Во время пикового спроса в гостиницах, централизованной уборки на предприятиях пищевой-перерабатывающей промышленности, запуска-линий наполнения- или одновременной работы нескольких единиц оборудования мгновенный расход может значительно превысить нормальный средний показатель.

УФ-система может оставаться включенной, а контроллер может не показывать неисправность лампы, однако вода уже может проходить через реактор быстрее, чем позволяет утвержденный рабочий диапазон. Реальный вопрос не в том, работает ли УФ-лампа, а в том, получает ли каждая порция воды необходимую дозу УФ-излучения.

Поэтому УФ-система не должна рассчитываться только на средний расход. Он должен поддерживать требуемую эффективность дезинфекции при одновременном возникновении максимального мгновенного потока, минимального фактического пропускания УФ-излучения (UVT), старения лампы и других неблагоприятных условий.

Почему пиковый расход влияет на УФ-дезинфекцию?

УФ-дезинфекция работает только тогда, когда микроорганизмы поглощают достаточное количество энергии ультрафиолета при прохождении через реактор. Упрощенно дозу УФ-излучения можно выразить как:

Доза УФ (мДж/см²) ≈ Интенсивность УФ (мВт/см²) × Время воздействия (с)

Среднее время гидравлического удержания связано с расходом:

Время удерживания ≈ Эффективный объем реактора ÷ Скорость потока

При неизменном объеме реактора и мощности УФ-излучения более высокая скорость потока обычно сокращает время пребывания воды внутри реактора и может снизить подаваемую дозу УФ-излучения.

Инспекция питьевой воды Великобритании утверждает, что доза УФ-излучения зависит от освещенности и времени, в течение которого вода остается внутри реактора. Поэтому нельзя превышать указанный производителем максимальный расчетный расход.

Источник: Руководство Великобритании по УФ-дезинфекции DWI.

Однако в реальном УФ-реакторе неверно предполагать, что увеличение потока на 40% всегда приведет к снижению дозы УФ-излучения на 40%. Гидравлическое распределение, турбулентность, положение лампы, геометрия реактора и различные пути потока через камеру — все это влияет на конечную дозу.

Поэтому инженерные проекты должны опираться на проверенную эквивалентную дозу снижения (RED), а не только на теоретические расчеты.

Например, предположим, что УФ-реактор прошел валидацию при следующих условиях:

• Максимальный расход: 10 м³/ч
• Минимальный УВТ: 85%
• Подтвержденная доза УФ-излучения: 40 мДж/см².
• Интенсивность УФ поддерживается выше заданного значения

Если фактический пиковый расход достигает 14 м³/ч, реактор работает за пределами утвержденного диапазона. Оставшуюся дозу УФ-излучения невозможно надежно определить простой экстраполяцией; обоснованный вывод состоит в том, что исходные данные проверки больше не гарантируют эффективность дезинфекции.

Кратковременные-пики расхода нельзя игнорировать

Некоторые операторы полагают, что пик продолжительностью всего несколько минут мало повлияет на общее качество воды. Однако микробная дезинфекция не оценивается на основе средней суточной дозы.

Даже если поток превышает мощность реактора всего на одну минуту, некоторое количество воды может получить недостаточную дозу УФ-излучения, прежде чем попасть в резервуар для хранения, производственную линию или распределительную сеть.

Для питьевой воды, производства продуктов питания и напитков, фармацевтического производства и других микробиологически чувствительных применений даже короткий период недостаточной дозировки следует рассматривать как системный риск.

Проблема может быть более серьезной в случае поверхностных-водоподготовок, дождевой воды и сточных вод, поскольку пиковый расход может совпадать с более высокой мутностью, повышенным содержанием взвешенных твердых частиц или снижением UVT. Тогда система сталкивается с двумя проблемами одновременно:

• Более быстрое движение воды сокращает время воздействия.
• Повышенное поглощение УФ-излучения снижает эффективную интенсивность УФ-излучения в воде.

Этой комбинацией труднее управлять, чем просто увеличением потока.

Как УФ-система должна реагировать на пиковый расход?

1. Измерьте фактический пиковый расход.

УФ-систему не следует выбирать путем простого деления общего ежедневного потребления воды на 24 часа. Соответствующим расчетным значением является максимальный мгновенный поток, который может пройти через УФ-реактор.

Пиковый поток может быть вызван:

• Несколько выпусков воды открываются одновременно
• Запуск насоса-или переключение насоса
• Быстрое пополнение-резервуаров
• CIP-мойка и промывка оборудования.
• Одновременное заполнение-строки
• Обратная промывка фильтра
• Изменения в производственной смене
• Сезон дождей-или пиковый сток сточных вод

Для коммерческих и промышленных проектов предпочтительным подходом является использование расходомера или регистратора данных для записи фактического профиля потока за репрезентативный период, а затем сравнение результатов с максимальной производительностью насоса.

Номинальный расход насоса-или средний расход воды сами по себе могут не выявить истинный пиковый расход через УФ-реактор.

2. Выберите УФ-систему для наихудшего-сочетания случаев.

Номинальный расход УФ-системы не зависит от условий эксплуатации. Как минимум, при выборе системы следует учитывать:

• Максимальный мгновенный расход
• Требуемая доза УФ
• Минимальное фактическое UVT
• Мощность лампы в конце срока службы лампы
• Ожидаемое засорение кварцевой-гильзы
• Потеря давления при пиковом расходе
• Целевые микроорганизмы

Один и тот же УФ-реактор может иметь существенно разные максимальные мощности обработки при 90% UVT и 70% UVT.

Поэтому паспорт с указанием «20 м³/ч» недостаточен, если в нем также не указаны соответствующие UVT, целевая доза УФ-излучения и условия эксплуатации.

Для некоторых применений с питьевой-водой в системах класса A NSF/ANSI 55 в качестве важного требования к производительности используется доза УФ-излучения, эквивалентная не менее 40 мДж/см². Однако это значение не должно применяться автоматически к каждому проекту. Окончательная необходимая доза должна определяться в соответствии с риском для исходной-воды, целевыми микроорганизмами и применимыми местными нормами.

Источник: Технический документ Министерства здравоохранения Канады.

3. Динамически настраивайте выход УФ-излучения в пределах проверенного диапазона.

В системах с частыми колебаниями расхода можно использовать-регулирование скорости потока, чтобы согласовать мощность УФ-излучения с потребностями.

Когда скорость потока увеличивается, контроллер может:

• Увеличение мощности лампы
• Активировать дополнительные банки ламп
• Запуск дополнительных светодиодных модулей UVC

Когда поток уменьшается, система может уменьшить выходную мощность, чтобы избежать ненужного потребления энергии.

Однако переменное-управление мощностью не может бесконечно увеличивать мощность реактора. Даже если лампы работают на максимальной мощности, требуемая доза не может быть гарантирована, если расход превышает утвержденный максимум.

Агентство по охране окружающей среды США заявляет, что мониторинг дозы УФ-излучения должен учитывать скорость потока, интенсивность УФ-излучения и состояние лампы. Некоторые системы расчета-доз могут также использовать данные UVT и мощности лампы-.

Источник: Руководство по ультрафиолетовой дезинфекции Агентства по охране окружающей среды США.

4. Используйте несколько УФ-реакторов в поэтапной параллельной конфигурации.

Для коммерческих и промышленных проектов с большими изменениями расхода ступенчатые параллельные УФ-реакторы могут обеспечить большую гибкость, чем один реактор увеличенного размера.

Например:

• Один реактор работает в периоды низкого-расхода.
• Второй реактор запускается, когда поток увеличивается.
• Во время пиковой нагрузки несколько реакторов работают одновременно.
• Один реактор оставлен в качестве резервного.

Такая схема позволяет каждому реактору оставаться в пределах утвержденного диапазона расхода, одновременно сокращая ненужное потребление энергии в периоды низкого-расхода.

Однако параллельные системы требуют тщательной балансировки потоков. Если сопротивление ветвей различается, один реактор может получать избыточный поток, а другой — слишком низкий.

Поэтому трубопроводы должны быть оборудованы подходящими расходомерами, балансировочными клапанами или автоматическими регулирующими клапанами.

5. Уменьшите пиковый расход с помощью буферного резервуара или-оборудования для регулирования расхода.

Если высокий пик длится недолго, перед УФ-системой можно установить буферный резервуар. Насос переменной-частоты может затем подавать реактор с более стабильной скоростью потока.

Другие варианты-управления потоком включают в себя:

• Ограничители потока
• Автоматические регулирующие клапаны
• Насосы переменной-частоты
• Устройства контроля давления-

Эти устройства помогают предотвратить превышение предела обработки УФ-системы потоком.

УФ не обеспечивает остаточной дезинфекции. Если после реактора установлен резервуар для хранения, дезинфицированная вода все равно может быть повторно загрязнена во время хранения.

Поэтому резервуар должен быть спроектирован с соблюдением гигиенических требований, регулярно проверяться и очищаться. В проектах с повышенным-риском последнюю ступень УФ-излучения можно установить после резервуара для хранения и перед точкой использования.

Британский DWI также отмечает, что УФ-излучение не образует остатков дезинфицирующих средств, что делает особенно важным соблюдение гигиены в системах хранения и распределения.

Источник: Руководство Великобритании по УФ-дезинфекции DWI.

Как следует выбирать различные решения для пикового-расхода?

Выбор должен отражать продолжительность пика, величину и частоту колебаний стока, сопутствующие изменения-качества воды, требования к непрерывности и бюджет. Короткие, случайные пики можно контролировать с помощью буферизации или ограничения потока; частые колебания могут подходить для контроля-темпового ритма; а требования к широкому диапазону регулирования или резервированию могут способствовать использованию ступенчатых параллельных реакторов. В любом случае блокировки должны предотвращать попадание воды, очищенной за пределами утвержденного диапазона, к потребителям, расположенным ниже по течению.

Что покупатели должны подтвердить у поставщика УФ-систем?

Покупателям следует задаваться вопросом: «Сколько кубических метров в час может обрабатывать эта система?» Они также должны подтвердить:

1. Какая доза УФ-излучения доставляется при номинальном расходе?
2. При каком условии UVT определялся номинальный расход?
3. Учитываются ли данные о производительности старением лампы и загрязнением кварцевой-гильзы?
4. Каковы подтвержденные минимальная и максимальная скорости потока?
5. Если расход превысит подтвержденный предел, система подаст сигнал тревоги, закроет клапан, осуществит рециркуляцию воды или продолжит ее подачу?
6. Контроллер контролирует поток, интенсивность УФ-излучения, УФТ и подтвержденную дозу в режиме реального времени?
7. Какова потеря давления при пиковом расходе?
8. Требуется ли резервный реактор во время технического обслуживания или отказа лампы?

Если поставщик указывает только мощность лампы и не может указать целевую дозу УФ-излучения, условия УФ-излучения или максимальный подтвержденный поток, номинальная мощность сама по себе не является показателем надежной работы при пиковом-потоке.

Заключение

Правильное управление пиковым потоком требует большего, чем просто увеличение мощности лампы. Это требует полной стратегии контроля:

Измерьте фактический пиковый расход, выберите систему для наихудшего-состояния воды, динамически регулируйте выход УФ-излучения в пределах утвержденного диапазона и используйте параллельные реакторы, буферное хранилище, ограничение расхода и автоматические блокировки, чтобы предотвратить попадание недостаточной дозы воды в систему, расположенную ниже по потоку.

При оценке проекта УФ-излучения компания Agua Topone рекомендует клиентам указывать максимальный мгновенный расход, минимальное значение UVT, соответствующие данные о качестве воды-, необходимую дозу УФ-излучения и фактический режим работы.

Только совместно оценив эти условия, проектировщик может определить, нужен ли проекту более крупный одиночный реактор, ступенчатые параллельные реакторы или комплексное УФ-решение с контролем потока и автоматическими защитными блокировками.

УФ-система ненадежна только потому, что ее лампы продолжают светиться при средних условиях эксплуатации. Надежность означает, что каждая порция воды по-прежнему получает необходимую дозу ультрафиолета даже в самых загруженных и неблагоприятных условиях.