أثناء فترات الذروة للطلب في الفنادق، أو التنظيف المركزي في-مصانع تجهيز الأغذية، أو-بدء تشغيل الخط-، أو التشغيل المتزامن لقطع متعددة من المعدات، قد يرتفع معدل التدفق اللحظي أعلى بكثير من متوسطه الطبيعي.

قد يظل نظام الأشعة فوق البنفسجية قيد التشغيل وقد لا تظهر وحدة التحكم أي خطأ في المصباح، ومع ذلك قد يكون الماء يمر بالفعل عبر المفاعل بشكل أسرع مما يسمح به نطاق التشغيل المعتمد. السؤال الحقيقي ليس ما إذا كان مصباح الأشعة فوق البنفسجية يعمل، ولكن ما إذا كان كل جزء من الماء لا يزال يتلقى جرعة الأشعة فوق البنفسجية المطلوبة.

ولذلك لا ينبغي أن يكون حجم نظام الأشعة فوق البنفسجية مناسبًا لمتوسط ​​التدفق وحده. يجب أن يحافظ على أداء التطهير المطلوب عند حدوث الحد الأقصى من التدفق الفوري والحد الأدنى من نفاذية الأشعة فوق البنفسجية الفعلية (UVT) وتقادم المصباح والظروف غير المواتية الأخرى معًا.

لماذا يؤثر تدفق الذروة على التطهير بالأشعة فوق البنفسجية؟

لا يعمل التطهير بالأشعة فوق البنفسجية إلا عندما تمتص الكائنات الحية الدقيقة طاقة كافية من الأشعة فوق البنفسجية أثناء مرورها عبر المفاعل. بعبارات مبسطة، يمكن التعبير عن جرعة الأشعة فوق البنفسجية على النحو التالي:

جرعة الأشعة فوق البنفسجية (ملي جول/سم²) ≈ شدة الأشعة فوق البنفسجية (ملي واط/سم²) × وقت (فترات) التعرض

يرتبط متوسط ​​وقت الاحتفاظ الهيدروليكي بمعدل التدفق:

وقت الاحتفاظ ≈ حجم المفاعل الفعال ÷ معدل التدفق

مع عدم تغيير حجم المفاعل ومخرجات الأشعة فوق البنفسجية، عادةً ما يؤدي معدل التدفق الأعلى إلى تقصير الوقت الذي يقضيه الماء داخل المفاعل وقد يقلل من جرعة الأشعة فوق البنفسجية المسلمة.

تنص هيئة تفتيش مياه الشرب في المملكة المتحدة على أن جرعة الأشعة فوق البنفسجية تعتمد على الإشعاع والوقت الذي يبقى فيه الماء داخل المفاعل. ولذلك يجب عدم تجاوز الحد الأقصى لتدفق التصميم المحدد من قبل الشركة المصنعة.

المصدر: إرشادات التطهير بالأشعة فوق البنفسجية في المملكة المتحدة

ومع ذلك، في مفاعل الأشعة فوق البنفسجية الحقيقي، ليس من الدقة افتراض أن زيادة التدفق بنسبة 40% ستنتج دائمًا انخفاضًا بنسبة 40% في جرعة الأشعة فوق البنفسجية. التوزيع الهيدروليكي، والاضطراب، وموضع المصباح، وهندسة المفاعل ومسارات التدفق المختلفة عبر الغرفة كلها تؤثر على الجرعة النهائية.

ولذلك، ينبغي للمشاريع الهندسية أن تعتمد على جرعة التخفيض المكافئة المعتمدة (RED)، وليس على الحسابات النظرية وحدها.

على سبيل المثال، لنفترض أنه تم التحقق من صحة مفاعل الأشعة فوق البنفسجية في ظل الشروط التالية:

• الحد الأقصى لمعدل التدفق: 10 م3/ساعة
• الحد الأدنى للأشعة فوق البنفسجية: 85%
• جرعة الأشعة فوق البنفسجية المعتمدة: 40 ملي جول/سم²
• يتم الحفاظ على كثافة الأشعة فوق البنفسجية أعلى من نقطة الضبط المحددة

إذا وصل ذروة التدفق الفعلي إلى 14 متر مكعب/ساعة، فهذا يعني أن المفاعل يعمل خارج النطاق المعتمد. لا يمكن تحديد جرعة الأشعة فوق البنفسجية المتبقية بشكل موثوق عن طريق الاستقراء البسيط؛ الاستنتاج الذي يمكن الدفاع عنه هو أن بيانات التحقق الأصلية لم تعد تضمن أداء التطهير.

لا يمكن تجاهل فترات الذروة القصيرة للتدفق-.

يفترض بعض المشغلين أن الذروة التي تدوم بضع دقائق فقط لن يكون لها تأثير يذكر على جودة المياه بشكل عام. ومع ذلك، لا يتم تقييم التطهير الميكروبي على أساس متوسط ​​الجرعة اليومية.

وحتى لو تجاوز التدفق قدرة المفاعل لمدة دقيقة واحدة فقط، فقد يتلقى بعض الماء جرعة غير كافية من الأشعة فوق البنفسجية قبل دخوله إلى خزان التخزين أو خط الإنتاج أو شبكة التوزيع.

بالنسبة لمياه الشرب، وإنتاج الأغذية والمشروبات، وتصنيع الأدوية وغيرها من التطبيقات الحساسة من الناحية الميكروبيولوجية، يجب التعامل مع فترة قصيرة من الجرعات المنخفضة على أنها خطر على النظام.

يمكن أن يكون التحدي أكبر في تطبيقات المياه السطحية-ومياه الأمطار ومياه الصرف الصحي لأن ذروة التدفق قد تتزامن مع زيادة التعكر أو زيادة المواد الصلبة العالقة أو انخفاض الأشعة فوق البنفسجية. ثم يواجه النظام مشكلتين في نفس الوقت:

• حركة الماء الأسرع تقلل من وقت التعرض.
• زيادة امتصاص الأشعة فوق البنفسجية يقلل من كثافة الأشعة فوق البنفسجية الفعالة داخل الماء.

تعد إدارة هذا المزيج أكثر صعوبة من إدارة زيادة التدفق وحدها.

كيف يجب أن يستجيب نظام الأشعة فوق البنفسجية لذروة التدفق؟

1. قم بقياس تدفق الذروة الفعلي

لا ينبغي اختيار نظام الأشعة فوق البنفسجية ببساطة عن طريق تقسيم إجمالي استهلاك المياه اليومي على 24 ساعة. قيمة التصميم ذات الصلة هي الحد الأقصى للتدفق الفوري الذي قد يمر عبر مفاعل الأشعة فوق البنفسجية.

قد يكون سبب تدفق الذروة:

• فتح منافذ مياه متعددة في وقت واحد
• تشغيل المضخة-أو تغيير المضخة
• تجديد خزان التخزين السريع-
• تنظيف CIP وشطف المعدات
• عملية تعبئة الخط-المتزامنة
• تصفية الغسيل العكسي
• تغييرات تحول الإنتاج
• موسم الأمطار-أو ذروة تدفق مياه الصرف الصحي

بالنسبة للمشاريع التجارية والصناعية، فإن النهج المفضل هو استخدام مقياس التدفق أو مسجل البيانات لتسجيل ملف التدفق الفعلي خلال فترة تمثيلية، ثم مقارنة النتائج مع القدرة الإنتاجية القصوى للمضخة.

قد يفشل التدفق المقدر للمضخة- أو متوسط ​​استهلاك المياه وحده في الكشف عن ذروة التدفق الحقيقية خلال مفاعل الأشعة فوق البنفسجية.

2. حدد نظام الأشعة فوق البنفسجية لأسوأ مجموعة من الحالات-.

التدفق المقدر لنظام الأشعة فوق البنفسجية ليس مستقلاً عن ظروف التشغيل. كحد أدنى، يجب أن يأخذ اختيار النظام بعين الاعتبار ما يلي:

• الحد الأقصى للتدفق الفوري
• جرعة الأشعة فوق البنفسجية المطلوبة
• الحد الأدنى الفعلي للأشعة فوق البنفسجية
• خرج المصباح في نهاية عمر المصباح
• من المتوقع حدوث تلوث في غلاف الكوارتز-.
• فقدان الضغط عند ذروة التدفق
• الكائنات الحية الدقيقة المستهدفة

قد يكون لمفاعل الأشعة فوق البنفسجية نفسه سعات معالجة قصوى مختلفة إلى حد كبير عند 90% من الأشعة فوق البنفسجية و70% من الأشعة فوق البنفسجية.

وبالتالي فإن ورقة البيانات التي تنص على "20 م³/ساعة" غير كافية ما لم تحدد أيضًا الأشعة فوق البنفسجية المقابلة، وجرعة الأشعة فوق البنفسجية المستهدفة وظروف التشغيل.

بالنسبة لبعض تطبيقات مياه الشرب، تستخدم أنظمة NSF/ANSI 55 Class A جرعة من الأشعة فوق البنفسجية تعادل 40 مللي جول/سم² على الأقل كمتطلب أداء مهم. ومع ذلك، لا ينبغي تطبيق هذه القيمة تلقائيًا على كل مشروع. يجب تحديد الجرعة النهائية المطلوبة وفقًا لمخاطر المياه-المصدرية والكائنات الحية الدقيقة المستهدفة واللوائح المحلية المعمول بها.

المصدر: الوثيقة الفنية لوزارة الصحة الكندية

3. ضبط إخراج الأشعة فوق البنفسجية ديناميكيًا ضمن النطاق الذي تم التحقق منه

بالنسبة للأنظمة التي بها تقلبات متكررة في التدفق، يمكن استخدام التحكم في وتيرة التدفق-لمطابقة مخرجات الأشعة فوق البنفسجية مع الطلب.

عندما يزيد معدل التدفق، قد تقوم وحدة التحكم بما يلي:

• زيادة قوة المصباح
• تفعيل بنوك المصابيح الإضافية
• ابدأ وحدات UVC LED الإضافية

عندما ينخفض ​​التدفق، يمكن للنظام تقليل الإخراج لتجنب استهلاك الطاقة غير الضروري.

ومع ذلك، لا يمكن للتحكم في الطاقة المتغيرة- توسيع سعة المفاعل إلى أجل غير مسمى. حتى عندما تكون المصابيح بأقصى طاقة، قد لا يتم ضمان الجرعة المطلوبة بمجرد أن يتجاوز التدفق الحد الأقصى الذي تم التحقق منه.

تنص وكالة حماية البيئة الأمريكية على أن مراقبة جرعة الأشعة فوق البنفسجية يجب أن تتضمن معدل التدفق وكثافة الأشعة فوق البنفسجية وحالة المصباح. بعض أنظمة الجرعات المحسوبة-قد تستخدم أيضًا بيانات طاقة الأشعة فوق البنفسجية والمصباح-.

المصدر: دليل إرشادات التطهير بالأشعة فوق البنفسجية لوكالة حماية البيئة الأمريكية

4. استخدام مفاعلات الأشعة فوق البنفسجية المتعددة في تكوين متوازي مرحلي

بالنسبة للمشاريع التجارية والصناعية ذات الاختلافات الكبيرة في التدفق، يمكن أن توفر مفاعلات الأشعة فوق البنفسجية المتوازية المرحلية مرونة أكبر من مفاعل واحد كبير الحجم.

على سبيل المثال:

• يعمل أحد المفاعلات أثناء فترات التدفق المنخفض-.
• يبدأ مفاعل ثانٍ عندما يزداد التدفق.
• تعمل مفاعلات متعددة في وقت واحد أثناء ذروة الطلب.
• ويتم الاحتفاظ بمفاعل واحد كوحدة احتياطية.

يحافظ هذا الترتيب على كل مفاعل ضمن نطاق التدفق الذي تم التحقق منه مع تقليل الاستخدام غير الضروري للطاقة أثناء فترات التدفق المنخفضة.

ومع ذلك، تتطلب الأنظمة المتوازية موازنة تدفق دقيقة. إذا اختلفت مقاومة الفرع، فقد يتلقى أحد المفاعلات تدفقًا زائدًا بينما يتلقى الآخر تدفقًا أقل من اللازم.

ولذلك ينبغي تصميم الأنابيب باستخدام عدادات تدفق مناسبة، أو صمامات موازنة، أو صمامات تحكم أوتوماتيكية.

5. قم بتقليل ذروة التدفق باستخدام الخزان العازل أو معدات التحكم في التدفق

عندما تستمر الذروة العالية لفترة وجيزة فقط، يمكن تركيب خزان عازل في أعلى نظام الأشعة فوق البنفسجية. ويمكن لمضخة التردد المتغير- بعد ذلك تغذية المفاعل بمعدل تدفق أكثر استقرارًا.

تتضمن خيارات التحكم في التدفق- الأخرى ما يلي:

• مقيدات التدفق
• صمامات التنظيم التلقائي
• مضخات التردد المتغير-
• أجهزة التحكم في الضغط-.

تساعد هذه الأجهزة على منع التدفق من تجاوز حد المعالجة لنظام الأشعة فوق البنفسجية.

لا توفر الأشعة فوق البنفسجية أي تطهير متبقي. إذا تم تركيب خزان بعد المفاعل، فقد يتم إعادة تلوث المياه المطهرة أثناء التخزين.

ولذلك ينبغي تصميم الخزان بشكل صحي، وفحصه وتنظيفه بانتظام. في المشاريع-الأعلى خطورة، يمكن تركيب مرحلة الأشعة فوق البنفسجية النهائية بعد خزان التخزين وقبل نقطة الاستخدام.

وتشير DWI في المملكة المتحدة أيضًا إلى أن الأشعة فوق البنفسجية لا توفر بقايا مطهر، مما يجعل إدارة النظافة داخل أنظمة التخزين والتوزيع ذات أهمية خاصة.

المصدر: إرشادات التطهير بالأشعة فوق البنفسجية في المملكة المتحدة

كيف يجب تحديد حلول مختلفة لذروة التدفق؟

يجب أن يعكس الاختيار مدة الذروة، وحجم وتكرار تقلبات التدفق، والتغيرات المصاحبة في جودة المياه، ومتطلبات الاستمرارية، والميزانية. ويمكن إدارة القمم العرضية القصيرة من خلال التخزين المؤقت أو الحد من التدفق؛ قد تتناسب التقلبات المتكررة مع التحكم في وتيرة التدفق-؛ وقد تفضل متطلبات التخفيض أو التكرار الواسعة المفاعلات الموازية المرحلية. في كل حالة، يجب أن تمنع التعشيقات المياه المعالجة خارج النطاق المعتمد من الوصول إلى مستخدمي المصب.

ما الذي يجب على المشترين تأكيده مع مورد نظام الأشعة فوق البنفسجية؟

يجب على المشترين أن يسألوا أكثر من "كم متر مكعب في الساعة يمكن لهذا النظام معالجته؟" وينبغي عليهم أيضًا تأكيد ما يلي:

1. ما هي جرعة الأشعة فوق البنفسجية التي يتم تسليمها عند التدفق المقدر؟
2. تحت أي ظروف UVT تم تحديد التدفق المقدر؟
3. هل تأخذ بيانات الأداء في الاعتبار تقادم المصابيح واتساخ غلاف الكوارتز-؟
4. ما هي معدلات التدفق الدنيا والقصوى التي تم التحقق منها؟
5. إذا تجاوز التدفق الحد المسموح به، فهل سيطلق النظام إنذارًا، أو يغلق صمامًا، أو يعيد تدوير المياه، أو يستمر في إمدادها؟
6. هل تقوم وحدة التحكم بمراقبة التدفق وكثافة الأشعة فوق البنفسجية والأشعة فوق البنفسجية والجرعة المعتمدة في الوقت الفعلي؟
7. ما هو فقدان الضغط عند ذروة التدفق؟
8. هل يلزم وجود مفاعل احتياطي أثناء الصيانة أو فشل المصباح؟

إذا كان المورد يوفر فقط القدرة الكهربائية للمصباح ولا يمكنه تحديد جرعة الأشعة فوق البنفسجية المستهدفة أو ظروف الأشعة فوق البنفسجية أو الحد الأقصى للتدفق المعتمد، فإن تصنيف الطاقة وحده لا يوضح أداء موثوق به لذروة التدفق-.

خاتمة

تتطلب إدارة ذروة التدفق بشكل صحيح أكثر من مجرد زيادة طاقة المصباح. ويدعو إلى استراتيجية السيطرة الكاملة:

قم بقياس ذروة التدفق الفعلي، وحدد النظام لظروف المياه الأسوأ-، واضبط مخرجات الأشعة فوق البنفسجية ديناميكيًا ضمن النطاق الذي تم التحقق منه، واستخدم المفاعلات المتوازية، والتخزين المؤقت، وتقييد التدفق، والأقفال المتداخلة التلقائية لمنع وصول المياه ذات الجرعات المنخفضة إلى النظام النهائي.

عند تقييم مشروع للأشعة فوق البنفسجية، توصي شركة Agua Topone العملاء بتوفير الحد الأقصى من التدفق الفوري والحد الأدنى من الأشعة فوق البنفسجية وبيانات جودة المياه ذات الصلة- وجرعة الأشعة فوق البنفسجية المطلوبة ونمط التشغيل الفعلي.

فقط من خلال تقييم هذه الظروف معًا يمكن للمصمم تحديد ما إذا كان المشروع يحتاج إلى مفاعل فردي أكبر، أو مفاعلات متوازية مرحلية، أو حل كامل للأشعة فوق البنفسجية مع التحكم في التدفق وأقفال الأمان التلقائية.

لا يمكن الاعتماد على نظام الأشعة فوق البنفسجية لمجرد أن مصابيحه تظل مضاءة في ظل ظروف التشغيل المتوسطة. تعني الموثوقية أن كل جزء من الماء لا يزال يتلقى الجرعة المطلوبة من الأشعة فوق البنفسجية خلال الظروف الأكثر ازدحامًا وغير المواتية.