Trong thời gian nhu cầu khách sạn đạt đỉnh điểm, hoạt động vệ sinh tập trung trong-nhà máy chế biến thực phẩm, nạp-khởi động dây chuyền- hoặc vận hành đồng thời nhiều thiết bị, tốc độ dòng chảy tức thời có thể tăng cao hơn nhiều so với mức trung bình bình thường.

Hệ thống UV có thể vẫn bật và bộ điều khiển có thể không hiển thị lỗi đèn, tuy nhiên nước có thể đã đi qua lò phản ứng nhanh hơn phạm vi hoạt động đã được xác nhận cho phép. Câu hỏi thực sự không phải là liệu đèn UV có hoạt động hay không mà là liệu mỗi phần nước có còn nhận được liều lượng UV cần thiết hay không.

Do đó, hệ thống UV không nên có kích thước chỉ dành cho lưu lượng trung bình. Nó phải duy trì hiệu suất khử trùng cần thiết khi lưu lượng tức thời tối đa, độ truyền tia cực tím thực tế tối thiểu (UVT), lão hóa đèn và các điều kiện bất lợi khác xảy ra cùng nhau.

Tại sao lưu lượng đỉnh ảnh hưởng đến khử trùng bằng tia cực tím?

Khử trùng bằng tia cực tím chỉ có tác dụng khi vi sinh vật hấp thụ đủ năng lượng tia cực tím khi đi qua lò phản ứng. Nói một cách đơn giản, liều UV có thể được biểu thị như sau:

Liều lượng tia cực tím (mJ/cm2) ≈ Cường độ tia cực tím (mW/cm2) × Thời gian phơi sáng (giây)

Thời gian lưu thủy lực trung bình có liên quan đến tốc độ dòng chảy:

Thời gian lưu ≈ Thể tích lò phản ứng hiệu quả ` Tốc độ dòng chảy

Với thể tích lò phản ứng và lượng tia UV thải ra không đổi, tốc độ dòng chảy cao hơn thường rút ngắn thời gian nước sử dụng bên trong lò phản ứng và có thể làm giảm liều tia UV được cung cấp.

Cơ quan Thanh tra Nước uống Vương quốc Anh tuyên bố rằng liều tia cực tím phụ thuộc vào bức xạ và thời gian nước tồn tại trong lò phản ứng. Do đó, lưu lượng thiết kế tối đa do nhà sản xuất quy định không được vượt quá.

Nguồn: Hướng dẫn khử trùng bằng tia cực tím DWI của Vương quốc Anh

Tuy nhiên, trong một lò phản ứng UV thực tế, sẽ không chính xác khi cho rằng lưu lượng tăng 40% sẽ luôn làm giảm 40% liều UV. Sự phân bố thủy lực, nhiễu loạn, vị trí đèn, hình dạng lò phản ứng và các đường dẫn dòng chảy khác nhau qua buồng đều ảnh hưởng đến liều lượng cuối cùng.

Do đó, các dự án kỹ thuật nên dựa vào Liều tương đương giảm thiểu (RED) đã được xác nhận, thay vì chỉ dựa vào tính toán lý thuyết.

Ví dụ: giả sử một lò phản ứng UV đã được xác nhận theo các điều kiện sau:

• Tốc độ dòng chảy tối đa: 10 m³/h
• UVT tối thiểu: 85%
• Liều tia cực tím đã được xác nhận: 40 mJ/cm2
• Cường độ tia cực tím được duy trì trên điểm đặt quy định

Nếu lưu lượng đỉnh thực tế đạt 14 m³/h thì lò phản ứng đang vận hành ngoài phạm vi được xác nhận. Liều UV còn lại không thể được xác định một cách đáng tin cậy bằng phép ngoại suy đơn giản; kết luận có thể bào chữa được là dữ liệu xác nhận ban đầu không còn đảm bảo hiệu suất khử trùng.

Không thể bỏ qua các đỉnh luồng thời lượng ngắn-

Một số nhà điều hành cho rằng đỉnh điểm chỉ kéo dài vài phút sẽ ít ảnh hưởng đến chất lượng nước nói chung. Tuy nhiên, việc khử trùng bằng vi sinh vật không được đánh giá dựa trên liều lượng trung bình hàng ngày.

Ngay cả khi dòng chảy vượt quá công suất của lò phản ứng chỉ trong một phút, một số nước có thể nhận được lượng tia cực tím không đủ trước khi đi vào bể chứa, dây chuyền sản xuất hoặc mạng lưới phân phối.

Đối với sản xuất nước uống, thực phẩm và đồ uống, sản xuất dược phẩm và các ứng dụng nhạy cảm về mặt vi sinh khác, ngay cả việc sử dụng dưới liều lượng trong thời gian ngắn cũng phải được coi là rủi ro hệ thống.

Thử thách có thể lớn hơn trong các ứng dụng-nước bề mặt, nước mưa và nước thải vì dòng chảy cực đại có thể trùng với độ đục cao hơn, chất rắn lơ lửng tăng lên hoặc tia UVT giảm. Hệ thống sau đó phải đối mặt với hai vấn đề cùng một lúc:

• Chuyển động của nước nhanh hơn làm giảm thời gian tiếp xúc.
• Sự hấp thụ tia cực tím tăng làm giảm cường độ tia cực tím hiệu quả trong nước.

Sự kết hợp này khó quản lý hơn việc chỉ tăng lưu lượng.

Hệ thống UV nên phản ứng thế nào với lưu lượng đỉnh?

1. Đo lưu lượng đỉnh thực tế

Không nên chọn hệ thống tia cực tím bằng cách chia tổng lượng nước tiêu thụ hàng ngày cho 24 giờ. Giá trị thiết kế liên quan là dòng tức thời tối đa có thể đi qua lò phản ứng UV.

Lưu lượng đỉnh có thể được gây ra bởi:

• Nhiều cửa xả nước mở đồng thời
• Khởi động máy bơm-hoặc chuyển đổi máy bơm
• Bổ sung bể chứa-lưu trữ nhanh chóng
• CIP làm sạch và rửa thiết bị
• Vận hành dây chuyền-làm đầy đồng thời
• Rửa ngược bộ lọc
• Thay đổi ca sản xuất
• Lưu lượng nước thải vào mùa-mưa hoặc cao điểm

Đối với các dự án thương mại và công nghiệp, cách tiếp cận ưa thích là sử dụng đồng hồ đo lưu lượng hoặc bộ ghi dữ liệu để ghi lại cấu hình dòng chảy thực tế trong một khoảng thời gian đại diện, sau đó so sánh kết quả với công suất đầu ra tối đa của máy bơm.

Chỉ riêng-lưu lượng định mức của máy bơm hoặc mức tiêu thụ nước trung bình có thể không thể hiện được lưu lượng cực đại thực sự qua lò phản ứng UV.

2. Chọn Hệ thống UV cho trường hợp-tồi tệ nhất

Lưu lượng định mức của hệ thống UV không độc lập với điều kiện vận hành. Tối thiểu, việc lựa chọn hệ thống nên xem xét:

• Lưu lượng tức thời tối đa
• Liều tia UV cần thiết
• UVT thực tế tối thiểu
• Công suất đèn khi hết tuổi thọ bóng đèn
• Dự kiến ​​có cặn thạch anh{0}}
• Tổn thất áp suất ở lưu lượng đỉnh
• Vi sinh vật mục tiêu

Cùng một lò phản ứng UV có thể có công suất xử lý tối đa khác nhau đáng kể ở mức 90% UVT và 70% UVT.

Do đó, bảng dữ liệu ghi "20 m³/h" là không đủ trừ khi nó cũng chỉ định UVT tương ứng, liều UV mục tiêu và điều kiện hoạt động.

Đối với một số ứng dụng-nước uống, hệ thống NSF/ANSI 55 Loại A sử dụng liều tia cực tím tương đương với ít nhất 40 mJ/cm² như một yêu cầu quan trọng về hiệu suất. Tuy nhiên, giá trị này không nên được áp dụng tự động cho mọi dự án. Liều lượng yêu cầu cuối cùng phải được xác định theo rủi ro về nguồn nước-, vi sinh vật mục tiêu và các quy định hiện hành của địa phương.

Nguồn: Tài liệu kỹ thuật của Bộ Y tế Canada

3. Tự động điều chỉnh đầu ra UV trong phạm vi được xác thực

Đối với các hệ thống có lưu lượng biến động thường xuyên, có thể sử dụng tính năng điều khiển-điều chỉnh nhịp độ lưu lượng để điều chỉnh công suất tia cực tím phù hợp với nhu cầu.

Khi tốc độ dòng chảy tăng lên, bộ điều khiển có thể:

• Tăng công suất đèn
• Kích hoạt thêm dãy đèn
• Bắt đầu bổ sung các mô-đun LED UVC

Khi lưu lượng giảm, hệ thống có thể giảm sản lượng để tránh tiêu thụ năng lượng không cần thiết.

Tuy nhiên, điều khiển công suất-có thể thay đổi không thể mở rộng công suất lò phản ứng vô thời hạn. Ngay cả với đèn ở công suất tối đa, liều lượng yêu cầu có thể không được đảm bảo khi lưu lượng vượt quá mức tối đa đã được xác nhận.

EPA Hoa Kỳ tuyên bố rằng việc theo dõi liều lượng tia cực tím nên kết hợp tốc độ dòng chảy, cường độ tia cực tím và trạng thái đèn. Một số hệ thống tính toán-liều cũng có thể sử dụng dữ liệu về tia UVT và nguồn điện-của đèn.

Nguồn: Sổ tay Hướng dẫn Khử trùng bằng Tia cực tím EPA của Hoa Kỳ

4. Sử dụng nhiều lò phản ứng UV trong cấu hình song song theo giai đoạn

Đối với các dự án thương mại và công nghiệp có dòng chảy thay đổi lớn, các lò phản ứng UV song song được tổ chức có thể mang lại sự linh hoạt cao hơn so với một lò phản ứng cỡ lớn.

Ví dụ:

• Một lò phản ứng hoạt động trong thời kỳ{0}}dòng chảy thấp.
• Lò phản ứng thứ hai khởi động khi lưu lượng tăng.
• Nhiều lò phản ứng hoạt động đồng thời trong thời gian có nhu cầu cao nhất.
• Một lò phản ứng được giữ lại làm thiết bị dự phòng.

Sự sắp xếp này giữ cho mỗi lò phản ứng nằm trong phạm vi dòng chảy đã được xác thực, đồng thời giảm mức sử dụng năng lượng không cần thiết trong giai đoạn dòng chảy thấp.

Tuy nhiên, các hệ thống song song yêu cầu cân bằng luồng cẩn thận. Nếu điện trở nhánh khác nhau, một lò phản ứng có thể nhận được dòng chảy quá mức trong khi lò phản ứng khác nhận được quá ít.

Do đó, hệ thống đường ống phải được thiết kế có đồng hồ đo lưu lượng, van cân bằng hoặc van điều khiển tự động phù hợp.

5. Giảm lưu lượng đỉnh bằng bể đệm hoặc thiết bị điều khiển-lưu lượng

Khi đỉnh cao chỉ tồn tại trong thời gian ngắn, bể đệm có thể được lắp đặt phía trước hệ thống UV. Sau đó, một-bơm tần số có thể thay đổi có thể cung cấp năng lượng cho lò phản ứng ở tốc độ dòng chảy ổn định hơn.

Các tùy chọn kiểm soát luồng-khác bao gồm:

• Bộ hạn chế dòng chảy
• Van điều chỉnh tự động
• Máy bơm có tần số-có thể thay đổi
• thiết bị điều khiển-áp suất

Những thiết bị này giúp ngăn chặn dòng chảy vượt quá giới hạn xử lý của hệ thống tia cực tím.

UV không cung cấp khử trùng còn sót lại. Nếu bể chứa được lắp đặt sau lò phản ứng, nước đã khử trùng vẫn có thể bị tái nhiễm trong quá trình bảo quản.

Do đó, bể chứa phải được thiết kế hợp vệ sinh, thường xuyên kiểm tra và làm sạch. Trong các dự án có-rủi ro cao hơn, giai đoạn UV cuối cùng có thể được lắp đặt sau bể chứa và trước điểm sử dụng.

DWI Vương quốc Anh cũng lưu ý rằng tia cực tím không cung cấp dư lượng chất khử trùng, khiến việc quản lý vệ sinh trong hệ thống lưu trữ và phân phối trở nên đặc biệt quan trọng.

Nguồn: Hướng dẫn khử trùng bằng tia cực tím DWI của Vương quốc Anh

Nên chọn các giải pháp luồng-cao điểm khác nhau như thế nào?

Việc lựa chọn phải phản ánh khoảng thời gian cao điểm, cường độ và tần suất dao động của dòng chảy, những thay đổi về chất lượng-nước kèm theo, các yêu cầu về tính liên tục và ngân sách. Các đỉnh ngắn, thỉnh thoảng có thể được quản lý bằng bộ đệm hoặc giới hạn lưu lượng; những biến động thường xuyên có thể phù hợp với việc điều khiển nhịp độ-; và các yêu cầu về thời gian tắt hoặc dự phòng rộng có thể ưu tiên các lò phản ứng song song được tổ chức. Trong mọi trường hợp, khóa liên động phải ngăn nước được xử lý ngoài phạm vi được xác nhận tiếp cận người dùng ở hạ lưu.

Người mua nên xác nhận điều gì với nhà cung cấp hệ thống UV?

Người mua nên hỏi nhiều hơn là "Hệ thống này có thể xử lý được bao nhiêu mét khối một giờ?" Họ cũng nên xác nhận:

1. Liều UV nào được phân phối ở lưu lượng định mức?
2. Lưu lượng định mức được xác định trong điều kiện UVT nào?
3. Dữ liệu hiệu suất có tính đến sự lão hóa của đèn và-sự bám bẩn của ống thạch anh không?
4. Tốc độ dòng chảy tối thiểu và tối đa được xác nhận là gì?
5. Nếu lưu lượng vượt quá giới hạn đã xác nhận, hệ thống sẽ kích hoạt cảnh báo, đóng van, tuần hoàn nước hay tiếp tục cung cấp nước?
6. Bộ điều khiển có giám sát lưu lượng, cường độ tia cực tím, UVT và liều lượng được xác nhận trong thời gian thực không?
7. Tổn thất áp suất ở lưu lượng đỉnh là bao nhiêu?
8. Có cần phải có lò phản ứng dự phòng trong quá trình bảo trì hoặc hỏng đèn không?

Nếu nhà cung cấp chỉ cung cấp công suất đèn và không thể chỉ định liều tia UV mục tiêu, điều kiện UVT hoặc lưu lượng tối đa được xác thực thì chỉ riêng mức công suất không thể hiện hiệu suất dòng-đỉnh đáng tin cậy.

Phần kết luận

Quản lý lưu lượng đỉnh một cách chính xác đòi hỏi nhiều thứ hơn là chỉ tăng công suất đèn. Nó đòi hỏi một chiến lược kiểm soát hoàn chỉnh:

Đo lưu lượng đỉnh thực tế, chọn hệ thống cho các điều kiện nước trong trường hợp xấu nhất-, tự động điều chỉnh đầu ra UV trong phạm vi đã xác thực và sử dụng các lò phản ứng song song, bộ lưu trữ đệm, giới hạn dòng chảy và khóa liên động tự động để ngăn nước chưa đủ liều lượng tiếp cận hệ thống hạ lưu.

Khi đánh giá một dự án UV, Agua Topone khuyến nghị khách hàng nên cung cấp lưu lượng tức thời tối đa, UVT tối thiểu, dữ liệu-chất lượng nước có liên quan, liều UV cần thiết và kiểu vận hành thực tế.

Chỉ bằng cách đánh giá các điều kiện này cùng nhau, người thiết kế mới có thể xác định xem dự án có cần một lò phản ứng đơn lớn hơn, các lò phản ứng song song theo giai đoạn hay một giải pháp UV hoàn chỉnh với khả năng kiểm soát dòng chảy và khóa liên động an toàn tự động.

Hệ thống UV không đáng tin cậy chỉ vì đèn của nó vẫn được chiếu sáng trong điều kiện hoạt động trung bình. Độ tin cậy có nghĩa là mọi phần nước vẫn nhận được lượng tia cực tím cần thiết trong điều kiện bận rộn nhất và bất lợi nhất.