน ความพยายามนี้จัดทำโดยกลุ่มวิจัยซึ่งนำเสนอโปรไฟล์การตอบสนองของจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพโดยใช้หลอด UV LED ที่ 265, 280 และ 300 นาโนเมตร (Oguma et al. 2019) กลุ่มรายงานค่าคงที่อัตราการหยุดทำงานและความคล่องแคล่วที่จำเป็นสำหรับการปิดใช้งาน n log (n=1, 2, 3 และ 4) ของเชื้อโรค (Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa, Vibrio parahaemolyticus และ feline calicivirus) และตัวบ่งชี้ / ตัวแทนสายพันธุ์ (Escherichia coli ,Bacillus subtilisspores และ bacteriophages Qβ และ MS2)

เมื่อมีโปรโตคอลการทดสอบมาตรฐาน UV LED แล้ว นักวิจัยสามารถทำการทดลองในลักษณะที่เป็นอิสระและเปรียบเทียบกันได้ และผลลัพธ์ที่ได้จะปรับปรุงและเพิ่มคุณค่าฐานข้อมูลการยับยั้ง UV LED ของการปล่อยต่างๆ สำหรับจุลินทรีย์ที่หลากหลาย

การดำเนินการ

คุณสมบัติพิเศษของระบบเครื่องปฏิกรณ์ UV LED ได้แก่ แรงดันไฟฟ้าและความต้องการพลังงานต่ำ ไม่มีเวลาอุ่นเครื่องพร้อมความสามารถในการเปิด/ปิดอัตโนมัติและความถี่สูง และตัวเลือกต่างๆ สำหรับการจัดการความร้อน คุณสมบัติเหล่านี้อาจส่งผลให้มีการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ UV LED สำหรับการใช้งานที่เครื่องปฏิกรณ์หลอด UV ไม่สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ คุณสมบัติพิเศษอื่นๆ บางประการของเครื่องกรองน้ำ UV LED ได้แก่ การออกแบบที่ทนทานและขนาดเล็ก ซึ่งทำให้เทคโนโลยีนี้เหมาะสมสำหรับการใช้งาน POU ที่อาจไม่ได้ใช้เทคโนโลยีการบำบัดน้ำแบบดั้งเดิมอย่างเหมาะสมที่สุด

Figure 2. Operation UV LED Water Treatment Systems — รูปที่ 2 การทำงาน: ระบบบำบัดน้ำ UV LED มีข้อดี เช่น ค่าบำรุงรักษาที่ต่ำ ความสามารถในการเปิดและปิด การใช้พลังงานและแรงดันไฟฟ้าต่ำ และไม่มีสารปรอทปนเปื้อน

เครื่องปฏิกรณ์ UV LED โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งาน POU ต้องการพลังงานและแรงดันไฟฟ้าต่ำ ซึ่งหมายความว่าสามารถดำเนินการได้อย่างง่ายดายด้วยแผงโซลาร์เซลล์พร้อมชุดแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ ซึ่งมีจำหน่ายตามท้องตลาด ดังนั้นพลังงานหมุนเวียนในราคาที่เหมาะสมอาจถูกนำมาใช้เพื่อเปลี่ยนระบบเครื่องปฏิกรณ์ UV LED ให้เป็นเทคโนโลยีการบำบัดน้ำนอกกริด นอกจากนี้ การขาดพลังงานไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องในชุมชนขนาดเล็กและชนบท โดยทั่วไป และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศกำลังพัฒนา มักเป็นปัญหา แต่ก็ไม่ใช่ข้อจำกัดที่สำคัญสำหรับ UV LED

ไฟ LED UV สามารถเปิดได้เมื่อน้ำได้รับการบำบัดและปิดเมื่อไม่ได้รับการบำบัด ด้วยเหตุนี้ สำหรับการใช้งาน POU ที่มีการใช้น้ำและบำบัดน้ำเป็นระยะๆ หลอด UV LED จะไม่ต้องเปลี่ยนตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ (ส่งผลให้ประหยัดค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนหลอดไฟ) และใช้พลังงานเพียงเศษเสี้ยวของพลังงาน (ส่งผลให้มีปริมาณมาก) ประหยัดพลังงาน)

ที่สำคัญกว่านั้น เครื่องปฏิกรณ์ UV LED ต้องการการบำรุงรักษาเพียงเล็กน้อย ซึ่งรวมถึงการทำความสะอาดแขนเสื้อบ่อยๆ และการเปลี่ยนแหล่งกำเนิดแสงยูวี ความเปรอะเปื้อนของปลอกหลอด UV ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากหลอดไฟที่ทำงานที่อุณหภูมิค่อนข้างสูงและการถ่ายเทความร้อนของหลอดไฟจากปลอกหุ้ม การตกตะกอนที่เกิดจากความร้อนของโลหะที่มีความสามารถในการละลายแบบกลับหัวเป็นกลไกสำคัญที่คราบสกปรกจะเกาะอยู่บนปลอกหลอด UV

ในเครื่องปฏิกรณ์ UV LED ความร้อนที่เกิดจาก UV LED จะถูกลบออกจากแผงวงจร LED (ไม่ใช่หน้าต่างหรือปลอกควอตซ์) ดังนั้นจึงไม่คาดว่าการเปรอะเปื้อนของปลอกจะมีนัยสำคัญ ซึ่งหมายความว่าการบำรุงรักษาและการทำความสะอาดตามปกติไม่น่าจะเกิดขึ้น ประเด็นสำคัญ ดังนั้น การไม่มีผู้ปฏิบัติงานที่มีทักษะ ซึ่งเป็นหนึ่งในข้อจำกัดหลักในชุมชนขนาดเล็กและชนบท ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการฆ่าเชื้อโรคในน้ำหลายอย่าง อาจไม่ใช่ข้อจำกัดหลักสำหรับระบบ UV LED

แอปพลิเคชัน

ด้วยกำลังการแผ่รังสีที่แผ่ออกมาและประสิทธิภาพของปลั๊กติดผนังของหลอด UV LED ในปัจจุบัน การใช้เครื่องปฏิกรณ์ UV LED ที่เหมาะสมกว่าคือการบำบัดอัตราการไหลที่ไม่สม่ำเสมอและต่ำ ซึ่งรวมถึงการรวมเครื่องปฏิกรณ์เข้ากับเครื่องใช้สำหรับผู้บริโภคและเชิงพาณิชย์ เช่น ตู้กดน้ำและเครื่องทำความเย็น เครื่องทำน้ำแข็งและกาแฟ และห้องปฏิบัติการและอุปกรณ์น้ำทางการแพทย์ การรวมเครื่องปฏิกรณ์ UV เข้ากับอุปกรณ์เหล่านี้เกิดขึ้นได้เป็นครั้งแรก เนื่องจากเครื่องปฏิกรณ์ UV LED มีขนาดเล็กและมีคุณสมบัติพิเศษ

อีกโปรแกรมหนึ่งคือการบำบัดน้ำที่ POU การบำบัดน้ำ POU เป็นอุตสาหกรรมที่เกิดขึ้นใหม่ทั่วโลกเนื่องจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นทั้งในประเทศที่พัฒนาแล้วและกำลังพัฒนา ตลาดสำหรับระบบดังกล่าวคาดว่าจะมีมูลค่าเกือบ 25 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2020 และคาดว่าจะเติบโตที่อัตราการเติบโตแบบทบต้นต่อปี (CAGR) ประมาณ 10% (ตลาดระบบบำบัดน้ำ ณ จุดใช้งาน, 2016)

Figure 3. Application UV LED Technology Water Sector — รูปที่ 3 การใช้งาน: มีความเป็นไปได้ที่หลากหลายสำหรับเทคโนโลยี UV LED ในภาคน้ำ รวมถึงระบบบำบัดน้ำ UV สำหรับน้ำดื่ม POU

ปัจจัยต่างๆ เช่น การเพิ่มการปนเปื้อนของน้ำ การตระหนักรู้ถึงความสำคัญของน้ำดื่มสะอาดที่เพิ่มขึ้น และกิจกรรมการก่อสร้างที่เพิ่มขึ้น ได้ขับเคลื่อนตลาดระบบบำบัดน้ำ POU เครื่องปฏิกรณ์ UV LED อาจเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบำบัดน้ำ POU เนื่องจากมีข้อดีที่ชัดเจน เช่น ขาดการบำรุงรักษาบ่อยครั้งและลดต้นทุนการดำเนินงานและตลอดอายุการใช้งาน เมื่อเทียบกับหลอด UV และเทคโนโลยีทั่วไปอื่นๆ

เครื่องปฏิกรณ์ UV LED ขนาดใหญ่อาจนำไปใช้กับการบำบัดน้ำที่ POE สำหรับบ้านและกระท่อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ LED กลายเป็นตัวเลือกที่เป็นไปได้มากขึ้น ในสหรัฐอเมริกาประเทศเดียว ครัวเรือนและกระท่อมประมาณ 20 ล้านครัวเรือนต้องพึ่งพาบ่อน้ำส่วนตัว ในขณะที่อีกนับหมื่นคนต้องพึ่งพาทะเลสาบ แม่น้ำ และแหล่งน้ำผิวดินอื่นๆ จากการศึกษาหลายชิ้นพบว่าร้อยละมากของบ่อน้ำในภูมิภาคใดก็ตามมีจุลินทรีย์ เช่น อี. โคไล ที่อาจพบได้ในแหล่งน้ำบนดินและน้ำผิวดิน ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง ดังนั้น เครื่องปฏิกรณ์ UV LED จึงเป็นทางเลือกหนึ่งในการบำบัดน้ำที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด เพื่อให้แน่ใจว่าน้ำดื่มที่ปลอดภัยสำหรับบ้านเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจ ห่างไกล และในชนบทจำนวนมาก

ในญี่ปุ่น ความครอบคลุมตามจำนวนประชากรของการประปาสาธารณะอยู่ที่ประมาณ 97.9% (ณ ปี 2016) ซึ่งหมายความว่าประชากรที่เหลือ (ประมาณ 2.7 ล้านคน) อาศัยระบบประปาในชุมชนขนาดเล็กและ/หรือบ่อน้ำส่วนตัว สิ่งอำนวยความสะดวกขนาดเล็กดังกล่าวไม่จำเป็นต้องใช้คลอรีน และบางครั้งก็ไม่มีการบำบัด ซึ่งรวมถึงคลอรีนด้วย การสัมภาษณ์แบบตัวต่อตัวกับชาวบ้านในท้องถิ่นเปิดเผยว่าพวกเขาไม่ต้องการเติมคลอรีนจริงๆ เนื่องจากข้อกังวลเรื่องรสชาติและกลิ่น แม้ว่าพวกเขาจะเข้าใจถึงความเสี่ยงต่อสุขภาพที่อาจเกิดขึ้นจากการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ในน้ำ

เป็นที่น่าสังเกตว่าในอุบัติเหตุคุณภาพน้ำดื่มที่เกี่ยวข้องกับความเสียหายต่อสุขภาพในช่วง 30 ปีที่ผ่านมาในญี่ปุ่น ประมาณ 93% (130 จาก 140 อุบัติเหตุ) เกิดจากการล้มเหลวในการฆ่าเชื้อ จากข้อเท็จจริงดังกล่าว อุปกรณ์ POU และ POE ที่ทำงานเพื่อการฆ่าเชื้อ โดยไม่ส่งผลกระทบในทางลบต่อรสชาติและกลิ่น จะเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดและใช้งานได้จริงมากที่สุดสำหรับแหล่งน้ำในชุมชนและบ่อน้ำส่วนตัว เป็นที่ชัดเจนว่า LED UV สามารถช่วยตอบสนองความต้องการคุณภาพน้ำของประชากรเหล่านี้ได้

ความจำเป็นที่สำคัญอีกประการสำหรับการรักษา POU และ POE มีอยู่ในประเทศกำลังพัฒนา โดยเฉพาะอย่างยิ่งประเทศที่ประสบปัญหาการขยายตัวของเมืองอย่างรวดเร็วและการเติบโตทางเศรษฐกิจ ค่าใช้จ่ายของ UV LEDs อาจเป็นปัญหาในปัจจุบัน แต่อาจเป็นปัญหาระยะสั้น ดร.คูมิโกะ โอกุมะ มหาวิทยาลัยโตเกียว และเพื่อนร่วมงานของเธอได้ทำการสำรวจภาคสนามอย่างเข้มข้นเกี่ยวกับคุณภาพน้ำและพฤติกรรมการใช้น้ำในเอเชีย (เช่น เวียดนาม เนปาล อินโดนีเซีย ศรีลังกา และฟิลิปปินส์) และตั้งข้อสังเกตว่าการกลายเป็นเมืองอย่างรวดเร็วโดยทั่วไปส่งผลให้มีข้อจำกัด การเข้าถึงระบบน้ำประปาส่วนกลาง พวกเขาสนับสนุนให้คนจำนวนมากใช้แหล่งน้ำกระจายอำนาจ เช่น บ่อน้ำส่วนตัว (เช่น Guragai et al. 2018, Do et al. 2014)

ยิ่งไปกว่านั้น แม้ว่าประชาชนจะสามารถเข้าถึงแหล่งน้ำประปาในพื้นที่ของตนได้ แต่ก็ไม่รับประกันการเข้าถึงน้ำที่ปลอดภัย เนื่องจากคุณภาพน้ำประปาจะลดลงหลังจากการขนส่งเป็นเวลานานในเครือข่ายการจัดจำหน่ายที่ไม่ดี ในทางปฏิบัติ คนในท้องถิ่นใช้กลยุทธ์การเผชิญปัญหาหลายประการ รวมถึงการติดตั้ง POU และ POE ผลการสำรวจพบว่าประมาณ 76% ของชาวเมืองฮานอยตอนกลางกำลังทำการรักษา POU ที่บ้าน (Do et al. 2014); อย่างไรก็ตาม เครื่องมือ POU บางตัวที่ใช้งานไม่ได้ทำงานเป็นอุปสรรคต่อจุลินทรีย์อย่างมีประสิทธิภาพ UV LED สามารถเป็นตัวเลือกเสริมที่ชาญฉลาดสำหรับระบบดังกล่าว

ปัจจุบันต้นทุนพลังงาน UV สำหรับหลอด LED UV สูงกว่าหลอด UV เมื่อหลอด UV LED มีประสิทธิภาพและกำลังไฟฟ้าสูงขึ้น และกลายเป็นตัวเลือกที่มีราคาจับต้องได้ จะมีการใช้งานที่เป็นไปได้มากมายสำหรับเทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์ UV LED สำหรับการบำบัดน้ำในขนาดที่ใหญ่ขึ้น รวมถึงน้ำดื่มและโรงบำบัดน้ำเสีย