研究目的针对部队野外用水安全问题,特别是遂行特种作战时难以获得洁净水源以及可能存在水源生物污染的情况,本课题对深紫外LED的发光性能和饮用水消毒效果进行研究,对深紫外LED单兵饮水消毒装置进行小型轻便化设计和初步试制,测试其消毒效率并探讨影响因素,为保障野外单兵饮水生物安全提供一种科学有效的方法和研发思路。研究方法1.紫外线消毒文献研究及深紫外LED与传统紫外汞灯的差异研究通过对紫外汞灯消毒的文献研究,了解紫外汞灯的消毒特点、微生物消毒剂量以及消毒应用规范,深入学习深紫外LED饮水消毒的相关研究和应用进展,比较特定发光波长的深紫外LED与传统紫外汞灯的性能差异,为后续研究提供指导。2.根据深紫外线LED的杀菌剂量特点进行初步装置设计和开发应用根据上述文献研究,采用工程设计软件（UG,NX10.0）合理设计新型深紫外LED饮水消毒装置,包括对紫外反应器结构设计、LED灯珠阵列排布及散热附件设计,结合3D打印技术,制作一种适合单兵使用的深紫外LED军用水壶以及一种过流式饮水消毒装置。3.对装置的消毒效果进行实验验证利用深紫外LED对实验室培养的常见饮水致病菌进行平板消毒实验,观察深紫外LED消毒效果。利用初步开发的深紫外LED军用水壶以及过流式饮水消毒装置对实验室配置的染菌水样进行消毒试验,评估消毒效果和影响因素。根据紫外线饮水消毒国家规范的标准方法（GB28235-2020）对饮水消毒效果进行验证。4.对深紫外LED灯珠的发光强度和发光特性进行测试和光仿真分析根据深紫外LED灯珠的出厂参数和发光特性,采用紫外LED照度仪对实验中采用的深紫外LED灯珠光强度分布进行测试,并利用matlab软件对深紫外LED灯珠的光场分布进行仿真,直观地了解深紫外LED光源的发光特性和空间中的光强度分布,分析装置存在的缺陷并进一步指导设计。5.深紫外LED消毒装置的紫外照射剂量评价采用紫外平行光束仪及等效生物验证剂量测量的方法,对消毒装置在一定照射时间和流量状态下提供的等效紫外照射剂量进行评估,画出水壶照射时间-紫外剂量关系图和过流式饮水消毒装置流量-剂量关系图,评估装置达到有效剂量时的使用方法,并提出改进意见。结果通过本研究证实280 nm波长的深紫外LED能快速有效地灭活饮水中的致病菌,5 m W的单颗深紫外LED能在3 min以内实现军用水壶内大肠杆菌3 log的灭活,实验中发现深紫外LED军用水壶饮水消毒存在拖尾现象,即照射至8 min甚至更长时间,水样中仍能检出少量的大肠杆菌存活。使用过流式水消毒装置在300 m L/min的流量下能使大肠杆菌浓度从10~5 CFU/100m L降到0 CFU/100m L,在60 m L/min的流量下,实现MS2噬菌体的2 log灭活,相当于40 m J/cm~2的等效生物验证剂量。结论深紫外LED军用水壶和过流式饮水消毒装置能快速有效地实现饮用水消毒,能为单兵饮水安全保障提供一种新方法。紫外线消毒相较于传统单兵饮水消毒方式,如添加氯制剂、过滤等方法,具有安全无毒、无添加、操作简单、可反复使用的特点,且深紫外LED单兵饮水消毒装置体积小巧、便携易用,具备极好的军事应用前景。目前深紫外LED仍然存在发光效率低下,能耗较高等不足,更广泛的应用有赖于提高深紫外LED的出光效率,以及结构设计优化,以达到更好的消毒效果并提高能量利用效率。