Determinazione Accurata Della Dose UV Attraverso La Validazione Del Reattore
Soluzioni TrojanUV

La dose UV rilasciata da un reattore è il parametro chiave utilizzato per confermare un corretto dimensionamento del sistema per una specifica applicazione. Come tale, una corretta base di partenza delle performance è necessaria per garantire che le condizioni di progetto rispettino i limiti di legge imposti. L’accuratezza dei dati ottenuti attraverso la validazione biodosimetrica elimina qualsiasi ambiguità in queste impostazioni.

Per contro, stime teoriche delle prestazioni delle apparecchiature (ad esempio utilizzando software UVDIS 3,1) sono inclini ad esagerare la quantità di UV rilasciato in quanto i fattori reali non sono considerati. Come risultato delle considerazione di cui sopra, il metodo più preciso per determinare e quantificare la dose somministrata di un reattore UV è con la validazione biodosimetrica. La validazione del reattore, attraverso un test biodosimetrico, è ottenuta rigorosamente tramite prove su di un sistema UV reale nell’ambito di una vasta gamma di condizioni di qualità delle acque per caratterizzare le prestazioni del sistema e consentire un accurato dimensionamento e fornire garanzie di performance.

Cosa e’ un test Biodosimetrico? 

Il test biodosimetrico è una procedura utilizzata per determinare la dose UV rilasciata da un reattore, misurando l’inattivazione di un organismo campione in diverse condizioni di portata e qualità dell’acqua.

Il Dimensionamento Teorico e’ Impreciso 

Il Software di dimensionamento UVDIS 3.1 consente agli ingegneri di stimare la dose UV teorica. Il software UVDIS 3,1 è stato sviluppato circa 20 anni fa, quando erano disponibili in commercio solo lampade a bassa pressione, a bassa emissione (LPLO). Infatti, le equazioni all’interno dello strumento sono basate su modelli di sistemi di lampada LPLO.

Il software UVDIS 3,1 non fa alcun riferimento alle tecnologie di lampade ad alta potenza e le geometrie dei reattori avanzati oggi in uso. Per tale motivo, il software è indotto, in modo significativo, a sovrastimare la dose erogata da un sistema UV.

La Figura 1 mostra un esempio di progetto in cui UVDIS sovrastima la dose erogata rispetto ai dati di campo del reattore ottenuti attraverso la validazione biodosimetrica. Come risultato, il sistema sarà sottodimensionato e le prestazioni di disinfezione potrebbero essere compromesse se l’UVDIS venisse utilizzato.

Figura 1. UVDIS e dose validate Bioassay. Le dosi sono state normalizzate (nessuna unità) per mostrare entità relativa delle prestazioni. (Fonte: Petri, 2005)

La Validazione Biodosimetrica (Bioassey) e’ Ampiamente Accettata 

La validazione biodosimetrica è un processo per la raccolta dati basato sulle reali prestazioni del sistema UV in varie condizioni reali. Di conseguenza, è ampiamente sostenuto dai molti ingegneri, produttori, normatori e redattori di linee guida (e.g. NWRI/AwwaRF UV Disinfection Guidelines – May 2003 and USEPA UV Disinfection Guidance Manual – November 2006).

Per esempio, la maggior parte dei normatori per acqua potabile non accettano i calcoli teorici della dose per il trattamento delle acqua a causa delle imprecisioni ad esso associate – solo i sistemi di analisi biodosimetrica validati sono accettati per garantire la tutela della salute pubblica.

La Validazione Bioassay Utilizza Dati Empirici

A differenza dei metodi teorici, come UVDIS 3.1, la validazione in campo fornisce una valutazione della reale quantità di raggi UV rilasciati nell’ambito di: vasta gamma di condizioni operative, portate e qualità delle acque, come riassunto nella Tabella 1.

La validazione in campo è l’unico modo per considerare accuratamente l’emissione effettiva delle lampade, la spaziatura della stesse, efficienza dei ballast, la portata idraulica, la trasparenza dei tubi di protezione in quarzo ed altre variabili che influiscono sulle prestazioni della disinfezione. Il calcolo della dose teorica è intrinsecamente impreciso perché non può caratterizzare la distribuzione dei tempi di residenza di un reattore e l’emissione delle sue lampade UV.

Si basano sul tempo di ritenzione e l’intensità teorici, ipotesi che non considerano la diversità delle configurazioni dei sistemi UV ora disponibili, come esemplificato nella Tabella 2. Inoltre, molte ipotesi sono inserite in modelli teorici e prima che un modello possa essere considerato valido, deve essere confrontato e provato con i risultati effettivi e prove in campo, il che avviene raramente e presenta un rischio molto elevato quando il modello è usato per il dimensionamento del reattore.

La validazione biodosimetrica è completamente diversa in quanto la metodologia comporta la prova del reattore in varie condizioni di qualità delle acque ed i dati empirici raccolti vengono utilizzati per il dimensionamento del reattore.

Tabella 1. La tabella qui sopra è un breve riassunto delle differenze tra la validazione dei test biodosimetrici e dei calcoli teorici UVDIS.

Validazione Bioassay (Dose rilasciata)Validazione Bioassay (Dose rilasciata)
• Prove in campo di sistemi a grandezza reale svolte su una vasta gamma di portate e parametri di qualità dell’acqua

• Determina la dose UV erogata basandosi sulla reale velocità di inattivazione dei microrganismi che attraversano il reattore

• Non sono fatte ipotesi sui parametri del sistema, come intensità della lampada, miscelazione, corto circuito e prestazioni idrauliche

• Protocolli di validazione sono ben definiti sia dalla US EPA e NWRI / AwwaRF
• Il programma non è approvato dalla USEPA, né ha seguito i continui progressi della tecnologia UV

• Un dato d’ingresso critico per il calcolo è l’emissione della lampada (watt), e comunque non esiste un metodo standard certo per la misura dell’emissione della lampada

• Il programma non tiene conto di parametri critici operativi quali l’idraulica, la miscelazione, la trasmittanza del tubo in quarzo, ecc. Tali valori sono assunti e non verificati dal UVDIS 3,1

Scheda
Metodo di dimensionamento
sistema UV concorrente
(n. lampade da 330W)
TrojanUV3000Plus™
(n. lampade da 250W)
UVDIS4042
Bioassay5548
Raccomandazioni del
produttore
3448
SintesiSistema UV è sottodimensionato in quanto il test biodosimetrico ha dimostrato che 55 lampade sono effettivamente necessarie per soddisfare la dose target.Sistema UV accuratamente dimensionato sulla base di dati empirici ed è coperto da una garanzia di performance a vita della disinfezione.
Figura 2. Il sistema di disinfezione TrojanUV3000Plus è completamente validato da un ente terzo indipendente e supportato da una garanzia di performance di disinfezione a vita. Gli impianti possono essere certi che il sistema UV di Trojan dimensionamento è preciso e lavorerà come previsto.

Esempio Di Installazione

Nel 2002, Longmont, Colorado, USA ha installato un sistema UV concorrente che non è riuscito a raggiungere il loro limite di disinfezione consentito.

Diversi fattori hanno contribuito al fallimento del sistema di disinfezione, compreso un errato criterio di dimensionamento del sistema UV. Nel 2007, l’impianto di trattamento delle acque reflue ha installato un TrojanUV3000Plus™ (simile alla Figura 2) dimensionato in base alla validazione biodosimetrica e da quel momento l’impianto è stato in grado di soddisfare il limite di disinfezione in modo affidabile.

Ciò evidenzia l’importanza di un corretto dimensionamento basato sulla validazione biodosimetrica al fine di garantire leprestazioni di disinfezione (Youngberg, 2008).

Riferimenti:

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.