Podczas szczytowego zapotrzebowania w hotelach, scentralizowanego czyszczenia w-zakładach przetwórstwa spożywczego,-uruchamiania linii rozlewniczej-lub jednoczesnej pracy wielu urządzeń, chwilowe natężenie przepływu może wzrosnąć znacznie powyżej normalnej średniej.

System UV może pozostać włączony, a sterownik może nie pokazywać żadnych usterek lampy, choć woda może już przepływać przez reaktor szybciej, niż pozwala na to zatwierdzony zakres działania. Prawdziwym pytaniem nie jest to, czy lampa UV działa, ale czy każda porcja wody nadal otrzymuje wymaganą dawkę promieniowania UV.

Dlatego też systemu UV nie należy projektować wyłącznie pod kątem średniego przepływu. Musi utrzymywać wymaganą skuteczność dezynfekcji, gdy jednocześnie wystąpią maksymalny przepływ chwilowy, minimalna rzeczywista przepuszczalność UV (UVT), starzenie się lampy i inne niekorzystne warunki.

Dlaczego szczytowy przepływ wpływa na dezynfekcję UV?

Dezynfekcja UV działa tylko wtedy, gdy mikroorganizmy podczas przechodzenia przez reaktor pochłoną wystarczającą ilość energii ultrafioletowej. W uproszczeniu dawkę UV można wyrazić jako:

Dawka UV (mJ/cm²) ≈ Intensywność UV (mW/cm²) × Czas ekspozycji (s)

Średni czas retencji hydraulicznej jest powiązany z natężeniem przepływu:

Czas retencji ≈ Efektywna objętość reaktora ÷ Natężenie przepływu

Przy niezmienionej objętości reaktora i mocy UV, wyższe natężenie przepływu zwykle skraca czas przebywania wody w reaktorze i może zmniejszyć dostarczoną dawkę UV.

Brytyjski Inspektorat ds. Wody Pitnej stwierdza, że ​​dawka promieniowania UV zależy od natężenia promieniowania i czasu przebywania wody w reaktorze. Dlatego też nie wolno przekraczać maksymalnego przepływu projektowego określonego przez producenta.

Źródło: Wytyczne Wielkiej Brytanii DWI dotyczące dezynfekcji UV

Jednakże w prawdziwym reaktorze UV ​​nie można dokładnie założyć, że wzrost przepływu o 40% zawsze spowoduje zmniejszenie dawki UV o 40%. Rozkład hydrauliczny, turbulencja, położenie lampy, geometria reaktora i różne ścieżki przepływu przez komorę wpływają na ostateczną dawkę.

Dlatego projekty inżynieryjne powinny opierać się na zweryfikowanej dawce równoważnej redukcji (RED), a nie na samych obliczeniach teoretycznych.

Załóżmy na przykład, że reaktor UV został zwalidowany w następujących warunkach:

• Maksymalny przepływ: 10 m³/h
• Minimalne UVT: 85%
• Zatwierdzona dawka UV: 40 mJ/cm²
• Intensywność UV utrzymuje się powyżej określonej wartości zadanej

Jeżeli rzeczywisty przepływ szczytowy osiągnie 14 m3/h, reaktor pracuje poza zatwierdzonym zakresem. Pozostałej dawki UV nie można wiarygodnie określić poprzez prostą ekstrapolację; możliwy do obrony wniosek jest taki, że oryginalne dane walidacyjne nie gwarantują już skuteczności dezynfekcji.

Nie można ignorować krótkotrwałych-szczytów przepływu

Niektórzy operatorzy zakładają, że szczyt trwający zaledwie kilka minut będzie miał niewielki wpływ na ogólną jakość wody. Jednakże dezynfekcji mikrobiologicznej nie ocenia się na podstawie średniej dawki dziennej.

Nawet jeśli przepływ przekracza pojemność reaktora tylko przez jedną minutę, część wody może otrzymać niewystarczającą dawkę promieniowania UV przed wejściem do zbiornika magazynowego, linii produkcyjnej lub sieci dystrybucyjnej.

W przypadku wody pitnej, produkcji żywności i napojów, produkcji farmaceutycznej i innych zastosowań wrażliwych mikrobiologicznie nawet krótki okres podania zbyt małej dawki należy traktować jako ryzyko systemowe.

Wyzwanie może być większe w przypadku wody powierzchniowej-, wody deszczowej i ścieków, ponieważ przepływ szczytowy może zbiegać się z większym zmętnieniem, zwiększoną zawartością zawiesin lub zmniejszonym promieniowaniem UVT. System napotyka wówczas jednocześnie dwa problemy:

• Szybszy ruch wody skraca czas ekspozycji.
• Zwiększona absorpcja UV zmniejsza efektywną intensywność UV w wodzie.

Ta kombinacja jest trudniejsza do zarządzania niż samo zwiększenie przepływu.

Jak system UV powinien reagować na szczytowy przepływ?

1. Zmierz rzeczywisty przepływ szczytowy

Systemu UV nie należy wybierać, dzieląc całkowite dzienne zużycie wody przez 24 godziny. Odpowiednią wartością obliczeniową jest maksymalny chwilowy przepływ, który może przejść przez reaktor UV.

Przepływ szczytowy może być spowodowany:

• Jednocześnie otwiera się wiele wylotów wody
• Uruchomienie pompy-lub przełączenie pomp
• Szybkie-uzupełnianie zbiornika
• Czyszczenie CIP i płukanie sprzętu
• Jednoczesna praca-linii napełniającej
• Płukanie filtra
• Zmiany zmian produkcyjnych
• Pora deszczowa-lub szczytowy przepływ ścieków

W przypadku projektów komercyjnych i przemysłowych preferowanym podejściem jest użycie przepływomierza lub rejestratora danych do zarejestrowania rzeczywistego profilu przepływu w reprezentatywnym okresie, a następnie porównanie wyników z maksymalną wydajnością pompy.

Sam przepływ- znamionowy pompy lub średnie zużycie wody mogą nie ujawnić prawdziwego szczytowego przepływu przez reaktor UV.

2. Wybierz system UV dla najgorszej-kombinacji przypadków

Przepływ znamionowy systemu UV nie jest niezależny od warunków pracy. Przy wyborze systemu należy uwzględnić co najmniej:

• Maksymalny przepływ chwilowy
• Wymagana dawka UV
• Minimalne rzeczywiste UVT
• Moc lampy na koniec żywotności lampy
• Spodziewane zanieczyszczenie-suszu kwarcowego
• Strata ciśnienia przy przepływie szczytowym
• Celuj w mikroorganizmy

Ten sam reaktor UV może mieć zasadniczo różne maksymalne wydajności oczyszczania przy 90% UVT i 70% UVT.

Arkusz danych podający „20 m³/h” jest zatem niewystarczający, jeśli nie określa również odpowiedniego UVT, docelowej dawki UV i warunków pracy.

W przypadku niektórych zastosowań-do wody pitnej systemy klasy A NSF/ANSI 55 wykorzystują dawkę UV odpowiadającą co najmniej 40 mJ/cm² jako ważne wymaganie wydajności. Jednak wartość ta nie powinna być stosowana automatycznie do każdego projektu. Ostateczną wymaganą dawkę należy określić zgodnie z ryzykiem związanym z wodą źródłową, docelowymi mikroorganizmami i obowiązującymi przepisami lokalnymi.

Źródło: dokument techniczny Health Canada

3. Dynamicznie dostosowuj moc UV w zatwierdzonym zakresie

W systemach o częstych wahaniach przepływu można zastosować sterowanie-tempem przepływu, aby dopasować moc UV do zapotrzebowania.

Gdy natężenie przepływu wzrasta, sterownik może:

• Zwiększ moc lampy
• Aktywuj dodatkowe banki lamp
• Uruchom dodatkowe moduły LED UVC

Kiedy przepływ spada, system może zmniejszyć moc, aby uniknąć niepotrzebnego zużycia energii.

Jednakże sterowanie zmienną-mocą nie może zwiększać wydajności reaktora w nieskończoność. Nawet przy lampach pracujących na maksymalnej mocy wymagana dawka może nie zostać zagwarantowana, jeśli przepływ przekroczy zatwierdzone maksimum.

Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) stwierdza, że ​​monitorowanie dawki UV powinno uwzględniać natężenie przepływu, intensywność UV i stan lampy. Niektóre systemy-dawki obliczeniowej mogą również wykorzystywać dane dotyczące UVT i mocy lampy.

Źródło: Wytycznymi amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA) dotyczącymi dezynfekcji w świetle ultrafioletowym

4. Użyj wielu reaktorów UV w etapowej konfiguracji równoległej

W przypadku projektów komercyjnych i przemysłowych, w których występują duże wahania przepływu, równoległe reaktory UV mogą zapewnić większą elastyczność niż jeden reaktor ponadgabarytowy.

Na przykład:

• Jeden reaktor pracuje w okresach-małego przepływu.
• Drugi reaktor uruchamia się, gdy przepływ wzrasta.
• W szczytowym zapotrzebowaniu na energię działa jednocześnie wiele reaktorów.
• Jeden reaktor pozostaje jednostką rezerwową.

Dzięki temu rozwiązaniu każdy reaktor utrzymuje się w zatwierdzonym zakresie przepływu, jednocześnie redukując niepotrzebne zużycie energii w okresach niskiego-przepływu.

Systemy równoległe wymagają jednak starannego równoważenia przepływu. Jeśli rezystancja odgałęzienia jest różna, jeden reaktor może otrzymywać nadmierny przepływ, podczas gdy inny otrzymuje zbyt mały przepływ.

Dlatego rurociąg powinien być zaprojektowany z odpowiednimi przepływomierzami, zaworami równoważącymi lub automatycznymi zaworami regulacyjnymi.

5. Zmniejsz przepływ szczytowy za pomocą zbiornika buforowego lub-sprzętu sterującego przepływem

Jeżeli wysoki szczyt trwa tylko krótko, przed systemem UV można zainstalować zbiornik buforowy. Pompa o zmiennej-częstotliwości może następnie zasilać reaktor przy bardziej stabilnym natężeniu przepływu.

Inne opcje-kontroli przepływu obejmują:

• Ograniczniki przepływu
• Automatyczne zawory regulacyjne
• Pompy o zmiennej-częstotliwości
• Urządzenia-kontrolujące ciśnienie

Urządzenia te zapobiegają przekroczeniu przez przepływ limitu oczyszczania systemu UV.

UV nie zapewnia pozostałości dezynfekcji. Jeśli za reaktorem zostanie zainstalowany zbiornik magazynujący, zdezynfekowana woda może w dalszym ciągu ulec ponownemu skażeniu podczas przechowywania.

Zbiornik powinien zatem być zaprojektowany w sposób higieniczny, regularnie sprawdzany i czyszczony. W projektach o podwyższonym-ryzyku końcowy stopień UV można zainstalować za zbiornikiem magazynującym, a przed punktem użytkowania.

Brytyjskie DWI zauważa również, że promieniowanie UV nie pozostawia pozostałości środka dezynfekującego, co sprawia, że ​​zarządzanie higieną w systemach przechowywania i dystrybucji jest szczególnie ważne.

Źródło: Wytyczne Wielkiej Brytanii DWI dotyczące dezynfekcji UV

Jak wybrać różne rozwiązania dotyczące-przepływu szczytowego?

Wybór powinien odzwierciedlać czas trwania szczytu, wielkość i częstotliwość wahań przepływu, towarzyszące zmiany-jakości wody, wymagania dotyczące ciągłości i budżet. Krótkie, sporadyczne szczyty można opanować za pomocą buforowania lub ograniczenia przepływu; częste wahania mogą odpowiadać kontroli-przepływu; a szerokie wymagania dotyczące ograniczenia lub redundancji mogą faworyzować reaktory równoległe z podziałem na etapy. W każdym przypadku blokady powinny zapobiegać przedostawaniu się wody uzdatnionej poza zatwierdzonym zakresem do dalszych użytkowników.

Co kupujący powinni potwierdzić u dostawcy systemu UV?

Kupujący powinni zadać więcej pytań niż tylko: „Ile metrów sześciennych na godzinę może obrobić ten system?” Powinni także potwierdzić:

1. Jaka dawka UV jest dostarczana przy przepływie znamionowym?
2. W jakich warunkach UVT określono przepływ znamionowy?
3. Czy dane dotyczące wydajności uwzględniają starzenie się lampy i zanieczyszczenia-koszulką kwarcową?
4. Jakie są zatwierdzone minimalne i maksymalne natężenia przepływu?
5. Jeśli przepływ przekroczy zatwierdzony limit, czy system uruchomi alarm, zamknie zawór, zapewni recyrkulację wody lub będzie ją kontynuował?
6. Czy sterownik monitoruje przepływ, intensywność UV, UVT i zwalidowaną dawkę w czasie rzeczywistym?
7. Jaka jest strata ciśnienia przy przepływie szczytowym?
8. Czy podczas konserwacji lub awarii lampy wymagany jest reaktor rezerwowy?

Jeśli dostawca podaje tylko moc lampy i nie może określić docelowej dawki promieniowania UV, warunków UVT ani maksymalnego zatwierdzonego przepływu, sama moc znamionowa nie zapewnia niezawodnego szczytowego-przepływu.

Wniosek

Prawidłowe zarządzanie przepływem szczytowym wymaga czegoś więcej niż tylko zwiększenia mocy lampy. Wymaga to pełnej strategii kontroli:

Zmierz rzeczywisty przepływ szczytowy, wybierz system dla najgorszych-przypadków warunków wodnych, dynamicznie dostosuj moc promieniowania UV w zatwierdzonym zakresie i użyj reaktorów równoległych, magazynu buforowego, ograniczenia przepływu i automatycznych blokad, aby zapobiec przedostawaniu się niedostatecznie dozowanej wody do dalszego systemu.

Oceniając projekt UV, Agua Topone zaleca, aby klienci zapewnili maksymalny przepływ chwilowy, minimalny UVT, odpowiednie dane-o jakości wody, wymaganą dawkę UV i rzeczywisty schemat działania.

Tylko poprzez łączną ocenę tych warunków projektant może określić, czy projekt wymaga większego pojedynczego reaktora, stopniowanych reaktorów równoległych, czy też kompletnego rozwiązania UV z kontrolą przepływu i automatycznymi blokadami bezpieczeństwa.

System UV nie jest niezawodny tylko dlatego, że jego lampy pozostają włączone w przeciętnych warunkach pracy. Niezawodność oznacza, że ​​każda porcja wody nadal otrzymuje wymaganą dawkę UV w najbardziej obciążonych i najbardziej niesprzyjających warunkach.