Como escolher o sistema de desinfecção UV correto para sistemas de recirculação aquícola (RAS)
11 novembro 2021A aquicultura é o setor de produção de alimentos que mais cresce no mundo, de acordo com o relatório da Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura (FAO). O relatório da FAO afirma que até 2030, o mundo comerá 20% a mais de peixe do que em 2016. Até lá, a produção da aquicultura deverá atingir 109 milhões de toneladas, o que representa uma taxa de crescimento de 37% em relação a 2016.
Isto levará a uma crescente aquicultura em terra (land-based), incluindo o cultivo em Sistemas de Recirculação Aquícola (RAS). O RAS desempenhará um papel ainda maior no futuro da aquicultura, sendo capaz de:
- Minimizar as ameaças de fuga de peixes cultivados
- Melhorar o controle de doenças e parasitas
- Criar uma melhor gestão da qualidade da água (temperatura, taxa de oxigênio, teor de nutrientes e sólidos em suspensão)
- Melhorar o controle da liberação de nutrientes no meio ambiente
O cultivo de peixes em ambientes controlados em tanques, muitas vezes em altas densidades, estabelece altas exigências para a qualidade da água e desempenho do equipamento.
Em Sistemas de Aquicultura Recirculantes (RAS), a segurança microbiológica da água de entrada é crucial para garantir que nenhuma doença seja introduzida no ambiente controlado, pois representa uma enorme ameaça à produção de alto valor, que pode levar a perdas econômicas significativas. Um método de desinfecção comumente utilizado para proteger o abastecimento de água de entrada é a desinfecção ultravioleta (UV), devido a seu vasto número de vantagens.
Aqui estão cinco fatores-chave para ajudá-lo a escolher o sistema de desinfecção UV correto para Sistemas de Aquicultura Recirculantes (RAS).
1. Assegurar a pré-filtração adequada antes do tratamento UV
A desinfecção UV é um método extremamente eficaz contra microrganismos patogênicos. Entretanto, em muitos casos, a radiação UV requer uma pré-filtração suficiente antes do tratamento UV, para filtrar partículas maiores e sólidos que poderiam criar um efeito de sombra (proteção) para os microrganismos potencialmente nocivos, impedindo-os de receber a exposição à luz UVC necessária.
O método correto de pré-filtragem e o tamanho da malha/porosidade dependem de muitos fatores como a vazão, o número de sólidos em suspensão, o tipo de água de entrada e a transmitância UV. A transmitância UV (UVT) descreve a eficácia da desinfecção UV, medindo a porcentagem de luz que passa através de uma amostra de água (geralmente 10mm) no comprimento de onda de 254 nm.
A transmitância UV pode variar significativamente entre água do mar, água salobra, água doce e a localização da entrada. Como exemplo, a água superficial é colorida por substâncias húmicas em muitos lugares na Escócia e na Noruega. Um valor de UVT abaixo de 60% não é incomum para a água de entrada, o que significa que a transmitância no RAS será ainda menor.
As bactérias e vírus também variam em tamanho, o que deve ser levado em consideração ao projetar a pré-filtração. Especialmente na salmonicultura, tem havido uma demanda crescente por sistemas de Ultrafiltração (UF), já que é capaz de remover bactérias e vírus da água até 4log (remoção de vírus). O tratamento UV e a Ultrafiltração combinados são capazes de criar a chamada “barreira dupla” contra as doenças, uma vez que se complementam.
Diretrizes do Instituto Veterinário Norueguês recomendam como mínimo, que < 300 µm de filtragem/triagem devem ser aplicados antes da desinfecção UV. Entretanto, a regra geral é ainda ter uma pré-filtração até 40 mícrons e 3 NTU em turbidez.
2. Dimensionamento correto do sistema UV na água de entrada
O dimensionamento correto do sistema UV é o fator mais importante para fornecer um ‘firewall’ de proteção contra microrganismos no sistema de tratamento de água de entrada. O design correto envolve vários fatores, incluindo uma dosagem UV corretamente aplicada, tecnologia de lâmpada UV, eficiência hidráulica do equipamento e suas aprovações a serem empregadas na entrada de água da aquicultura.
Como aplicar a dose UV correta
A irradiação UV inativa os microrganismos, danificando seu DNA e RNA, o que os impede de se reproduzir e causar infecção. A capacidade de inativação dos microrganismos por UV depende da dose UV aplicada (também chamada de fluência), geralmente como mJ/cm2 ou J/m2, que é o produto da intensidade da luz UV, tempo de residência e transmitância UV através da água. A absorção de DNA é alta entre uma faixa germicida de 200 – 300 nm, o que resultará em uma desinfecção primária eficiente a 254 nm.
Existem mecanismos nas células que reparam os danos ao DNA/RNA. Quanto menor a dose de UV aplicada para um microrganismo, maior a possibilidade de fotorreativação (reparo catalisado por luz) e mecanismos de reparo do espaço escuro. Entretanto, pesquisas demonstraram que quase não há potencial para fotorreativação acima de uma dose UV de 15 mJ/cm2 utilizando qualquer tecnologia de lâmpada UV comum.
É crucial compreender a dose UV ideal, a fim de desinfetar efetivamente a água que chega à fazenda. Em geral, as bactérias são mais sensíveis à luz UV do que a maioria dos outros vírus. Como exemplo, na indústria de salmonídeos, os microrganismos mais comumente visados com uma redução mínima de 3 log (99,9%) são:
Vírus da necrose pancreática infecciosa (IPNV)
Aeromonas salmonicida
Vibrio anguillarum
Vírus da anemia infecciosa do salmão (ISAV)
Vibrio salmonicida
Yersinia ruckeri
O IPNV é também um dos vírus mais resistentes aos raios UV relatados na literatura científica, exigindo uma dose UV mínima de 246 mJ/cm2.
Como escolher o melhor tipo de lâmpada UV para a água de entrada
Os sistemas UV baseados em lâmpadas UV de amálgama e de baixa pressão de alta potência (LPHO) fornecem irradiação UV monocromática a 253,7 nm, o que os torna os sistemas mais comumente aplicados para desinfecção em aquicultura. A irradiação UV com a tecnologia de lâmpadas de baixa pressão também pode ser aplicada para a destruição de resíduos de ozônio. Estes são destruídos com uma luz UV entre os comprimentos de onda de 250 – 260 nm.
Também existe os sistemas UV baseados na tecnologia de lâmpadas de média pressão, que fornecem uma luz UV a um espectro mais amplo (200 – 400 nm), mas não são comumente usados para desinfecção em aquicultura terrestre devido a seu maior custo operacional em operação contínua.
Em comparação com as lâmpadas de amálgama de baixa pressão e alta potência (LPHO), as lâmpadas de média pressão (MP) consomem mais energia elétrica por unidade de saída de luz germicida do que as lâmpadas LPHO que requerem 2-3 vezes mais potência. As lâmpadas MP geralmente só convertem até 15% de seus watts de entrada em watts UV-C utilizáveis, enquanto as lâmpadas de baixa pressão pode ser eficientes em até 40%. Além disso, a maior temperatura de operação das lâmpadas MP (até 900°C) pode aumentar a incrustação dos tubos de quartzo. Isto aumenta a necessidade de limpeza, resultando em uma maior frequência de substituição de componentes incrustados, tais como tubos de quartzo e visor dos sensores.
Os sistemas UV baseados na tecnologia de lâmpada MP tem suas vantagens quando a aplicação requer alta intensidade UV em uma área pequena. O melhor exemplo é a instalação em wellboats, bem como outras aplicações onde o espaço de instalação é muito limitado e não é necessário o funcionamento contínuo.
A decisão de usar um sistema UV baseado em uma tecnologia de lâmpada UV específica deve ser impulsionada pelas vantagens operacionais e de projeto, levando em consideração as características da lâmpada UV e especialmente as condições específicas do local.
Garantia de eficiência hidráulica óptima do sistema UV
Eficiência hidráulica significa exposição UV ótima e igual de todos os patógenos possíveis que passam pela câmara com uma mínima queda de pressão.
Os problemas para se conseguir uma mistura uniforme da água são frequentemente resultado de velocidades de fluxo não otimizadas em todo o reator UV, causado por uma configuração de reator errada, e uma configuração de lâmpada UV que não corresponde às características da água. Como exemplo, uma lâmpada UV disposta transversalmente ao fluxo de entrada resultará em um tempo de retenção muito curto em ambos os lados da lâmpada UV e próximo aos lados da parede do reator.
As lâmpadas UV dispostas paralelamente ao fluxo de entrada proporcionam um tempo de retenção prolongado, resultando em uma distribuição mais uniforme do fluxo, levando a uma distribuição uniforme da dose, resultando em um desempenho próximo ao ideal.
A mistura uniforme para aumentar ainda mais a dose UV é muitas vezes reforçada com o uso de deflectores internos de guias. O comportamento hidráulico final da água dentro do reator UV é analisado utilizando a Fluidodinâmica computacional (análise CFD), como visto na imagem acima.
Adquirir a aprovação de sistemas UV específicos para aquicultura
Como existem numerosos fabricantes de sistemas UV no mundo, os certificados fornecidos por empresas confiáveis se tornam relevantes, para garantir a validade dos produtos dos fabricantes.
O Sistema UV ULTRABARRIER™ da ULTRAAQUA foi oficialmente aprovado pelo Instituto Veterinário Norueguês (NVI). O NVI é um instituto de pesquisa biomédica e um centro nacional líder de especialização em biossegurança de peixes e animais terrestres.
Além disso, a tecnologia foi verificada para tratamento de água, através do programa de Verificação de Tecnologia Ambiental da UE (ETV). O ETV é uma validação que averigua tecnologias através de terceiros qualificados, utilizando resultados de testes para garantir que o desempenho da tecnologia ambiental seja cientificamente comprovado.
3. Otimização operacional do sistema de desinfecção UV
Olhar para a otimização operacional do sistema de desinfecção UV é vantajoso para vários fatores, tais como eficiência de custo, economia de tempo e maior segurança.
Um aspecto econômico importante é analisar como operar o sistema UV de forma eficiente em termos energéticos, mantendo o nível de dose UV necessário. O sistema UV deve funcionar com base no fluxo de água de entrada e na dose UV direcionada. Por exemplo, se o fluxo não estiver em seu pico, o sistema UV deve ser capaz de diminuir a intensidade das lâmpadas para economizar energia enquanto mantém a dose de UV necessária, uma característica também conhecida como ‘dose pacing’. Além disso, ele deve ser capaz de dar sinal para que o relé de fluxo pare o fluxo em casos de falha.
De acordo com a aprovação da NVI, é obrigatório conectar o relé de fluxo a uma válvula ou dispositivo similar que controla o fluxo de água através da unidade UV.
Como monitorar o desempenho do sistema de desinfecção UV
O equipamento UV deve estar equipado com um sistema de monitoramento adequado a fim de monitorar o estado dentro do reator. A intensidade UV, taxa de fluxo, horas de operação da lâmpada, dose UV, desempenho individual da lâmpada UV e temperatura da câmara devem ser continuamente monitorados pelo PLC do sistema. Além disso, os seguintes dados devem ser mantidos em um registro, como um mínimo de:
- Data e hora
- Temperatura
- Valor de Irradiância
- Dose UV
- Fluxo atual
- Fluxo máximo permitido
- Ponto de ajuste da dose UV
O impacto no desempenho do equipamento de desinfecção UV com um sistema de limpeza automática
Como mencionado anteriormente, as características da água de entrada podem variar significativamente. O sistema UV perderá sua capacidade de desinfecção ideal se houver depósitos nos tubos de quartzo que protegem as lâmpadas UV.
Há diferentes tipos de incrustações dependendo da fonte da água. Geralmente, um sistema limpador automático avançado e robusto é eficaz contra até mesmo as incrustações mais tenazes sem a necessidade de limpeza química CIP (clean-in-place). Isto leva à eliminação do manuseio de produtos químicos perigosos, despesas adicionais, tempo parado e custos de operação enquanto mantém o sistema funcionando.
Como escolher o material correto para um reator UV e um gabinete de controle
Dependendo da fonte de água de entrada, o ambiente pode ser muito corrosivo devido à umidade salina ou do ar. Isto pode ser um cenário desafiador para materiais comumente usados em reatores UV e gabinetes de controle.
Com base em 25 anos de experiência na desinfecção da água do mar em ambientes de água quente e fria, a ULTRAAQUA desenvolveu o UV estabilizado por polipropileno (PP), que é um material resistente para aplicações de água quente do mar devido a sua construção não corrosiva. Para aplicações em água do mar fria e água doce, os sistemas UV ULTRABARRIER™ são fabricados em SS316L eletropolido interno e externo. Isto garante uma maior resistência à corrosão no exterior, e um maior desempenho da luz UV devido à reflexão interna no interior.
Todos os armários de controle são construídos em plástico reforçado com fibra de vidro (GFRP) com resfriamento passivo ou ativo, fazendo com que o interior dos armários esteja protegido de qualquer fator externo.
4. Manutenção do sistema de desinfecção UV
Uma desinfecção UV eficaz requer manutenção programada do sistema UV. A frequência de manutenção varia muito entre os diferentes fabricantes, dependendo da fonte de alimentação, robustez e confiabilidade do sistema.
Todos os equipamentos ULTRAAQUA UV são projetados para exigir um mínimo absoluto de manutenção, utilizando componentes robustos e duráveis que proporcionam uma excepcional conveniência operacional. Décadas de pesquisa, desenvolvimento e inovação tornaram possível fornecer a nossos clientes sistemas confiáveis que são econômicos para instalar e operar, bem como suficientemente livres de manutenção para serem utilizados por não-especialistas.
5. Comunicação adequada entre o fabricante e o cliente final
Por último, mas não menos importante, a importância de uma comunicação adequada entre o fabricante do sistema UV e o operador do sistema RAS não pode ser subestimada.
Escolher um fornecedor com suporte técnico completo é extremamente crítico em caso de emergências, onde um rápido suporte operacional é necessário. Isto enfatiza a necessidade de suporte 24 horas com engenheiros técnicos prontos para ajudar, não importando o fuso horário.
A ULTRAAQUA é um fabricante de sistemas de desinfecção UV que fornece a seus clientes um suporte abrangente durante todo o processo, desde a definição dos requisitos até o processo operacional em andamento. Nossa responsabilidade não acaba assim que o sistema é enviado.
Sinta-se à vontade para entrar em contato conosco se você quiser mais informações sobre como podemos ajudá-lo.
