JAK WYBRAĆ ODPOWIEDNI SYSTEM DEZYNFEKCJI UV DO RECYRKULACJI SYSTEMÓW AKWAKULTURY (RAS)
Akwakultura to najszybciej rozwijający się sektor produkcji żywności na świecie według raportu Organizacji Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa (FAO). Raport FAO stwierdza, że do 2030 r. świat zje 20 proc. więcej ryb niż w 2016 r. Przewiduje się, że do tego czasu produkcja akwakultury osiągnie 109 mln ton, co stanowi 37 proc. wzrost w porównaniu z 2016 r.
Doprowadzi to do rozwoju akwakultury na lądzie, w tym rolnictwa w systemach akwakultury z recyrkulacją (RAS). RAS będzie odgrywać jeszcze większą rolę w przyszłości akwakultury, ponieważ jest w stanie:
·Zminimalizuj zagrożenie ucieczką ryb hodowlanych
·Poprawa zwalczania chorób i pasożytów
·Tworzenie lepszego zarządzania jakością wody (temperatura, szybkość tlenu, składniki odżywcze i zawartość zawiesiny)
·Poprawa kontroli uwalniania składników odżywczych do środowiska
Ryby hodowane w kontrolowanych środowiskach w zbiornikach, często w dużym zagęszczeniu, stawiają wysokie wymagania co do jakości wody i wydajności sprzętu.
W Recyrkulacyjnych Systemach Akwakultury (RAS) bezpieczeństwo mikrobiologiczne ujęć wody ma kluczowe znaczenie dla zagwarantowania, że do kontrolowanego środowiska nie zostaną wprowadzone żadne choroby, ponieważ stanowi ogromne zagrożenie dla produkcji o wysokiej wartości, co może prowadzić do znacznych strat ekonomicznych. Powszechnie stosowaną metodą dezynfekcji w celu ochrony dopływu wody jest dezynfekcja promieniowaniem ultrafioletowym (UV), ze względu na wiele zalet.
Oto pięć kluczowych czynników, które pomogą Ci wybrać odpowiedni system dezynfekcji UV
1. Zapewnienie wystarczającej filtracji wstępnej przed obróbką UV
Dezynfekcja UV to niezwykle skuteczna metoda przeciwko chorobotwórczym mikroorganizmom. Jednak w wielu przypadkach promieniowanie UV wymaga odpowiedniej filtracji wstępnej przed obróbką UV, aby odfiltrować większe cząstki i ciała stałe, które mogłyby stworzyć efekt zacieniania (osłony) dla potencjalnie szkodliwych mikroorganizmów, uniemożliwiając im ekspozycję na światło UVC.
Prawidłowa metoda filtracji wstępnej i wielkość oczek/porów zależą od wielu czynników, takich jak natężenie przepływu, liczba zawieszonych cząstek stałych, rodzaj pobieranej wody i przepuszczalność promieniowania UV. Przepuszczalność UV (UVT) opisuje skuteczność dezynfekcji UV, mierząc procent światła, które przechodzi przez próbkę wody (często 10 mm) przy długości fali 254 nm.
UVT może się znacznie różnić w zależności od wody morskiej, słonawej, słodkiej i lokalizacji ujęcia. Na przykład woda powierzchniowa jest zabarwiona substancjami humusowymi w wielu miejscach w Szkocji i Norwegii. Wartość UVT poniżej 60% nie jest niczym niezwykłym dla wody wlotowej, co oznacza, że UVT w RAS będzie jeszcze niższe.
Bakterie i wirusy różnią się również wielkością, co należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu filtracji wstępnej. Szczególnie w hodowli łososia istnieje rosnące zapotrzebowanie na systemy ultrafiltracji (UF), ponieważ są one zdolne do usuwania bakterii i wirusów z wody do 4 log (usuwanie wirusów). Połączenie UV i ultrafiltracji jest w stanie stworzyć tak zwaną „podwójną barierę” przed chorobami, ponieważ wzajemnie się uzupełniają.
Wytyczne Norweskiego Instytutu Weterynaryjnego zalecają co najmniej, aby< filtrację/przesiewanie="" 300="" µm="" należy="" zastosować="" przed="" obróbką="" uv.="" jednak="" ogólną="" zasadą="" jest="" nadal="" stosowanie="" filtracji="" wstępnej="" do="" 40="" mikronów="" i="" zmętnienia="" 3="">
2. Prawidłowy rozmiar wlotowego systemu UV
Prawidłowe zwymiarowanie systemu UV jest najważniejszym czynnikiem zapewniającym ochronę „firewall” przed mikroorganizmami w systemie uzdatniania wody wlotowej. Prawidłowy rozmiar obejmuje kilka czynników, w tym prawidłowo zastosowaną dawkę promieniowania UV, technologię lamp, sprawność hydrauliczną systemu UV i jego dopuszczenia do stosowania w akwakulturze.
Jak zastosować odpowiednią dawkę UV?
Promieniowanie UV dezaktywuje mikroorganizmy, uszkadzając ich DNA i RNA, co zapobiega ich reprodukcji i wywoływaniu infekcji. Zdolność do inaktywacji drobnoustrojów przez UV zależy od zastosowanej dawki UV (zwanej również fluencją), zwykle w mJ/cm2 lub J/m2, która jest iloczynem natężenia światła UV, czasu przebywania i przepuszczalności UV przez wodę. Absorbancja DNA jest wysoka w zakresie bakteriobójczym 200 – 300 nm, co skutkuje skuteczną dezynfekcją pierwotną przy 254 nm.
W komórkach istnieją mechanizmy, które naprawiają uszkodzenia DNA/RNA. Im niższa dawka UV zastosowana dla mikroorganizmu, tym większa możliwość fotoreaktywacji (naprawy katalizowanej światłem) i mechanizmów naprawy ciemnej przestrzeni. Jednak badania wykazały, że prawie nie ma możliwości fotoreaktywacji powyżej dawki UV 15 mJ/cm2 przy użyciu jakichkolwiek powszechnie stosowanych technologii lamp UV.
Bardzo ważne jest zrozumienie docelowej dawki promieniowania UV, aby skutecznie zdezynfekować wodę dopływającą do gospodarstwa. Ogólnie rzecz biorąc, bakterie są bardziej wrażliwe na światło UV niż większość innych wirusów. Na przykład w branży ryb łososiowatych najczęściej atakowanymi mikroorganizmami o co najmniej 3 log (99,9%) redukcji są:
· Wirus zakaźnej martwicy trzustki (IPNV)
·Aeromonas salmonicida
·Vibrio anguillarum
·Wirus zakaźnej anemii łososia (ISAV)
·Vibrio salmonicida
·Yersinia ruckeri
IPNV jest również jednym z najbardziej odpornych na promieniowanie UV wirusów opisanych w literaturze naukowej, wymagającym dawki UV wynoszącej co najmniej 246 mJ/cm2.
Jak wybrać najlepszą technologię lamp do systemu UV wody wlotowej?
Systemy UV oparte na amalgamatowych niskociśnieniowych wysokowydajnych lampach UV (LPHO) zapewniają monochromatyczne promieniowanie UV o długości fali 253,7 nm, co czyni je najczęściej stosowanymi systemami do dezynfekcji w akwakulturze. Do niszczenia pozostałości ozonu można również zastosować promieniowanie UV oparte na technologii lamp niskociśnieniowych. Resztki ozonu są niszczone przez światło UV w zakresie długości fal 250 – 260 nm.
Systemy UV oparte na technologii lamp średniociśnieniowych, które dostarczają światło UV o szerszym spektrum (200 – 400 nm), są również dostępne, ale nie są tak powszechnie stosowane do dezynfekcji w akwakulturze lądowej ze względu na ich wyższe koszty operacyjne w trybie ciągłym.
W porównaniu z amalgamatowymi niskociśnieniowymi lampami wysokowydajnymi (LPHO), lampy średniociśnieniowe (MP) zużywają więcej energii elektrycznej na jednostkę bakteriobójczego strumienia świetlnego niż lampy LPHO wymagające 2-3 razy większej mocy. Lampy MP zazwyczaj przetwarzają tylko do 15% mocy wejściowej w użyteczne waty UV-C, podczas gdy lampy niskociśnieniowe mogą mieć do 40% sprawność. Dodatkowo wyższa temperatura pracy lamp MP (do 900°C) może zwiększać zanieczyszczenie tulejek kwarcowych. Zwiększa to potrzebę czyszczenia tulei, co skutkuje większą częstotliwością wymiany zabrudzonych elementów, takich jak tuleje lamp i okienka czujników.
Systemy UV oparte na technologii lamp MP mają swoje zalety, gdy aplikacja wymaga dużej intensywności UV na małej powierzchni. Najlepszym przykładem jest instalacja na studni, a także inne aplikacje, w których przestrzeń montażowa jest bardzo ograniczona i nie jest wymagana ciągła praca.
Decyzja o zastosowaniu systemu UV opartego na konkretnej technologii lampy UV powinna być podyktowana zaletami operacyjnymi i konstrukcyjnymi, biorąc pod uwagę charakterystykę lampy UV, a zwłaszcza warunki specyficzne dla miejsca.
Zapewnienie optymalnej sprawności hydraulicznej systemu UV
Sprawność hydrauliczna oznacza optymalną i równą ekspozycję na promieniowanie UV wszystkich możliwych patogenów przechodzących przez komorę przy minimalnym spadku ciśnienia.
Problemy z uzyskaniem równomiernego wymieszania wody często wynikają z niezoptymalizowanych prędkości przepływu w całym reaktorze UV, spowodowanych niewłaściwą konfiguracją reaktora oraz konfiguracją lampy UV, która nie odpowiada charakterystyce wody. Na przykład lampa UV umieszczona poprzecznie do przepływu wlotowego będzie skutkować bardzo krótkim czasem retencji po obu stronach lampy UV i blisko boków ściany reaktora.
Lampy UV ustawione równolegle do przepływu wlotowego zapewniają wydłużony czas retencji, co skutkuje bardziej równomiernym rozkładem przepływu, co prowadzi do równomiernego rozkładu dawki, co skutkuje niemal idealnymi parametrami.
Jednolite mieszanie w celu dalszego zwiększenia dawki UV jest często wzmacniane przez zastosowanie wewnętrznych przegród prowadnic. Ostateczne zachowanie hydrauliczne wody w reaktorze UV jest analizowane za pomocą obliczeniowej dynamiki płynów (analiza CFD), jak widać na powyższym obrazku.
Podsumowując, całkowita dawka UV dostarczana przez różne konfiguracje reaktorów i współczynniki wydajności będą się zmieniać ze względu na różne transmitancje UV i natężenia przepływu wody, a także różne natężenia lamp UV.
Uzyskiwanie aprobaty systemu UV dla akwakultury
Ponieważ na świecie jest wielu producentów systemów UV, certyfikaty wydawane przez zaufane firmy stają się aktualne, aby zapewnić ważność produktów producentów.
AGUA TOPONE została oficjalnie zatwierdzona przez Norweski Instytut Weterynaryjny (NVI). NVI jest biomedycznym instytutem badawczym i wiodącym krajowym ośrodkiem wiedzy w zakresie bezpieczeństwa biologicznego ryb i zwierząt lądowych.
Dodatkowo technologia została zweryfikowana pod kątem uzdatniania wody w ramach unijnego programu weryfikacji technologii środowiskowych (ETV). ETV to walidacja, która weryfikuje technologie przez wykwalifikowane strony trzecie, wykorzystując wyniki testów w celu zapewnienia naukowej weryfikacji wydajności technologii środowiskowej.
3. Optymalizacja działania systemu dezynfekcji UV
Analiza optymalizacji operacyjnej systemu dezynfekcji UV jest korzystna ze względu na kilka czynników, takich jak opłacalność, oszczędność czasu i zwiększone bezpieczeństwo.
Ważnym aspektem ekonomicznym jest zbadanie, w jaki sposób uruchomić system UV w sposób energooszczędny przy zachowaniu wymaganego poziomu dawki promieniowania UV. System UV powinien działać w oparciu o przepływ wody wpływającej i docelową dawkę promieniowania UV. Na przykład, jeśli natężenie przepływu nie jest maksymalne, system UV powinien być w stanie przyciemnić lampy, aby oszczędzać energię przy jednoczesnym utrzymaniu docelowej dawki promieniowania UV, co jest również znane jako „stymulacja dawki”. Dodatkowo powinien być w stanie dać sygnał do przekaźnika przepływu, aby zatrzymać przepływ w przypadku awarii.
Zgodnie z aprobatą NVI obowiązkowe jest podłączenie przekaźnika przepływu do zaworu lub podobnego urządzenia, które kontroluje przepływ wody przez jednostkę UV.
Jak monitorować wydajność systemu dezynfekcji UV?
System UV musi być wyposażony w odpowiedni system monitorowania w celu monitorowania stanu wewnątrz reaktora. Intensywność UV, natężenie przepływu, godziny pracy lampy, dawka UV, wydajność poszczególnych lamp UV i temperatura komory powinny być stale monitorowane przez PLC systemu. Dodatkowo w logu powinny być przechowywane co najmniej następujące dane:
·Data i godzina
·Temperatura
·Wartość irradiancji
·dawka UV
·Obecny przepływ
·Maksymalny dozwolony przepływ
·Nastawa dawki UV
Wpływ na wydajność automatycznego systemu wycierania w systemie dezynfekcji UV
Jak wspomniano wcześniej, charakterystyka wody wpływającej może się znacznie różnić. System UV straci swoją optymalną zdolność dezynfekcji, jeśli na kwarcowych tulejach chroniących lampy UV pojawią się osady.
Istnieją różne rodzaje zanieczyszczenia w zależności od źródła wody. Ogólnie rzecz biorąc, zaawansowany, solidny automatyczny system wycieraczek jest skuteczny w walce z nawet najbardziej uporczywym osadzaniem się kamienia, bez konieczności czyszczenia chemicznego CIP (Clean-in-place). Prowadzi to do wyeliminowania obsługi niebezpiecznych chemikaliów, dodatkowych wydatków, przestojów i kosztów eksploatacji przy utrzymaniu systemu w ruchu.
Jak wybrać odpowiedni materiał na reaktor UV i szafę sterowniczą?
W zależności od źródła pobieranej wody, środowisko może być silnie korozyjne ze względu na zasolenie lub wilgotność powietrza. Może to być trudne ustawienie dla powszechnie stosowanych materiałów w reaktorach UV i szafach sterowniczych.
Firma AGUA TOPONE opracowała polipropylen (PP) stabilizowany promieniami UV, który jest odpornym materiałem do zastosowań w ciepłej wodzie morskiej dzięki swojej niekorozyjnej konstrukcji. Do zastosowań w zimnej wodzie morskiej i słodkiej AGUA TOPONE są wykonane z elektropolerowanej wewnątrz i na zewnątrz stali SS316L. Zapewnia to zwiększoną odporność na korozję na zewnątrz i zwiększoną wydajność światła UV dzięki wewnętrznemu odbiciu od wewnątrz.
Wszystkie szafy sterownicze są zbudowane z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym (GFRP) z pasywnym lub aktywnym chłodzeniem, dzięki czemu wnętrze szaf jest chronione przed czynnikami zewnętrznymi.
4. Konserwacja systemu dezynfekcji UV
Skuteczna dezynfekcja UV wymaga planowej konserwacji systemu UV. Częstotliwość konserwacji różni się znacznie u różnych producentów, w zależności od zasilania, solidności i niezawodności systemu.
Wszystkie systemy AGUA TOPONEUV zostały zaprojektowane tak, aby wymagały absolutnie minimum konserwacji, przy użyciu solidnych i trwałych komponentów, które zapewniają wyjątkową wygodę obsługi. Dziesięciolecia badań, rozwoju i innowacji umożliwiły dostarczanie naszym klientom niezawodnych systemów, które są niedrogie w instalacji i eksploatacji, a także wystarczająco bezobsługowe, aby mogły być używane przez osoby nie będące specjalistami.
5. Właściwa komunikacja między producentem a klientem końcowym
Nie można też nie docenić znaczenia prawidłowej komunikacji między producentem systemu UV a operatorem systemu RAS.
Wybór dostawcy z pełnym wsparciem technicznym jest niezwykle istotny w sytuacjach awaryjnych, gdzie potrzebne jest szybkie wsparcie operacyjne. Podkreśla to potrzebę całodobowego wsparcia inżynierów technicznych gotowych do pomocy bez względu na strefę czasową.
AGUA TOPONE to producent systemów dezynfekcji UV, który zapewnia swoim klientom kompleksowe wsparcie podczas całego procesu, od ustalenia wymagań po bieżący proces operacyjny. Nasza odpowiedzialność nie kończy się z chwilą wysłania systemu.
Skontaktuj się z nami, jeśli chcesz uzyskać więcej informacji o tym, jak możemy Ci pomóc.
