期待深紫外LED的進化
成為水淨化技術發展的新契機
於水淨化的領域，發揮殺菌效果的深紫外光LED越來越受矚目。傳統上使用水銀燈，以其深紫外光做為水殺菌的光源，和其相較之下，深紫外光LED對水淨化系統能帶來更多的好處。此外，越來越多器件製造廠商從事於深紫外光LED的商品化，因而以光做為水淨化技術的發展越加看好。有關深紫外光LED能對水淨化方面帶來什麼樣的嶄新發展，我們訪問了此領域的權威，御茶水女子大學的大瀧雅寬教授。
大瀧雅寬先生
御茶水女子大學
基幹研究院 自然科學系 教授 博士（工學）
波長300nm以下的深紫外光，能有效達到水中病原微生物的不活性化效果，其為一已確立的學說。不過此一使用深紫外光來消毒水的技術，日本是於2000年左右才開始對其產生關注，晚了一些。
其起因為1993年於美國的威斯康辛州密爾沃基，發生了病原微生物隱孢子蟲所引起的感染症(嚴重的腹瀉症狀)。它藉由自來水擴大病情，當時約40萬人受到感染。經由隱孢子蟲所引起的感染症，其集體感染之後也發生在世界各處如英國和加拿大，此外日本的埼玉縣越生町也在1996年發生了經由自來水導致9000人感染的事件。
由於此一在美國發生的大規模集體感染，做為感染症的對策技術，使隱孢子蟲不活性化的技術開發快速的成長。由於隱孢子蟲比較大，一般的淨水處理方法如沉澱或過濾即能完全去除，但是作為消毒藥劑混於自來水中的氯卻沒有辦法殺死牠。研判是因為在氯處理之前的淨水處理過程中發生了問題，導致隱孢子蟲殘留在自來水中，由於氯無法殺死牠，導致了感染症的蔓延擃大。因為此問題的發生，對能有效除去隱孢子蟲的技術開始產生需求。在此背景下，於2000年左右藉由研究了解到深紫外光能有效導致隱孢子蟲的不活性化(圖1)。也同時是這個時候，以北美為中心正式導入了深紫外光於淨水處理過程中。
圖１ 深紫外光LED殺死病原微生物的機制
從水銀燈到LED
超過人們之預期，開始實用化
使用深紫外光之水淨化裝置，做為其光源使用導入LED，是在2014年左右。在此之前由於使用高輝度之可見光LED的照明裝置已經運用於各式各樣的場所，利用LED做為水淨化裝置的光源，此概念其實以前就存在了。不過，具備實用之效率性和長壽命的深紫外光LED，很難到手。即便如此深紫外光LED的實用化還是較預期快了許多。我以前曾經聽LED的專家們說過，要達到實用標準，至少還要再等10年吧。但是實際上2～3年後就已經於市面販售了。
我在研究方面開始使用深紫外光LED是在2016年左右。從學生時代開始，我就從事以光來抑制水中病原微生物相關技術的研究，而現在有關深紫外光的研究方面，「根據光的波長產生不同效果」、「根據微生物種產生不同效果」、「消毒之機制」、「消毒以外的作用」等為主要的研究主題。從事這些研究時，其實一直到最近都只有使用水銀燈做為實驗裝置的光源。當開始使用LED做為光源後，我發現它為實驗帶來了許多的好處。
比方說，投入電源後，光源達到穩定程度的時間縮短了。使用水銀燈時，為了獲取穩定的光源得花很長時間。在多次重複同樣實驗時，深紫外光的此一優勢，會變的十分重要。因為它除了使光源的條件能夠均一以外，還可以縮短實驗所需的時間（圖2）。
圖２ 使用深紫外光LED的水殺菌實驗裝置
為水淨化帶來創新的進化
小型化是極為有利的條件
不光是在實驗上，深紫外光LED也為已經實用化的光水淨化系統帶來了許多重大影響。比方說，使用LED後可以使光源的壽命變長。目前使用水銀燈的水淨化系統，其光源的壽命大約只有1年，光源不能使用後就一定得交換。壽命變長後交換的頻率就可以減少，這麼一來可以減輕維修的負擔，並且還能降低淨化裝置的維護成本。許多的水淨化裝置即能長期運轉。對於使用者來說，減少維修勞力及削減成本，有很大的好處。
另外，談到光源的小型化，和水銀燈相較之下LED具有絕對優勢。此特性也對水淨化系統帶來極大的發展可能性。這是由於安裝光源場所的自由度增加了。配合淨化系統的構造能使光源配置於最佳場所。以光淨化系統來說，如果不能將光照射於水就無法得到效果。可是一旦裝置的構造複雜化，就一定會出現照不到光的“死角”。光源小型化後，就能在許多場所設置光源進而消除“死角”。並且儲水箱內部的各個角落，光也能均一的照射到。
以現況來說，深紫外光LED的壽命較傳統的可見光LED短，因此以能源效率的觀點來看，目前水銀燈仍佔優勢。不過，就如同從前照明用LED的實用化超越我們的預期一樣，今後，較水銀燈具備優越特性的深紫外光LED，將會比我們所想像的還快出現於市面上吧。希望LED的製造廠商們，能夠加把勁努力以不負大眾的期許。