Κατά τη διάρκεια των κορυφών της ζήτησης ξενοδοχείων, του κεντρικού καθαρισμού σε-μονάδες επεξεργασίας τροφίμων, της πλήρωσης-εκκίνησης-της γραμμής ή της ταυτόχρονης λειτουργίας πολλών εξαρτημάτων εξοπλισμού, ο στιγμιαίος ρυθμός ροής μπορεί να αυξηθεί πολύ πάνω από τον κανονικό μέσο όρο.

Το σύστημα υπεριώδους ακτινοβολίας μπορεί να παραμείνει ενεργοποιημένο και ο ελεγκτής μπορεί να μην παρουσιάζει βλάβη της λυχνίας, ωστόσο το νερό μπορεί ήδη να διέρχεται από τον αντιδραστήρα ταχύτερα από ό,τι επιτρέπει το επικυρωμένο εύρος λειτουργίας. Το πραγματικό ερώτημα δεν είναι εάν η λάμπα UV λειτουργεί, αλλά εάν κάθε τμήμα του νερού εξακολουθεί να λαμβάνει την απαιτούμενη δόση UV.

Επομένως, ένα σύστημα υπεριώδους ακτινοβολίας δεν πρέπει να έχει μέγεθος μόνο για μέση ροή. Πρέπει να διατηρεί την απαιτούμενη απόδοση απολύμανσης όταν η μέγιστη στιγμιαία ροή, η ελάχιστη πραγματική διαπερατότητα UV (UVT), η γήρανση του λαμπτήρα και άλλες δυσμενείς συνθήκες συμβαίνουν μαζί.

Γιατί η μέγιστη ροή επηρεάζει την απολύμανση με υπεριώδη ακτινοβολία;

Η απολύμανση με υπεριώδη ακτινοβολία λειτουργεί μόνο όταν οι μικροοργανισμοί απορροφούν επαρκή υπεριώδη ενέργεια ενώ διέρχονται από τον αντιδραστήρα. Με απλοποιημένους όρους, η δόση UV μπορεί να εκφραστεί ως:

Δόση UV (mJ/cm²) ≈ Ένταση UV (mW/cm²) × Χρόνος έκθεσης (s)

Ο μέσος χρόνος υδραυλικής συγκράτησης σχετίζεται με τον ρυθμό ροής:

Χρόνος συγκράτησης ≈ Αποτελεσματικός όγκος αντιδραστήρα ÷ Ρυθμός ροής

Με τον όγκο του αντιδραστήρα και την έξοδο υπεριώδους ακτινοβολίας αμετάβλητα, ένας υψηλότερος ρυθμός ροής συνήθως συντομεύει τον χρόνο που αφιερώνει το νερό μέσα στον αντιδραστήρα και μπορεί να μειώσει τη δόση υπεριώδους ακτινοβολίας που παρέχεται.

Η Επιθεώρηση Πόσιμου Νερού του Ηνωμένου Βασιλείου δηλώνει ότι η δόση υπεριώδους ακτινοβολίας εξαρτάται από την ακτινοβολία και τον χρόνο που το νερό παραμένει εντός του αντιδραστήρα. Επομένως, δεν πρέπει να γίνεται υπέρβαση της μέγιστης σχεδιαστικής ροής που καθορίζει ο κατασκευαστής.

Πηγή: UK DWI UV Disinfection Guidance

Σε έναν πραγματικό αντιδραστήρα υπεριώδους ακτινοβολίας, ωστόσο, δεν είναι ακριβές να υποθέσουμε ότι μια αύξηση της ροής κατά 40% θα παράγει πάντα μια μείωση της δόσης UV κατά 40%. Η υδραυλική κατανομή, οι αναταράξεις, η θέση της λάμπας, η γεωμετρία του αντιδραστήρα και οι διαφορετικές διαδρομές ροής μέσω του θαλάμου επηρεάζουν την τελική δόση.

Ως εκ τούτου, τα έργα μηχανικής θα πρέπει να βασίζονται σε μια επικυρωμένη ισοδύναμη δόση μείωσης (RED), και όχι σε θεωρητικούς υπολογισμούς και μόνο.

Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι ένας αντιδραστήρας UV έχει επικυρωθεί υπό τις ακόλουθες συνθήκες:

• Μέγιστη παροχή: 10 m³/h
• Ελάχιστη UVT: 85%
• Επικυρωμένη δόση UV: 40 mJ/cm²
• Η ένταση UV διατηρείται πάνω από το καθορισμένο σημείο ρύθμισης

Εάν η πραγματική μέγιστη ροή φτάσει τα 14 m³/h, ο αντιδραστήρας λειτουργεί εκτός του επικυρωμένου εύρους του. Η υπολειπόμενη δόση UV δεν μπορεί να προσδιοριστεί αξιόπιστα με απλή παρέκταση. Το βάσιμο συμπέρασμα είναι ότι τα αρχικά δεδομένα επικύρωσης δεν εγγυώνται πλέον την απόδοση απολύμανσης.

Οι κορυφές ροής μικρής-Διάρκειας δεν μπορούν να αγνοηθούν

Ορισμένοι χειριστές υποθέτουν ότι μια αιχμή που διαρκεί μόνο λίγα λεπτά θα έχει μικρή επίδραση στη συνολική ποιότητα του νερού. Ωστόσο, η μικροβιακή απολύμανση δεν αξιολογείται με βάση μια μέση ημερήσια δόση.

Ακόμα κι αν η ροή υπερβαίνει τη χωρητικότητα του αντιδραστήρα μόνο για ένα λεπτό, μέρος του νερού μπορεί να λάβει ανεπαρκή δόση υπεριώδους ακτινοβολίας πριν εισέλθει σε δεξαμενή αποθήκευσης, γραμμή παραγωγής ή δίκτυο διανομής.

Για το πόσιμο νερό, την παραγωγή τροφίμων και ποτών, τη φαρμακευτική παραγωγή και άλλες μικροβιολογικά ευαίσθητες εφαρμογές, ακόμη και μια σύντομη περίοδος υποδοσολογίας θα πρέπει να αντιμετωπίζεται ως κίνδυνος συστήματος.

Η πρόκληση μπορεί να είναι μεγαλύτερη σε εφαρμογές επιφανειακού-νερού, όμβριων υδάτων και λυμάτων, επειδή η μέγιστη ροή μπορεί να συμπίπτει με υψηλότερη θολότητα, αυξημένα αιωρούμενα στερεά ή μειωμένη UVT. Τότε το σύστημα αντιμετωπίζει δύο προβλήματα ταυτόχρονα:

• Η ταχύτερη κίνηση του νερού μειώνει τον χρόνο έκθεσης.
• Η αυξημένη απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας μειώνει την αποτελεσματική ένταση της υπεριώδους ακτινοβολίας μέσα στο νερό.

Αυτός ο συνδυασμός είναι πιο δύσκολο να διαχειριστεί από την αύξηση της ροής μόνο.

Πώς πρέπει ένα σύστημα υπεριώδους ακτινοβολίας να ανταποκρίνεται στην αιχμή της ροής;

1. Μετρήστε την πραγματική μέγιστη ροή

Ένα σύστημα UV δεν πρέπει να επιλέγεται διαιρώντας απλώς τη συνολική ημερήσια κατανάλωση νερού με 24 ώρες. Η σχετική τιμή σχεδιασμού είναι η μέγιστη στιγμιαία ροή που μπορεί να περάσει από τον αντιδραστήρα UV.

Η μέγιστη ροή μπορεί να προκληθεί από:

• Πολλαπλές εξόδους νερού που ανοίγουν ταυτόχρονα
• Εκκίνηση-αντλίας ή αλλαγή αντλίας
• Γρήγορη αναπλήρωση-δεξαμενής αποθήκευσης
• Καθαρισμός CIP και ξέπλυμα εξοπλισμού
• Ταυτόχρονη λειτουργία πλήρωσης-γραμμής
• Αντίστροφη πλύση φίλτρου
• Αλλαγές στη βάρδια παραγωγής
• Βροχερή-εποχή ή αιχμή ροών λυμάτων

Για εμπορικά και βιομηχανικά έργα, η προτιμώμενη προσέγγιση είναι η χρήση ροόμετρου ή καταγραφικού δεδομένων για την καταγραφή του πραγματικού προφίλ ροής σε μια αντιπροσωπευτική περίοδο και, στη συνέχεια, σύγκριση των αποτελεσμάτων με τη μέγιστη χωρητικότητα εξόδου της αντλίας.

Η ονομαστική ροή της αντλίας- ή η μέση κατανάλωση νερού από μόνες τους μπορεί να μην αποκαλύπτουν την πραγματική μέγιστη ροή μέσω του αντιδραστήρα UV.

2. Επιλέξτε το σύστημα UV για τον χειρότερο- συνδυασμό περιπτώσεων

Η ονομαστική ροή ενός συστήματος UV δεν είναι ανεξάρτητη από τις συνθήκες λειτουργίας. Τουλάχιστον, η επιλογή συστήματος θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη:

• Μέγιστη στιγμιαία ροή
• Απαιτούμενη δόση UV
• Ελάχιστη πραγματική UVT
• Έξοδος λαμπτήρα στο τέλος της διάρκειας ζωής του λαμπτήρα
• Αναμενόμενη ρύπανση με χαλαζία-
• Απώλεια πίεσης στη μέγιστη ροή
• Στοχευόμενοι μικροοργανισμοί

Ο ίδιος αντιδραστήρας UV μπορεί να έχει ουσιαστικά διαφορετικές μέγιστες ικανότητες επεξεργασίας σε 90% UVT και 70% UVT.

Επομένως, ένα φύλλο δεδομένων που αναφέρει "20 m³/h" είναι ανεπαρκές, εκτός εάν προσδιορίζει επίσης την αντίστοιχη UVT, τη δόση-στόχο UV και τις συνθήκες λειτουργίας.

Για ορισμένες εφαρμογές πόσιμου-νερού, τα συστήματα NSF/ANSI 55 Κατηγορίας Α χρησιμοποιούν δόση UV ισοδύναμη με τουλάχιστον 40 mJ/cm² ως σημαντική απαίτηση απόδοσης. Ωστόσο, αυτή η τιμή δεν πρέπει να εφαρμόζεται αυτόματα σε κάθε έργο. Η τελική απαιτούμενη δόση πρέπει να προσδιορίζεται σύμφωνα με τον κίνδυνο πηγής-του νερού, τους μικροοργανισμούς-στόχους και τους ισχύοντες τοπικούς κανονισμούς.

Πηγή: Health Canada Technical Document

3. Ρυθμίστε δυναμικά την έξοδο UV εντός του επικυρωμένου εύρους

Για συστήματα με συχνές διακυμάνσεις ροής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί έλεγχος ροής-για την αντιστοίχιση της εξόδου UV στη ζήτηση.

Όταν ο ρυθμός ροής αυξάνεται, ο ελεγκτής μπορεί:

• Αυξήστε την ισχύ του λαμπτήρα
• Ενεργοποιήστε πρόσθετες τράπεζες λαμπτήρων
• Εκκινήστε πρόσθετες μονάδες UVC LED

Όταν η ροή μειώνεται, το σύστημα μπορεί να μειώσει την παραγωγή για να αποφύγει την περιττή κατανάλωση ενέργειας.

Ωστόσο, ο έλεγχος μεταβλητής ισχύος-δεν μπορεί να επεκτείνει επ' αόριστον τη χωρητικότητα του αντιδραστήρα. Ακόμη και με τους λαμπτήρες στη μέγιστη ισχύ, η απαιτούμενη δόση μπορεί να μην είναι εγγυημένη όταν η ροή υπερβεί το επικυρωμένο μέγιστο.

Η EPA των ΗΠΑ δηλώνει ότι η παρακολούθηση της δόσης UV θα πρέπει να ενσωματώνει το ρυθμό ροής, την ένταση της υπεριώδους ακτινοβολίας και την κατάσταση της λάμπας. Ορισμένα υπολογισμένα συστήματα-δόσης ενδέχεται επίσης να χρησιμοποιούν δεδομένα ισχύος UVT και λυχνίας-.

Πηγή: Εγχειρίδιο καθοδήγησης υπεριώδους απολύμανσης EPA των ΗΠΑ

4. Χρησιμοποιήστε πολλαπλούς αντιδραστήρες υπεριώδους ακτινοβολίας σε μια σταδιακή παράλληλη διαμόρφωση

Για εμπορικά και βιομηχανικά έργα με μεγάλες διακυμάνσεις ροής, οι σταθμευμένοι παράλληλοι αντιδραστήρες UV μπορούν να προσφέρουν μεγαλύτερη ευελιξία από έναν υπερμεγέθη αντιδραστήρα.

Για παράδειγμα:

• Ένας αντιδραστήρας λειτουργεί σε περιόδους χαμηλής- ροής.
• Ένας δεύτερος αντιδραστήρας ξεκινά όταν αυξάνεται η ροή.
• Πολλαπλοί αντιδραστήρες λειτουργούν ταυτόχρονα κατά τη διάρκεια της ζήτησης αιχμής.
• Ένας αντιδραστήρας διατηρείται ως μονάδα αναμονής.

Αυτή η διάταξη διατηρεί κάθε αντιδραστήρα εντός του επικυρωμένου εύρους ροής του, ενώ μειώνει την περιττή χρήση ενέργειας σε περιόδους χαμηλής- ροής.

Ωστόσο, τα παράλληλα συστήματα απαιτούν προσεκτική εξισορρόπηση της ροής. Εάν η αντίσταση διακλάδωσης διαφέρει, ένας αντιδραστήρας μπορεί να λάβει υπερβολική ροή ενώ ένας άλλος λαμβάνει πολύ μικρή.

Επομένως, οι σωληνώσεις θα πρέπει να σχεδιάζονται με κατάλληλους μετρητές ροής, βαλβίδες εξισορρόπησης ή βαλβίδες αυτόματου ελέγχου.

5. Μειώστε τη ροή αιχμής με ρυθμιστικό δοχείο ή ροή-Εξοπλισμός ελέγχου

Όταν μια υψηλή αιχμή διαρκεί μόνο για λίγο, μπορεί να εγκατασταθεί μια δεξαμενή προστασίας ανάντη του συστήματος UV. Μια αντλία μεταβλητής-συχνότητας μπορεί στη συνέχεια να τροφοδοτήσει τον αντιδραστήρα με πιο σταθερό ρυθμό ροής.

Άλλες επιλογές ελέγχου ροής- περιλαμβάνουν:

• Περιοριστές ροής
• Αυτόματες ρυθμιστικές βαλβίδες
• Αντλίες μεταβλητής-συχνότητας
• Συσκευές ελέγχου πίεσης-

Αυτές οι συσκευές βοηθούν στην πρόληψη της υπέρβασης της ροής του ορίου επεξεργασίας του συστήματος UV.

Η UV δεν παρέχει υπολειμματική απολύμανση. Εάν εγκατασταθεί δεξαμενή αποθήκευσης μετά τον αντιδραστήρα, το απολυμασμένο νερό μπορεί να επαναμολυνθεί κατά την αποθήκευση.

Επομένως, η δεξαμενή πρέπει να έχει σχεδιαστεί υγιεινά, να επιθεωρείται και να καθαρίζεται τακτικά. Σε έργα υψηλότερου-κινδύνου, το τελικό στάδιο UV μπορεί να εγκατασταθεί μετά τη δεξαμενή αποθήκευσης και πριν από το σημείο χρήσης.

Η DWI του Ηνωμένου Βασιλείου σημειώνει επίσης ότι η υπεριώδης ακτινοβολία δεν παρέχει υπολείμματα απολυμαντικού, καθιστώντας τη διαχείριση της υγιεινής στα συστήματα αποθήκευσης και διανομής ιδιαίτερα σημαντική.

Πηγή: UK DWI UV Disinfection Guidance

Πώς πρέπει να επιλέγονται διαφορετικές λύσεις αιχμής-Ροής;

Η επιλογή θα πρέπει να αντικατοπτρίζει τη διάρκεια αιχμής, το μέγεθος και τη συχνότητα των ταλαντώσεων ροής, τις συνοδευτικές αλλαγές στην ποιότητα του νερού-, τις απαιτήσεις συνέχειας και τον προϋπολογισμό. Οι σύντομες, περιστασιακές κορυφές μπορούν να αντιμετωπιστούν με προσωρινή αποθήκευση ή περιορισμό ροής. Οι συχνές διακυμάνσεις μπορεί να ταιριάζουν στον έλεγχο ροής-. Και οι απαιτήσεις ευρείας απενεργοποίησης ή πλεονασμού ενδέχεται να ευνοούν τους σταθμευμένους παράλληλους αντιδραστήρες. Σε κάθε περίπτωση, οι μανδαλώσεις θα πρέπει να εμποδίζουν το νερό που έχει υποστεί επεξεργασία εκτός του επικυρωμένου εύρους να φτάσει στους μεταγενέστερους χρήστες.

Τι πρέπει να επιβεβαιώσουν οι αγοραστές με έναν προμηθευτή συστήματος UV;

Οι αγοραστές θα πρέπει να ρωτήσουν περισσότερα από: "Πόσα κυβικά μέτρα την ώρα μπορεί να επεξεργαστεί αυτό το σύστημα;" Θα πρέπει επίσης να επιβεβαιώσουν:

1. Ποια δόση UV χορηγείται στην ονομαστική ροή;
2. Κάτω από ποια συνθήκη UVT προσδιορίστηκε η ονομαστική ροή;
3. Τα δεδομένα απόδοσης αντιπροσωπεύουν τη γήρανση του λαμπτήρα και τη ρύπανση του χιτωνίου από χαλαζία-;
4. Ποιοι είναι οι επικυρωμένοι ελάχιστοι και μέγιστοι ρυθμοί ροής;
5. Εάν η ροή υπερβεί το επικυρωμένο όριο, το σύστημα θα ενεργοποιήσει συναγερμό, θα κλείσει μια βαλβίδα, θα ανακυκλώσει το νερό ή θα συνεχίσει να το τροφοδοτεί;
6. Ο ελεγκτής παρακολουθεί τη ροή, την ένταση UV, την UVT και την επικυρωμένη δόση σε πραγματικό χρόνο;
7. Ποια είναι η απώλεια πίεσης στη μέγιστη ροή;
8. Απαιτείται αντιδραστήρας αναμονής κατά τη διάρκεια συντήρησης ή βλάβης της λάμπας;

Εάν ένας προμηθευτής παρέχει μόνο ισχύ λαμπτήρων και δεν μπορεί να καθορίσει τη δόση-στόχο UV, τις συνθήκες UVT ή τη μέγιστη επικυρωμένη ροή, η ονομαστική ισχύς από μόνη της δεν δείχνει αξιόπιστη απόδοση αιχμής-της ροής.

Σύναψη

Η σωστή διαχείριση της ροής αιχμής απαιτεί περισσότερα από την απλή αύξηση της ισχύος της λάμπας. Απαιτεί μια ολοκληρωμένη στρατηγική ελέγχου:

Μετρήστε την πραγματική αιχμή ροής, επιλέξτε το σύστημα για τις χειρότερες-συνθήκες νερού, προσαρμόστε δυναμικά την έξοδο UV εντός του επικυρωμένου εύρους και χρησιμοποιήστε παράλληλους αντιδραστήρες, αποθήκευση buffer, περιορισμό ροής και αυτόματες ασφάλειες για να αποτρέψετε το νερό που έχει υποστεί χαμηλή δόση να φτάσει στο σύστημα κατάντη.

Κατά την αξιολόγηση ενός έργου UV, η Agua Topone συνιστά στους πελάτες να παρέχουν τη μέγιστη στιγμιαία ροή, την ελάχιστη UVT, τα σχετικά δεδομένα ποιότητας νερού{{0}, την απαιτούμενη δόση UV και το πραγματικό μοτίβο λειτουργίας.

Μόνο με την αξιολόγηση αυτών των συνθηκών από κοινού μπορεί ο σχεδιαστής να προσδιορίσει εάν το έργο χρειάζεται έναν μεγαλύτερο μεμονωμένο αντιδραστήρα, βαθμιδωτούς παράλληλους αντιδραστήρες ή μια πλήρη λύση UV με έλεγχο ροής και αυτόματες ασφάλειες.

Ένα σύστημα υπεριώδους ακτινοβολίας δεν είναι αξιόπιστο μόνο και μόνο επειδή οι λαμπτήρες του παραμένουν αναμμένοι κάτω από μέσες συνθήκες λειτουργίας. Αξιοπιστία σημαίνει ότι κάθε μερίδα νερού εξακολουθεί να λαμβάνει την απαιτούμενη δόση UV κατά τις πιο πολυάσχολες και δυσμενέστερες συνθήκες.