Optimale UV-Dosis Durch Reaktorvalidierung
TrojanUV Lösungen

Die in einem Reaktor erzeugte UV-Dosis ist der wichtigste Parameter um die korrekte Auslegung eines UV-Systems für eine spezifische Anwendung überprüfen zu können. In diesem Zusammenhang ist eine realistische Leistungseinschätzung erforderlich, um zu gewährleisten, dass die Auslegung den behördlichen Anforderungen gerecht werden. Die Genauigkeit der durch ein Bioassay hierfür generierten Daten sind geeignet etwaige mehrdeutige Aussagen über die Leistung der Anlage von vornherein zu vermeiden.

Im Gegensatz dazu führen rein mathematische Berechnungen der Anlagenleistung (z.B. durch Verwendung der Software UVDIS 3.1) häufig zu einer überhöhten Einschätzung der abgegebenen UV-Dosis, da wichtige praktische Faktoren nicht berücksichtigt werden können. Daher ist ein Bioassay die präziseste Methode zur Bestimmung und Bewertung der von einer UVAnlage erzeugten Dosis da nur so ein bestehendes System unter realen Bedingungen geprüft und bewertet werden kann. Auf diese Weise wird eine optimale Auslegung erreicht Systemleistung zu beurteilen und ermöglicht so eine genaue Auslegung sowie die sichere und garantierte Einhaltung der geforderten Qualitätsstandards.

Was ist ein Bioassay? 

Ein Bioassay ist die Bestimmung einer physikalischen Größe mit Hilfe eines definierten biologischen Tests bzw. der Messung einer biologischen Reaktion.

Theoretische Auslegungen Sind Ungenau

Die am häufigsten angewendete UVAuslegungs-Software UVDIS 3.1 verwendet einen 20 Jahre alten Algorithmus auf Basis der damalig zur Verfügung stehenden Lampentechnik. Die Software erlaubt daher nicht den heutigen Stand der Technik hinsichtlich moderner Lampentechnologie und Reaktordesign zu berücksichtigen und bewertet die von einem UV-System abgegeben Dosis signifikant zu hoch.

Abbildung 1zeigt aus einem Projektbeispiel, einen Vergleich der UV-Dosis, die mit Hilfe von UVDIS berechnet wurde und die Dosis die durch ein Bioassay unter realen Bedingungen gemessen wurde. Der Unterschied zeigt in der Konsequenz, dass Auslegung mit UVDIS zu nicht korrekt dimensionierten UV Systemen führt.

Abbildung 1. Dosis mit UVDIS berechnet und durch Bioassay gemessen. Die UV Dosiswerte wurden normalisiert (keine Einheiten), um das relative Ausmaß der Leistung zu zeigen. (Quelle: Petri, 2005)

Die Biotest-Validierung ist Weithin Anerkannt

Biologische Testverfahren erfassen Daten, die auf der tatsächlichen Leistung eines UV-Systems unter sich ändernden, realen Bedingungen basieren und sind daher weltweit als Auslegungsgrundlage für UV-Anlagen zugelassen.

Im Bereich der Trinkwasserversorgung ist ein Bioassay mittlerweile die Voraussetzung zur Zulassung einer UV-Anlage, wie z.B. in Deutschland. Hier dürfen nur UV-Anlagen eingesetzt werden, die zuvor nach DVGW Arbeitsblatt W 294 zertifiziert wurden. Die rein mathematisch basierte Auslegung wird aufgrund der inhärenten Ungenauigkeit nicht akzeptiert. 

Die Biotest-Validierung Verwendet Empirische Daten 

Anders als theoretische Verfahren, wie z.B. UVDIS 3.1, bietet ein Bioassay eine realistische Bewertung der bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, Durchflussmengen und Wasserqualitätskriterien abgegebenen UV-Dosis, wie in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Methode ist die einzige Möglichkeit Strahlerleistung, Strahlerabstände, Leistung der Vorschaltgeräte, Hydraulik, Quarzhüllrohrdurchlässigkeit und weitere Variablen einzubeziehen, die alle einen Einfluss auf die Desinfektionsleistung haben. Theoretische Dosisberechnungen sind hierzu zu ungenau, da sie die tatsächliche Verweilzeit des Wasser in einem UV-Reaktor sowie andere relevante Einflussfaktoren nicht berücksichtigen.

Aufgrund der ausschließlich theoretischen Betrachtungsweise hinsichtlich der realen Gegebenheiten sind diese vereinfachten mathematischen Modelle nicht in der Lage die heutigen Syste-men in der Vielfalt der unterschiedlichen Designs gerecht zu werden (s. Tab.2) Theoretische Modele basieren darüber hinaus auf vielen Annahmen für Randbedingungen, die nur selten durch entsprechende reale Felddaten verifiziert werden. Die Bioassay Methode unterscheidet sich daher grundlegend, da hier viele verschiedene Wasserqualitätsparameter berücksichtigt werden und die so empirisch gewonnenen Daten dann als Grundlage für die Reaktorauslegung dienen.

Tabelle 1. Obenstehende Tabelle zeigt eine kurze Übersicht über die Unterschiede zwischen der Biotest-Validierung und theoretischen Berechnungen mit UVDIS.

Biotest-Validierung (abgegebene Dosis)UVDIS (theoretische Dosis)
• Prüfung von realen UV-Systemen über ein breites Spektrum an Durchflussmengen und Wasserqualitätsparametern

• Bestimmung der abgegebenen UV-Dosis basierend auf der tatsächlichen Inaktivierung der Mikroorganismen, die durch den Reaktor fließen

• Stellt keine Vermutungen bezüglich der Systemparameter, wie Strahlerintensität, Duchflussmenge, UV-Durchlässigkeit (UVT), Leistung der Vorschaltgeräte und hydraulischem Verhalten auf

• Validierungsprotokolle sind ausführlich definiert UVDIS (theoretische Dosis)
• Berechnung wird von Behörden nicht anerkannt und berücksichtigt die Fortschritte in der UVTechnologie nicht

• Eine wichtige Größe bei der Berechnung ist die Strahlerleistung (in Watt), dennoch existiert kein branchenweit anerkanntes Standardverfahren zur Messung der absoluten Strahlerleistung

• Programm vernachlässigt entscheidende Betriebsparameter wie Hydraulik, Durchflussmengen, Quarzhüllrohrdurchlässigkeit, usw. Werte werden von UVDIS 3.1 angenommen, jedoch nicht nachgewiesen

Tabelle 2. Theoretische Berechnungen bewerten die Dosis zu hoch (d.h. sie geben die Anzahl der tatsächlich erforderlichen Strahler zu niedrig an), wie in der unabhängigen Studie dargelegt (Hartfelder, 2002).

AuslegungsmethodeUV-System des Mitbewerbers
(330-W-Strahler)
TrojanUV3000PlusTM
(250-W-Strahler)
UVDIS4042
Biotest5548
Empfehlung des
Herstellers
3448
AuswertungUV-System ist zu klein ausgelegt, da der Biotest gezeigt hat, dass tatsächlich 55 Strahler erforderlich sind, um die Zieldosis zu erreichen.Exakt ausgelegtes UV-System, basierend auf empirischen Daten mit lebenslanger Garantie für die Desinfektionsleistung.
Abbildung 2. Das Desinfektionssystem TrojanUV3000Plus wird vollständig durch ein unabhängiges Unternehmen validiert und erhält eine lebenslange Garantie für die Desinfektionsleistung. Den Anlagen kann garantiert werden, dass die Auslegung des UV-Systems von Trojan korrekt ist und dass die Leistung der Planung entspricht.

Installationsbeispiel

Im Jahr 2002 installierte die Stadt Longmont in Colorado in den USA das UV-System eines Mitbewerbers mit welchem jedoch nicht das angestrebte Desinfektionsziel erreicht wurde.

Es stellten sich mehrere Faktoren heraus die dafür verantwortlich waren, u.a. auch das die UV-Anlage nicht ausreichend dimensioniert worden war.

Quellenangaben:

Petri, B., Scheible, O.K., Lawryshyn, Y., Robinson, J., Sasges, M.. UVDIS Requires Validation for Sizing UV Reactors. HydroQual Inc. & Trojan Technologies Inc.. WEFTEC, 2005.

Hartfelder, J.. Ultraviolet Light Process Model Evaluation. Brown and Caldwell, 2002.

Youngberg, C., Marko, K. UV Disinfection for a Real-World Effluent. Water Environment Federation, March 2008.