av Jim Fraser, CTO, RK2 Systems Inc
En av de primära jobben som sälj- och marknadsföringsteamet på RK2 har – med relation till UltraViolet (UV) vattenreningssystem – är kundutbildning. "Varför är det så?" kan du fråga. Tyvärr, medan konceptet med UV-behandling verkar enkelt, den faktiska tillämpningen av tekniken är allt annat än. Faktiskt, kapabla OEM-leverantörer är noga med att säkerställa att kunden kan möta sina faktiska behandlingsbehov, i alla praktiska operativa scenarier, i dag, och allt eftersom systemet åldras.
I många fall kan en potentiell kund märka att en offert för en UV-produkt kan komma in till en betydligt högre kostnad än en annan. Goda nyheter, höger? Lägsta bud vinner! Väl, kanske det företag som gav det lägsta budet vinner, men den verkliga förloraren kan vara kunden.
Inom UV-behandlingsindustrin, som i många andra, det är de dolda eller okända faktorerna som i hög grad kan påverka om ditt system faktiskt levererar den avsedda UV-dosen, eller "behandling", eller inte. Faktiskt, UV-vattenbehandling är en så komplex teknik att US-EPA och andra tillsynsmyndigheter över hela världen har standardiserade dimensionerings- och tillämpningsföreskrifter för kommunalt dricksvatten och avloppsvatten.
Även om vattenbruk inte följer reglerna i sig (det finns reglerade vattenbrukstillämpningar i vissa länder), kapabla OEM-leverantörer använder dessa regler som riktlinjer för att säkerställa att kunden får den behandling de behöver när de köpte sitt UV-system – för att alltid säkerställa ett adekvat skydd av sina investeringar.
UV-behandling – Grunderna du behöver veta om UV-C och UV-dos
Som med all teknik, grundläggande kunskap är nyckeln till att förstå de produkter du köper. Som kund, att vara expert på en viss teknik krävs inte. Dock, ju mer kunskap du har, desto mer sannolikt är det att du är en nöjd kund. För detta ändamål, Det kan vara bra att förklara några av de viktigaste områdena av intresse med avseende på UV-vattenbehandling:
Det finns fyra primära delar av UV-spektrumet:UV-A och UV-B kan ta sig igenom jordens atmosfär. UV-C och UV- Vakuum blockeras av jordens atmosfär.
Vid desinfektion används vanligtvis endast UV-C. Mängden UV-C-ljus som sänds ut av en ljuskälla kallas för "lampans intensitet". Detta anges vanligtvis som mW/cm2. UV-C för desinfektion mäts vanligtvis endast vid våglängden 254nm och är inte synligt för det mänskliga ögat.
UV-dosen är ganska lätt att förstå. Det är lampans intensitet (mW/cm2) x tid. Dosenheter anges vanligtvis som mJ/cm2. Lampor med högre UV-C-intensitet kan få målorganismerna att exponeras för ljus under en kortare tidsperiod än lampor med lägre effekt, för samma totala dos. De båda är lika i effektivitet; om den slutgiltiga dosen är densamma.
Tvärtemot vad många tror, UV-C används inte för att "döda" organismer i de doser som vanligtvis föreskrivs. Organismer inaktiveras av UV och kan inte föröka sig - en skadlig bakterie som inte kan föröka sig skadar inte.
Det råkar vara så att UV-C fotonenergi har förmågan att inaktivera organismer över ett brett spektrum av spektrumet, med 262nm på toppen av denna kurva. Ju närmare ljusenergivåglängden är 262nm, desto effektivare är fotonerna vid inaktivering. Det accepterade våglängdsintervallet för desinfektion är vanligtvis från 220 nm till 280 nm. Okej, så nu vet vi att UV-C, speciellt vid 254nm, kan inaktivera organismer. Men behöver alla organismer samma dos för att inaktiveras? Nej, de gör inte. Figur 1 listar några vanliga "dosresponskurvor" för oroande organismer.
Den kollimerade strålen är en laboratorieanordning utformad för att leverera exakta doser till proverna av organismen i fråga. Dosresponskurvorna genereras genom att de oroande organismerna exponeras för olika doser. Dosen, i mJ/cm2, som användes för att minska mängden organismer logaritmiskt, bestäms då.
En livskraftig organism, eller en som inte är inaktiverad, identifieras efter exponering, som den reproducerar. De inaktiverade organismerna förökar sig inte. Genom att jämföra den inaktiverade med den fortfarande aktiva organismen, vi kan förstå minskningen av livskraftiga organismer i vårt vatten. Till exempel, om en liter vatten hade 10, 000 livsdugliga målorganismer och du levererade en minskning med tre loggar, du skulle nu ha 10 livsdugliga organismer – 10, 000 till 1, 000 (en stock) till 100 (två stock) till 10 (tre log).
UV-behandling – Applicering av fotoner
Nu när du förstår UV-C, UV-dos och logreduktion, vi kommer att diskutera UV-systemets ljuskällor. Det finns några nyckelfaktorer som du bör vara medveten om när du väljer en specifik lamptyp i ett UV-behandlingssystem.
Kvicksilver har använts säkert i UV-lampor i över hundra år. Faktiskt, det är mycket troligt att vattnet du dricker varje dag, oavsett om det är från en kran eller en flaska, behandlades med ett UV-system. Kvicksilver används i lampor eftersom kvicksilvret avger fotoner, främst vid 254nm våglängd (nm är kortform för nanometer) när den exciteras av en elektrisk urladdning - och denna 254nm emission är precis nära toppen av mikrobiologisk inaktivering för de flesta organismer som är oroande.
Det finns två familjer av kvicksilverbaserade lampor som används vid desinfektion - monokromatiska lampor som avger främst vid 254nm, och polykromatiska lampor som avger med ett brett spektrum, där det användbara desinfektionsvåglängdsområdet är från 220nm till 280nm. Lågtryck, lågtryckslampor med hög effekt och amalgamlampor anses alla vara monokromatiska. Mellantryckslampor anses vara polykromatiska.
Lampans effektivitet förbises av många människor, dock, om elförbrukningen är viktig för dig, du kanske vill överväga denna faktor. Lampans effektivitet är förhållandet mellan mängden UV-C-effekt från lampan, jämfört med den elektriska ingången. Effektiviteten kan variera från ~35 procent eller mer för vissa ljuskällor, till så lågt som några procent för andra.
Ljuskällor
Det finns tre primära typer av ljuskällor som används i vattenbruk UV-vattenbehandling:
Lågtrycks- eller lågtryckslampor med hög effekt – Dessa är de mest effektiva lamporna med cirka 35 procent, eller ännu mer. Dock, dessa lampor har också relativt låg effekt, så det krävs fler lampor för en given applikation.
Dessutom, dessa lampor är mer känsliga för förändringar i vattentemperaturen – vattentemperaturer måste tas i beaktande av systemdesignerna. Denna typ av lampa är vanligtvis mycket pålitlig. Dessa lampor anses vara monokromatiska, eftersom den användbara UV-C-utgången nästan är 254nm. Dessa lampor gillar att gå i cirka 40°C för maximal effekt.
Amalgamlampor - Dessa är de primära "gå till"-lamporna i många behandlingssystem. Förutom hög effektivitet i intervallet 33 till 35 procent, de har relativt hög intensitet, och stor tillförlitlighet. Dessa lampor gillar att köra vid ungefär ~110°C för maximal effekt. Alla dessa faktorer möjliggör en effektiv, termiskt stabil och relativt kompakt systemdesign.
Medeltrycks (högtrycks) lampor – Överförenkling, mellantryckslampor är i grunden lågtryckslampor med mer kvicksilver och som drivs med mycket högre strömmar och spänningar. När kvicksilverlampor är överdrivna, de lyser inte längre, de skapar en båge.
Dessa bågar sänder ut 254nm övervägande, men avger även många andra våglängder. Vissa av dessa våglängder ligger i det användbara intervallet 220nm till 280nm – minns du vår inaktiveringskurva? Vid 254nm är dessa lampor endast cirka 8 % effektiva, dock, om man överväger intervallet 220 till 280 nm för inaktivering är de cirka 11 procent effektiva.
Dessutom, mellantryckslampor gillar att gå i cirka 600 till 900°C. Det är väldigt varmt. Också, dessa lampor arbetar med högre spänningar och strömmar, vilket återigen kan skapa vissa utmaningar för systemdesigners. Så varför använda dem kan du fråga dig? De är mycket kraftfulla för en given lampbågslängd.
Ingen annan vattenbehandlingslampa kan matcha medeltryckslampor i rå intensitet. En mycket intensiv lampa kan innebära ett system som har väldigt få lampor och är väldigt kompakt. De slösar mycket mer elektrisk kraft än de andra lamptyperna, dock, och är mycket svårare att konstruera för att vara pålitliga.
Systemdesign
Så nu när vi vet att dosen är intensitet x tid, och vi förstår ljuskällor, vi kan designa vårt system, höger?
Ungefär.
Dosen kan levereras på olika sätt. En låg systemintensitet (få lampor) och med en låg flödeshastighet kan uppnå måldosen. Dock, om en högre flödeshastighet krävs, mer intensitet krävs för att uppnå samma dos som målorganismen vanligtvis befinner sig i UV-systemet under en kortare tidsperiod. Vi kan antingen lägga till fler lampor eller välja en mer kraftfull lampa. Så nu kan vi välja den bästa lamptypen, och antalet lampor som behövs, för att uppnå den dos som krävs på den mest tillförlitliga, låg kostnad och praktiskt möjligt?
Men, Nej, vi kan inte än.
Vi måste först ta hänsyn till andra faktorer, såsom UVT eller ljustransmittans för vattnet vid våglängden som lamporna arbetar vid – 254nm. Visuell ljustransmittans är inte UVT.
UVT, vad är det där?
Ultraviolett transmittans, brukar kallas UVT, är procentandelen ljus vid 254nm som kan gå genom ett 1cm vattenlager av vattnet i fråga. Även om många faktorer kan påverka systemdesign, UVT är förmodligen den mest missförstådda faktorn, och en av de största influenserna på systemdesign. Det är också en av de största faktorerna som om det inte är korrekt bestämt och redovisat, kan göra att UV-systemet inte kan leverera den dos som krävs. UVT är i grunden måttet på hur mycket andra grundämnen i vattnet absorberar UV-C. Om denna UV-C absorberas av icke-målorganismer, den kan inte göra jobbet. UVT mäts med en specialiserad mätare.
Här är en grov analogi - Om du försöker läsa en affisch framför dig på natten, men ljuset kommer från hela din trädgård från toppen av en ljus standard, du behöver en viss mängd synligt ljus för att kunna läsa det. Om, dock, det finns dessutom en lätt dimma, du kommer att behöva mycket mer ljus för att sändas ut. Dimman hindrar din ljuskälla från att göra det avsedda jobbet - du behöver mer ljus för att utföra samma uppgift.
Grumlighet är inte UVT
Även om grumlighet kan påverka UVT, det är relaterat till synligt ljustransmission; kom ihåg, UVT är endast relaterat till transmittansen av fotoner i vatten vid 254nm. Även visuellt klart vatten kan ha låg UVT, beroende på vilka föroreningar som finns.
EOLL, inte en annan akronym!
Såsom nämnts, vid design av ett UV-system, lampans uteffekt används för att bestämma dosen. Erfarna och principfasta leverantörer designar alltid sina UV-system baserat på lampans effekt vid den angivna End-Of-Lamp-Life (EOLL), som beskrivs i lamptimmar. A 12, 000-timmars lampa, till exempel, har sin UV-C-effekt uppmätt vid den tiden för systemdesign och dimensioneringsändamål.
Genom att designa ett UV-system med EOLL UV-C-utgångsvärden, ingenjören är då säker på att lampan, och därmed systemet, kommer alltid att leverera minimum, eller mer, intensitet och efterföljande dos som krävs.
Efter den nominella lampans livslängd, doskravet kanske inte uppfylls eftersom lampans UV-C-effekt kommer att vara mindre än vad som krävs. Vanligtvis, UV-C-lampeffekt vid slutet av lampans livslängd är cirka 80 till 90 procent, jämfört med en ny lampa. Detta nummer är dock inte särskilt viktigt eftersom systemdesignen tar hänsyn till detta - du kommer alltid att ha den intensitet som krävs, eller mer, om du byter lampor vid slutet av lampans livslängd. UV-C-effektförsämring anses vara ganska linjär under lampans livslängd.
Akta sig! En systemoffert som kommer in med väldigt få lampor, jämfört med andra citat, är sannolikt inte konstruerad med hänsyn till lampans livslängd. Detta innebär att, medan du kan få rätt dos i början av lampans livslängd, så snart timmar har samlats på lamporna och effekten börjar sjunka, ditt system kommer inte att ge den nödvändiga dosen!
Om du siktade på en tre-log reduktion av en specifik organism kommer du att få att när lamporna är helt nya, men så fort lamporna överhuvudtaget åldras kommer du att leverera mindre än det kravet. System där EOLL beaktas kommer alltid att leverera den minsta nödvändiga dosen eller mer.
Nedsmutsning
Nedsmutsning är vad som händer med kvartslampans hylsa. Det kan vara biologiskt eller mineralbaserat. Om du inte servar ditt system som krävs, du minskar effektivt din applicerade UV-C-intensitet eftersom den blockeras från att komma till vattnet.
Principiella systemdesigners lägger till en liten nedsmutsningsfaktor till systemstorleken så att kundens vatten får rätt dos när hylsorna är lätt nedsmutsade mellan underhållscyklerna.
Så, vilken information krävs vid beställning av ett UV-behandlingssystem?
Din ansökan - Enkelt pass, multi-pass (recirkulation), etc.
Flödeshastigheter - Vanligt, topp, har du tider utan flöde?
Mål – oroande organismer, UV-C levererade doskrav
Vattenkvalitet – UVT, grumlighet
Vattentemperatur – Minimum och max som krävs och närvarande
Installationsplats - Inomhus, utomhus, utrymme tillgängligt för underhåll, dvs borttagning av lampor
Lampans orientering – Vertikal eller horisontell.
Ovanstående information är den grundläggande information som krävs för att designa ett UV-system för din applikation. Din leverantör kommer också att ha andra frågor som de kan hjälpa dig att besvara och hjälper dig också att förstå "varför" bakom din systemdesign - såväl som "vad".
RK2 systems kundfokus – Tidigare, vi har diskuterat hur man korrekt dimensionerar och utformar ett UV-behandlingssystem. RK2 kan också hjälpa dig att avgöra, klargöra och befästa de faktorer som kommer att driva systemdesignen. Visste du att många av dessa faktorer kan förändras under året? Man ser till att du, kunden, kommer att ha ett UV-system som skyddar din investering.
Men hur är det med service och support? En av nycklarna till en nöjd kundmarknad är supporten efter försäljningen. Oavsett om det är underhållsstöd, delar eller bara råd om användning och skötsel av ditt UV-system, en bra leverantör kommer alltid att finnas där i tid för att hjälpa dig.
Vattenbruk är vad vi vet – Personalen på RK2 är mycket kunniga och erfarna när det gäller vattenbruk och UV-behandlingssystem. Erfarenhet räknas hos en leverantör. Utnyttja det.
www.rk2.com
