كيفية اختيار نظام التطهير المناسب للأشعة فوق البنفسجية لإعادة تدوير أنظمة تربية الأحياء المائية (RAS)

تربية الأحياء المائية هي أسرع قطاع إنتاج غذائي نموًا في العالم وفقًا لتقرير منظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة (الفاو). يشير تقرير منظمة الأغذية والزراعة إلى أنه بحلول عام 2030 ، سوف يأكل العالم من الأسماك بنسبة 20 في المائة أكثر مما كان عليه في عام 2016. بحلول ذلك الوقت ، من المتوقع أن يصل إنتاج تربية الأحياء المائية إلى 109 مليون طن ، وهو معدل نمو بنسبة 37 في المائة مقارنة بعام 2016.

سيؤدي ذلك إلى تنمية تربية الأحياء المائية على الأرض ، بما في ذلك الزراعة في أنظمة إعادة تدوير تربية الأحياء المائية (RAS). ستلعب RAS دورًا أكبر في مستقبل تربية الأحياء المائية حيث إنها قادرة على:

· التقليل من مخاطر هروب الأسماك المستزرعة

· تحسين السيطرة على الأمراض والطفيليات

· إنشاء إدارة أفضل لجودة المياه (درجة الحرارة ، ومعدل الأكسجين ، والمغذيات ، ومحتوى المواد الصلبة العالقة)

· تحسين التحكم في إطلاقات المغذيات في البيئة

إن تربية الأسماك في بيئات محكومة في خزانات ، غالبًا بكثافات عالية ، تضع متطلبات عالية لجودة المياه وأداء المعدات.

في إعادة تدوير أنظمة الاستزراع المائي (RAS) ، تعتبر السلامة الميكروبيولوجية لمياه السحب ضرورية لضمان عدم دخول أي أمراض إلى البيئة الخاضعة للرقابة ، حيث إنها تشكل تهديدًا كبيرًا للإنتاج عالي القيمة والذي يمكن أن يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة. يعد التطهير بالأشعة فوق البنفسجية (UV) أحد طرق التطهير الشائعة لحماية إمدادات المياه التي يتم تناولها ، نظرًا لعدد كبير من المزايا.

فيما يلي خمسة عوامل رئيسية لمساعدتك في اختيار نظام التطهير المناسب للأشعة فوق البنفسجية

1- ضمان الترشيح المسبق الكافي قبل المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية

يعد التطهير بالأشعة فوق البنفسجية طريقة فعالة للغاية ضد الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. ومع ذلك ، في كثير من الحالات ، تتطلب الأشعة فوق البنفسجية ترشيحًا مسبقًا كافيًا قبل العلاج بالأشعة فوق البنفسجية ، لتصفية الجسيمات والمواد الصلبة الأكبر حجمًا التي يمكن أن تخلق تأثير تظليل (حماية) للكائنات الدقيقة التي قد تكون ضارة ، مما يمنعها من تلقي التعرض الضروري للأشعة فوق البنفسجية.

تعتمد طريقة الترشيح المسبق الصحيحة وحجم الشبكة / المسام على العديد من العوامل مثل معدل التدفق وعدد المواد الصلبة العالقة ونوع الماء الداخل ونفاذية الأشعة فوق البنفسجية. تصف نفاذية الأشعة فوق البنفسجية (UVT) فعالية التطهير بالأشعة فوق البنفسجية ، من خلال قياس النسبة المئوية للضوء الذي يمر عبر عينة ماء (غالبًا 10 ملم) بطول موجة 254 نانومتر.

يمكن أن تختلف الأشعة فوق البنفسجية بشكل كبير بين مياه البحر والمياه قليلة الملوحة والمياه العذبة وموقع المدخول. على سبيل المثال ، يتم تلوين المياه السطحية بالمواد الدبالية في العديد من الأماكن في اسكتلندا والنرويج. تعتبر قيمة الأشعة فوق البنفسجية أقل من 60٪ أمرًا غير معتاد بالنسبة لمياه الشرب ، مما يعني أن الأشعة فوق البنفسجية في RAS ستكون أقل.

تختلف البكتيريا والفيروسات أيضًا من حيث الحجم والتي يجب أخذها في الاعتبار عند تصميم الترشيح المسبق. خاصة في تربية السلمون ، كان هناك طلب متزايد على أنظمة الترشيح الفائق (UF) حيث إنها قادرة على إزالة البكتيريا والفيروسات من المياه حتى 4log (إزالة الفيروسات). العلاج بالأشعة فوق البنفسجية والترشيح الفائق معًا قادران على إنشاء ما يسمى بـ "الحاجز المزدوج" ضد الأمراض حيث يكمل كل منهما الآخر.

توصي إرشادات المعهد البيطري النرويجي كحد أدنى ، أن< ؛ يجب تطبيق ترشيح / غربلة 300 ميكرومتر قبل المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك ، فإن القاعدة العامة لا تزال بحاجة إلى ترشيح مسبق يصل إلى 40 ميكرون و 3 وحدة NTU في حالة التعكر.

2. التحجيم الصحيح لنظام الأشعة فوق البنفسجية المدخول

الحجم الصحيح لنظام الأشعة فوق البنفسجية هو العامل الأكثر أهمية لتوفير "جدار حماية" وقائي ضد الكائنات الحية الدقيقة في نظام معالجة المياه. يتضمن التحجيم الصحيح عدة عوامل ، بما في ذلك جرعة الأشعة فوق البنفسجية المطبقة بشكل صحيح ، وتكنولوجيا المصباح ، والكفاءة الهيدروليكية لنظام الأشعة فوق البنفسجية والموافقات لاستخدامها في مدخول تربية الأحياء المائية.

كيفية تطبيق جرعة الأشعة فوق البنفسجية الصحيحة

يعمل الإشعاع فوق البنفسجي على تثبيط نشاط الكائنات الحية الدقيقة عن طريق إتلاف الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، مما يمنعها من التكاثر والتسبب في العدوى. تعتمد قدرة تعطيل الكائنات الحية الدقيقة عن طريق الأشعة فوق البنفسجية على جرعة الأشعة فوق البنفسجية المطبقة (وتسمى أيضًا فلوينس) ، وعادةً ما تكون mJ / cm2 أو J / m2 ، والتي تنتج عن شدة ضوء الأشعة فوق البنفسجية ووقت الإقامة وانتقال الأشعة فوق البنفسجية عبر الماء. إن امتصاص الحمض النووي مرتفع بين نطاق مبيد للجراثيم يتراوح بين 200 و 300 نانومتر مما ينتج عنه تطهير أولي فعال عند 254 نانومتر.

هناك آليات في الخلايا تعمل على إصلاح الأضرار التي لحقت بالحمض النووي / الحمض النووي الريبي. كلما انخفضت جرعة الأشعة فوق البنفسجية المطبقة على الكائنات الحية الدقيقة ، زادت إمكانية التنشيط الضوئي (الإصلاح المحفز بالضوء) وآليات إصلاح المساحات المظلمة. ومع ذلك ، فقد أظهر البحث أنه لا توجد تقريبًا إمكانية للتنشيط الضوئي فوق جرعة من الأشعة فوق البنفسجية تبلغ 15 مللي جول / سم 2 باستخدام أي من تقنيات مصابيح الأشعة فوق البنفسجية الشائعة.

من الأهمية بمكان فهم جرعة الأشعة فوق البنفسجية المستهدفة ، من أجل تطهير المياه الواردة إلى المزرعة بشكل فعال. بشكل عام ، البكتيريا أكثر حساسية للأشعة فوق البنفسجية من معظم الفيروسات الأخرى. على سبيل المثال ، في صناعة السالمونيد ، الكائنات الدقيقة الأكثر استهدافًا مع الحد الأدنى من التخفيض 3 لوغاريتمات (99.9٪) هي:

· فيروس نخر البنكرياس المعدي (IPNV)

· Aeromonas salmonicida

· Vibrio anguillarum

- فيروس أنيميا السلمون المعدي (ISAV)

· Vibrio salmonicida

· يرسينيا روكيري

يعد TheIPNV أيضًا أحد أكثر الفيروسات مقاومة للأشعة فوق البنفسجية التي تم الإبلاغ عنها في الأدبيات العلمية ، حيث تتطلب جرعة من الأشعة فوق البنفسجية بحد أدنى 246 مللي جول / سم 2.

كيفية اختيار أفضل تقنية مصباح لنظام الأشعة فوق البنفسجية لسحب الماء

توفر أنظمة الأشعة فوق البنفسجية المستندة إلى مصابيح الأشعة فوق البنفسجية عالية الضغط ذات الضغط المنخفض (LPHO) إشعاعًا أحادي اللون للأشعة فوق البنفسجية عند 253.7 نانومتر ، مما يجعلها أكثر الأنظمة المستخدمة شيوعًا للتطهير في تربية الأحياء المائية. يمكن أيضًا تطبيق تشعيع الأشعة فوق البنفسجية على أساس تقنية مصباح الضغط المنخفض لتدمير بقايا الأوزون. يتم تدمير مخلفات الأوزون باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية بين أطوال موجية من 250-260 نانومتر.

تتوفر أيضًا أنظمة الأشعة فوق البنفسجية التي تعتمد على تقنية مصابيح الضغط المتوسط ​​التي توفر ضوء الأشعة فوق البنفسجية على نطاق أوسع (200-400 نانومتر) ، ولكنها لا تستخدم بشكل شائع للتطهير في تربية الأحياء المائية البرية نظرًا لارتفاع تكلفة التشغيل في التشغيل المستمر.

بالمقارنة مع المصابيح ذات الضغط المنخفض الملغم (LPHO) ، تستهلك مصابيح الضغط المتوسط ​​(MP) طاقة كهربائية أكبر لكل وحدة من ناتج الضوء المبيد للجراثيم مقارنة بمصابيح LPHO التي تتطلب طاقة أكبر بمقدار 2-3 مرات. تقوم مصابيح MP عمومًا بتحويل ما يصل إلى 15٪ فقط من الواط الداخل إلى واتس UV-C قابل للاستخدام ، في حين أن مصابيح الضغط المنخفض يمكن أن تصل كفاءتها إلى 40٪. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تؤدي درجة حرارة التشغيل المرتفعة للمصابيح MP (حتى 900 درجة مئوية) إلى زيادة تلوث غلاف الكوارتز. يؤدي هذا إلى زيادة الحاجة إلى تنظيف الأكمام ، مما يؤدي إلى زيادة معدل استبدال المكونات التالفة مثل أغطية المصباح ونوافذ المستشعر.

تتميز أنظمة الأشعة فوق البنفسجية التي تعتمد على تقنية مصباح MP بمزاياها عندما يتطلب التطبيق كثافة عالية للأشعة فوق البنفسجية في مساحة صغيرة. أفضل مثال على ذلك هو تركيب قارب جيد ، بالإضافة إلى التطبيقات الأخرى حيث تكون مساحة التثبيت محدودة للغاية ، والتشغيل المستمر غير مطلوب.

يجب أن يكون قرار استخدام نظام للأشعة فوق البنفسجية يعتمد على تكنولوجيا مصابيح UV محددة مدفوعًا بمزايا التشغيل والتصميم ، مع مراعاة خصائص مصباح الأشعة فوق البنفسجية وخاصة الظروف الخاصة بالموقع.

ضمان الكفاءة الهيدروليكية المثلى لنظام الأشعة فوق البنفسجية

الكفاءة الهيدروليكية تعني التعرض الأمثل والمتساوي للأشعة فوق البنفسجية لجميع مسببات الأمراض المحتملة التي تمر عبر الحجرة بأقل انخفاض في الضغط.

غالبًا ما تكون مشكلات تحقيق الخلط المنتظم للماء نتيجة لسرعات التدفق غير المُحسَّنة في جميع أنحاء مفاعل الأشعة فوق البنفسجية بسبب تكوين مفاعل خاطئ ، وتكوين مصباح الأشعة فوق البنفسجية الذي لا يتطابق مع خصائص الماء. على سبيل المثال ، سوف ينتج عن مصباح الأشعة فوق البنفسجية المرتب عبر تدفق المدخل وقت احتجاز قصير جدًا في كلا جانبي مصباح الأشعة فوق البنفسجية وبالقرب من جوانب جدار المفاعل.

توفر مصابيح الأشعة فوق البنفسجية المرتبة بالتوازي مع تدفق المدخل وقتًا ممتدًا للاحتفاظ ، مما يؤدي إلى توزيع أكثر اتساقًا للتدفق ، مما يؤدي إلى توزيع منتظم للجرعة مما يؤدي إلى ما يقرب من الأداء المثالي.

غالبًا ما يتم تقوية الخلط المنتظم لزيادة جرعة الأشعة فوق البنفسجية باستخدام حواجز داخلية من الأدلة. يتم تحليل السلوك الهيدروليكي النهائي للمياه داخل مفاعل الأشعة فوق البنفسجية باستخدام ديناميكيات السوائل الحاسوبية (تحليل CFD) ، كما هو موضح في الصورة أعلاه.

باختصار ، سوف تتقلب جرعة الأشعة فوق البنفسجية الإجمالية التي توفرها تكوينات المفاعل المختلفة ونسب الأداء بسبب اختلاف نواقل الأشعة فوق البنفسجية المائية ومعدلات التدفق وكذلك اختلاف شدة مصباح الأشعة فوق البنفسجية.

الحصول على موافقة نظام الأشعة فوق البنفسجية الخاص بالاستزراع المائي

نظرًا لوجود العديد من الشركات المصنعة لأنظمة الأشعة فوق البنفسجية في العالم ، أصبحت الشهادات المقدمة من الشركات الموثوقة موضعية لضمان صحة منتجات الشركات المصنعة.

تمت الموافقة رسميًا على AGUA TOPONE من قبل المعهد البيطري النرويجي (NVI). NVI هو معهد للبحوث الطبية الحيوية ومركز وطني رائد للخبرة في مجال الأمن الحيوي للأسماك والحيوانات البرية.

بالإضافة إلى ذلك ، تم التحقق من التكنولوجيا لمعالجة المياه ، من خلال برنامج التحقق من التكنولوجيا البيئية للاتحاد الأوروبي (ETV). ETV هو التحقق من صحة التقنيات من خلال أطراف ثالثة مؤهلة ، باستخدام نتائج الاختبار لضمان التحقق من أداء التكنولوجيا البيئية علميًا.

3. التحسين التشغيلي لنظام التطهير بالأشعة فوق البنفسجية

يعتبر النظر إلى التحسين التشغيلي لنظام التطهير بالأشعة فوق البنفسجية مفيدًا لعدة عوامل مثل كفاءة التكلفة وتوفير الوقت وزيادة الأمان.

يتمثل أحد الجوانب الاقتصادية المهمة في النظر في كيفية تشغيل نظام الأشعة فوق البنفسجية بطريقة موفرة للطاقة مع الحفاظ على مستوى جرعة الأشعة فوق البنفسجية المطلوبة. يجب أن يعمل نظام الأشعة فوق البنفسجية على أساس تدفق المياه الواردة وجرعة الأشعة فوق البنفسجية المستهدفة. على سبيل المثال ، إذا لم يكن معدل التدفق في ذروته ، يجب أن يكون نظام الأشعة فوق البنفسجية قادرًا على تعتيم المصابيح لتوفير الطاقة مع الحفاظ على جرعة الأشعة فوق البنفسجية المستهدفة ، وهي ميزة تُعرف أيضًا باسم "سرعة الجرعات". بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون قادرًا على إعطاء إشارة لمرحل التدفق لإيقاف التدفق في حالات الخطأ.

وفقًا لموافقة NVI ، من الضروري توصيل مرحل التدفق بصمام أو جهاز مشابه يتحكم في تدفق المياه عبر وحدة الأشعة فوق البنفسجية.

كيفية مراقبة أداء نظام التطهير بالأشعة فوق البنفسجية

يجب أن يكون نظام الأشعة فوق البنفسجية مزودًا بنظام مراقبة مناسب من أجل مراقبة الحالة داخل المفاعل. يجب مراقبة كثافة الأشعة فوق البنفسجية ، ومعدل التدفق ، وساعات تشغيل المصباح ، وجرعة الأشعة فوق البنفسجية ، وأداء مصباح الأشعة فوق البنفسجية الفردي ودرجة حرارة الغرفة بشكل مستمر من خلال نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) الخاص بالنظام. بالإضافة إلى ذلك ، يجب الاحتفاظ بالبيانات التالية في السجل كحد أدنى:

·التاريخ و الوقت

·درجة حرارة

· قيمة الإشعاع

· جرعة الأشعة فوق البنفسجية

·تدفق التيار

· أقصى تدفق مسموح به

· نقطة ضبط جرعة الأشعة فوق البنفسجية

تأثير أداء نظام المسح التلقائي في نظام التطهير بالأشعة فوق البنفسجية

كما ذكرنا سابقًا ، يمكن أن تختلف خصائص المياه الواردة اختلافًا كبيرًا. سيفقد نظام الأشعة فوق البنفسجية قدرته المثلى على التطهير إذا كانت هناك رواسب على أكمام الكوارتز تحمي مصابيح الأشعة فوق البنفسجية.

هناك أنواع مختلفة من القاذورات حسب مصدر المياه. بشكل عام ، يعتبر نظام المساحات الأوتوماتيكي المتقدم الفعال فعالاً حتى ضد التدرج الأكثر ثباتًا دون الحاجة إلى التنظيف الكيميائي CIP (التنظيف في المكان). يؤدي هذا إلى التخلص من التعامل مع المواد الكيميائية الخطرة ، والنفقات الإضافية ، ووقت التوقف ، وتكاليف التشغيل مع الحفاظ على تشغيل النظام.

كيفية اختيار المادة المناسبة لمفاعل الأشعة فوق البنفسجية وخزانة التحكم

اعتمادًا على مصدر المياه المأخوذة ، يمكن أن تكون البيئة شديدة التآكل بسبب الملوحة أو رطوبة الهواء. يمكن أن يكون هذا إعدادًا صعبًا للمواد شائعة الاستخدام في مفاعلات الأشعة فوق البنفسجية وخزانات التحكم.

قامت شركة AGUA TOPONE بتطوير مادة البولي بروبيلين المستقرة للأشعة فوق البنفسجية (PP) ، وهي مادة مقاومة لتطبيقات مياه البحر الدافئة بسبب بنيتها غير المسببة للتآكل. لتطبيقات مياه البحر الباردة والمياه العذبة ، فإن جهاز AGUA TOPONE مصنوع من SS316L المصقول كهربائياً من الداخل والخارج. هذا يضمن مقاومة متزايدة للتآكل من الخارج ، ويزيد من أداء ضوء الأشعة فوق البنفسجية بسبب الانعكاس الداخلي من الداخل.

جميع خزانات التحكم مصنوعة من البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP) مع التبريد السلبي أو النشط ، مما يتسبب في حماية الأجزاء الداخلية للخزائن من أي عوامل خارجية.

4. صيانة نظام التطهير بالأشعة فوق البنفسجية

يتطلب التطهير الفعال بالأشعة فوق البنفسجية الصيانة المجدولة لنظام الأشعة فوق البنفسجية. يختلف تكرار الصيانة كثيرًا بين الشركات المصنعة المختلفة ، اعتمادًا على مصدر الطاقة ومتانة وموثوقية النظام.

تم تصميم جميع أنظمة AGUA TOPONEUV لتتطلب حدًا أدنى من الصيانة ، باستخدام مكونات قوية ومتينة توفر راحة تشغيلية استثنائية. مكنت عقود من البحث والتطوير والابتكار من تزويد عملائنا بأنظمة موثوقة وغير مكلفة للتركيب والتشغيل ، بالإضافة إلى أنها لا تحتاج إلى صيانة كافية بحيث يمكن استخدامها من قبل غير المتخصصين.

5. الاتصال المناسب بين الصانع والعميل النهائي

أخيرًا وليس آخرًا ، لا يمكن التقليل من أهمية الاتصال المناسب بين الشركة المصنعة لنظام الأشعة فوق البنفسجية ومشغل نظام RAS.

يعد اختيار مورد مع دعم فني كامل أمرًا بالغ الأهمية في حالة الطوارئ ، حيث يلزم دعم تشغيلي سريع. هذا يؤكد الحاجة إلى دعم على مدار 24 ساعة مع مهندسين تقنيين جاهزين للمساعدة بغض النظر عن المنطقة الزمنية.

AGUA TOPONE هي شركة تصنيع أنظمة التطهير بالأشعة فوق البنفسجية التي توفر لعملائها دعمًا شاملاً طوال العملية بأكملها ، بدءًا من تحديد المتطلبات وحتى عملية التشغيل المستمرة. لا تتوقف مسؤوليتنا بمجرد إرسال النظام.

لا تتردد في الاتصال بنا إذا كنت تريد المزيد من المعلومات حول كيف يمكننا مساعدتك.