ホテルの需要のピーク時、食品加工工場での集中洗浄時、充填-ラインの起動-時、または複数の機器の同時操作時など、瞬間流量は通常の平均をはるかに超えて増加することがあります。

UV システムの電源はオンのままで、コントローラーはランプの故障を示していない可能性がありますが、検証された動作範囲よりも早く水がすでに反応器を通過している可能性があります。本当の問題は、UV ランプが動作しているかどうかではなく、水のすべての部分が依然として必要な UV 線量を受けているかどうかです。

したがって、UV システムは平均流量のみを考慮してサイズを決定すべきではありません。最大瞬間流量、最小実紫外線透過率 (UVT)、ランプの経年劣化、その他の不利な条件が重なった場合でも、必要な消毒性能を維持する必要があります。

ピークフローが UV 消毒に影響を与えるのはなぜですか?

UV 消毒は、微生物が反応器を通過する間に十分な紫外線エネルギーを吸収した場合にのみ機能します。簡略化すると、UV 線量は次のように表すことができます。

UV 線量 (mJ/cm2) ≈ UV 強度 (mW/cm2) × 露光時間 (秒)

平均油圧保持時間は流量に関係します。

保持時間 ≈ 有効反応器容積 ÷ 流量

反応器の容積と UV 出力が変わらない場合、流量が高くなると、通常、水が反応器内で費やす時間が短縮され、供給される UV 線量が減少する可能性があります。

英国飲料水検査局は、紫外線量は放射照度と原子炉内に水が滞留する時間に依存すると述べています。したがって、メーカーが指定した最大設計流量を超えてはなりません。

出典: 英国 DWI の UV 消毒ガイダンス

ただし、実際の UV リアクターでは、流量が 40% 増加すると常に UV 線量が 40% 減少すると仮定するのは正確ではありません。水力分布、乱流、ランプの位置、反応器の形状、チャンバー内のさまざまな流路はすべて、最終的な線量に影響します。

したがって、工学プロジェクトでは、理論上の計算のみではなく、検証された低減等価線量 (RED) に依存する必要があります。

たとえば、UV リアクターが次の条件で検証されたとします。

• 最大流量: 10 m3/h
• 最小 UVT: 85%
• 検証済みの UV 線量: 40 mJ/cm²
• UV 強度は指定された設定値以上に維持されます

実際のピーク流量が 14 m3/h に達した場合、リアクターは検証された範囲外で動作しています。残りの UV 線量は、単純な外挿によって確実に決定することはできません。擁護可能な結論は、元の検証データはもはや消毒性能を保証しないということです。

短期間の流量ピークは無視できない-

事業者の中には、わずか数分間続くピークは全体的な水質にほとんど影響を与えないと想定している人もいます。ただし、微生物の消毒は、1 日の平均投与量に基づいて評価されるものではありません。

流量がわずか 1 分間反応器の能力を超えたとしても、一部の水は貯蔵タンク、生産ライン、または流通ネットワークに入る前に不十分な UV 線量を受ける可能性があります。

飲料水、食品および飲料の製造、医薬品製造、およびその他の微生物学的に敏感な用途では、短期間の過少投与であってもシステムリスクとして扱う必要があります。

地表水、雨水、廃水の用途では、ピーク流量が濁度の上昇、浮遊物質の増加、または UVT の低下と一致する可能性があるため、この課題はより大きくなる可能性があります。{0}この場合、システムは 2 つの問題に同時に直面します。

• 水の動きが速くなると、暴露時間が短縮されます。
• UV 吸収が増加すると、水中の有効 UV 強度が減少します。

この組み合わせは、流量を単独で増加させる場合よりも管理が難しくなります。

UV システムはピークフローにどのように対応すべきですか?

1. 実際のピークフローを測定する

UV システムは、1 日の総水使用量を単純に 24 時間で割ることによって選択すべきではありません。関連する設計値は、UV リアクターを通過できる最大瞬間流量です。

ピークフローは次の原因で発生する可能性があります。

• 複数の水出口が同時に開く
• ポンプの起動-またはポンプの切り替え
• 迅速な保管-タンク補充
• CIP洗浄と装置の洗浄
• 同時充填-ライン作業
• フィルター逆洗
• 生産シフト変更
• 雨季またはピーク時の排水量

商業および産業プロジェクトの場合、流量計またはデータロガーを使用して代表的な期間にわたる実際の流量プロファイルを記録し、その結果をポンプの最大出力容量と比較することが推奨されるアプローチです。

ポンプの定格流量や平均水消費量だけでは、UV リアクターを通る真のピーク流量を明らかにできない場合があります。{0}

2. 最悪の場合の組み合わせとなる UV システムを選択します-

UV システムの定格流量は動作条件に依存しません。システムの選択では、少なくとも次のことを考慮する必要があります。

• 最大瞬時流量
• 必要な紫外線量
• 最小実際の UVT
• ランプ寿命末期のランプ出力
• 予想されるクォーツ-スリーブの汚れ
• ピーク流量時の圧力損失
• 対象微生物

同じ UV 反応器でも、90% UVT と 70% UVT では最大処理能力が実質的に異なる場合があります。

したがって、「20 m3/h」と記載されたデータシートでは、対応する UVT、ターゲット UV 線量、および動作条件も指定しない限り不十分です。

一部の飲料水用途では、NSF/ANSI 55 クラス A システムは重要な性能要件として少なくとも 40 mJ/cm2 に相当する UV 線量を使用します。{0}ただし、この値はすべてのプロジェクトに自動的に適用されるべきではありません。最終的に必要な投与量は、水源水のリスク、対象となる微生物、適用される地域の規制に従って決定する必要があります。-

出典: カナダ保健省の技術文書

3. 検証された範囲内で UV 出力を動的に調整する

流量が頻繁に変動するシステムの場合、流量ペース制御を使用して UV 出力を需要に合わせることができます。{0}

流量が増加すると、コントローラーは次のような動作をする可能性があります。

• ランプ電力を増やす
• 追加のランプバンクをアクティブにする
• 追加の UVC LED モジュールを開始する

流量が減少すると、システムは不必要なエネルギー消費を避けるために出力を下げることができます。

ただし、可変出力制御では原子炉の容量を無制限に拡大することはできません。-ランプが最大出力の場合でも、流量が検証された最大値を超えると、必要な線量が保証されない場合があります。

米国 EPA は、UV 線量モニタリングには流量、UV 強度、ランプの状態を組み込む必要があると述べています。一部の線量計算システムでは、UVT とランプ電力データも使用される場合があります。{{4}

出典: 米国 EPA 紫外線消毒ガイダンス マニュアル

4. 段階的な並列構成で複数の UV リアクターを使用する

流量の変動が大きい商業および産業プロジェクトの場合、多段並列 UV リアクターは、1 台の特大リアクターよりも優れた柔軟性を提供できます。

例えば：

• 1 つの反応器は低流量期間中に作動します。-
• 流量が増加すると、2 番目の反応器が始動します。
• 需要のピーク時には複数の原子炉が同時に稼働します。
• 反応器は 1 基を予備として保有する。

この構成により、各リアクターが検証済みの流量範囲内に維持され、低流量期間中の不必要なエネルギーの使用が削減されます。-

ただし、並列システムでは、慎重な流れのバランスが必要です。分岐抵抗が異なる場合、1 つのリアクターが過剰な流量を受け取り、別のリアクターが受け取る流量が少なすぎる可能性があります。

したがって、配管には適切な流量計、バランスバルブ、または自動制御バルブを使用して設計する必要があります。

5. バッファタンクまたは流量制御装置を使用してピーク流量を削減します-

高いピークが短時間しか持続しない場合は、UV システムの上流にバッファー タンクを設置することもできます。可変周波数ポンプは、より安定した流量で反応器に供給できます。-

その他のフロー制御オプションには次のようなものがあります。-

• 流量制限装置
• 自動調整弁
• 可変周波数ポンプ-
• 圧力-制御装置

これらのデバイスは、流れが UV システムの処理限界を超えるのを防ぐのに役立ちます。

UV は残留消毒を行いません。原子炉の後に貯蔵タンクが設置されている場合、貯蔵中に消毒水が再汚染される可能性があります。

したがって、タンクは衛生的に設計され、定期的に検査および清掃される必要があります。リスクの高いプロジェクトでは、最終 UV ステージを貯蔵タンクの後、使用時点の前に設置できます。-

英国 DWI はまた、UV は消毒剤の残留物をもたらさないため、保管および流通システム内の衛生管理が特に重要であると指摘しています。

出典: 英国 DWI の UV 消毒ガイダンス

さまざまなピークフロー ソリューションをどのように選択すればよいですか?{0}

選択には、ピーク期間、流量変動の大きさと頻度、それに伴う水質変化、継続要件と予算を反映する必要があります。{0}}短く時々発生するピークは、バッファリングまたはフロー制限で管理できます。頻繁な変動はフローのペース制御に適している可能性があります。-また、幅広いターンダウンまたは冗長性の要件により、多段並列リアクターが有利になる可能性があります。いずれの場合も、インターロックにより、検証範囲外で処理された水が下流ユーザーに到達するのを防ぐ必要があります。

購入者は UV システムのサプライヤーに何を確認する必要がありますか?

購入者は、「このシステムは 1 時間あたり何立方メートル処理できますか?」以上のことを尋ねるべきです。次のことも確認する必要があります。

1. 定格流量でどのくらいの UV 線量が供給されますか?
2. 定格流量はどのような UVT 条件で決定されましたか?
3. 性能データにはランプの経年劣化やクォーツ スリーブの汚れが考慮されていますか?{0}}
4. 検証された最小および最大流量はどれくらいですか?
5. 流量が検証された制限を超えた場合、システムはアラームをトリガーし、バルブを閉じ、水を再循環しますか、それとも供給を継続しますか?
6. コントローラーは流量、UV 強度、UVT、および検証された線量をリアルタイムで監視しますか?
7. ピーク流量時の圧力損失はいくらですか?
8. メンテナンス時やランプ故障時にスタンバイリアクトルは必要ですか?

サプライヤーがランプのワット数のみを提供し、目標の UV 線量、UVT 条件、または検証された最大流量を指​​定できない場合、電力定格だけでは信頼できるピークフロー性能を実証できません。-

結論

ピークフローを正しく管理するには、単にランプ電力を増やすだけでは不十分です。それには、完全な制御戦略が必要です。

実際のピーク流量を測定し、最悪の水条件に合わせてシステムを選択し、検証された範囲内で UV 出力を動的に調整します。また、並列反応器、バッファー ストレージ、流量制限、自動インターロックを使用して、下流システムに過少投与量の水が到達するのを防ぎます。{0}

UV プロジェクトを評価する際、Agua Topone では、最大瞬間流量、最小 UVT、関連する水質データ、必要な UV 線量、実際の動作パターンを提供することをお客様に推奨しています。{0}}

これらの条件を総合的に評価することによってのみ、設計者は、プロジェクトに大型の単一リアクター、多段並列リアクター、あるいは流量制御と自動安全インターロックを備えた完全な UV ソリューションが必要かを判断できます。

UV システムは、ランプが平均的な動作条件下で点灯し続けるというだけでは信頼できません。信頼性とは、最も混雑した最も不利な条件下でも、水のすべての部分が依然として必要な紫外線量を受け取ることを意味します。