por Jim Fraser, CTO, RK2 Systems Inc
Uno de los trabajos principales que tiene el equipo de ventas y marketing de RK2, en relación con los sistemas de tratamiento de agua UltraViolet (UV), es la educación del cliente. "¿Porqué es eso?" Tu puedes preguntar. Desafortunadamente, mientras que el concepto de tratamiento UV parece simple, la aplicación real de la tecnología es todo lo contrario. De hecho, Los proveedores OEM capaces se preocupan mucho de garantizar que el cliente pueda satisfacer sus necesidades reales de tratamiento. en todos los escenarios operativos prácticos, hoy dia, y a medida que el sistema envejece.
En muchos casos, un cliente potencial puede notar que una cotización para un producto UV puede tener un costo significativamente más alto que el de otro. Buenas noticias, ¿Derecha? ¡La oferta más baja gana! Bien, quizás gane la empresa que ofreció la oferta más baja, pero el verdadero perdedor puede ser el cliente.
En la industria del tratamiento UV, como en muchos otros, son los factores ocultos o desconocidos los que pueden tener un gran impacto en si su sistema realmente administra la dosis de UV deseada, o "tratamiento", o no. De hecho, El tratamiento de agua con rayos ultravioleta es una tecnología tan compleja que la US-EPA y otros organismos reguladores en todo el mundo han estandarizado las regulaciones de tamaño y aplicación para el agua potable municipal y las aguas residuales.
Si bien la acuicultura no cumple con las regulaciones per se (existen aplicaciones de la acuicultura reguladas en algunos países), Los proveedores OEM capaces utilizan estas regulaciones como pautas para garantizar que el cliente reciba el tratamiento que necesita cuando compró su sistema UV, para garantizar la protección adecuada de sus inversiones en todo momento.
Tratamiento UV:lo básico que necesita saber sobre la dosis de UV-C y UV
Como con cualquier tecnología, El conocimiento fundamental es clave para comprender los productos que compra. Como cliente no es necesario ser un experto en una tecnología determinada. Sin embargo, cuanto más conocimiento tengas, es más probable que sea un cliente satisfecho. Con ese fin, Puede ser útil explicar algunas de las áreas clave de interés con respecto al tratamiento de agua UV:
Hay cuatro partes principales del espectro UV:UV-A y UV-B pueden atravesar la atmósfera terrestre. UV-C y UV-Vacío están bloqueados por la atmósfera terrestre.
En la desinfección, normalmente solo se usa UV-C. La cantidad de luz UV-C que emite una fuente de luz se denomina "intensidad de la lámpara". Suele aparecer como mW / cm2. El UV-C para la desinfección generalmente se mide solo en la longitud de onda de 254 nm y no es visible para el ojo humano.
La dosis de UV es bastante fácil de entender. Es la intensidad de la lámpara (mW / cm2) x tiempo. Las unidades de dosis generalmente se enumeran como mJ / cm2. Las lámparas con mayor intensidad de UV-C pueden exponer a los organismos objetivo a la luz durante un período de tiempo más corto que las lámparas de menor potencia. para la misma dosis total. Ambos son iguales en efectividad; si la dosis final administrada es la misma.
Contrario a la creencia popular, La UV-C no se usa para "matar" organismos a las dosis comúnmente prescritas. Los organismos son inactivados por los rayos UV y no pueden reproducirse; una bacteria dañina que no puede reproducirse no hace daño.
Sucede que la energía de los fotones UV-C tiene la capacidad de inactivar organismos en un amplio rango del espectro, con 262 nm en el pico de esta curva. Cuanto más cerca esté la longitud de onda de la energía luminosa a 262 nm, más efectivos son los fotones en la inactivación. El rango de longitud de onda aceptado para la desinfección es típicamente de 220 nm a 280 nm. Okey, ahora sabemos que UV-C, particularmente a 254 nm, puede inactivar organismos. Pero, ¿todos los organismos necesitan la misma dosis para inactivarse? No, ellos no. La Figura 1 enumera algunas "Curvas de respuesta a la dosis" comunes de los organismos de interés.
El haz colimado es un dispositivo de laboratorio diseñado para administrar dosis precisas a las muestras del organismo en cuestión. Las curvas de respuesta a la dosis se generan al exponer los organismos de interés a varias dosis. La dosis, en mJ / cm2, que se utilizó para reducir logarítmicamente la cantidad de organismos, luego se determina.
Un organismo viable, o uno que no esté inactivo, se identifica después de la exposición, mientras se reproduce. Los organismos inactivados no se reproducen. Comparando el organismo inactivado con el todavía activo, podemos entender la reducción de organismos viables en nuestra agua. Por ejemplo, si un litro de agua tuviera 10, 000 organismos objetivo viables y obtuviste una reducción de tres logaritmos, ahora tendrías 10 organismos viables - 10, 000 a 1, 000 (un registro) a 100 (dos registros) a 10 (tres registros).
Tratamiento UV:aplicación de fotones
Ahora que comprende UV-C, Dosis UV y reducción logarítmica, discutiremos las fuentes de luz del sistema UV. Hay algunos factores clave que debe tener en cuenta al seleccionar un tipo de lámpara específico en un sistema de tratamiento UV.
El mercurio se ha utilizado de forma segura en lámparas ultravioleta durante más de cien años. De hecho, es muy probable que el agua que bebes todos los días, ya sea de un grifo o de una botella, fue tratado por un sistema UV. El mercurio se usa en lámparas porque el mercurio emite fotones, principalmente en la longitud de onda de 254 nm (nm es la forma abreviada de nanómetro) cuando se excita con una descarga eléctrica, y esta emisión de 254 nm está cerca del pico de inactivación microbiológica para la mayoría de los organismos de interés.
Hay dos familias de lámparas a base de mercurio que se utilizan en la desinfección:lámparas monocromáticas que emiten principalmente a 254 nm, y lámparas policromáticas que emiten con un amplio espectro, donde el rango de longitud de onda de desinfección utilizable es de 220 nm a 280 nm. Baja presión, Las lámparas de amalgama y de alta salida de baja presión se consideran monocromáticas en su salida. Las lámparas de media presión se consideran policromáticas.
Mucha gente pasa por alto la eficiencia de la lámpara, sin embargo, si el consumo de energía eléctrica es importante para usted, es posible que desee considerar este factor. La eficiencia de la lámpara es la relación entre la cantidad de salida de UV-C de la lámpara, en comparación con la entrada eléctrica. La eficiencia puede variar de ~ 35 por ciento o más para algunas fuentes de luz, a tan solo un pequeño porcentaje para los demás.
Fuentes de luz
Hay tres tipos principales de fuentes de luz que se utilizan en el tratamiento de agua ultravioleta para la acuicultura:
Lámparas de alta salida de baja presión o baja presión:estas son las lámparas más eficientes en aproximadamente un 35 por ciento, o incluso más. Sin embargo, estas lámparas también tienen una potencia relativamente baja, por lo que se requieren más lámparas para una aplicación determinada.
Además, estas lámparas son más sensibles a los cambios en la temperatura del agua; los diseñadores del sistema deben tener en cuenta la temperatura del agua. Este tipo de lámpara suele ser muy fiable. Estas lámparas se consideran monocromáticas, ya que la salida útil de UV-C es casi toda a 254 nm. A estas lámparas les gusta funcionar a unos 40 ° C para una salida máxima.
Lámparas de amalgama:son las lámparas principales de muchos sistemas de tratamiento. Además de una alta eficiencia en el rango del 33 al 35 por ciento, tienen una intensidad relativamente alta, y gran fiabilidad. A estas lámparas les gusta funcionar a aproximadamente ~ 110 ° C para una salida máxima. Todos estos factores permiten una Diseño de sistema térmicamente estable y relativamente compacto.
Lámparas de presión media (alta presión) - Simplificando demasiado, Las lámparas de presión media son básicamente lámparas de baja presión con más mercurio y alimentadas con corrientes y voltajes mucho más altos. Cuando las lámparas de mercurio están sobrecargadas, ya no brillan, crean un arco.
Estos arcos emiten predominantemente 254 nm, pero también emite muchas otras longitudes de onda. Algunas de estas longitudes de onda están en el rango útil de 220 nm a 280 nm. ¿Recuerdas nuestra curva de inactivación? A 254 nm, estas lámparas tienen solo un 8% de eficiencia, sin embargo, si se considera el rango de 220 a 280 nm para la inactivación, tienen una eficiencia de aproximadamente un 11 por ciento.
Además, a las lámparas de presión media les gusta funcionar entre 600 y 900 ° C. Eso está muy caliente. Así como, estas lámparas funcionan a tensiones y corrientes más altas, lo que nuevamente puede crear algunos desafíos para los diseñadores de sistemas. Entonces, ¿por qué usarlos? Son muy potentes para una longitud de arco de lámpara determinada.
Ninguna otra lámpara de tratamiento de agua puede igualar la intensidad bruta de las lámparas de presión media. Una lámpara muy intensa puede significar un sistema que tiene muy pocas lámparas y es muy compacto. Gastan mucha más energía eléctrica que los otros tipos de lámparas, sin embargo, y son mucho más difíciles de diseñar para que sean fiables.
Diseño de sistemas
Ahora que sabemos que la dosis es intensidad x tiempo, y entendemos las fuentes de luz, podemos diseñar nuestro sistema, ¿Derecha?
Algo así como.
La dosis se puede administrar de varias formas. Un sistema de baja intensidad (pocas lámparas) y con un caudal bajo puede alcanzar la dosis objetivo. Sin embargo, si se requiere un caudal mayor, se requiere más intensidad para lograr la misma dosis, ya que el organismo objetivo se encuentra típicamente en el sistema UV durante un período de tiempo más corto. Podemos agregar más lámparas o seleccionar una lámpara más potente. Entonces ahora podemos seleccionar el mejor tipo de lámpara, y número de lámparas necesarias, para alcanzar la dosis requerida de la manera más confiable, ¿Es posible el bajo costo y la forma práctica?
Pero, no, todavía no podemos.
Primero debemos tener en cuenta otros factores, como el UVT o la transmitancia de luz del agua en la longitud de onda a la que operan las lámparas a - 254 nm. La transmitancia de luz visual no es UVT.
UVT, ¿que es eso?
Transmitancia ultravioleta, generalmente conocido como UVT, es el porcentaje de luz a 254 nm que puede atravesar una capa de agua de 1 cm del agua en cuestión. Si bien muchos factores pueden afectar el diseño del sistema, UVT es probablemente el factor más incomprendido, y una de las mayores influencias en el diseño de sistemas. También es uno de los factores más importantes que, si no se determina y se contabiliza con precisión, puede hacer que el sistema UV no pueda administrar la dosis requerida. UVT es básicamente la medida de cuánto otros elementos en el agua absorben UV-C. Si este UV-C es absorbido por organismos no objetivo, no puede hacer el trabajo. La UVT se mide con un medidor especializado.
Aquí hay una analogía aproximada:si está tratando de leer un póster justo frente a usted por la noche, pero la luz proviene del otro lado de su jardín desde la parte superior de un estándar de luz, necesitará una cierta cantidad de luz visible para poder leerlo. Si, sin embargo, además hay una ligera niebla presente, necesitará mucha más luz para emitir. La niebla impide que la fuente de luz haga el trabajo previsto; necesita más luz para completar la misma tarea.
La turbidez no es UVT
Si bien la turbidez puede afectar a la UVT, está relacionado con la transmisión de luz visible; recordar, La UVT solo está relacionada con la transmitancia de fotones en agua a 254 nm. Incluso el agua visualmente clara puede tener una UVT baja, depende de los contaminantes presentes.
EOLL, ¡no otra sigla!
Como se mencionó, al diseñar un sistema UV, la salida de la lámpara se utiliza para determinar la dosis. Los proveedores experimentados y con principios siempre diseñan sus sistemas UV en función de la salida de la lámpara en el fin de vida útil de la lámpara (EOLL) enumerado, que se describe en horas de lámpara. A 12, Lámpara de 000 horas, por ejemplo, tiene su salida de UV-C medida en ese momento para propósitos de diseño y dimensionamiento del sistema.
Al diseñar un sistema UV con valores de salida EOLL UV-C, entonces el ingeniero confía en que la lámpara, y por lo tanto el sistema, siempre entregará lo mínimo, o más, intensidad y dosis subsiguiente requerida.
Más allá de la vida útil nominal de la lámpara, Es posible que no se cumpla el requisito de dosis ya que la salida de UV-C de la lámpara será menor que la requerida. Típicamente, La salida de la lámpara UV-C al final de la vida útil de la lámpara es aproximadamente del 80 al 90 por ciento, en comparación con una lámpara nueva. Sin embargo, este número no es muy importante ya que el diseño del sistema lo tiene en cuenta:siempre tendrá la intensidad requerida, o más, si cambia sus lámparas al final de su vida útil. Se considera que la degradación de la salida de UV-C es bastante lineal a lo largo de la vida útil de la lámpara.
¡Tener cuidado! Una cotización del sistema que viene con muy pocas lámparas, en comparación con otras citas, Es probable que no esté diseñado teniendo en cuenta el final de la vida útil de la lámpara. Esto significa que, aunque puede recibir la dosis adecuada al comienzo de la vida útil de la lámpara, tan pronto como se acumulen horas en las lámparas y la salida comience a disminuir, ¡su sistema no le proporcionará la dosis requerida!
Si apuntó a una reducción de tres logaritmos de un organismo específico, recibirá eso cuando las lámparas sean nuevas, pero tan pronto como las lámparas envejezcan, entregará menos de lo requerido. Los sistemas con EOLL tenidos en cuenta siempre entregarán la dosis mínima requerida o más.
Abordaje
El ensuciamiento es lo que le sucede a la funda de la lámpara de cuarzo. Puede ser de base biológica o mineral. Si no repara su sistema como se requiere, está reduciendo efectivamente la intensidad de UV-C aplicada, ya que está bloqueada para que no llegue al agua.
Los diseñadores de sistemas con principios agregan un pequeño factor de ensuciamiento al tamaño del sistema para que el agua de los clientes reciba la dosis adecuada cuando las mangas se ensucian levemente entre los ciclos de mantenimiento.
Entonces, ¿Qué información se requiere al solicitar un sistema de tratamiento UV?
Tu solicitud - Pase único, multipaso (recirculación), etc.
Caudales - Normal, cima, tienes tiempos sin flujo?
Objetivos - Organismos de interés, Requisitos de dosis administrada de UV-C
Calidad del agua - UVT, turbiedad
Temperatura de agua - Mínimo y máximo requerido y presente
Ubicación de la instalación - Adentro, al aire libre, disponibilidad de espacio para mantenimiento, es decir, extracción de la lámpara
Orientación de la lámpara - Vertical u horizontal.
La información anterior es la información básica necesaria para diseñar un sistema UV para su aplicación. Su proveedor también tendrá otras preguntas que pueden ayudarlo a responder y también lo ayudarán a comprender el "por qué" detrás del diseño de su sistema, así como el "qué".
Enfoque al cliente de RK2 Systems - Previamente, hemos discutido cómo dimensionar y diseñar correctamente un sistema de tratamiento UV. RK2 también puede ayudarlo a determinar, aclarar y solidificar los factores que impulsarán el diseño del sistema. ¿Sabías que muchos de estos factores pueden cambiar a lo largo del año? Se tiene cuidado para asegurar que usted, el cliente, contará con un sistema UV que protege su inversión.
Pero, ¿qué pasa con el servicio y la asistencia? Una de las claves para un mercado de clientes satisfecho es el soporte después de la venta. Ya sea soporte de mantenimiento, piezas o simplemente consejos sobre el uso y cuidado de su sistema UV, un buen proveedor siempre estará disponible de manera oportuna para ayudarlo.
La acuicultura es lo que sabemos - La gente de RK2 está muy bien informada y tiene mucha experiencia en lo que respecta a la acuicultura y los sistemas de tratamiento UV. La experiencia cuenta en un proveedor. Aprovechalo.
www.rk2.com
