Durante i picchi della domanda alberghiera, la pulizia centralizzata negli-impianti di lavorazione degli alimenti, l'-avvio della linea di riempimento-o il funzionamento simultaneo di più apparecchiature, la portata istantanea può aumentare molto al di sopra della sua media normale.

Il sistema UV potrebbe rimanere acceso e il controller potrebbe non mostrare alcun guasto alla lampada, ma l'acqua potrebbe già passare attraverso il reattore più velocemente di quanto consentito dall'intervallo operativo convalidato. La vera domanda non è se la lampada UV funziona, ma se ogni parte dell'acqua riceve ancora la dose UV necessaria.

Un sistema UV quindi non dovrebbe essere dimensionato solo per il flusso medio. Deve mantenere le prestazioni di disinfezione richieste quando si verificano contemporaneamente il massimo flusso istantaneo, la minima trasmittanza UV effettiva (UVT), l'invecchiamento della lampada e altre condizioni sfavorevoli.

Perché il picco di flusso influisce sulla disinfezione UV?

La disinfezione UV funziona solo quando i microrganismi assorbono sufficiente energia ultravioletta mentre passano attraverso il reattore. In termini semplificati, la dose UV può essere espressa come:

Dose UV (mJ/cm²) ≈ Intensità UV (mW/cm²) × Tempo di esposizione (s)

Il tempo medio di ritenzione idraulica è legato alla portata:

Tempo di ritenzione ≈ Volume effettivo del reattore ÷ Portata

Con il volume del reattore e l'emissione UV invariati, una portata maggiore solitamente riduce il tempo che l'acqua trascorre all'interno del reattore e può ridurre la dose UV erogata.

L'Ispettorato dell'acqua potabile del Regno Unito afferma che la dose UV dipende dall'irradiazione e dal tempo in cui l'acqua rimane all'interno del reattore. Pertanto la portata massima di progetto specificata dal produttore non deve essere superata.

Fonte: Guida alla disinfezione UV DWI del Regno Unito

In un vero reattore UV, tuttavia, non è esatto presumere che un aumento del 40% del flusso produrrà sempre una riduzione del 40% della dose UV. La distribuzione idraulica, la turbolenza, la posizione della lampada, la geometria del reattore e i diversi percorsi del flusso attraverso la camera influenzano tutti la dose finale.

I progetti di ingegneria dovrebbero quindi basarsi su una dose equivalente di riduzione (RED) convalidata, piuttosto che sui soli calcoli teorici.

Ad esempio, supponiamo che un reattore UV sia stato validato nelle seguenti condizioni:

• Portata massima: 10 m³/h
• UVT minimo: 85%
• Dose UV convalidata: 40 mJ/cm²
• Intensità UV mantenuta al di sopra del setpoint specificato

Se il flusso di picco effettivo raggiunge 14 m³/h, il reattore funziona al di fuori dell'intervallo convalidato. La dose UV rimanente non può essere determinata in modo affidabile mediante semplice estrapolazione; la conclusione difendibile è che i dati di convalida originali non garantiscono più le prestazioni di disinfezione.

I picchi di flusso-di breve durata non possono essere ignorati

Alcuni operatori presumono che un picco della durata di soli pochi minuti avrà scarso effetto sulla qualità complessiva dell’acqua. Tuttavia, la disinfezione microbica non viene valutata sulla base di una dose media giornaliera.

Anche se il flusso supera la capacità del reattore solo per un minuto, una parte dell'acqua potrebbe ricevere una dose UV insufficiente prima di entrare in un serbatoio di stoccaggio, in una linea di produzione o in una rete di distribuzione.

Per l’acqua potabile, la produzione di alimenti e bevande, la produzione farmaceutica e altre applicazioni microbiologicamente sensibili, anche un breve periodo di sottodosaggio dovrebbe essere trattato come un rischio di sistema.

La sfida può essere maggiore nelle applicazioni per acque superficiali-, acqua piovana e acque reflue perché il picco di flusso può coincidere con una maggiore torbidità, un aumento dei solidi sospesi o una riduzione degli UVT. Il sistema si trova quindi ad affrontare due problemi contemporaneamente:

• Un movimento più veloce dell'acqua riduce il tempo di esposizione.
• L'aumento dell'assorbimento UV riduce l'intensità UV effettiva all'interno dell'acqua.

Questa combinazione è più difficile da gestire rispetto al solo aumento del flusso.

Come dovrebbe rispondere un sistema UV al picco di flusso?

1. Misurare il picco di flusso effettivo

Un sistema UV non dovrebbe essere selezionato semplicemente dividendo il consumo totale giornaliero di acqua per 24 ore. Il valore di progetto rilevante è il flusso istantaneo massimo che può passare attraverso il reattore UV.

Il picco di flusso può essere causato da:

• Più uscite dell'acqua che si aprono contemporaneamente
• Avvio della pompa-o cambio della pompa
• Rifornimento rapido del serbatoio-di stoccaggio
• Pulizia CIP e risciacquo delle attrezzature
• Operazione di riempimento-linea simultanea
• Controlavaggio del filtro
• Cambiamenti nei turni di produzione
• Stagione delle piogge-o picchi di flusso delle acque reflue

Per i progetti commerciali e industriali, l'approccio preferito è quello di utilizzare un flussometro o un registratore di dati per registrare il profilo di flusso effettivo in un periodo rappresentativo, quindi confrontare i risultati con la capacità di uscita massima della pompa.

Il flusso nominale-della pompa o il consumo medio di acqua da soli potrebbero non riuscire a rivelare il reale flusso di picco attraverso il reattore UV.

2. Seleziona il sistema UV per la-combinazione di casi peggiore

Il flusso nominale di un sistema UV non è indipendente dalle condizioni operative. Come minimo, la scelta del sistema dovrebbe considerare:

• Portata istantanea massima
• Dose UV richiesta
• UVT effettivo minimo
• Potenza della lampada al termine della sua durata
• Prevista incrostazione sulla manica-di quarzo
• Perdita di pressione al flusso di picco
• Microrganismi bersaglio

Lo stesso reattore UV può avere capacità di trattamento massime sostanzialmente diverse al 90% UVT e al 70% UVT.

Una scheda tecnica che indichi "20 m³/h" non è quindi sufficiente se non specifica anche l'UVT corrispondente, la dose UV target e le condizioni operative.

Per alcune applicazioni di acqua potabile-, i sistemi NSF/ANSI 55 Classe A utilizzano una dose UV equivalente ad almeno 40 mJ/cm² come requisito prestazionale importante. Tuttavia, questo valore non dovrebbe essere applicato automaticamente a ogni progetto. La dose finale richiesta deve essere determinata in base al rischio idrico della fonte-, ai microrganismi bersaglio e alle normative locali applicabili.

Fonte: documento tecnico Health Canada

3. Regola dinamicamente l'emissione UV all'interno dell'intervallo convalidato

Per i sistemi con frequenti fluttuazioni del flusso, è possibile utilizzare il controllo-regolato del flusso per adattare l'emissione UV alla domanda.

Quando la portata aumenta, il controller può:

• Aumenta la potenza della lampada
• Attiva banchi lampade aggiuntivi
• Avvia moduli LED UVC aggiuntivi

Quando il flusso diminuisce, il sistema può ridurre la produzione per evitare un consumo energetico non necessario.

Tuttavia, il controllo della potenza-variabile non può espandere la capacità del reattore indefinitamente. Anche con le lampade alla massima potenza, la dose richiesta potrebbe non essere garantita una volta che il flusso supera il massimo validato.

L'EPA statunitense afferma che il monitoraggio della dose UV dovrebbe includere la portata, l'intensità UV e lo stato della lampada. Alcuni sistemi di dose calcolata-potrebbero utilizzare anche i dati UVT e la potenza-della lampada.

Fonte: Manuale di orientamento sulla disinfezione da raggi ultravioletti dell'EPA statunitense

4. Utilizzare più reattori UV in una configurazione parallela a fasi

Per progetti commerciali e industriali con grandi variazioni di flusso, i reattori UV paralleli a più livelli possono offrire maggiore flessibilità rispetto a un reattore sovradimensionato.

Per esempio:

• Un reattore funziona durante i periodi di-flusso basso.
• Un secondo reattore si avvia quando il flusso aumenta.
• Più reattori funzionano simultaneamente durante i picchi di domanda.
• Un reattore viene mantenuto come unità di riserva.

Questa disposizione mantiene ciascun reattore entro l'intervallo di flusso convalidato riducendo al tempo stesso il consumo energetico non necessario durante i periodi di flusso-basso.

I sistemi paralleli, tuttavia, richiedono un attento bilanciamento del flusso. Se la resistenza del ramo è diversa, un reattore potrebbe ricevere un flusso eccessivo mentre un altro ne riceve troppo poco.

La tubazione deve pertanto essere progettata con adeguati misuratori di portata, valvole di bilanciamento o valvole di controllo automatico.

5. Ridurre il flusso di picco con un serbatoio tampone o un'apparecchiatura di controllo del flusso-

Quando un picco elevato dura solo brevemente, è possibile installare un serbatoio tampone a monte dell'impianto UV. Una pompa a frequenza-variabile può quindi alimentare il reattore a una portata più stabile.

Altre opzioni di controllo del flusso-includono:

• Limitatori di flusso
• Valvole di regolazione automatica
• Pompe a frequenza-variabile
• Dispositivi di controllo-della pressione

Questi dispositivi aiutano a impedire che il flusso superi il limite di trattamento del sistema UV.

Gli UV non forniscono alcuna disinfezione residua. Se viene installato un serbatoio di stoccaggio dopo il reattore, l'acqua disinfettata potrebbe comunque essere ricontaminata durante lo stoccaggio.

Il serbatoio deve pertanto essere progettato igienicamente, regolarmente ispezionato e pulito. Nei progetti a rischio più elevato-, lo stadio UV finale può essere installato dopo il serbatoio di stoccaggio e prima del punto di utilizzo.

Il DWI del Regno Unito rileva inoltre che i raggi UV non forniscono un residuo disinfettante, rendendo particolarmente importante la gestione dell’igiene all’interno dei sistemi di stoccaggio e distribuzione.

Fonte: Guida alla disinfezione UV DWI del Regno Unito

Come dovrebbero essere selezionate le diverse soluzioni di flusso di picco-?

La selezione dovrebbe riflettere la durata del picco, l'entità e la frequenza delle oscillazioni del flusso, i cambiamenti che accompagnano la qualità dell'acqua-, i requisiti di continuità e il budget. Picchi brevi e occasionali possono essere gestiti con buffering o limitazione del flusso; fluttuazioni frequenti possono favorire il controllo-del ritmo del flusso; e ampi requisiti di riduzione o ridondanza possono favorire reattori paralleli a stadi. In ogni caso, gli interblocchi dovrebbero impedire che l’acqua trattata al di fuori dell’intervallo convalidato raggiunga gli utenti a valle.

Cosa dovrebbero confermare gli acquirenti con un fornitore di sistemi UV?

Gli acquirenti dovrebbero chiedersi qualcosa di più che: "Quanti metri cubi all'ora può trattare questo sistema?" Dovrebbero inoltre confermare:

1. Quale dose UV viene erogata al flusso nominale?
2. In quali condizioni UVT è stata determinata la portata nominale?
3. I dati sulle prestazioni tengono conto dell'invecchiamento della lampada e dell'imbrattamento del manicotto al quarzo-?
4. Quali sono le portate minima e massima convalidate?
5. Se il flusso supera il limite convalidato, il sistema attiverà un allarme, chiuderà una valvola, ricircolerà l'acqua o continuerà a fornirla?
6. Il controller monitora il flusso, l'intensità UV, l'UVT e la dose convalidata in tempo reale?
7. Qual è la perdita di pressione al picco di portata?
8. È necessario un reattore di riserva durante la manutenzione o un guasto della lampada?

Se un fornitore fornisce solo la potenza della lampada e non può specificare la dose UV target, le condizioni UVT o il flusso massimo convalidato, la potenza nominale da sola non dimostra prestazioni affidabili del flusso di picco-.

Conclusione

Gestire correttamente il flusso di picco richiede molto più che semplicemente aumentare la potenza della lampada. Richiede una strategia di controllo completa:

Misura il flusso di picco effettivo, seleziona il sistema per le condizioni dell'acqua-peggiori, regola dinamicamente l'emissione UV all'interno dell'intervallo convalidato e utilizza reattori paralleli, stoccaggio tampone, limitazione del flusso e interblocchi automatici per impedire all'acqua sottodosata di raggiungere il sistema a valle.

Quando valuta un progetto UV, Agua Topone consiglia ai clienti di fornire il flusso istantaneo massimo, l'UVT minimo, i dati pertinenti sulla qualità dell'acqua-, la dose UV richiesta e il modello operativo effettivo.

Solo valutando insieme queste condizioni il progettista può determinare se il progetto necessita di un singolo reattore più grande, di reattori paralleli a stadi o di una soluzione UV completa con controllo del flusso e interblocchi di sicurezza automatici.

Un sistema UV non è affidabile semplicemente perché le sue lampade rimangono illuminate in condizioni operative medie. Affidabilità significa che ogni porzione d'acqua riceve ancora la dose UV richiesta durante le condizioni più trafficate e sfavorevoli.