H 2 O 2 INSTALLATIE

Technische Universiteit Delft Faculteit der Civiele Techniek en Geowetenschappen Afdeling Watermanagement Sectie Gezondheidstechniek

LICHT OP WATER: ONTWERP VOOR EEN UV/H2O2 INSTALLATIE

Afstudeerverslag:

Martijn W. Kramer

Hoogleraar:

Prof.ir. J.C. van Dijk

Afstudeercommissie:

ir. L.C. Rietveld (TU Delft) ir. P.H.M.H. Smeets (DHV water) dr.ir. J.C. Kruithof (PWN) Prof.ir. R. Brouwer (TU Delft)

-ii-

Licht op water: ontwerp voor een UV/H2O2 installatie

Voorwoord

Voorwoord Voor u ligt mijn afstudeerrapport getiteld ‘Licht op water: ontwerp voor een UV/H2O2 installatie’ dat in opdracht van PWN Waterleidingbedrijf Noord-Holland is uitgevoerd. In dit rapport is een onderzoek beschreven naar de grootschalige toepassing van ultraviolette straling in combinatie met waterstofperoxide dosering. Allereerst wil ik dr.ir. J.C. Kruithof (PWN) hartelijk bedanken voor het verstrekken van een uitdagende en veelzijdige afstudeeropdracht. Ook ben ik veel dank verschuldigd aan ir. P.W.M. Smeets (DHV Water), die mij geïntroduceerd heeft binnen het onderwerp en mij altijd van kritische vragen heeft voorzien. Bij mijn dagelijkse begeleider ir. L.C. Rietveld kon ik altijd langskomen met vragen, problemen en ideeën: mijn dank hiervoor. Ook wil ik Prof.ir. J.C. van Dijk bedanken vanwege zijn verfrissende kijk op de problematiek. Mijn begeleiders wil ik vooral bedanken voor hun vertrouwen, hun geduld en hun hulp. Verder wil ik graag iedereen bedanken die mij gesteund hebben binnen mijn afstudeertraject. Ik noem hier in het bijzonder mijn afstudeerkamergenoten: Arjen Pilot, Michiel van der Meulen en Colette de Roo; mijn familie; Ton van Egmond en andere vrienden en kennissen. Martijn Kramer Mei 2002

-iii-

-iv-


Samenvatting

Samenvatting In opdracht van PWN Waterleidingbedrijf Noord-Holland is een studie verricht naar de toepassing van grootschalige UV/H2O2 installaties, om te komen tot schetsontwerpen voor de installaties in Andijk en Heemskerk. De aanleiding voor een nieuwe installatie in Andijk is dat een betere desinfectie nodig is met het oog op toekomstige capaciteitstoename. Ook kan de UV installatie een betere bescherming bieden tegen protozoa, als Cryptosporidium parvum. Verder is gekeken naar een combinatie van UV en waterstofperoxide dosering. De geavanceerde oxidatie is in staat de in het IJsselmeer aanwezige bestrijdingsmiddelen af te breken. Ook in Heemskerk wordt de productie in de toekomst opgeschroefd. Om de duininfiltratie te ontlasten van te hoge concentraties bestrijdingsmiddelen wordt ook hier gekeken naar de mogelijkheid van een UV/H2O2 installatie. Op basis van verscheidene onderzoeken en testen zijn de (UV) dosiseisen gesteld op 100 mJ/cm2 en 1000 mJ/cm2 voor respectievelijk desinfectie en geavanceerde oxidatie. Principes ultraviolette straling Ultraviolette stralen zijn stralen die zich binnen het elektromagnetisch spectrum bevinden tussen het zichtbare licht en röntgenstralen. Van de vier zones waaruit ultraviolette straling bestaat is UV-C licht (200-280 nm) interessant voor desinfectie en geavanceerde oxidatie. De fotonen waaruit de straling is opgebouwd zijn in staat moleculen te activeren, waardoor een mutatie mogelijk is. Desinfectie richt zich op het muteren van DNA, een verbinding die in alle pathogene micro-organismen aanwezig is. De destructie van DNA is het sterkst bij een golflengte van ongeveer 260 nm. Ultraviolette straling is bovendien in staat bindingen van moleculen te verbreken. Door een reactie met water ontstaan radicalen die zorg kunnen dragen voor oxidatie. Door waterstofperoxide aan het water toe te voegen ontstaan meer radicalen en kunnen afbraakreacties sneller optreden. Er zijn verschillende typen lampen. Low pressure lampen zijn golflengte van 253,7 nm geschikt voor desinfectie maar zijn minder geschikt voor geavanceerde oxidatie. Medium pressure lampen kennen een grotere intensiteit en zijn wel geschikt voor geavanceerde oxidatie; ze hebben echter een lager rendement en een kortere levensduur. Afzwakking van de straling in het water vindt plaats door uitdijing van het licht en door de transmissie van het water, beïnvloed door de absorptie van het water en de daarin aanwezige stoffen. De intensiteit kan op een elk punt in de reactor berekend worden. De dosis aan ultraviolette straling is gedefinieerd als de intensiteit vermenigvuldigd met de contacttijd. De dosis is niet gelijk voor al het bestraalde water dat de reactor passeert: er ontstaat een dosisverdeling. Voor geavanceerde oxidatie is gesteld dat 90% van de optredende doses aan de dosiseis van 1000 mJ/cm2 moet voldoen.

-v-

Samenvatting

Lampconfiguratie Wanneer meerdere lampen opgesteld worden dan kunnen de intensiteiten van de lampen opgeteld worden. Schakelingen van lampen kunnen zowel parallel als serieel opgesteld zijn. Om het effect van verschillende configuraties te kunnen vergelijken is een model ontwikkeld dat de dosisverdelingen bepaalt in het geval van drie hoofdalternatieven: dwarsstroming, langsstroming en dwarsstroming XY (met afwisselende horizontale en verticale stappen). Het model is zo opgesteld dat het het intensiteitveld in de reactor berekent en vervolgens de dosisverdelingen bepaalt. Er wordt bij het model gebruik gemaakt van een vereenvoudigde rechtlijnige eenparige stroming met een constante snelheid. Om de optredende menging in de reactor te simuleren, waarbij wordt uitgegaan van een meer willekeurig pad. Er blijkt dat het dwarsstroming XY alternatief het meest geschikt is voor desinfectie, terwijl het dwarsstroming alternatief meer geschikt is voor geavanceerde oxidatie. De afstand tussen de lampen is daarbij van groot belang. Verhoging van de transmissie heeft een zeer positieve invloed op de dosisverdelingen. Ontwerp en optimalisatie Om voldoende desinfectie te bereiken en toch een zo klein mogelijk aantal lampen te gebruiken is een aanpassing gedaan aan het dwarsstroming XY alternatief. Het resultaat van de optimalisatie bij desinfectie in Andijk bedraagt acht straten van vijf reactoren bestaat met elk 44 low pressure lampen. Met de installatie kan goed ingesprongen worden op lampveroudering en eventuele uitvallen. Een inschatting van kosten is 0,5 eurocent per m3 behandeld water. Voor Heemskerk is er op basis van het dwarsstroming alternatief een optimalisatie verricht naar de toepassing van geavanceerde oxidatie. Dit resulteert in vier straten met elk een grote open reactor met 66 80 cm lange medium pressure lampen. Afhankelijk van lampveroudering of transmissiewijzigingen kunnen meer of minder lampen ingezet worden. Voor de combinatie van desinfectie en geavanceerde oxidatie (in Andijk) is gekozen voor een aanpassing van het dwarsrichting alternatief, waarbij de wanden dichter bij de lampen gekozen worden. Onder alle omstandigheden is desinfectie gegarandeerd. Na optimalisatie is gekomen tot 4 straten met elk één reactor met (in een gemiddelde situatie) 26 50 cm lange medium pressure lampen. De kosten van de installatie (5,0 eurocent per m3 water) liggen drie procent hoger dan wanneer alleen op geavanceerde oxidatie geoptimaliseerd zou worden. Over het algemeen geldt dat met de sturing van de lampen naar aanleiding van transmissiewijzigingen energiekosten te besparen zijn. Het model geeft een goede indicatie van de benodigde hoeveelheid lampen bij gebruik van verschillende configuraties en onder verschillende omstandigheden. Door deze te vergelijken is, gegeven een bepaalde situatie, tot een optimale vorm van de reactor te komen.

-vi-


Inhoudsopgave

Inhoudsopgave 1 INLEIDING ............................................................................................................................................ 1 1.1 AANLEIDING VAN HET PROJECT ......................................................................................................... 1 1.2 UV/H2O2 ........................................................................................................................................... 1 1.3 DOELSTELLING .................................................................................................................................. 2 1.4 LEESWIJZER ....................................................................................................................................... 2 2 SITUATIE- EN PROBLEEMSCHETS ............................................................................................... 3 2.1 HUIDIGE SITUATIE.............................................................................................................................. 3 2.2 GEWENSTE SITUATIE .......................................................................................................................... 5 2.2.1 HEEMSKERK............................................................................................................................ 5 2.2.2 ANDIJK ................................................................................................................................... 6 2.2.3 ALTERNATIEF WRK-III WATER .............................................................................................. 6 2.2.4 ALTERNATIEF RUW WATER ..................................................................................................... 7 2.2.5 OVERZICHT GEWENSTE SITUATIE ............................................................................................ 8 2.3 PROBLEEMSCHETS ............................................................................................................................. 8 3 PRINCIPES ULTRAVIOLETTE STRALING................................................................................. 13 3.1 ULTRAVIOLET LICHT ........................................................................................................................ 13 3.2 UV-DESINFECTIE ............................................................................................................................. 14 3.3 UV IN COMBINATIE MET WATERSTOFPEROXIDE DOSERING .............................................................. 16 3.4 BRONNEN VAN ULTRAVIOLETTE STRALING ...................................................................................... 17 3.4.1 LOW PRESSURE ..................................................................................................................... 17 3.4.2 MEDIUM PRESSURE ............................................................................................................... 18 3.4.3 PULSED UV........................................................................................................................... 19 3.4.4 NIEUWE ONTWIKKELINGEN ................................................................................................... 20 3.5 CONCLUSIES OVER GESCHIKTE UV TECHNIEK ................................................................................. 21 3.6 KARAKTERISTIEKEN VAN EEN UV LAMP ......................................................................................... 21 3.7 UV EXTINCTIE EN TRANSMISSIE ....................................................................................................... 24 3.8 INTENSITEIT ..................................................................................................................................... 27 3.9 DOSIS ............................................................................................................................................... 29 3.10 STROMING EN TURBULENTIE .......................................................................................................... 30 4 LAMPCONFIGURATIE..................................................................................................................... 33 4.1 TYPEN CONFIGURATIES .................................................................................................................... 33 4.2 MODELLEN ...................................................................................................................................... 35 4.3 LANGS- EN DWARSSTROMING, EEN EERSTE VERGELIJKING .............................................................. 36 4.4 DEFINITIE VARIABELEN ................................................................................................................... 39 4.5 OPZET GEBRUIKTE MODEL ............................................................................................................... 40 4.6 ANALYSE HOOFDALTERNATIEVEN ................................................................................................... 42 4.7 ANALYSE VARIABELEN .................................................................................................................... 44 4.7.1 VARIATIE IN LAMP KARAKTERISTIEKEN ................................................................................ 44 4.7.2 VARIATIE IN REACTOR CONFIGURATIE .................................................................................. 45 4.7.3 VARIATIE IN EXTERNE VARIABELEN ..................................................................................... 45

-vii-

Inhoudsopgave

5 OPTIMALISATIE EN ONTWERP....................................................................................................47 5.1 INLEIDING ........................................................................................................................................47 5.2 DESINFECTIE (ANDIJK).....................................................................................................................48 5.2.1 ONTWERPCRITERIA ...............................................................................................................48 5.2.2 VORM REACTOR ....................................................................................................................48 5.2.3 AANTAL BENODIGDE LAMPEN ...............................................................................................50 5.2.4 ONTWERP DESINFECTIE MET LOW PRESSURE LAMPEN ...........................................................54 5.3 GEAVANCEERDE OXIDATIE (HEEMSKERK) .......................................................................................55 5.3.1 ONTWERPCRITERIA ...............................................................................................................55 5.3.2 VORM REACTOR ....................................................................................................................56 5.3.3 AANTAL BENODIGDE LAMPEN ...............................................................................................56 5.3.4 ONTWERP GEAVANCEERDE OXIDATIE HEEMSKERK ...............................................................57 5.4 COMBINATIE GO EN DESINFECTIE (ANDIJK) ....................................................................................59 5.4.1 ONTWERPCRITERIA ...............................................................................................................59 5.4.2 TWEE APARTE INSTALLATIES ................................................................................................59 5.4.2.1 VORM REACTOR .........................................................................................................59 5.4.2.2 AANTAL BENODIGDE LAMPEN ....................................................................................60 5.4.3 GECOMBINEERDE INSTALLATIE .............................................................................................61 5.4.3.1 VORM REACTOR .........................................................................................................61 5.4.3.2 AANTAL BENODIGDE LAMPEN ....................................................................................61 5.4.3.3 ONTWERP GECOMBINEERDE REACTOR ANDIJK ...........................................................62 6 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN............................................................................................65 6.1 CONCLUSIES .....................................................................................................................................65 6.2 AANBEVELINGEN .............................................................................................................................66 LITERATUURLIJST BIJLAGEN A GEBRUIKTE LAMPEN B CRYPTOSPORIDIUM PARVUM C WERKING MODEL D ANALYSE VARIABLEN E DOSISVERDELINGEN BIJ BIJLAGE D F ONTWERP DESINFECTIE ANDIJK G ONTWERP GEAVANCEERDE OXIDATIE HEEMSKERK H ONTWERP COMBINATIE ANDIJK I HUIDIG FLOWSCHEMA ANDIJK

-viii-


1 Inleiding

1 Inleiding 1.1 Aanleiding van het project Sinds PWN Waterleidingbedrijf Noord-Holland in 1920 is opgericht, is de vraag naar drinkwater enorm toegenomen. Waar vroeger voor het produceren van drinkwater slechts gebruik gemaakt werd van grondwater, werd al snel voor het grootste gedeelte oppervlaktewater gebruikt dat na voorbehandeling in de duinen geïnfiltreerd wordt. Dit water wordt zowel gewonnen uit de rivier de Rijn als uit het IJsselmeer. In de zestiger jaren werd extra capaciteit noodzakelijk. Om aan deze behoefte te voldoen werd het pompstation Andijk in gebruik genomen, dat bestaat uit een conventionele oppervlaktewater zuiveringsinstallatie met desinfectie door chloor en een twee-traps aktiefkool-filtratie. In de jaren tachtig werd er 65 miljoen m3 water per jaar door PWN geproduceerd, waarvan 25 miljoen door de installatie in Andijk. Om het hoge zoutgehalte en de aanwezigheid van bestrijdingsmiddelen in het water tegen te gaan werd in Heemskerk in 1999 naast de duininfiltratie een combinatie van ultrafiltratie en omgekeerde osmose gebouwd met een capaciteit van 18 miljoen m3 water per jaar. Door het water, afkomstig uit de installatie, te mengen met het in de duinen geïnfiltreerde water kon alsnog aan de strengste eisen voldaan worden. Vanwege de verwachte grotere vraag is het streven de duininfiltratie op te schroeven naar 48 miljoen m3 water per jaar. Een verbeterde voorbehandeling voor de infiltratie is noodzakelijk om een goede barrière te vormen tegen (polaire) organische verontreinigingen als bestrijdingsmiddelen. De totale capaciteit in Heemskerk zal dan 66 miljoen m3 water per jaar bedragen (48+18 miljoen m3). Nieuwe inzichten en (toekomstige) strengere waterkwaliteitseisen maken bovendien een aanpassing noodzakelijk bij de installatie in Andijk. De gebruikte chloor desinfectie kan problemen geven bij het verwijderen van in het IJsselmeer aanwezige protozoa (bv Cryptosporidium parvum) en bij de vorming van THM (trihalomethanen). Verder speelt, net als bij Heemskerk, de hoge concentratie aan bestrijdingsmiddelen een rol. [Kruithof, Kamp & Finch 2000; Kamp & Kruithof 2000]

1.2 UV/H2O2 Voor zowel Heemskerk als Andijk is de aanwezigheid van bestrijdingsmiddelen één van de problemen waarvoor een oplossing gevonden moet worden. Aanvankelijk werd gekeken naar de toepassing van ozon in combinatie met waterstofperoxide. Hoewel uit testen bleek dat de bestrijdingsmiddelen adequaat verwijderd werden, bleek dat dit onmogelijk was zonder de (overmatige) vorming van bromaat. Hierdoor viel deze mogelijkheid af. Bij de toepassing van ultraviolette straling met waterstofperoxide dosering bleek dat een verwijderingsgraad van 80 % van de bestrijdingsmiddelen over het algemeen haalbaar was, bij een grote energietoevoer en/of bij een hoge peroxide dosering. Hierbij werden er geen nadelige bijproducten gevormd. Dit was reden om het onderzoek naar UV/H2O door te zetten.

-1-

1 Inleiding

Van ultraviolette straling was al jaren bekend dat het goed in staat is de meeste bacteriën en virussen te verwijderen. Met name protozoa vormden echter een probleem. Recentelijk onderzoek wijst echter uit dat de protozoa (Cryptosporidium parvum en Giardia) wel degelijk met een lichte dosis geïnactiveerd kunnen worden. Deze nieuwe inzichten komen voort uit een nieuwe testmethode, waarbij in vivo technieken (testen op levende organismen) in plaats van in vitro technieken (testen in reageerbuizen) gebruikt worden. Uit het (vervolg) onderzoek van Kamp en Kruithof bleek dat een dosis van 1000 mJ/cm2 of meer nodig is om de bestrijdingsmiddelen te verwijderen. Dit is ruimschoots genoeg om de verschillende micro-organismen te inactiveren. Uit onderzoeken van de universiteit van Alberta, waar PWN een samenwerkingsverband mee heeft, blijkt dat reeds grote reducties in de concentraties van virussen en protozoa worden behaald wanneer 10 procent van deze dosis gebruikt wordt. Een combinatie van waterstofperoxide dosering met ultraviolette straling is in staat de optredende problemen hoofd te bieden, in zowel Heemskerk als Andijk. Een groot voordeel bij Andijk is dat de chloor desinfectie door deze stap vervangen kan worden. Uit een eerste onderzoek blijkt bovendien dat de kosten van een UV/H2O2 installatie in vergelijking met ozon lager uitvallen en (dus) een goede kosten/effect relatie hebben. [Kruithof, Kamp & Finch 2000a; Kamp & Kruithof 2000b]

1.3 Doelstelling De doelstelling van dit project is een eerste indicatie te geven over hoe de beschreven UV/H2O2 installaties er uit zouden kunnen zien. Hiertoe worden uit een literatuurstudie verkregen technische inzichten benut om tot een voorlopig schetsontwerp te komen. Dit gebeurt aan de hand van een simpel model.

1.4 Leeswijzer Om tot de doelstelling te komen wordt in hoofdstuk twee dieper ingegaan op de problemen die er spelen en welke rol de installaties moeten gaan spelen binnen het zuiveringsproces. Hoofdstuk drie is gewijd aan de principes van ultraviolette straling. Dit hoofdstuk vormt de basis voor hoofdstuk vier, waarin met behulp van een model meerdere lampconfiguraties vergeleken worden. In hoofdstuk vijf volgt een optimalisatie van de lampconfiguratie voor de verschillende situaties. Voor drie situaties wordt de theoretische optimalisatie omgezet in een schetsontwerp. Hoofdstuk zes ten slotte geeft de conclusies en de aanbevelingen bij dit onderzoek.

-2-


2 Situatie- en probleemschets

2 Situatie- en probleemschets 2.1 Huidige situatie PWN levert op dit moment 83 miljoen m3 drinkwater per jaar aan haar klanten. Hiervan is 58 miljoen m3 water per jaar afkomstig van het pompstation WRK-III in Andijk. Dit uit het IJsselmeer onttrokken water wordt voorgezuiverd door middel van een bekken, microzeven, coagulatie, lamellen-sedimentatie, opwaartse snelfiltratie en aktiefkoolfiltratie. Deze 58 miljoen m3 water per jaar wordt vervolgens getransporteerd richting Heemskerk, waar 40 miljoen m3/j geïnfiltreerd wordt in de duinen en 18 miljoen m3/j gezuiverd wordt door de ultrafiltratie/omgekeerde osmose installatie. Na de filtratie in de duinen wordt het water belucht en volgt een snelfiltratie. Hierna wordt het water vermengd met de waterstroom, afkomstig van de ultrafiltratie/omgekeerde osmose tak. Het wordt vervolgens gedistribueerd aan de gebruikers. Er wordt nog wel preventief chloordioxide (ClO2) toegevoegd om nagroei van bacteriën in de transportleidingen te voorkomen.

figuur 2.1 huidig zuiveringsschema Heemskerk

-3-


Naast de zuivering in Heemskerk levert ook de waterzuiveringsinstallatie in Andijk 25 miljoen m3 water per jaar. Dit water wordt in de huidige situatie door PWN zelf gewonnen uit het IJsselmeer.

figuur 2.2 huidig zuiveringsschema Andijk

Tabel 2.1 toont de huidige levering van drinkwater in Andijk en Heemskerk. Naast het volume per jaar is het bijbehorende debiet (het volume per uur) aangegeven. De gegeven waarden zijn de ontwerpdebieten. tabel 2.1 levering water in huidige situatie Zuivering door:

Volume per jaar Debiet (106 m3/j) (m3/u)

Duininfiltratie Ultrafiltratie/Omgekeerde Osmose (Heemskerk) Conventioneel (Andijk) Totaal

-4-

40 18 25 83

4550 2050 2850 9450



2.2 Gewenste situatie De huidige situatie is in de toekomst niet toereikend vanwege een gewenste capaciteitsvergroting en een verscherping van de waterkwaliteitseisen. Een betere desinfectie is gewenst in Andijk, terwijl zowel in Andijk als in Heemskerk een efficiënte barrière opgeworpen moet worden tegen de verontreinigingen van bestrijdingsmiddelen. De combinatie van UV-desinfectie en waterstofperoxide dosering zou aan beide waterkwaliteitseisen het hoofd kunnen bieden.

2.2.1 Heemskerk In Heemskerk wordt de hoeveelheid in de duinen geïnfiltreerd water vergroot van 40 tot 48 miljoen m3 water per jaar, om aan de grotere vraag te voldoen. De WRK-III zal hierom meer water moeten leveren: 66 miljoen m3 per jaar in plaats van de huidige 58 miljoen. Om te hoge concentraties aan bestrijdingsmiddelen te vermijden, is een ingreep op het huidige zuiveringsproces (figuur 2.1) echter noodzakelijk. Door de UV/H2O2 installatie voor de duininfiltratie te plaatsen kunnen deze hoge concentraties tegengegaan worden. Een extra aktiefkoolfiltratie verwijdert overtollig waterstofperoxide en verzorgt een verlaging van het AOC, welke de infiltratie ontlast. Tabel 2.3 toont de nieuwe opzet in Heemskerk. (Veranderingen zijn in het zwart aangegeven.)

figuur 2.3 nieuw zuiveringsschema Heemskerk

-5-


2.2.2 Andijk Voor de zuiveringsinstallatie in Andijk geldt dat PWN water prefereert, dat geleverd wordt door het pompstation WRK-III, hoewel er nu gebruik gemaakt wordt van zelf gewonnen water. Een probleem hierbij is echter dat de maximale capaciteit van de WRK-III nu 10000 m3 water per uur bedraagt (88 miljoen m3 per jaar). Daar Heemskerk al 66 miljoen m3 per jaar van dit water zal gebruiken zou er slechts 22 miljoen m3 water per jaar beschikbaar zijn in Andijk, terwijl er gestreefd wordt naar een capaciteit van 23 tot 28 miljoen water m3 per jaar. Om aan dit eventuele probleem hoofd te bieden zijn twee alternatieven ontwikkeld: één waarbij het water van de WRK-III gebruikt wordt en één waar ruw water wordt toegepast.

2.2.3 Alternatief WRK-III water Het water van de WRK-III, bestemd voor Andijk, zal op de zelfde manier voorgezuiverd worden als dat nu het geval is voor het water, bestemd voor Heemskerk, met als verschil dat de aktiefkool-filter stap ontbreekt in de voorzuivering. De te plaatsen UV/H2O2installatie heeft nu naast de geavanceerde oxidatie van bestrijdingsmiddelen ook desinfectie als functie. De UV desinfectie vervangt de nu gebruikte chloor desinfectie, wat meer zekerheid biedt wat betreft de inactivering van (vooral) protozoa, als Cryptosporidium parvum. De dubbele aktiefkool-filtratie die reeds aanwezig is in Andijk kan benut worden om de waterstofperoxide te verwijderen en de AOC te verlagen. Om een grotere totale capaciteit te bereiken zal net als in Heemskerk het water in deelstroom gezuiverd worden door middel van een ultrafiltratie/omgekeerde osmose installatie. Deze zal ongeveer 30 procent van de totale capaciteit (23-28 Mm3/j) leveren. Dit resulteert in een nieuw processchema als in figuur 2.4 (in vergelijking met figuur 2.2).

figuur 2.4 nieuw zuiveringsschema Andijk alternatief WRK-III -6-



2.2.4 Alternatief ruw water Wanneer niet gebruik gemaakt kan worden van het door WRK-III geleverde water zal een ultrafiltratiestap toegevoegd worden voor de UV installatie. Deze vervangt de huidige voorbehandeling (zie figuur 2.2). Uitgegaan wordt dat de ultrafiltratie geen invloed heeft op de UV extinctie van het gebruikte ruwe water. Er wordt hier geen gebruik gemaakt van een extra pad met omgekeerde osmose. Figuur 2.5 toont dit schema.

figuur 2.5 nieuw zuiveringsschema Andijk alternatief ruw water

-7-


2.2.5 Overzicht gewenste situatie In de toekomstige gewenste situatie zal PWN 83 miljoen m3 water per jaar gaan leveren. De installatie in Andijk is afhankelijk van de capaciteit van de WRK-III: is deze niet toereikend dan moet PWN zelf voorzuiveren en zal een ultrafiltratie-stap toegevoegd worden. Een overzicht is gegeven in tabel 2.2 en 2.3. tabel 2.2 toekomstige levering water Zuivering:

Huidig volume Toekomstig Toekomstig per jaar volume per jaar debiet (106 m3/j) (106 m3/j) (m3/u)

Heemskerk: Duininfiltratie (met UV/H2O2 ) Heemskerk: Ultrafiltratie/Omgekeerde Osmose Andijk (zie tabel 2.3)

40 18 25

48 18 23-28

83 89-94 Totaal tabel 2.3 toekomstige levering water Andijk toegespitst naar alternatieven Zuivering Andijk: Alternatief Alternatief Toekomstig WRK-III PWN debiet (106 m3/j) (106 m3/j) (m3/u) UV/H2O2 Ultrafiltratie/Omgekeerde Osmose

16,1-19,6 6,9-8,4

10200-10750

1850-2250 800-950 23-28

Ultrafiltratie met UV/H2O2

5500 2050 2650-3200

2650-3200

Naast de beschreven alternatieven zijn er nog andere mogelijkheden voor het inrichten van de toekomstige situatie. In dit rapport wordt echter (alleen) rekening gehouden met de eerder beschreven alternatieven.

2.3 Probleemschets Desinfectie richt zich op het verwijderen van pathogene (ziekteverwekkende) organismen. Van oudsher werd hier vaak chloor voor gebruikt maar sinds ongeveer een eeuw zijn ook andere technieken bekend geworden, als ozon en ultraviolette straling. Pathogene organismen zijn onder te verdelen in drie soorten: bacteriën, virussen en protozoa. Aanvankelijk werd slechts aandacht geschonken aan de bacteriën en virussen. Door chloor te doseren konden deze pathogenen redelijk eenvoudig verwijderd worden uit het drinkwater. De aanwezigheid van protozoa, die een stuk groter zijn dan bacteriën of virussen, in gechloreerd drinkwater zorgde echter voor nieuwe infecties. Nieuwe oplossingen werden gezocht om deze ‘nieuwe’ pathogeen tegen te gaan. In bijlage B wordt verder ingegaan op één van de bekendste protozoa: Cryptosporidum parvum. De concentraties van de pathogenen in de bron (IJsselmeer water) zijn over langere tijd gemeten, waarna de maximaal voorkomende concentraties bepaald zijn. Voor de verschillende pathogenen is in de Drinkwaterwet een eis gedefinieerd over de maximaal in drinkwater toelaatbare concentraties. Door de (maximaal) voorkomende concentraties te vergelijken met de eisen kan de vereiste (logaritmische) reductie (of log-inactivatie) van de pathogenen bepaald worden.

-8-



Omdat de voorzuivering ook al een gedeelte van de pathogenen inactiveert, moet de UV/H2O2-installatie de overige log-inactivatie voor zijn rekening nemen. Voor de verschillende pathogenen is dit aangegeven in tabel 2.4. tabel 2.4 maximale concentraties in IJsselmeer Maximale Eis (n/l) Micro-organisme concentratie in IJsselmeer (n/l) Virussen Giardia Cryptosporidium

0,1 1,0 1,0

2,6 x 10-7 6,7 x 10-6 3,3 x 10-5

Benodigde Inactivatie (log)

Inactivatie Voorzuivering (log)

Minimale Additionele Inactivatie Andijk (log)

5,6 5,2 4,7

2,1 2,5 2

3,6 2,7 2,7

Naar aanleiding van de eerste experimenten met UV-desinfectie werd in 1966 in de Verenigde Staten een eerste eis gesteld aan de UV-dosis (16 mJ/cm2). Tegenwoordig ligt deze eis (internationaal) zo rond de 40 mJ/cm2; bij deze dosis is een desinfectie van de meeste virussen gegarandeerd. In tabel 2.5 en 2.6 is aangegeven welke minimale doses noodzakelijk zijn gebleken uit verschillende onderzoeken, om tot een gegeven log-reductie van de verschillende bacteriën en virussen te komen. tabel 2.5 UV-desinfectie bij bacteriën: benodigde dosis voor bepaalde log verwijdering (mJ/cm2) Bacterie 1-log 2-log 3-log 4-log Onderzoek 0,8 1,4 2,2 2,9 Wilson e.a. 1992 Vibrio cholerae 0,5 1,2 2,0 3,0 Wilson e.a. 1992 Shigella dysenteriae 1,5 2,8 4,1 5,6 Wilson e.a. 1992 Escherichia coli 1,8-2,7 4,1-4,8 5,5-6,4 7,1-8,2 Wilson e.a. 1992 Salmonella typhi 3,2 4,9 6,5 8,2 Chang e.a. 1985 Shigella sonnei 5 7 9 10 Tosa & Hirata, 1998 Dalmonella enteritidis 5 6,9 9,4 Wilson e.a. 1992 Legionella pneumophila 3,1 tabel 2.6 UV-desinfectie bij virussen: benodigde dosis voor bepaalde log verwijdering (mJ/cm2) Virus 2-log 3-log 4-log Onderzoek Adenovirus 40 Adenovirus 41 Coxsackievirus B5 Hepatitus A Poliovirus Type 1 Reovirus Type 1 Rotavirus WA Rotavirus SA-11 MS-2

59 50 14 4-5 8-11 36 25-32 19 25-39

90 80 21 11-13 15-19

121

35-46 25 38-63

50-70 36 50-93

30 16-22 23-29

Meng & Gerba, 1996 Meng & Gerba, 1996 Battigelli e.a., 1993 Snicer e.a., 2000 Snicer e.a., 2000 Harris e.a., 1987 Snicer e.a., 2000 Wilson e.a., 1992 Snicer e.a., 2000

Recent is gebleken dat ultraviolet licht al bij een lage dosis in staat is om protozoa te inactiveren. Bij eerdere testen bleek altijd dat hier een extreme dosis voor nodig zou zijn (duizenden mJ/cm2); sinds de onderzoeken van Clancy e.a. in 1998 en Bukhari e.a. in 1999 is hier echter verandering in gekomen: uit een nieuwe meetmethode (zie bijlage B) bleek dat inactivatie al bij een lage dosis optreedt. De huidige UV-dosis/log-reductie relaties staan vermeld in tabel 2.7.

-9-

2 Situatie- en probleemschets tabel 2.7 UV-desinfectie bij protozoa: benodigde dosis voor bepaalde log verwijdering (mJ/cm2) Protozoa 1-log 2-log 3-log 4-log Onderzoek Cryptosporidium parvum Giardia lamblia Giardia muris

3,0 1,2

4,9 <5 4,7

6,4 <10

7,9 <10

Wright, 2000 Linden & Sobsey, 2000 Finch, 1999

Als uitgegaan wordt van de benodigde log-inactivatie van bijna 4 (zie tabel 2.4) dan lijkt de normale dosis van 40 mJ/cm2 voor enkele virussen aan de lage kant. Op het water uit het IJsselmeer zijn nog enkele desinfectie testen uitgevoerd met een dosis van 100 mJ/cm2. tabel 2.8 UV-desinfectie met IJsselmeer water (Dosis = 100 mJ/cm2) Micro-organisme Log inactivatie MS-2 Clostridium Bacillus Cryptosporisium

2,6 2,8 3,4 >3

Uit de metingen blijkt dat er nog wel problemen kunnen optreden bij deze dosis, omdat de benodigde loginactivatie voor MS-2 niet gehaald wordt. Er blijkt echter dat bepaalde MS2 log-inactivatie wel voldoende is omdat het MS-2 virus minder voorkomt in het water, dan de waarden waarop tabel 2.4 gebaseerd is. Het geavanceerde oxidatie proces is gericht op het verlagen van de concentraties van de in het IJsselmeer voorkomende bestrijdingsmiddelen. Een overzicht van de voorkomende (maximale) concentraties van bestrijdingsmiddelen is gegeven in tabel 2.9. tabel 2.9 maximale concentraties bestrijdingsmiddelen IJsselmeer 1993-98 Bestrijdingsmiddel Conc. (µg/l) Bestrijdingsmiddel Conc. (µg/l) Aldicarb-sulfoxide

0.06

Isoproturon

0.1

Atrazin Bentazon Bromacil 2-chlooraniline Chloorbromuron Chloortoluron 2,4-D 2,4-DB 3,4-dichlooraniline Dichloorprop 2,4-dinitrofenol Diuron

0.19 0.11 * 0.1 0.02 0.06 * * 0.08 * 0.05 0.07

Lindaan MCPA MCPB Mecoprop (MCPP) Methabenzthiazuron Metobromuron Metoxuron Monolinuron Monuron Simazin 2,4,5-T TCA

0.02 * * * 0.1 0.02 0.13 0.02 0.14 0.13 * 1.3

Tetrachloorvinfos Chloorprofam AMPA

0.03 0.03 1.5

0.1 DNOC 0.1 Glyfosaat 0.05 Beta-HCH * onder de detectiegrens

-10-



Zoals al blijkt uit de tabel komen er zeer veel verschillende soorten bestrijdingsmiddelen voor waardoor het moeilijk is om een techniek te vinden die ze alle kan verwijderen of afbreken. In het Waterleidingbesluit van 1 juli 1984 is vastgelegd dat de concentratie in drinkwater van een bepaald bestrijdingsmiddel niet hoger mag liggen dan 0,1 µg/l. Ook mag de totale concentratie aan bestrijdingsmiddelen de 0,5 µg/l niet overschrijden. Omdat in het Nederlandse oppervlaktewater (waaronder dus het IJsselmeer) regelmatig hogere waarden dan deze gemeten worden, moet de drinkwaterindustrie een oplossing vinden voor dit (relatief nieuwe) probleem. Membraanfiltratie en aktiefkool dienen zich aan als de meest gebruikte oplossingen. Verwijdering met behulp van geavanceerde oxidatie is echter ook mogelijk. Dit proces kan plaatsvinden door waterstofperoxide te doseren bij ozonatie of UV-desinfectie. Uit het onderzoek door Kruithof en Kamp blijkt dat de optie met ozon minder geschikt is vanwege de gevormde bijproducten. Deze bijproductvorming treedt nauwelijks op wanneer de combinatie UV/waterstofperoxide gebruikt wordt. Uit de testen bleek dat zowel de werking van de ultraviolette straling als de geavanceerde oxidatie een rol speelde bij de afbraak van de bestrijdingsmiddelen. Bij het gebruik van slechts een hele hoge dosis ultraviolet licht (2000 mJ/cm2) werd de volgende degradatie bereikt voor een aantal bestrijdingsmiddelen: tabel 2.10 degradatie bestrijdingsmiddelen door ultraviolette straling Bestrijdingsmiddel Degradatie (%) Bestrijdingsmiddel Atrazine Pyrazone Diurone Bentazone Bromacil Methabenzthiaxuon

70 52 65 50 42 50

Dicamba 2,4-D TCA Trichlorpyr Desethyldesispropylatrazine

Degradatie (%) 63 58 18 52 30

Om aan het Drinkwaterbesluit te voldoen is gesteld dat de concentratie van de bestrijdingsmiddelen met 80% gereduceerd moet worden. Met een dosering van waterstofperoxide van 10 g/m3 bij een dosis van 1000 mJ/cm2 werd dit voor de meeste bestrijdingsmiddelen gerealiseerd. Hierbij was het afhankelijk van het bestrijdingsmiddel of de ultraviolette straling of de geavanceerde oxidatie het leeuwendeel van de degradatie bewerkstelligd had. Na latere testen werd geconcludeerd dat de bestrijdingsmiddelen waar geen 80 % degradatie werd behaald geen verder probleem zouden vormen. [Kamp & Kruithof, 2000]: In de rest van het rapport is, in overeenstemming met de beschreven onderzoeken, een dosiseis van 100 mJ/cm2 aangehouden voor desinfectie, terwijl uitgegaan wordt van een dosiseis van 1000 mJ/cm2 in het geval van geavanceerde oxidatie.

-11-


-12-


3 Principes ultraviolette straling

3 Principes ultraviolette straling 3.1 Ultraviolet licht Ultraviolette stralen zijn volgens het Van Dale Woordenboek der Nederlandse Taal stralen met een nog kleinere golflengte dan de violette, voor ons oog onzichtbaar, maar door hun chemische en natuurkundige werking merkbaar. Het spectrum van deze ultraviolette straling (of licht) bevindt zich tussen het zichtbaar licht en röntgenstralen in en is onderverdeeld in vier zones: UV-A, UV-B, UV-C en vacuüm-UV. De spectra (de golflengten) van de zones zijn aangegeven in de onderstaande tabel: tabel 3.1 ultraviolet licht Zone

Golflengte (nm)

UV-A UV-B UV-C Vacuüm-UV

320-390 280-320 200-280 100-200

Een overzicht van rol van ultraviolette straling binnen het totale (bekende) elektromagnetisch spectrum is gegeven in figuur 3.1.

figuur 3.1 spectra UV-zones binnen totale (bekende) spectrum

Het onderscheid tussen de zones is gemaakt vanwege de verschillende invloeden die de vier spectra hebben. UV-A en UV-B zijn vooral bekend vanwege hun invloed op de huid (verbranding en bruining) en worden veelal toegepast in UV-lampen voor zonnebanken. De zone waar UV desinfectie zich het meest op richt is de UV-C (tussen 200 en 280 nanometer). Vacuüm-UV tenslotte ontleent zijn naam aan het feit dat deze straling zo sterk geabsorbeerd wordt door lucht of water dat transmissie alleen mogelijk is in een vacuüm toestand. [Bolton 2000B; Koller 1965; Verkerk e.a. 1986]

-13-


3.2 UV-desinfectie Ultraviolette straling bestaat net als ander licht uit fotonen. Dit zijn een soort deeltjes met een bepaalde energie-inhoud volgens:

Up = met: Up H C λ

HC

(3.1)

λ energie (J) constante van Planck: 6,626755 x 10-34 J s lichtsnelheid: 2,997925 x 108 m s-1 golflengte (m)

Uit deze formule volgt dat hoe kleiner de golflengte is, hoe meer energie één foton bevat. Bij botsing tussen een foton en een molecuul (of atoom), kan er een energie-overdracht plaatsvinden, waardoor het molecuul geactiveerd raakt; het molecuul bevat dan tijdelijk meer energie (U0 → Uact).

figuur 3.2 activering molecuul

Deze activering is slechts mogelijk wanneer de energie van het foton (Up) gelijk is aan de energie van de geactiveerde staat van de molecuul min de normale staat (Up = Uact – U0). Bij een bepaalde Uact hoort dus één specifieke (licht)golflengte die de activering kan veroorzaken. De geactiveerde toestand van het molecuul kan vervolgens zorg dragen voor een mutatie van het molecuul of voor het ontstaan van warmte. Ook kan de geactiveerde toestand weer terugvallen naar de normale toestand waardoor eenzelfde foton als de oorspronkelijke foton ontstaat. Hoe complexer de receptor (in dit geval een molecuul) is, hoe meer geactiveerde staten er mogelijk zijn. Deze kunnen zowel uitgaan van de normale staat U0 als van een geactiveerde staat. Een schema kan uit zien als figuur 3.3.

figuur 3.3 meerdere geactiveerde staten

-14-



Naar aanleiding van een dergelijk schema ontstaat een golflengtepatroon waarvoor de receptor ontvankelijk is. Dit golflengtepatroon wordt dus gevarieerder naar mate de receptor complexer is. UV-desinfectie is gericht op de mutatie van DNA, dat in alle organismen (en dus ook in pathogenen) voorkomt. Het golflengtepatroon dat geldt voor de absorptie van DNA is aangegeven in onderstaande figuur. De verticale as is een relatieve maat.

figuur 3.4 golflengtepatroon absorptie door DNA [Harm 1980] De relatieve absorptie van het DNA is niet gelijk voor elke golflengte. Dit omdat enerzijds de kans dat een bepaalde activering optreedt niet gelijk is en anderzijds omdat een activering niet hoeft te leiden tot absorptie. Wanneer een activering resulteert in een mutatie van het DNA, kan dit bij een pathogeen leiden tot: • Zware beschadiging van de pathogeen, resulterend in afbraak • Beschadiging van de pathogeen, waardoor reproductie niet meer mogelijk is (inactivatie) • Lichte beschadiging van de pathogeen, welke opgevangen kan worden door het reparatiemechanisme van de pathogeen UV-desinfectie is effectief wanneer er sprake is van afbraak of inactivatie. Figuur 3.4 vertoont twee pieken: de ene ligt nabij het Vacuüm-UV gebied (onder de 200 nm), de andere bevindt zich bij een golflengte van ongeveer 260 nm. UV-desinfectie wordt (over het algemeen) gericht op deze tweede piek. Een nadeel van de eerste piek is namelijk dat een groot gedeelte van de straling reeds geabsorbeerd wordt door water of lucht, voordat het de pathogeen kan bereiken. Het absorptiepatroon van een specifiek organisme (bijvoorbeeld een bacterie) wijkt af van dat van DNA omdat het organisme ook bestaat uit organische stoffen (als proteïnen en enzymen), waar de ultraviolette straling ook invloed op heeft. Bij grotere organismen als protozoa kan het gebeuren dat het DNA niet bereikt wordt door de fotonen, waardoor het afbreken van de organische stoffen een belangrijke rol gaat spelen in de inactivatie van het organisme. Naarmate de intensiteit van de ultraviolette straling hoger wordt is de kans groter dat het DNA daadwerkelijk bereikt wordt. [Bolton 2000B; Sommer 1989; Harm 1980, Philips 1983]

-15-


3.3 UV in combinatie met waterstofperoxide dosering Naast het DNA is de ultraviolette straling ook in staat andere bindingen bij moleculen te breken. Per type binding is er een verschillend actief golflengtepatroon, analoog aan de in de vorige paragraaf besproken theorie. Een overzicht van de effectieve spectra bij diverse bindingen is aangegeven in de onderstaande figuur.

figuur 3.5 breking van moleculaire bindingen door ultraviolette straling [Tevini 1993]

Afhankelijk van de voorkomende bindingen kan ultraviolette straling leiden tot een effectieve afbraak bij verontreinigingen (als bestrijdingsmiddelen), mits de intensiteit van de straling groot genoeg is en er uitgezonden wordt bij het juiste spectrum. Verontreinigingen kunnen ook verwijderd worden met behulp van oxidatie. Bij oxidatie worden de stoffen afgebroken, tot zij, in theorie, slechts uit water, koolstofdioxide en minerale zuren bestaan. Oxidatie is over het algemeen een langzaam verlopend proces, waardoor gestreefd wordt naar versnelling om toch binnen een bepaalde tijd tot een adequate verwijdering van verontreinigingen te komen. Zoals uit figuur 3.5 blijkt, is water bij een golflengte van ongeveer 180 nanometer afbreekbaar. Deze reactie is (onder andere) debet aan de grote extinctie in het Vacuüm-UV gebied, waar water een groot deel van de straling absorbeert: hv H 2 O → H • + HO •

-16-



De hierbij ontstane hydroxyl (OH˙) radicalen kunnen het oxidatieproces versnellen; er is dan sprake van geavanceerde oxidatie. Wanneer er echter alleen gebruik gemaakt wordt van ultraviolette straling resulteert dit in een lage oxidatiesnelheid, omdat de concentratie radicalen dan niet groot genoeg is. Deze is op te voeren door ozon of waterstofperoxide toe te voegen aan het bestraalde water. Alhoewel uit verscheidene onderzoeken is gebleken dat beide waarschijnlijk op dezelfde manier functioneren (vorming van waterstofperoxide) is in onderzoeken relatief minder aandacht besteed aan de combinatie ultraviolette straling en waterstofperoxide dosering. De waterstofperoxide wordt door toedoen van de straling afgebroken tot hydroxyl radicalen: hv H 2 O 2 → 2 HO •

De gevormde hydroxyl radicalen kunnen vervolgens reacties aangaan met de (organische) verontreinigingen, totdat deze volledig geoxideerd zijn. De afbraak van waterstofperoxide is overigens niet beperkt tot het golflengtegebied rond 180 nm. Vorming van hydroxyl radicalen vindt ook plaats bij andere golflengten als 253,7 nm; wel is hiervoor een grote concentratie aan waterstofperoxide noodzakelijk. Bij het afbreken van organische verontreinigingen complementeren de ultraviolette straling en de geavanceerde oxidatie elkaar: de ultraviolette straling zorgt enerzijds voor de vorming van de hydroxyl radicalen en anderzijds voor het muteren van bindingen in de verontreinigde stoffen, waardoor de betreffende stof toegankelijker wordt voor de hydroxyl radicalen. Omgekeerd kan de geavanceerde oxidatie een betere desinfectie mogelijk maken, doordat de DNA bindingen beter bereikbaar worden. [Beltran 1997; Bolton 2000B; Tevini 1993; Crittenden 1999]

3.4 Bronnen van ultraviolette straling Ultraviolette straling wordt veroorzaakt door vele bronnen, waaronder de zon en diverse soorten lampen. De meest gangbare worden hier besproken, alsmede enkele relatief nieuwe technieken.

3.4.1 Low pressure Low pressure (of lage druk) lampen waren de eerste UV lampen die gebruikt werden voor UV-desinfectie. De lamp straalt in het UV-C gebied alleen uit bij een golflengte van 253,7 nanometer en is goed geschikt voor het verwijderen van pathogene organismen, omdat deze golflengte dicht bij de piek van 260 nanometer ligt (zie figuur 3.4). Dat de lamp op 253,7 nm uitzendt, ligt aan het gebruikte kwik dat resoneert op deze golflengte. Het rendement dat behaald wordt bij deze lampen ligt hoog en kan tot zestig procent bedragen. Een nadeel van de lampen is de geringe (lichts)intensiteit die ze veroorzaken. Wordt het vermogen verhoogd (zoals bij de nieuwere low pressure high intensity lampen), dan blijkt het rendement een stuk lager uit te vallen. Rendementen van maximaal 35 procent zijn normaal bij dit type lampen.

-17-


Er is veel ervaring met het gebruik van low pressure lampen: de lampen zijn in het verleden vaak gebruikt in de drinken afvalwaterverwerking. In principe kan elke dosis ultraviolet licht gecreëerd worden door veel lampen te plaatsen. De lampen zijn relatief goedkoop en wanneer er lampen uitvallen kunnen deze makkelijk vervangen worden zonder dat dit veel invloed heeft op de dosis (wanneer er veel lampen toegepast worden). Nadelen zijn echter dat de grote hoeveelheid lampen meer ruimte en onderhoud vergt. Bovendien is de intensiteit van de lampen temperatuursgevoelig. Het rendement kan namelijk ongeveer 30 % afnemen bij temperaturen vlak boven de 0 °C. [Philips, 1983; Bolton, 2000]

3.4.2 Medium pressure Bij medium pressure lampen wordt evenals bij low pressure lampen kwik benut. Door meer druk toe te passen op het kwik (4 log eenheden) ontstaat een ander uitgiftepatroon. Waar bij de low pressure lampen er slechts één energieomzetting plaatsvond, vinden er meerdere plaats wanneer er meer druk toegepast wordt. In plaats van de ene piek bij 253,7 nm ontstaat nu meerdere pieken. In figuur 3.6 is een typisch patroon te zien dat uitgestraald wordt door een medium pressure lamp

figuur 3.6 voorbeeld uitgiftespectrum medium pressure lamp [Philips, 1983]

Omdat de medium pressure lampen op een groter spectrum uitzenden wordt de kans op inactivatie van het organisme groter. Naarmate de absorptie van een te verwijderen organisme sterker afwijkt van het golflengtepatroon van DNA (figuur 3.4) zullen de medium pressure lampen effectiever werken dan de low pressure lampen. Wanneer de uitgiftepatronen van beide typen lampen geïllustreerd worden naast het golflengtepatroon van de absorptie van DNA, ontstaat figuur 3.7.

-18-



figuur 3.7 absorptie DNA in vergelijking met uitgiftepatroon lampen [von Sonntag, 1986, Bolton, 2001]

Naast het verschil in uitgiftespectrum is het vermogen van de medium pressure lampen veel groter dan dat van de low pressure lampen. Dit gaat echter wel ten koste van het rendement; een aanzienlijk deel van de energie (minimaal 85 %) gaat verloren door de hogere druk. Het resterende percentage is verdeeld over het uitgiftespectrum in het UV-C gebied als in figuur 3.6. Hoewel aanvankelijk de aandacht voornamelijk uitging naar low pressure lampen binnen de drinkwaterindustrie worden medium pressure lampen inmiddels met goed gevolg toegepast. Voordelen van de medium pressure lampen zijn dat er minder lampen noodzakelijk zijn dan bij een low pressure systeem ten gevolge van een veel grotere intensiteit per lamp, waardoor minder ruimte nodig is voor de installatie en de lampen makkelijker schoon te houden zijn. Ook zal er een geringer drukverlies optreden over de hele installatie. Wanneer een lamp uitvalt, geeft dit echter meer effect op de bereikte dosis. De temperatuur is in tegenstelling tot bij low pressure lampen niet van invloed. [Philips, 1983; Malley; Bolton, 2001]

3.4.3 Pulsed UV In vergelijking met de eerder besproken lamptypen stralen pulsed UV lampen niet alleen uit in het UV-gebied. Pulsed UV lampen worden opgeladen tot ze een bepaald energieniveau bereiken. Hierna wordt alle energie afgevoerd (naar de aarde); op deze manier ontstaat een pulse die ook (ultraviolette) straling afgeeft. De straling bevindt zich grofweg tussen de 200 en de 900 nm (ruimschoots in zichtbaar licht) en het uitgiftespectrum is minder grillig dan bij medium pressure lampen: de verschillen tussen diverse golflengten zijn minder groot. Figuur 3.8 toont een voorbeeld van een typisch uitgiftespectrum. (De verticale as is weer relatief.) De vloeiende lijn geeft de gemiddelden waar en de grillige de extremen.

-19-


figuur 3.8 voorbeeld uitgiftespectrum van pulsed UV [Philips, 1983]

Een voordeel van dit meer gelijkmatig verdeelde uitgiftepatroon is dat op alle golflengten uitgezonden wordt, waardoor in principe alle organismen en stoffen afbreekbaar of inactiveerbaar zijn. Een nadeel echter is dat er geen straling uitgezonden wordt wanneer de energie zich aan het opbouwen is, alhoewel dit nadeel opgevangen kan worden door gebruik te maken van meerdere lampen. Met pulsed UV lampen is een hoge intensiteit te bereiken in het interessante UV-C gebied. Een groot gedeelte van het vermogen wordt echter uitgestraald bij andere golflengten en in de vorm van warmte, waardoor het rendement behoorlijk laag ligt. Dit lamptype wordt derhalve vooral gebruikt bij specifieke situaties, zoals bijvoorbeeld in de frisdrankindustrie. [Philips, 1983; Malley, Huffman e.a. 2000]

3.4.4 Nieuwe ontwikkelingen Naast de meer conventionele technieken zijn er een aantal nieuwe technieken in ontwikkeling op het gebied van ultraviolette straling. UV laser is een veelbelovende techniek, waarbij een zeer grote intensiteit bereikt kan worden op één golflengte. Deze golflengte is te fixeren met behulp van kristallen. De laser kan zo op een optimale manier een organisme verwijderen door het op zijn meest kwetsbare golflengte (bijvoorbeeld op 260 nm) met een zeer grote intensiteit aan te vallen. Een nadeel van deze techniek is dat andere organismen misschien bij die golflengte niet of minder afgebroken worden. Door gebruik te maken van meerdere laserstralen is dit op te lossen. Een voordeel van de laser is dat er relatief weinig ruimte nodig is in vergelijking met de conventionele methoden. Naast de laser wordt er ook onderzoek verricht naar technieken waarbij een vloeistof onder een grote elektrische spanning gezet wordt, waardoor omzettingen kunnen ontstaan analoog aan de omzettingen bij UV-desinfectie. [Philips, 1983; Malley; Elliot 1995]

-20-



3.5 Conclusies over geschikte UV techniek Bij alle beschreven technieken kan in principe een installatie ontworpen worden die voldoet aan de eisen conform desinfectie en aanwezigheid van bestrijdingsmiddelen. Hoewel met behulp van pulsed UV en nieuwe technieken als de laser in theorie goede resultaten geboekt kunnen worden, is om het kader van dit onderzoek te beperken, gekozen voor low en medium pressure lampen. Deze keuze is gemaakt omdat low en medium pressure lampen al veel toegepast worden en, zeker in vergelijking met pulsed UV, een groter rendement kennen. De belangrijkste verschillen tussen de low en medium pressure lampen zijn het uitgiftepatroon en het vermogen. De uitgifte van low pressure lampen op 253,7 nm maakt dat deze lampen minder geschikt zijn voor geavanceerde oxidatie, tenzij grote concentraties waterstofperoxide gebruikt worden. Bovendien ligt het vermogen bij de medium pressure lampen een stuk groter, waardoor een installatie compacter ontworpen kan worden. Het hogere vermogen gaat wel ten koste van het rendement. Tabel 3.2 toont een overzicht van de kenmerken van de typen lampen. tabel 3.2 overzicht bruikbare UV technieken Low LP: high pressure intensity

Medium pressure

Pulsed UV

Laser

Spectrum (nm) Vermogen (W) Rendement

253,7 40 ≤ 60 %

253,7 300-400 ≤ 35 %

200-300 (UV-C) 1000-30.000 ≤ 15 %

200-1000 10.000-50.000 ≤5%

Regelbaar →∞ → 100 %

Ervaring Ruimteverbruik Geavanceerde oxidatie

z { ~

z { ~

z ~ z

~ z z

{ z z

[Hargy; Malley]

3.6 Karakteristieken van een UV lamp Een low of medium pressure lamp is over het algemeen cilindervormig en heeft als kenmerkende dimensies de diameter en de lengte van de lamp. Een gangbare diameter bedraagt ongeveer 2 tot 4 cm, terwijl er meer variatie is in de lengten van de lampen: deze variëren van ongeveer 10 cm tot 1,5 m. Dit gedeelte van de lamp maakt contact met de te bestralen vloeistof of lucht. Een voorbeeld van een lamp met aansluitingen is aangeven in figuur 3.9.

figuur 3.9 schematische voorstelling UV lamp [Philips lightning]

Een lamp wordt gevoed met een vermogen ET. Dit vermogen kan niet in zijn geheel effectief benut worden. Naast verliezen door warmteontwikkeling wordt licht uitgezonden op andere frequenties dan die van het benodigde UV-C gebied. -21-


Het deel van het vermogen dat aan de desinfecterende werking kan bijdragen is derhalve een gedeelte van de totale hoeveelheid vermogen volgens:

EUV −C = α UV −C ET met: EUV-C αUV-C ET

(3.2)

effectief vermogen in UV-C gebied (W) percentage (rendement) totaal vermogen (W)

Zoals eerder besproken ligt dit percentage een stuk hoger bij low pressure lampen dan bij medium pressure lampen. Bij low pressure lampen geldt dat het gehele rendement uitgezonden wordt bij 253,7 nm. Afhankelijk van de toepassing van een medium pressure lamp kan uitgegaan worden van het effectief vermogen uit formule 3.2 of van een aangepast effectief vermogen. Bij desinfectie wordt het vermogen meestal omgerekend naar een effectief vermogen op 253,7 nm. Naar aanleiding van de relatieve DNA-absorptie (zie figuur 3.4), worden de uitgiften gewogen opgeteld. Wanneer het UV-C spectrum in 20 stukjes van 5 nm wordt onderverdeeld geeft dit:

E 253,7 = met: E253,7 i Ei gi

i = 20

∑ E g (λ ) i =1

i

(3.3)

i

effectief vermogen vertaald naar 253,7 nm (W) golflengtegebied gemiddeld vermogen in golflengtegebied i (W) gemiddelde relatieve absorptie in golflengtegebied i

De term gi is in dit geval gelijk gesteld aan 1 bij een golflengte van 253,7 nm. Bij de golflengten 200-205 nm bedraagt gi bijvoorbeeld 1,52 en bij de golflengten 230-235 0,46. Deze waarden zijn analoog aan de vorm van de grafiek in figuur 3.4. Naast het beperkte rendement van een lamp geldt een beperkte levensduur: na 5000 tot 9000 branduren is de lamp afgeschreven. Het effectief vermogen aan het einde van de levensduur van de lamp is een stuk lager dan het oorspronkelijke; het rendement is gedaald met 15 tot 20 procent. Het verouderingsproces van de lamp voltrekt zich aanvankelijk sneller dan tijdens latere branduren. (zie figuur 3.10) Overigens blijkt uit onderzoek van Moreland in 1998 en Noesen in 2000 dat de rendementsafname hoger kan liggen.

figuur 3.10 afname rendement low(links) en medium pressure(rechts) lampen [Philips lightning] -22-



Het effectief vermogen, afhankelijk van de leeftijd van de lamp, is weer te geven als:

EUV −C (T ) = α (T ) EUV −C

(3.4)

met: EUV-C,(T) het effectief vermogen in het UV-C gebied (W ) T aantal branduren (-) α(T) functie afhankelijk van lampgebruik Voor ontwerpen wordt vaak het vermogen aan het einde van de levensduur gebruikt, om een voldoende dosis te garanderen. In de praktijk wordt zo vermogen onbenut gelaten. Dit probleem kan opgelost worden door de installatie hierop aan te passen of door aanvankelijk gebruik te maken van minder stroomtoevoer, waardoor de lampen gespaard worden. Wanneer het effectieve vermogen dan onder een bepaald niveau daalt kan ingegrepen worden door de stroomtoevoer te vergroten. In het vervolg van het rapport zijn de berekeningen gebaseerd op low en medium pressure lampen van Philips (zie bijlage A). Deze lampen verschillen niet veel van lampen van andere producenten. In onderstaande tabel staan de gebruikte types vermeld: een low pressure lamp met relatief veel vermogen en medium pressure lampen met een vermogen van 120 W per cm lamplengte. tabel 3.3 karakteristieken gebruikte UV lampen Eff. lengte

Straal

Totaal

Effectief

Levens- Effectief vermogen

lamp

lamp

vermogen

vermogen

duur

eind levensduur

Llamp

Rlamp

ET

EUV-C

E253,7

T

EUV-C(T)

E253,7(T)

Type

(m)

(cm)

(W)

(W)

(W)

(uur)

(W)

(W)

TUV 5W (LP)

1,20

2,0

75

26

26

8000

22

22

HOK50/120 (MP)

0,50

1,1

6000

1060

795

5000

848

636

HOK80/120 (MP)

0,80

1,1

9600

1568

1176

5000

1254

940

HOK140/120 (MP)

1,40

1,1

17000

2860

2145

5000

2288

1716

Het effectief vermogen dat geleverd wordt door een lamp wordt verdeeld over het (schijnend) oppervlak van de betreffende lamp. Welke stralingsenergie (intensiteit) zich op een punt aan de wand van de lamp bevindt is afhankelijk van de dimensies van de lamp:

I rand = met: Irand Rlamp Llamp

EUV −C (T ) 2 ∗ π ∗ Rlamp ∗ Llamp

(3.5)

intensiteit aan de wand van de lamp (W/m2) straal van de lamp (m) lengte van de lamp (m)

De wand van de lamp bestaat over het algemeen uit een omhulsel van kwarts. Een nadelig effect van dit omhulsel is dat het ook een gedeelte van de ultraviolette straling opneemt en dat die dus niet tot het water kan doordringen; dit effect wordt verrekend in het rendement van de lamp. De wand van de lamp raakt echter ook vervuild in de loop van de tijd, waardoor de intensiteit kan afnemen. De meeste lampen beschikken over een zelfreinigend mechanisme waardoor dit effect vereffend of verkleind wordt. [Philips lightning, Blatchey e.a. 1997, Bolton 2000A; Philips 1983]

-23-


3.7 UV extinctie en transmissie De intensiteit op een bepaalde afstand van de lamp neemt af door zowel de uitdijing van het licht als door de UV extinctie of transmissie van het water. De extinctie wordt veroorzaakt door stoffen in het water (en het water zelf), welke de straling absorberen. Bij berekeningen wordt vaak de UV transmissie gebruikt in plaats van de extinctie. Dit is een waarde die aangeeft welk percentage van de intensiteit op een bepaalde afstand resulteert van de oorspronkelijke intensiteit. De transmissie verhoudt zich met de extinctie volgens:

τ = 10 −ε met: τ ε

(3.6) transmissie (per cm) extinctie (per cm)

De extinctie of transmissie is niet alleen afhankelijk van de gesteldheid van het water maar ook van de golflengte van de straling. De transmissie over 1 cm bedraagt bij een golflengte van 260 nm ongeveer 98 procent bij gedestilleerd water. Bij een golflengte van 200 nm (nabij Vacuüm-UV gebied) is deze waarde echter al verminderd tot 83 procent, door de grote absorptie van het water. Over een afstand van 10 cm zijn deze waarden al afgenomen tot respectievelijk 79 en 16 procent. Wanneer gebruik gemaakt wordt van drinkwater zal dit waarschijnlijk nog verder afnemen omdat ook andere stoffen de ultraviolette stralen absorberen. Het water, dat gebruikt wordt in Heemskerk en Andijk, heeft in vergelijking met gedestilleerd water een hogere extinctie en dus een lagere transmissie. Dit blijkt uit UVextinctiemetingen die uitgevoerd zijn bij de WRK-III en het IJsselmeer. Voor de verschillende situaties (zie ook hoofdstuk twee) zijn de volgende data gebruikt: • Heemskerk: metingen (1990-1995) na voorbehandeling en koolfiltratie bij de WRK-III • Andijk Alternatief WRK-III: metingen (1990-1994) bij de bekkens van de PWN en Hoogovens tak (na voorbehandeling) • Andijk Alternatief PWN: metingen (1990-1995) bij de inlaat van het bekken en in het IJsselmeer (ruw water)

-24-



De metingen zijn uitgevoerd bij een golflengte van 254 nm en gelden over 1 cm. In figuur 3.11 is de cumulatieve verdelingskromme weergegeven voor de drie situaties.

figuur 3.11 cumulatieve extinctie verdeling

De extinctie is zeer bepalend voor het ontwerp: een lage transmissie betekent namelijk dat slechts water dat vlak langs de lamp stroomt voldoende bestraald wordt. Tabel 3.4 toont een overzicht van de gemiddelden en de maximale waarden bij de gemeten extincties. tabel 3.4 gemiddelden en maximale extincties met bijbehorende transmissies Gemiddelden Maximale waarden

Situatie

Extinctie (cm-1)

Transmissie (cm-1)

Extinctie (cm-1)

Transmissie (cm-1)

Heemskerk Andijk alternatief WRK-III Andijk alternatief PWN (ruw water)

0,063 0,082 0,133

0,86 0,82 0,73

0,096 0,099 0,218

0,80 0,79 0,60

Met welke extinctie rekening gehouden moet worden is afhankelijk van de functie van de installatie. Voor desinfectie geldt dat er in alle gevallen voldaan moet worden aan de ontwerp dosiseis van 100 mJ/cm2 en is dus de minimale transmissie (of maximale extinctie) de maatgevende ontwerpparameter. Een lagere ontwerptransmissie heeft een duurdere installatie tot gevolg omdat er dan meer vermogen ingezet moet worden. Een zo hoog mogelijke ontwerptransmissie is dus te prefereren. Vooral bij geavanceerde oxidatie, waarbij heel veel vermogen nodig is, geeft een hogere transmissie een flinke besparing. Omdat de dosiseis van 1000 mJ/cm2 bij geavanceerde oxidatie minder strikt ligt (dit is meer een orde van grootte), wordt gerekend met de gemiddelde extinctie.

-25-


Op deze manier wordt, over een periode gezien, een gemiddelde dosis van 1000 mJ/cm2 gecreëerd. Menging na de installatie kan een gelijkmatiger resultaat van de bestrijdingsmiddelenconcentraties geven. Een overzicht van alle gemeten extincties door het jaar is te zien in figuur 3.12.

figuur 3.12 gemeten extincties door het jaar

Voor de drie situaties is een globale trend van de extincties door het jaar te zien, waarbij de trendlijn van het ruw water alternatief het meest duidelijk aanwezig is. Voor alle alternatieven geldt dat de gemeten extincties hoger liggen in de winter en lente maanden, terwijl de extincties in de nazomer hun laagtepunt bereiken. Door op deze variatie in te springen is het mogelijk op energiekosten te besparen. Nieuwe lampen plaatsen, juist wanneer de extinctie hoog is (in de winter), is een eenvoudig voorbeeld hiervan. [Dawson & Hulbert, 1934; Koller, 1965]

-26-



3.8 Intensiteit Door een lamp als oneindig lang te schematiseren vervalt de derde dimensie (in de lengterichting). In dat geval, geldt er voor de intensiteit op een bepaalde afstand van de lamp (door toedoen van extinctie en uitdijing):

I Afs =

I Rand τ s Rlamp

(3.7)

s + Rlamp

met: IAfs τ s

intensiteit op bepaalde afstand van de rand (W/m2) transmissie van het water (per m) afstand tot rand lamp (m)

Deze (vereenvoudigde) intensiteit wordt in de literatuur irradiance genoemd. De werkelijke intensiteit op een afstand van de lamp is ook afhankelijk van de ligging ten opzichte van de lengte van de lamp. Een punt wordt bestraald door ultraviolet licht afkomstig van de hele lamp. Het effect van een bepaald gedeelte van de lamp op een punt is afhankelijk van de afstand tot dit punt, analoog aan vergelijking 3.7. De daadwerkelijke intensiteit op een punt (bijvoorbeeld punt A) is de optelsom van alle intensiteiten afkomstig van alle delen van de lamp. Dit is te simuleren door de lamp in stukjes te delen en voor elk stukje de afstand tot dit punt te bepalen met de bijbehorende intensiteit. Deze methode staat bekend als de point-source summation (PSS). De sommatie van de intensiteiten kan als volgt geformuleerd worden:

I xy = met: Ixy Nr In si

i= Nr

I nτ si Rlamp

∑s i =1

i

+ Rlamp

(3.8)

gesommeerde intensiteit in punt xy (W/m2) aantal stukjes waarin de lamp verdeeld is (-) vermogen per stukje lamp (Irand/Nr) afstand tussen midden stukje i en punt xy (m)

In vergelijking met punt A zijn de afstanden bij punt B kleiner, hoewel de directe afstand tot de lamp gelijk is. De totale intensiteit zal dus hoger liggen bij punt B.

-27-


Vergelijking 3.8 is gebruikt om een berekening te maken om te bepalen in hoeverre punten aan het begin en einde van de lamp minder bestraald worden. De in figuur 3.13 gepresenteerde gegevens tonen de percentuele reductie in intensiteit als functie van de (ruimtelijke) afstand tot de lamp. Omdat de transmissie een belangrijke rol speelt in vergelijking 3.8 is zowel een transmissie van 0,60 als een van 0,80 per cm onderzocht.

figuur 3.13 ruimtelijke verdeling intensiteit bij transmissies 0,60 en 0,80

Te zien valt dat bij een afstand van ongeveer 5 cm van het begin en einde van de lamp het regelmatige patroon ontstaat, dat gebruikmaking van vergelijking 3.7 (irradiance) rechtvaardigt. Voor het randgebied moet dus rekening gehouden worden met lagere intensiteiten dan de irradiance. Naarmate de lampen langer gekozen worden (dan in dit geval 0,5 m) zullen de randgebieden relatief minder belangrijk worden. De verschillen zijn bij een hogere transmissie relatief groter bij een grotere directe afstand tot de lamp. Dit komt omdat de hogere transmissie zorgt dat de straling minder snel uitdooft en het effect van de grotere afstanden dus zichtbaarder wordt. Bij vergelijking 3.7 en 3.8 wordt uitgegaan dat de transmissie constant is. Ten tweede wordt aangenomen dat de uitgestraalde intensiteit over het gehele oppervlak van de lamp uniform verdeeld is; kortom dat er geen delen van de lamp zijn die relatief meer energie uitstralen dan andere delen. In de praktijk voldoen praktisch alle lampen aan deze aanname. Wanneer er gebruik gemaakt wordt van meerdere lampen binnen een reactor, dan kunnen de invloedsgebieden van de lampen elkaar overlappen. In dat geval kunnen de intensiteiten, afkomstig van verschillende lampen, opgeteld worden:

I tot = I 1 + I 2 ....I n

(3.9)

Naast deze optelling van intensiteiten kan er ook schaduwwerking optreden: wanneer één lamp de straling van de ander blokkeert. Dit speelt slechts mee wanneer de lampen zich dicht (enkele centimeters) bij elkaar bevinden.

-28-



figuur 3.14 schaduweffect

Een andere factor die invloed kan hebben op de intensiteit is het optreden van reflectie van de straling tegen de wand van de reactor. Deze reflectie is afhankelijk van de eigenschappen van het materiaal van de reactor en de eventuele vervuiling (in de loop van de tijd) daarvan. Omdat weinig bekend is van de invloed van de reflectie op de intensiteit en deze bovendien niet constant is, wordt de invloed in dit rapport verwaarloosd. Daar de reflectie in ieder geval een positief effect geeft, levert dit geen problemen op. [Philips 1983; Koller 1965; Bolton 2000A; Blatchey III e.a. 1997]

3.9 Dosis De hoeveelheid vermogen die het water ontvangt is niet alleen afhankelijk van de intensiteit maar ook van de verblijftijd in de reactor. De ultraviolette dosis wordt dan ook gedefinieerd als:

D = I ∗t met: D t

(3.10) dosis (Ws/m2 of mJ/cm2) contacttijd (s)

Volgens deze formule zijn de invloeden van de intensiteit en de contacttijd gelijk: een twee keer zo grote intensiteit met een twee keer zo korte contacttijd geeft hetzelfde resultaat. Uit onderzoek van Harm (1980) en Sommer e.a. (1998) is echter gebleken dat een hoge intensiteit met een korte contacttijd te prefereren is boven een lage intensiteit met een langere contacttijd. Dit is echter niet verder meegenomen in het rapport. Een waterdeeltje volgt een bepaald spoor binnen een stromingspatroon in een reactor (mits er sprake is van stromend water). Binnen dat spoor staat het bloot aan verschillende intensiteiten, afhankelijk van de plek waar het zich bevindt. Wanneer dit spoor in kleine tijdsdelen verdeeld wordt kan de totale geleverde dosis bepaald worden via: n

D = ∑ I ∗ ∆t

(3.11)

1

waarin: ∆t

constante tijdsstap (s)

Omdat de intensiteit ruimtelijk niet constant is en er verschillende stroombanen voorkomen is de ontvangen dosis niet voor ieder waterdeeltje gelijk. In het bovenstaande figuur zal de onderste stroombaan een hogere dosis tot gevolg hebben dan de andere stroombaan.

-29-


Dit komt omdat de intensiteiten hoger liggen nabij de lamp. Omdat elke stroombaan verschillend is volgt na een reactor dan ook geen constante dosis maar een dosisverdeling waarin zowel hogere als lagere doses voorkomen. Bij een ideale dosisverdeling zijn de doses allemaal gelijk aan de dosiseis, zodat er niet te veel vermogen gebruikt wordt. Een ontwerp moet zo gekozen worden dat zo min mogelijk vermogen verloren gaat door te hoge doses. Dit geldt zowel voor desinfectie als voor geavanceerde oxidatie. Bij geavanceerde oxidatie is er voor gekozen dat 90 % van de optredende doses minstens aan de dosiseis van 1000 mJ/cm2 moet voldoen. Op deze manier wordt een groot gedeelte aan vermogen bespaard. Bij desinfectie moeten de doses natuurlijk altijd minstens gelijk zijn aan de dosiseis van 100 mJ/cm2. In onderstaand figuur zijn de ideale (cumulatieve) dosisverdelingen aangegeven, die hierop gebaseerd zijn. Wanneer desinfectie en geavanceerde oxidatie gecombineerd worden gelden beide delen van de grafiek.

Cumulatief percentage

100% Minimaal benodigd voor desinfectie Minimaal benodigd voor geavanceerde oxidatie

10%

Dosiseis Oxydatie (1000 mJ/cm2)

Dosiseis Desinfectie (100 mJ/cm2)

figuur 3.15 ideale dosisverdelingen bij de desinfectie, geavanceerde oxidatie en de combinatie

Een werkelijke dosisverdeling verloopt echter niet als figuur 3.15 met als gevolg dat de minimale dosis vaak maatgevend is. Maatregelen om de minimale dosis op te schroeven zijn kostenbesparend: met minder vermogen kan dan hetzelfde resultaat bereikt worden. Door menging in de reactor is de dosisverdeling gelijkmatiger (en dus idealer) te krijgen. De bepalende minimale doses kunnen op die manier vergroot worden. Hoe meer menging er optreedt hoe minder kans er is op kortsluitingstromingen met lage doses.[Philips 1983; Koller 1965; Bolton 2000A; Blatchey III e.a. 1997]

3.10 Stroming en turbulentie Door de tijdsinvloed op de dosis(verdeling) maakt het uit hoe de lampen opgesteld zijn ten opzichte van de stroomrichting. De snelheid en richting van de snelheid bepaalt de dosis die het water (of een deel daarvan) ontvangt. Wanneer praktisch gekeken wordt naar mogelijke opstellingen van een lamp zijn er twee mogelijke alternatieven: een lamp dwars op de stroomrichting (dwarsstroming) en een lamp in langsrichting (langsstroming).

-30-



figuur 3.16 langs- en dwarsstroming

Wanneer het water een lamp bereikt zal het hieromheen moeten stromen wat een afwijking in een recht stroombeeld geeft. Wanneer de snelheid van het water groot genoeg is zal er turbulentie optreden rondom de lampen, zowel bij dwars als bij langsstroming. Hoe meer er afgeweken wordt van rechtlijnige stromingspatronen, hoe meer menging er optreedt en hoe gelijkmatiger de dosisverdeling dus wordt. Turbulentie rond cilinders (bij dwarsstroming) treedt op wanneer het Reynolds getal hoger ligt dan 2500:

Re = UL / ν met: Re U L ν

(3.12)

getal van Reynolds. inschatting van optredende snelheid (m/s) lengteschaal karakteristiek voor de schaalgrootte: de diameter (m) viscositeit (m2/s): 1,80 10-6 (0°C) – 1,00 10-6(20°C)

Bij een diameter van de lampen van 2,2 cm, moet de snelheid dus minstens 0,12 m/s bij 20 graden Celsius en 0,21 m/s nabij 0 graden Celsius bedragen wil turbulentie optreden. Een hogere snelheid is echter te prefereren. In het geval van langsstroming geldt een zelfde orde van grootte. Een voorbeeld van de optredende strominglijnen rond een cilinder of lamp bij dwarsstroming is te zien in figuur 3.17 Er wordt een zog gevormd na de lamp. Hoe meer lampen in serie opgesteld worden hoe meer fluctuaties er optreden in het stromingsverloop. Dit wordt over het algemeen gemodelleerd met behulp van de NavierStokes vergelijkingen.

-31-


figuur 3.17 stroming rondom een cilinder [Guo 1997]

Wanneer er sprake is van meerdere lampen wordt het (turbulente) stromingspatroon ingewikkelder. Met behulp van gecompliceerde 3-dimensionale computerberekeningen (CFD) kan het stromingspatroon gemodelleerd worden. In dit rapport wordt verder niet ingegaan op turbulentie en zal gebruik gemaakt worden van vereenvoudigde stromingspatronen. [Matieu 2000]

-32-


4 Lampconfiguratie

4 Lampconfiguratie 4.1 Typen configuraties De configuratie van de lampen in de reactor heeft een grote invloed op de dosisverdeling. In principe kan met één lamp elke (minimale) dosis bereikt worden mits de contacttijd maar lang genoeg is. In de praktijk is dit echter vaak niet mogelijk omdat lange contacttijd en bij hoge debieten niet haalbaar zijn. Dit probleem is op te lossen door gebruik te maken van meerdere lampen: deze kunnen zowel serieel als parallel geschakeld zijn.

figuur 4.1 dwars- en langsstroming: seriële en parallelle schakeling

De effecten van deze schakelingen op de dosisverdeling zijn verschillend; afhankelijk van de toepassing werkt de een efficiënter dan de ander. Alle typen schakelingen worden in diverse configuraties gebruikt bij UV installaties. Binnen een installatie wordt in principe gebruikt gemaakt van langsstroming of dwarsstroming. Kleinschalige UV systemen bestaan meestal uit aantal (kleine) reactoren waarin één of enkele seriële schakelingen van bijvoorbeeld vier of zes (parallelle) lampen. Vaak wordt hier uitgegaan van langsstroming. Bij grootschalige ultraviolette systemen zijn de reactoren meestal iets groter. Er wordt ook wel gebruik gemaakt van chanel flow: in een kanaal worden een soort rekken met lampen geplaatst.

-33-

4 Lampconfiguratie

Bij chanel flow bestaan er twee veel gebruikte varianten. Bij inline flow staan de lampen in dwarsrichting. Elke seriële stap verspringt licht ten opzichte van de vorige stap om menging en dus een gelijkmatiger dosisverdeling te bevorderen. De minimale doses treden op door stroming aan de randen. Het water bevindt zich dan immers het verst van de lampen af. Door obstakels of inkepingen bij de relatief onbestraalde gebieden te gebruiken worden er hogere minimale doses bereikt. Hierdoor wordt namelijk menging bevorderd.

figuur 4.2 voorbeeld inline flow (dwarsstroming); 3D-schets en bovenaanzicht

Naast inline flow is er ook een variant met lampen in langsrichting: horizontal flow. Deze techniek wordt vooral veel gebruikt bij afvalwaterverwerking. In tegenstelling tot inline flow wordt er niet van verspringing gebruik gemaakt maar van vaste roosters. Het zwakke punt ligt hier eveneens aan de randen van de reactor en dan voornamelijk in de hoeken. Deze punten zijn het verst van de lampen verwijderd en ontvangen daarom de laagste intensiteit. Tussen de lampen in is dit effect minder omdat meerdere lampen dan invloed hebben op het gebied.

figuur 4.3 voorbeeld horizontal flow (langsstroming); 3D-schets en doorsnede

Zowel de grotere chanel flow installaties als de kleinere reactoren zijn gebaseerd op één van beide principes. De vorm van de reactor en de configuratie van de lampen in seriële en parallelle schakelingen bepaalt de verschillen tussen de diverse typen. Zo hebben chanel flow systemen meestal een vierkante of rechthoekige doorsnee en wordt er meer gebruik gemaakt van seriële schakelingen; terwijl kleinere reactoren vaak een ronde of afgeronde doorsnede hebben en minder seriële schakelingen.

-34-


4 Lampconfiguratie

Een toepassing van dwarsstroming (inline flow) is een variant waarbij niet alleen verticale lampen zijn geplaatst maar ook horizontale. Schakels met verticale lampen worden afgewisseld met schakels met horizontale lampen. Op deze manier ontstaat er meer ruimtelijke menging in vergelijking met reguliere inline flow. De zwakke punten liggen evenals bij langsstroming in de hoeken, omdat de minste lampen hier invloed op hebben. Deze variant zal verder in dit rapport dwarsstroming XY genoemd worden.

figuur 4.4 voorbeeld toepassing inline flow (dwarsstroming XY); 3D-schets en doorsnede

In principe zijn er nog vele andere configuraties mogelijk. Dit zijn echter variaties op de beschreven alternatieven. In dit hoofdstuk wordt bekeken welk alternatief geschikt is voor welke situatie. Verder wordt gekeken wat de invloed is van variabelen als lamptypen, transmissies en dimensies.

4.2 Modellen Om het effect van de configuratie van een installatie op de desinfectie (of ultraviolette dosis) te bepalen zijn vele modellen ontwikkeld. De meeste recente modellen gaan uit van de in hoofdstuk drie omschreven point source summation (PSS) om de intensiteitspreiding te bepalen. Voor de stromingspatronen worden verschillende modellen gebruikt. Lyn e.a. hebben in 1999 een methode ontwikkeld op basis van numerieke modellering. Er is gebruik gemaakt van een model dat de turbulente stromingen bij een inline flow systeem beschrijft.

figuur 4.5 turbulente stroming bij inline flow (de assen hebben een andere schaal)[Lyn e.a. 1999]

Het model is voornamelijk gericht op het vinden van het verband tussen gemeten desinfectieresultaten en berekende doses en is theoretisch van opzet.

-35-

4 Lampconfiguratie

Chiu e.a. (1999) creëerde een model dat uitgaat van een random walk model op basis van particle tracking bij inline flow. Aan de hand van een kansenmodel wordt bepaald welk pad een deeltje volgt. De kansen zijn gebaseerd op metingen. Uiteindelijk wordt voor een groot aantal deeltjes bepaald welke dosis deze hebben ontvangen. Zo ontstaat een dosisverdeling als in figuur 4.6.

figuur 4.6 dosisverdeling model Chiu e.a. 1999

De kortsluitingstroming aan de randen van de reactor is te zien in de figuur (de lage doses). Ook dit model is gemaakt om het verband tussen berekende dosis en desinfectie te beschrijven. Beide modellen zijn gebaseerd op één reactor en proberen de optredende desinfectie te verklaren. Deze en andere modellen zijn gebaseerd op het verklaren dan op het voorspellen van de efficiëntie van een bepaalde lampconfiguratie. Om tot een optimale configuratie te komen moeten verschillende configuraties vergeleken worden. Met de beschreven methodes zou dat in principe kunnen, door het model voor verschillende situaties aan te passen. Om een snelle vergelijking tussen verschillende lampconfiguraties mogelijk te maken is een vereenvoudigd model ontwikkeld dat van de drie alternatieven de dosisverdelingen bepaald, zodat conclusies getrokken kunnen worden.

4.3 Langs- en dwarsstroming, een eerste vergelijking Wanneer een reactor bestaat uit slechts één lamp dan kan de aanstroming plaats vinden in langsstroming of in dwarsstroming. Het vermogen dat door de lamp aan het water geleverd wordt is in beide gevallen gelijk. Wanneer er sprake is van een gelijk debiet (of snelheid) is ook de totale ultraviolette dosis (gemiddelde intensiteit x gemiddelde contacttijd) gelijk. Hoe de dosis verdeeld is, varieert echter. Bij deze vergelijking wordt uitgegaan van de (in hoofdstuk 3) besproken HOK 50/120 lamp, die een lengte heeft van 50 cm, een straal van 1,1 cm en een effectief vermogen van 1060 W. Verder is voor een transmissie van 0,79 (per cm) en voor een debiet van 100 m3/uur gekozen. Figuur 4.7 toont een schematisering van de reactor. Wanneer uitgegaan wordt dat de intensiteit niet in langsrichting varieert (irradiance) is het intensiteitveld rond de lamp overal gelijk.

-36-


4 Lampconfiguratie

figuur 4.7 schematisering reactor en intensiteitveld lamp

Er is gekozen voor een vierkante reactor omdat deze ook als een cel gezien kan worden binnen grotere configuraties (als in figuur 4.2, 4.3 en 4.4). Als afstand tussen de rand van de lamp en de wand van de reactor (in de figuur: a) is 10 cm gekozen. Figuur 4.7 toont tevens het berekende bijbehorende intensiteitveld (bij een resolutie van 101 bij 101). In de hoeken is de intensiteit maar een fractie van de intensiteit aan de lamp (ongeveer 0,01 procent) Als uitgegaan wordt van eenparige rechtlijnige stroming dan kan bij de langsstroming het water ongehinderd doorstromen. (Stroming door de lamp is niet mogelijk.) Bij dwarsstroming daarentegen komt een gedeelte van het water de lamp tegen, waardoor de stroombanen afwijken. In dit geval wordt ervan uitgegaan dat het water door de lamp heen stroomt en dat de intensiteit in de lamp gelijk is aan die aan de rand van de lamp. De snelheid bij het debiet kan bepaald worden via respectievelijk:

v dwars = vlangs = met: v Q a L R

Q 3600 * 2aL

(4.1/4.2)

Q 3600 * ((2a + 2 R) 2 − πR 2 ) snelheid (m/s) debiet (m3/uur) afstand van rand lamp tot wand reactor (m) lengte lamp (m) straal lamp (m)

Bij de snelheid in dwarsrichting wordt uitgegaan van de snelheid die optreedt bij het passeren van de lamp. (Het doorstromend oppervlak is 2a*L.) Op deze manier wordt de verkregen dosis onderschat omdat er ook lagere snelheden optreden. Met behulp van de snelheid kan een dosisverdeling bepaald worden.

-37-

4 Lampconfiguratie

In figuur 4.8 zijn de berekende cumulatieve dosisverdelingen getoond. Naast een afstand tot de rand van 10 cm is gekeken welke invloed een kleinere a heeft op de dosisverdelingen.

Stroming

a = 10 cm

a = 5 cm 2

a = 2,5 cm 2

1529 Ws/m 1143 Ws/m 701 Ws/m2 Dwars 1498 Ws/m2 1210 Ws/m2 857 Ws/m2 Langs figuur 4.8 cumulatieve dosisverdeling en tabel gemiddelden

De gemiddelde doses zouden gelijk moeten zijn bij langsstroming en bij dwarsstroming. Bij langsstroming zijn niet de extra aannamen gedaan als bij dwarsstroming gedaan en dus zijn deze doses een referentie voor die aannamen: ‘stroming door de lamp’ en constante snelheid gelijk aan de snelheid ter plekke van de lamppassage. Het effect van de stroming door de lamp is positief op gemiddelde dosis: er is meer intensiteit aanwezig dan in werkelijkheid. De hoge snelheid geeft een negatieve invloed op de dosis. Bij een a van 10 cm wordt de dosis bij dwarsstroming overschat. Bij een a van 5 en 2,5 cm is dit niet het geval. Overschatting van de dosis bij een ontwerp is gevaarlijk; onderschatting geeft een minder efficiënt ontwerp maar dan komen de dosiseisen niet in gevaar. Wanneer gekeken wordt naar het verloop van de dosisverdelingen zijn de volgende conclusies te trekken: de dosisverdelingen bij dwarsstroming zijn gelijkmatiger omdat de intensiteiten van de stroombanen verschillend zijn. De knik die te zien is bij dwarsstroming, is het gevolg van stroming door de lamp. Langsstroming geeft zoals verwacht veel lage doses (ver van de lamp) en extreem hoge doses (direct aan de lamp). Wel moet aangemerkt worden dat de vierkante vorm van de reactor in principe minder geschikt is voor langsstroming: de lage doses bevinden zich vooral in de ‘dode’ hoeken. Het effect van een kleinere reactor is dat de dosisverdelingen gelijkmatiger zijn.

-38-


4 Lampconfiguratie

Dit gaat ten koste van de gemiddelde doses. Een kleinere reactor geeft namelijk een kortere contacttijd en dus een lagere dosis.

4.4 Definitie variabelen Om reactoren te kunnen vergelijken is het belangrijk ze te kunnen beschrijven aan de hand van variabelen. Drie soorten variabelen worden hier gedefinieerd: de karakteristieken van de gebruikte lampen, variabelen met betrekking tot de lampconfiguratie en externe variabelen. tabel 4.1 definitie variabelen Symbool

Eenheid

Omschrijving

Straal lamp

R

m

Straal van de lamp: zie § 3.6

Lamplengte

L

m

Lengte van de lamp: zie § 3.6

Effectief vermogen

E

W

Effectieve vermogen van de lamp op 253,7 nm of in UV-C gebied: zie § 3.6

Aantal seriële stappen

X

-

Aantal stappen in stroomrichting: zie figuur 4.1 en 4.9

Aantal lampen per stap

N

-

Aantal lampen per stap dwars op stroomrichting: zie figuur 4.1 en 4.9

Afstand tussen lampen

s

m

Kortste afstand tussen de randen v/d lampen dwars op stroomrichting: zie figuur 4.9

τ

per m

Transmissie water bij 253,7 nm: zie § 3.7

Lampkarakteristieken

Lampconfiguratie

Externe variabelen Transmissie water Debiet in reactor

Q

3

m /s

Volume water per tijdseenheid

De variabelen met betrekking tot de lampconfiguratie zijn in figuur 4.9 verduidelijkt. Deze variabelen bepalen samen met de lampkarakteristieken de theoretische vorm van de reactor. De afstand tussen lampen in seriële richting is niet meegenomen. Deze afstand is in principe niet van belang; wel moet de afstand groot genoeg zijn zodat schaduwvorming vermeden wordt.

figuur 4.9 schematisatie variabelen

-39-

4 Lampconfiguratie

4.5 Opzet gebruikte model Het ontwikkelde model bestaat uit een gedeelte waar intensiteitvelden berekend worden, en een gedeelte waar de invloed hiervan op de dosisverdelingen bepaald wordt. Een uitgebreide beschrijving van de werking van het model is gegeven in bijlage C. In deze paragraaf zal aangegeven worden op welke principes het model gefundeerd is. Een reactor is in meerdere invloedsgebieden onder te verdelen. Een invloedsgebied is het stuk van een reactor dat ultraviolette straling ontvangt van één lamp; vergelijkbaar met de reactor beschreven in paragraaf 4.3. Een invloedsgebied is te zien als een cel. Simpelweg gesproken is de reactor een optelsom van deze cellen. De cellen zijn echter niet allemaal gelijk: een lamp aan de rand van een reactor heeft een ander intensiteitveld dan een lamp tussen andere lampen in. Bij het bepalen van de intensiteitvelden is gebruik gemaakt van in paragraaf 3.8 besproken vereenvoudigde intensiteit bekend als irradiance. Hierdoor ontstaat een 2-dimensionaal intensiteitveld rondom de lamp als in figuur 4.7. De resolutie van een veld is in het model gedefinieerd als GX x GY. Extra intensiteit, afkomstig van andere lampen, wordt bijgeteld bij de intensiteit afkomstig van de centrale lamp. Door de modules vervolgens op te tellen ontstaat een intensiteitveld geldig voor één stap in een reactor (een soort doorsnede). Bij het dwarsstroming alternatief ontstaat zo bijvoorbeeld het intensiteitveld als in figuur 4.10 bij gebruik van drie lampen: links is het relatief onbestraalde gebied en de stroming is van onder naar boven.

figuur 4.10 voorbeeld intensiteitveld bij drie lampen per stap bij dwarsstroming

Nu het intensiteitverloop binnen de reactor bekend is, kan er een dosisbepaling plaatsvinden. Het stromingspatroon en de snelheid binnen de reactor bepalen samen met de bepaalde intensiteit de dosisverdeling.

-40-


4 Lampconfiguratie

Er is in het ontwikkelde model uitgegaan van eenparige rechtlijnige stroming, met de in paragraaf 4.3 beschreven aannamen: water kan in dwarsrichting door de lamp heen stromen en de snelheid van het water is gelijk aan die terplekke van de lampen. Er zijn twee varianten van het model ontwikkeld: een ongemengde en een gemengde variant. Bij de ongemengde variant volgt een waterdeeltje een recht spoor door de reactor. Bij de gemengde variant is de optredende menging gesimuleerd door het pad van een waterdeeltje willekeurig te laten verspringen bij iedere nieuwe seriële stap.

figuur 4.11 gemengde en ongemengde variant

Voor elke module wordt de ruimtelijke dosisverdeling bepaald aan het einde van de stap. Bij een gegeven pad volgt een totale dosis aan het einde van de reactor door de betreffende doses uit de dosisverdelingen op te tellen. Bij de gemengde variant wordt steeds per stap een willekeurige dosis gekozen; kortom het pad is volkomen willekeurig. Er wordt hier gebruik gemaakt van een Monte Carlo benadering. De ongemengde variant geeft een ruimtelijk beeld van de te verwachten dosisverdeling. Wanneer bijvoorbeeld bij het dwarsstroming XY alternatief een dosisverdeling bepaald wordt kan een figuur als figuur 4.12 ontstaan: met de zwarte lijnen is aangegeven waar de lampen liggen. Dit figuur geeft eigenlijk een optelsom weer van alle intensiteiten waaraan het water in de reactor is blootgesteld. Te zien valt dat, zoals verwacht, de zwakke punten voornamelijk aan de randen en in de hoeken liggen.

figuur 4.12 voorbeeld dosisverdeling dwarsstroming XY (ongemengd)

-41-

4 Lampconfiguratie

De gemengde variant geeft dit ruimtelijk beeld niet omdat er willekeurige paden gekozen zijn. Om een goede indicatie van de te verwachten dosisverdeling te kunnen geven bij de gemengde variant moeten wel genoeg willekeurige paden (of trekkingen) gekozen worden. Van zowel de gemengde als de ongemengde variant zijn de dosisverdelingen te vertalen in een (cumulatieve) grafiek.

4.6 Analyse hoofdalternatieven Vanuit het model is een afspiegeling te maken welk effect de variabelen hebben op de dosisverdeling hetzij bij gemengde hetzij bij de ongemengde variant. Om een referentiekader te hebben is gekozen voor een standaard situatie met de volgende karakteristieken: tabel 4.2 karakteristieken standaardsituatie 0,8 m Lengte Lamp Afstand tussen lampen 0,011 m Debiet Straal Lamp Effectief Vermogen Lamp 1200 W Transmissie 6 Aantal lampen per stap GX=GY 5 Aantal stappen Aantal trekkingen *bij dwarsstroming XY afhankelijk van lengte en straal lamp

0.10 m* 1500 m3/uur 0,75 (1/cm) 51 10000

Het aantal trekkingen is ongeveer vier maal groter dan de dosisverdeling waaruit getrokken wordt (GX x GY). Dit aantal is in principe te klein om eenduidige uitkomsten te verkrijgen. Om de uitkomsten (volledig) uniform te krijgen moet het aantal simulaties, bij trekking uit dezelfde matrix, worden opgeschroefd. In dit geval is dit niet gebeurd om de rekentijd van het model enigszins te beperken. Toch geven de bepaalde uitkomsten een goede indicatie van de verschillen tussen de gemengde en de ongemengde variant. Dit blijkt bijvoorbeeld uit het feit dat de standaardsituatie (het referentiekader) steeds opnieuw bepaald is en de uitkomsten vergelijkbaar zijn met eerdere bepalingen. De cumulatieve dosisverdelingen bij de standaardsituatie zijn aangegeven in figuur 4.13.

figuur 4.13 cumulatieve dosisverdeling standaardsituatie

-42-


4 Lampconfiguratie

Elk alternatief heeft een karakteristieke curve (of dosisverdeling), zowel voor de gemengde als de ongemengde variant, waarbij een aantal kenmerken in het oog springt. Bij het dwarsstroming alternatief kent de curve, bij de ongemengde variant, een afwijkend verloop tussen de nul en 10 procent. Dit is het gevolg van de stroming door relatief minder bestraalde gebieden aan de rand van de reactor. Bij de standaardsituatie geldt (bij zes lampen per stap) dat 1/7 deel van het water door dit gebied stroomt, wat ontaardt in het aanvankelijk vlakke verloop van de grafiek. De overige grafiek wijkt niet extreem af van de gemengde variant, wat impliceert dat het verspringen van de configuratie van de lampen een mengend effect heeft. In het geval van dwarsstroming XY geldt juist dat de minimale doses redelijk overeen komen, wat wil zeggen dat er zelfs bij de ongemengde situatie geen (of nauwelijks) kortsluitstromingen optreden. Verder is de curve bij de gemengde situatie een stuk steiler dan de ongemengde variant, omdat de verschillen in dosis door de menging meer uitgevlakt worden. Het verloop van de beide langsstroming-varianten ten slotte is sterk verschillend. Dit komt omdat de opvolgende stappen in lijn liggen en er dus geen mengend effect optreedt vanuit de installatie. (Menging treedt slechts op door turbulentie.) Het grote verschil tussen de ontvangen dosis van water nabij de lamp en tussen de lampen in komt tot uitdrukking in de vorm van de grafiek bij de ongemengde situatie, terwijl dit meer afgevlakt is bij de gemengde variant. (Het deel dat relatief minder bestraald wordt is een veel groter deel van het water dan het hevig bestraalde deel nabij de lampen.) Omdat de vertoonde curven naast een indruk van de verschillen weinig informatie geven, zijn de dosisverdelingen ook weergegeven aan de hand van een aantal kengetallen: het gemiddelde, de mediaan, het minimum, de doses bij een cumulatief percentage van 1, 5 en 10 procent en de standaarddeviatie. Het gemiddelde is een maat voor de totale hoeveelheid dosis; in hoeverre het vermogen van de lampen benut wordt. Bij een normale verdeling is de mediaan gelijk aan het gemiddelde. Wanneer de nadruk meer op lage of hoge doses ligt dan kan de mediaan afwijken van het gemiddelde. Het minimum en de 1,5 en 10 procent waarden geven een indruk van het, voor desinfectie, belangrijke gebied van het grafiek. De standaardafwijking ten slotte is een maat voor de afvlakking of uniformheid van de grafiek. Hoe lager de standaardafwijking is hoe verticaler de grafiek verloopt en hoe uniformer de doses dus verdeeld zijn. tabel 4.3 kengetallen standaardsituatie (in Ws/m2) Gemengd Gemiddelde Mediaan Minimum 1% 5% 10% Standaarddeviatie

Ongemengd

Dwars

Dwars XY Langs

Dwars

Dwars XY Langs

2791 2732 579 1110 1464 1698 860

2806 2727 908 1224 1491 1693 872

2768 2673 301 399 732 1739 965

2812 2545 531 887 1093 1204 1405

2700 2420 807 1102 1315 1471 1178 -43-

2624 1674 277 472 670 809 2623

4 Lampconfiguratie

Het gemiddelde ligt lager bij de langsstroming varianten hoewel dit eerder in paragraaf 4.3 niet gold. In dit geval is het aantal lampen dat volledig benut wordt echter groter bij de dwarsstroming-alternatieven. Bij langsstroming liggen (per stap) acht lampen aan de wand van de reactor en gaat er dus wat energie verloren, terwijl dit bij beide dwarsstroming alternatieven slechts voor twee lampen geldt. De vorm van de reactor speelt het langsstroming alternatief dus parten; wanneer een ronde reactorvorm gekozen zou worden zou dit verschil niet optreden. Een tweede punt dat opvalt is dat de gemiddelden bij gemengde en ongemengde situatie elkaar weinig ontlopen. In theorie zouden deze gemiddelden ook gelijk moeten zijn. De hoeveelheid (of tekort aan) trekkingen is debet aan deze verschillen. In alle gevallen geldt dat het gemiddelde hoger ligt dan de mediaan. Dat wil zeggen dat een kleine hoeveelheid hoge doses relatief veel invloed heeft op het gemiddelde. Dit is vooral het geval bij langsstroming bij een ongemengde situatie wat ook duidelijk in figuur 4.13 af te lezen was. Uit de minimale waarden blijkt wel dat het dwarsstroming XY alternatief, bij de gegeven configuratie, het meest geschikt is voor desinfectie. Voor geavanceerde oxidatie is het belangrijk dat de dosis gelijkmatig verdeeld is; uit de standaarddeviaties blijkt dat het dwarsstroming alternatief het best voldoet in de gegeven situatie. Dwarsstroming voldoet op dit punt beter dan dwarsstroming XY omdat er slechts in één richting ruimtelijke variatie optreedt.

4.7 Analyse variabelen Voor de acht interne en externe variabelen is onderzocht welke invloed een verandering heeft op de vorm van de grafieken en op de waarde van de kengetallen. Steeds is voor vijf variaties, waaronder de standaardsituatie, bepaald wat de invloed is op de drie alternatieven in zowel de gemengde als de ongemengde variant. In deze paragraaf zullen alleen de conclusies gepresenteerd worden. In bijlage D en E wordt uitgebreider op deze analyse ingegaan.

4.7.1 Variatie in lamp karakteristieken Van de drie lamp karakteristieken hebben de straal en lengte van de lamp weinig invloed op de dosisverdelingen bij zowel het langsals het dwarsstromings-alternatief. In het geval van dwarsstroming XY hebben deze (vooral de lengte) wel degelijk invloed. Dit komt doordat de afstand s tussen de lampen afhangt van deze waarden en het aantal lampen per stap N volgens:

s=

L − N * 2R N

(4.3)

Het verhoging of verlaging van het effectieve vermogen van de lampen heeft een evenredige invloed op de dosisverdelingen. Bij een tekort aan dosis is het opschroeven van het vermogen een gemakkelijk te bepalen aanpassing.

-44-


4 Lampconfiguratie

4.7.2 Variatie in reactor configuratie Wanneer het aantal lampen per stap vergroot wordt heeft dit een positief effect op het percentage van voorkomen van de minimale doses. De dosis veranderen echter niet van waarde, omdat nog steeds de zelfde kortsluitstromingen kunnen plaatsvinden. Een aanpassing van het aantal lampen per stap voor dwarsstroming XY heeft gevolgen op de afstand tussen de lampen volgens 4.3. Een vergroting van het aantal stappen heeft een positief effect op de menging binnen het systeem. Dit heeft dan ook nauwelijks invloed bij de ongemengde variant van het model. Hoewel (bij de ongemengde variant) een vergroting van het aantal lampen per stap een evenredig effect heeft in vergelijking met een vergroting van het aantal stappen, is de laatste aan te bevelen vanwege de te verwachten grotere menging en dus meer uniforme dosisverdeling. De afstand tussen de lampen is voor alle alternatieven erg bepalend. Een grotere afstand tussen de lampen heeft weliswaar een hogere gemiddelde dosis tot gevolg, maar dit gaat ten koste van de minimale doses. Afhankelijk van het doeleinde (desinfectie of geavanceerde oxidatie) is het een of het ander te prefereren. Wanneer de afstand tussen de lampen te klein gekozen wordt neemt de minimale doses niet verder af: er is kennelijk een optimum te vinden.

4.7.3 Variatie in externe variabelen Wanneer het debiet aangepast wordt heeft dit eigenlijk hetzelfde effect op de dosisverdelingen als een aanpassing op het effectief vermogen. Dit komt omdat beiden een evenredige invloed hebben op de dosis (intensiteit en contacttijd). Wel is het verband bij het debiet omgekeerd evenredig in tegenstelling tot het vermogen. Verschillen in transmissie hebben veel invloed op de bepaalde dosisverdelingen. In tegenstelling tot de andere variabelen is dit effect meer dan evenredig: meer dan kwadratisch zelfs. Dit is te wijten aan het optreden van zowel extinctie als uitdijing van de straling. De optimale afstand tussen de lampen (en dus het aantal lampen) is sterk afhankelijk van de transmissie. Maatregelen die een positief effect op de transmissie hebben zijn zeer interessant vanuit het oogpunt van besparing van energie.

-45-

4 Lampconfiguratie

-46-


5 Optimalisatie en ontwerp

5 Optimalisatie en ontwerp 5.1 Inleiding In dit hoofdstuk zal ingegaan worden op hoe de in hoofdstuk vier beschreven conclusies omtrent de lampconfiguratie vertaald kunnen worden naar een voorlopig ontwerp. Omdat de toekomstige installaties in Heemskerk en Andijk verschillende eisen onder verschillende omstandigheden kennen is het hoofdstuk verdeeld in drie delen: desinfectie (Andijk), geavanceerde oxidatie (Heemskerk) en de combinatie van beide (Andijk). Ingegaan zal worden op de optimalisatie onder verschillende omstandigheden, als gebruik van verschillende lamptypen en gebruik van ruw water in plaats van voorgezuiverd water. Van elk van de situaties is één mogelijk ontwerp verder uitgewerkt. De indeling van het hoofdstuk is als volgt: tabel 5.1 overzicht hoofdstuk vijf Ontwerp variabelen

Basis Alternatief Paragraaf

Debiet Transmissie (zie §4.1) (zie §2.3) (zie §3.7)

Optimalisatie Medium Pressure

2250

0,79

Dwars XY

5.2

Low Pressure

2250

0,790

Dwars XY

5.2*

Medium Pressure

3200

0,60

Dwars XY

5.2

Geavanceerde oxidatie (Heemskerk)

5500

0,80

Dwars

5.3*

Langs

5.3

Combinatie desinfectie en geavanceerde oxidatie (Andijk)

Desinfectie + aanvulling GA

2250

0,82/0,79

Dwars

5.4

3200

0,73/0,60

Dwars

5.4

GA + controle desinfectie

2250

0,82/0,79

Dwars

5.4*

Desinfectie (Andijk)

*: verder uitgewerkt tot ontwerp Bepalend bij een optimalisatie is het uiteindelijke stroomverbruik van de installatie: dit is het leeuwendeel van de kosten. Dit zal ook later uit de kostenbepalingen blijken. Hierom zal geprobeerd worden met zo min mogelijk lampen het beoogde resultaat te behalen. Bij elke optimalisatie zal ingegaan worden op de ontwerpcriteria die gelden, als de inpassing en de maatgevende transmissies en debieten. Naar aanleiding van de criteria en de conclusies uit hoofdsstuk vier wordt vervolgens een keuze gemaakt met betrekking tot de vorm en lampconfiguratie van de reactoren. Met behulp van het ontwikkelde model wordt vervolgens het aantal benodigde lampen en reactoren bepaald. Voor de drie verder uitgewerkte ontwerpen wordt ingegaan op hoe de reactoren er precies uit zouden kunnen zien en op de rol van sturing onder verschillende omstandigheden. Er is bij de ontwerpen geen aandacht besteed aan de dosering van waterstofperoxide, de aansluitingen van de lampen en de invloed van het eventueel vochtvrij maken van de lampen, bewaking van de intensiteit en andere technische aspecten die kunnen spelen.

-47-


5.2 Desinfectie (Andijk) 5.2.1 Ontwerpcriteria Omdat onder alle situaties voldaan moet worden aan de dosiseis, geldend voor desinfectie (100 mJ/cm2 of 1000 Ws/m2), is zoals eerder in paragraaf 3.7 beschreven gekozen om te ontwerpen op basis van een minimaal optredende transmissie. In dit geval bedraagt deze 0,79 per cm wanneer gebruik gemaakt wordt van, door de WRK-III voorgezuiverd, water en 0,60 bij gebruik van ruw water. De bijbehorende maximale debieten zijn 2250 en 3200 m3 per uur De beoogde plek van de installatie is voor de aktiefkoolfilters, die aangestuurd worden door twee pompen. De voorkeur gaat dus uit naar een even aantal straten zodat deze evenredig over de pompen verdeeld kunnen worden. Het aantal reactoren moet groot genoeg gekozen worden zodat deze, wanneer één of meerdere van de van de reactoren uitvallen of vervangen worden, alsnog een voldoende dosis kan garanderen. Wanneer het aantal reactoren te klein gekozen wordt bestaat het gevaar dat de reactoren te zeer overgedimensioneerd worden, omdat ze dan de last van het uitvallen van de andere reactoren moeten dragen. Bij de bepaling van de benodigde hoeveelheid lampen bij desinfectie zal gebruik gemaakt worden van de ongemengde variant van het model, zodat de dosis niet overschat kan worden. De snelheid binnen een reactor is niet erg belangrijk: hoewel een hogere snelheid tot een betere mening en dus tot een hogere minimale dosis leidt is steeds uitgegaan van minimale paden, zodat ook voldaan wordt aan de dosiseis wanneer er geen menging optreedt.

5.2.2 Vorm reactor Uit hoofdstuk vier is gebleken dat het dwarsrichting XY alternatief relatief de hoogste minimale waarden geeft. Bij stroming in langsrichting is dit ook te behalen maar dan moeten de lampen dicht bij elkaar geplaatst worden, wat een grote snelheid en dus een lagere dosis tot gevolg heeft. Wanneer gekeken wordt naar de dosisverdelingsmatrix (zie figuur 4.12), die bij het dwarsrichting XY alternatief hoort, blijkt dat de minimale doses zich aan de rand en vooral in de hoeken bevinden. De punten tussen de lampen in hebben een grotere intensiteit omdat ze door twee lampen beschenen worden.

-48-



Door een aanpassing te maken aan het dwarsstroming XY alternatief kan dit gelijk getrokken worden. Dit kan op twee manieren: 1. De vorm van de reactor aanpassen aan de plaats van de lampen: er ontstaat een soort golfstructuur in de reactor (zie figuur 5.1)

figuur 5.1 aanpassing reactor aan plaats lampen

2. De plaatsing van de lampen aanpassen aan de (vierkante) vorm van de reactor. De laatste manier verdient de voorkeur omdat de opzet eenvoudiger en dus goedkoper is. Wanneer de minimale doses tussen de lampen en de minimale doses aan de wand en in de hoeken gelijk zijn wordt er zo efficiënt mogelijk omgesprongen met capaciteit van de lampen. Een verschuiving naar het ene of het andere minimum heeft namelijk een verkleining van het absolute minimum tot gevolg. Door de lampen dichter aan de wand te plaatsen en de overige afstanden tussen de lampen groter te kiezen kan dit effect optreden. Wanneer de minimale waarden samen vallen gelden de volgende twee vergelijkingen:

τ s / 2−c

2τ s / 2 s/2−c+ R s/2+ R L + 2c − 2 NR s= N

met: τ s s-c R L N

=

(5.1a/b)

transmissie (per m) afstand tussen lampen (m) afstand tussen lamp en wand (m) straal lamp (m) lengte lamp (m) aantal lampen per stap (-)

Door het model aan te passen met deze vergelijkingen ontstaat een beeld van de dosisverdelingen die optreden in de nieuwe situatie. In de dosisverdelingsmatrix (figuur 5.2) zijn alle (aangegeven) minimale doses gelijk van grootte. Dit geldt echter alleen als het aantal stappen even is: wanneer dit niet het geval is treedt er alsnog een verschil op in de minimale doses door de asymmetrie van het systeem.

-49-


figuur 5.2 voorbeeld dosisverdeling met gelijke minimale doses

De besparing van lampen door toedoen van de aanpassing kan oplopen tot 40 procent van de anders benodigde hoeveelheid bij een transmissie van 0,79. Wanneer de transmissie lager is, is het effect van de aanpassing geringer. De vereenvoudiging (in tegenstelling tot PSS (zie paragraaf 3.7)) dat alle punten op een bepaalde afstand van de lamp met een zelfde intensiteit bestraald worden, zorgt ervoor dat de minimale doses in de hoeken gelijk zijn aan die aan de zijkanten. Door de hoeken af te ronden kan een de hier optredende lagere dosis tegengegaan worden.

5.2.3 Aantal benodigde lampen Om tot een optimalisatie van het aantal benodigde lampen te komen moet een configuratie gekozen worden. Door de configuratie steeds iets aan te passen en deze te vergelijken met de oorspronkelijke kan de optimale configuratie gevonden worden. Zoals al uit hoofdstuk vier bleek is de afstand tussen de lampen maatgevend in een optimalisatie. In dit geval wordt gekozen voor vier paden met lampen met een lengte van 0,5 m (HOK 50/120)). Er is voor deze configuratie gekozen omdat zowel het debiet.als de dosiseis in dit geval laag liggen. Nu kan met behulp van het model, bij een gegeven aantal lampen per stap, het aantal benodigde stappen bepaald worden.

-50-



Door het aantal lampen per stap te variëren en steeds de hoeveelheid benodigde stappen te bepalen kan een optimum gevonden worden (tabel 5.2). De totale hoeveelheid benodigde lampen bestaat uit het aantal lampen per stap maal het aantal stappen. Bij de beschreven optimalisatie wordt uitgegaan van de meest positieve situatie: de lampen zijn net in gebruik en hebben niet door toedoen van ouderdom een gedeelte van hun capaciteit verloren. Wanneer uitgegaan wordt van een meer negatieve situatie zullen er met hetzelfde aantal lampen per stap meer stappen en dus meer lampen nodig zijn. tabel 5.2 optimalisatie desinfectie (WRK-III) Aantal Afstand C Aantal Totaal lampen tussen stappen aantal per stap lampen lampen 4 5 6 7 8 9 10

0,170 0,127 0,099 0,079 0,064 0,052 0,043

0,020 0,019 0,017 0,016 0,015 0,014 0,013

6 4 3 2 2 2 2

96 80 72 56 64 72 80

Snelheid

0,34 0,36 0,38 0,41 0,45 0,49 0,54

Voor de situatie in Andijk is deze opzet (dwarsstroming XY) wellicht minder geschikt. Een gering aantal lampen voldoet al en er is weinig winst te halen door optimalisatie. De hoge snelheid heeft maar weinig effect omdat er niet genoeg stappen zijn die menging kunnen veroorzaken. Een geschikter alternatief bij gebruik van medium pressure lampen is gebruik te maken van aantal kleine reactoren in plaats van de chanel variant. Naast de mogelijkheid van het gebruik van medium pressure lampen kan er ook gebruik gemaakt worden van low pressure lampen. In principe gelden dezelfde randvoorwaarden bij het gebruik van low pressure lampen. Het effectieve vermogen ligt bij deze lampen echter veel lager waardoor er veel meer lampen geplaatst moeten worden.

-51-


De voordelen van dwarsrichting XY kunnen zo beter benut worden. Bij gebruik van de in hoofdstuk drie beschreven low pressure lamp kan analoog aan de eerder beschreven methode het minimum aantal benodigde lampen bepaald worden. Tabel 5.3 geeft de optimalisatie weer bij gebruik van 8 straten. tabel 5.3 optimalisatie desinfectie low pressure lampen (WRK-III) Aantal Afstand C Aantal Totaal Snelheid lampen tussen stappen aantal per stap lampen lampen 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0,209 0,167 0,137 0,115 0,097 0,083 0,072 0,062 0,054 0,048 0,042

0,021 0,020 0,019 0,018 0,017 0,016 0,016 0,015 0,014 0,014 0,013

91 53 36 27 22 19 16 15 14 13 13

3640 2544 2016 1728 1584 1520 1408 1440 1456 1456 1560

0,072 0,075 0,078 0,081 0,085 0,090 0,094 0,099 0,105 0,112 0,119

Er zijn in vergelijking met tabel 5.2 ongeveer 25 maal meer lampen noodzakelijk. Dezelfde verhouding komt ook terug in het verschil in effectief vermogen van de respectievelijke lampen (op 253,7 nm). Dat de snelheid veel lager uitvalt dan bij de medium pressure lampen komt door de langere lampen en omdat er gebruik wordt gemaakt van acht paden in plaats van vier. Dit is echter geen probleem, zoals eerder onder de kop ontwerp criteria is beschreven, omdat uitgegaan wordt dat er helemaal geen menging optreedt. Het nadeel van het gebruik van low pressure lampen is dat de benodigde installatie vele malen groter is dan bij gebruikt van medium pressure lampen. Het grote voordeel van de lampen is echter het grotere rendement en de langere levensduur waardoor de jaarlijkse energiekosten ten aanzien van de lampen minder hoog zullen liggen. Bovendien kan bij gebruik van low pressure lampen meer profijt gemaakt worden van de optimalisatie en zijn er meer sturingsmogelijkheden door het grotere aantal lampen.

-52-



Bij het ruw water alternatief is er sprake van een hoger debiet en een (veel) lagere transmissie. Dit heeft tot gevolg dat de waarde c (zie vergelijking 5.1) kleiner wordt; hierdoor neemt het verschil af tussen het oorspronkelijke alternatief dwarsstroming XY en de aanpassing. Bij zes reactoren treedt een gewenste snelheid op bij gebruik van de HOK50/120 lampen. tabel 5.4 optimalisatie desinfectie (ruw water) Aantal Afstand C Aantal Totaal lampen tussen stappen aantal per stap lampen lampen 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0,108 0,082 0,064 0,052 0,042 0,035 0,029 0,025 0,021

0,010 0,010 0,009 0,008 0,008 0,008 0,007 0,007 0,006

19 10 6 5 4 3 3 3 3

456 300 216 210 192 162 180 198 216

Snelheid

0,79 0,84 0,89 0,94 1,01 1,08 1,16 1,26 1,38

Omdat de transmissie in dit geval redelijk klein is kan er ook nog een andere aanpassing gemaakt worden: in de gebieden waar nu maar weinig intensiteit valt kunnen lampen geplaatst worden in langsrichting waardoor twee alternatieven gecombineerd worden. Om de minimale waarden aan de wand te vermijden moeten de lampen dan (in vergelijking met de eerdere aanpassing) dichter bij de wand geplaatst worden; anders heeft het plaatsen van de lampen in langsrichting geen effect op de minimaal voorkomende dosis. Een schematisatie is te zien in figuur 5.3.

figuur 5.3 combinatie dwarsstroming XY en langsstroming

Dit is echter een extreme optie die wellicht toegepast kan worden bij (nog) lagere transmissies. Ook kunnen lampen die zo geplaatst worden rendementsverlies, door ouderdom van de lampen, opvangen.

-53-


5.2.4 Ontwerp desinfectie met low pressure lampen De situatie bij gebruik van low pressure lampen zal nu verder uitgewerkt worden. Uit tabel 5.3 bleek dat het geringste aantal lampen noodzakelijk is bij 11 lampen per stap. In dat geval waren er 16 stappen nodig. Dit is echter wanneer uitgegaan wordt van nieuwe lampen. Wanneer lampen aan het einde van hun levensduur zijn, zijn er meer stappen nodig: 15 % extra. Met een extra veiligheidsmarge van 5% komt het aantal benodigde stappen dan op 20 stuks. In alle gevallen voldoet de installatie dan aan de dosiseis. Lampen moeten echter vervangen kunnen worden en er moet ingespeeld kunnen worden op debiets- en transmissiewijzigingen. Door een pad onder te verdelen in meerdere reactoren kan gestuurd worden op dergelijke wijzigingen. Gekozen is voor reactoren met vier stappen. Dit is een even getal zodat er nog steeds sprake is van een symmetrische ruimtelijke dosisverdeling. In het geval van een gunstige situatie voldoen vier reactoren. Bij andere situaties kan gebruik gemaakt worden van een extra reactor. Gekozen is voor een reactor met een stalen (gegoten) omhulsel. In de reactor staat een rek met de 4 maal 11 lampen dat bevestigd is aan een klep. De afstand tussen de lampen in stroomrichting is gelijk gesteld aan 15 cm, om geen vermogen te verliezen. Wanneer de lampen vervangen dienen te worden, of wanneer er ander onderhoud moet plaatsvinden, kan de reactor geopend worden. Hierna kan het rek verwijderd of opnieuw geplaatst worden. Van het rek kunnen eventueel de lampen vervangen worden. De elektrische aansluitingen vinden plaats door de klep en aan de overzijde; ze moeten ontsloten worden bij opening. De reactor bestaat naast het centrale stuk uit een aanstroom en afstroom gebied, vanwege de geringe snelheid (0,1 m/s) binnen de reactor. Voor de aanvoer en afvoer is gekozen voor buizen met een diameter van 30 cm, waarin een snelheid van ongeveer 1 m/s gehanteerd wordt. Figuur 5.4 toont een schets van de reactor. De klep aan de aansluitingen zijn in de tekening niet aangegeven. De klep beslaat één van de vier zijden. Afmetingen en andere aanzichten zijn aangegeven in bijlage F.

figuur 5.4 schets reactor desinfectie low pressure lampen

-54-



De acht paden zijn in twee delen verdeeld van elk 4 paden, die aansluiten op de gebruikte twee paden in Andijk. Dwars op de stroompaden zijn steeds twee verbindingen aangelegd tussen de reactoren zodat twee paden met elkaar van traject kunnen wisselen. Door voor elke reactor de levensduur bij te houden is het mogelijk de trajecten zo goed mogelijk te verdelen over de reactoren. Naast deze verbindingen is er een mogelijkheid opgenomen om een reactor over te slaan via een externe leiding. Een afbeelding van het processchema is te zien in bijlage F. Om ruimte te besparen zijn de vier paden (per hoofdpad) boven elkaar te plaatsen. Het pad met reactoren, die het meest recent in gebruik genomen zijn bestaat uit vier reactoren. De andere drie uit vijf reactoren. Door tegelijkertijd met de tegenwoordige desinfectie stapsgewijs met de installatie te beginnen is er altijd een pad dat maar vier reactoren nodig heeft. Wanneer een reactor uitgeschakeld is, is dit op te vangen door de andere reactoren. Er moet echter bij het gegeven debiet altijd gebruik gemaakt worden van de 8 paden. Indien dit niet gebeurd is de dosiseis van 100 mJ/cm2 niet meer gegarandeerd en moet het debiet verlaagd worden. Vervanging van lampen kan plaats vinden wanneer er sprake is van een hogere transmissie; dit bespaart energie. De minimaal benodigde jaarlijkse kilowatturen zijn in dit geval: (6*20+2*16)*11*0,075 kW*365,25*24 h = 1,1 miljoen kWh. Bij een energieprijs van 6 eurocent per kWh en tien procent meer energiegebruik geeft dit een jaarlijkse energiekosten door toedoen van de lampen van € 73000 per jaar, wat overeenkomt met 0,4 eurocent per m3 water. Jaarlijks zijn ongeveer 200 lampen nodig à 10 euro = 2000 € op jaarbasis. Met de afschrijving van de installatie van 10000 euro per jaar en pompkosten van 5000 euro komen te totale kosten terecht op 90000 euro per jaar of 0,5 eurocent per m3.

5.3 Geavanceerde oxidatie (Heemskerk) 5.3.1 Ontwerpcriteria Waar onder alle omstandigheden voldaan moest worden aan de desinfectie eis, ligt de dosiseis bij geavanceerde oxidatie minder streng. Gemiddeld gezien moet er voldaan worden aan de dosiseis (90 procent van de doses hoger dan 10000 Ws/m2). De optimalisatie wordt derhalve gebaseerd op een gemiddelde situatie: lampen die halverwege hun levensduur zijn bij een gemiddelde transmissie. Voor Heemskerk geldt dat de gemiddelde transmissie 0.86 per cm bedraagt bij een debiet van 5500 m3 per uur. Naast het effect van de gemiddelde transmissie zal ook het effect van een minimale transmissie van 0,80 per cm en een hoge transmissie van 0,90 op de reactorgrootte bepaald worden, zodat er gereageerd kan worden op hogere of lagere transmissies dan de gemiddelde. Net als bij Andijk is een even aantal paden te prefereren. De eis dat het aantal reactoren voldoende groot moet zijn is minder relevant dan bij de desinfectie. Wanneer een reactor uitvalt kan dit eventueel opgevangen worden door de andere reactoren. Ook kan er gekozen worden om de waterstofperoxide dosering (tijdelijk) te vergroten of (tijdelijk) genoegen te nemen met een kleinere dosis en dus een lagere bestrijdingsmiddelenverwijdering.

-55-


Verder geldt in tegenstelling tot bij desinfectie dat de snelheid binnen de reactoren belangrijk is: hoe meer turbulentie er optreedt hoe meer menging er zal plaatsvinden. (zie paragraaf 3.10) Een te hoge snelheid kan problemen geven omdat dit kan leiden tot beschadiging van de lampen. Ook wanneer niet.alle reactoren gebruikt worden moet de snelheid niet te hoog worden. Een snelheid tussen de 0,3 m/s en 1 m/s (onder normale omstandigheden) wordt hier aangehouden. Omdat menging een belangrijke positieve rol kan spelen bij geavanceerde oxidatie wordt bij de optimalisatie gebruik gemaakt van de gemengde variant van het model.

5.3.2 Vorm reactor Waar bij desinfectie slechts de minimale dosis ultraviolette straling van belang was, geldt voor geavanceerde oxidatie juist de energie zo optimaal mogelijk benut moet worden. Een geringe spreiding van de doses is hierom prefereerbaar. Uit hoofdstuk vier is gebleken dat het dwarsstroming alternatief het best aan dit criterium voldoet. Er kan bij dit alternatief op een eenvoudige manier veel straling aan het water toegevoegd worden, terwijl dit goed gemengd is, waardoor de spreiding gering is. Dit bleek in hoofdstuk vier al uit een vergelijking tussen de gemengde en ongemengde variant van het model. Deze weken slechts af in het eerste deel van de grafiek, of te wel bij de lage doses. De lage doses zijn te vermijden door de reactor smaller te maken, waardoor het relatief onbestraalde gebied aan de rand kleiner wordt. Een gevolg hiervan is echter dat de contacttijd evenredig afneemt waardoor de doses evenredig zullen afnemen. Dit effect is groter naargelang er minder lampen per stap geplaatst zijn. Een andere aanpassing die een positief gevolg (Chiu e.a. 1999) heeft op de menging is de plaatsing van obstakels of inkepingen in de minder bestraalde gebieden.In het model is het effect hiervan niet meegenomen.

5.3.3 Aantal benodigde lampen Om turbulentie zo veel mogelijk te stimuleren kan er een configuratie gekozen worden op basis van de in de reactor optredende snelheid. Het aantal reactoren, de hoeveelheid lampen per stap en de lampgrootte bepalen de reikwijdte van de snelheid. In dit geval is na enige optimalisatie gekozen voor vier paden met elk één grote reactor. Per stap wordt gebruik gemaakt van zes lampen. Vervolgens is door optimalisatie bepaald welke afstand tussen de lampen optimaal is in drie gevallen: 1. Gemiddeld: een gemiddelde transmissie met lampen halverwege kun levensduur 2. Positief: een hoge transmissie met nieuwe lampen 3. Negatief: een minimale transmissie met lampen aan het einde van hun levensduur. De resultaten staan vermeld in tabel 5.5.

-56-



tabel 5.5 optimalisatie Heemskerk dwarsstroming Gemiddelde situatie

Negatief

Positief

Afstand

Snelheid Aantal Gemiddelde Dosis Stappen Dosis (5%)

Dosis (1%)

Aantal Stappen

Aantal Stappen

0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20

1,84 1,22 0,92 0,73 0,61 0,52 0,46 0,41 0,37

9337 9189 8878 8972 8882 8713 8474 8121 7589

20 17 16 16 16 16 17 17 17

11 9 8 8 8 8 8 8 8

14 12 11 11 11 11 11 11 11

11508 11972 12228 13042 13628 14123 14391 14623 14792

10027 10010 9871 10092 10253 10120 9932 9596 9307

Ter illustratie is ook een optimalisatie opgenomen bij gebruik van langsstroming. Gekozen is voor een vier bij vier matrix van lampen. De optimalisatie (met de zelfde lampen en bij gebruik van vier paden) geeft het volgende: tabel 5.6 optimalisatie Heemskerk langsstroming Gemiddelde situatie Afstand

Snelheid

Aantal Stappen

Gemiddelde Dosis (5%) Dosis (1%) Dosis

0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20

17,25 6,89 3,76 2,38 1,65 1,21 0,92 0,73 0,59 0,49

8 6 6 6 6 6 7 7 8 8

11429 11997 14018 15036 15766 16425 19644 19982 23274 22971

9867 9638 10582 10561 10122 9533 10815 9799 10667 9841

9223 8743 9546 9410 9000 8347 9356 8392 8966 8058

Voor een gemiddelde situatie zijn 4x4x4x6= 384 lampen noodzakelijk in vergelijking tot 264 lampen bij dwarsstroming, omdat er veel minder menging optreedt. Derhalve zal de dwarsstroming variant verder uitgewerkt worden.

5.3.4 Ontwerp geavanceerde oxidatie Heemskerk Uit tabel 5.5 blijkt dat de als afstand tussen de lampen 0,08 tot 0,14 cm geschikt is. Er is gekozen voor het middenpunt van de afstanden omdat er een trend zichtbaar is in de negatieve situatie: bij de positieve situatie voldoen nog alle afstanden tussen 0,08 en 0,20 cm. Figuur 5.5 geeft de (normale) en relatieve dosisverdeling weer bij de gemiddelde situatie door het jaar: er zijn dan elf stappen in gebruik.

-57-


figuur 5.5 normale en cumulatieve dosisverdeling gemiddelde situatie

Er is gekozen voor een open betonnen reactor waarin elke stap, naar aanleiding van de situatie, in de vorm van een rek opgehangen is. Afhankelijk van de transmissie, de ouderdom van de lampen en debietfluctuaties kan bepaald worden of er rekken (stappen) bijgeplaatst worden of juist weggehaald. Het systeem is zeer dynamisch en er kan zeer snel ingegrepen worden op fluctuaties. Een schets van de reactor is gegeven in figuur 5.6. In de getekende situatie is er sprake van de in tabel 5.5 aangegeven negatieve situatie lage transmissie en lampen aan het einde van hun levensduur).

figuur 5.6 schets reactor Heemskerk

De aanvoer en afvoerbuizen hebben een diameter van 70 cm (uitgaande van een snelheid van 1,0 m/s). Verdere afmetingen en aanzichten zijn gegeven in bijlage G. In tegenstelling tot de het eerder besproken ontwerp bij desinfectie is er geen sprake van verbindingen tussen de paden.

-58-



De gemiddeld benodigde kilowatturen per jaar zijn bij dit ontwerp: 4*6*11*9,6 kW*365,25*24 h = 22,2 miljoen kWh. Bij een energieprijs van 6 eurocent per kWh en tien procent meer energiegebruik geeft dit een jaarlijkse energiekosten door toedoen van de lampen van € 1466292 per jaar, wat overeenkomt met 3,1 eurocent per m3 water. Jaarlijks zijn ongeveer 750 lampen nodig à 350 euro = 262500 € op jaarbasis. Met afschrijvings-, pomp en onderhoudskosten komen de totale kosten terecht op 1800000 euro per jaar of 3,7 eurocent per m3. Door juist in te sturen in bepaalde situaties is het energiegebruik echter meer te temperen.

5.4 Combinatie GO en desinfectie (Andijk) 5.4.1 Ontwerpcriteria Omdat bij de combinatie aan beide eisen voldaan moet worden zijn de ontwerpcriteria ook een combinatie van de eerder besproken criteria bij desinfectie en geavanceerde oxidatie. De voorkeur gaat uit naar een even aantal paden vanuit de huidige situatie in Andijk. De desinfectie-eis ligt een stuk strenger dan die van geavanceerde oxidatie. Onder alle omstandigheden moet voldaan worden aan de dosiseis. De maatgevende transmissie voor desinfectie is dus de minimale (0,79). Omdat bij geavanceerde oxidatie meer rekening gehouden moet worden met verschillende situaties is vooral de gemiddelde (0,82) transmissie belangrijk, maar wordt ook aandacht geschonken aan een minimale (0,79) en een hoge (0,85) transmissie. Omdat snelheid geen grote rol speelt bij desinfectie en wel een positieve invloed kan hebben bij het geavanceerde oxidatie proces, wordt weer een snelheid van 0,3 tot 1,0 m/s aangehouden. Een combinatie van desinfectie en geavanceerde oxidatie kan op twee manieren: • De optimalisatie van paragraaf 5.2 (desinfectie) wordt als uitgangspunt aangehouden en wordt aangevuld zodat ook aan de geavanceerde oxidatie eis voldaan wordt. Er is sprake van twee aparte installaties. • Andijk wordt geoptimaliseerd voor geavanceerde oxidatie waarna er een controle plaats vindt of er ook voldoende desinfectie optreedt. Is dit niet het geval dan wordt er een aanpassing gemaakt aan de installatie. Er is sprake van één gecombineerde installatie.

5.4.2 Twee aparte installaties 5.4.2.1 Vorm reactor Wanneer een aparte geavanceerde oxidatie installatie ontworpen wordt is het verhaal gelijk aan de geavanceerde oxidatie bij Heemskerk. Het dwarsstroming alternatief is het meest geschikt en er kunnen eventueel obstakels geplaatst worden aan de randen om menging te bevorderen.

-59-


5.4.2.2 Aantal benodigde lampen Het verschil met Heemskerk is echter dat de aanvangsdosis niet gelijk is aan nul. Als input voor de optimalisaties wordt in het model de resultaten van de optimalisatie gebruikt van paragraaf 5.2, wanneer deze zijn omgerekend met behulp van de gemengde variant van het model. Er wordt hier dus uitgegaan van een twee installatie om de eerder beschreven desinfectie installatie aan te vullen tot geavanceerde oxidatie. In de situatie met water afkomstig van de WRK-III geldt dan de volgende optimalisatie volgens tabel 5.7. Er wordt evenals bij Heemskerk gebruik gemaakt van vier paden met per stap zes lampen met een lengte van 80 cm tabel 5.7 optimalisatie geavanceerde oxidatie Andijk (WRK-III) Gemiddelde situatie Afstand

Snelheid

Aantal Stappen


0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2

1,20 0,80 0,60 0,48 0,40 0,34 0,30 0,27 0,24

9 8 8 8 8 8 8 8 9

11982 12594 13649 14354 14898 15355 15580 15685 17699

10211 10190 10568 10560 10306 10056 9609 9156 9963

9343 9240 9296 9217 8846 8484 7938 7469 7895

De benodigde hoeveelheid lampen is in bijna alle gevallen gelijk. Wanneer gekeken wordt naar het ruw water alternatief (tabel 5.8), geldt dat er veel meer lampen noodzakelijk zijn vanwege de lage transmissie. tabel 5.8 optimalisatie geavanceerde oxidatie Andijk (ruw water) Gemiddelde situatie Afstand

Snelheid

Aantal Stappen


0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2

1,71 1,14 0,85 0,68 0,57 0,49 0,43 0,38 0,34

17 15 15 15 15 16 16 16 17

11590 11812 12679 13152 13581 14654 14915 15096 16148

10101 9720 9907 9644 9431 9718 9385 8940 9236

9421 8877 8892 8312 8009 8162 7698 7014 7248

Uit dit verschil blijkt weer dat het effect van de transmissie enorm is en elke maatregel die de transmissie verhoogt een hele nuttige is. Het nadeel van twee aparte reactoren is dat er naar verwachting meer lampen (of vermogen) nodig is om aan beide doeleinden te voldoen. Het grote voordeel is dat ook zeker aan beide eisen voldaan wordt.

-60-



Ultraviolette straling discrimineert namelijk niet en het kan gebeuren dat straling die bedoeld was voor het ene proces geabsorbeerd wordt door het andere en omgekeerd.

5.4.3 Gecombineerde installatie 5.4.3.1 Vorm reactor Wanneer geavanceerde oxidatie als uitgangspunt voor het ontwerp gebruikt wordt, dan is, als bij Heemskerk, het dwarsstroming alternatief de meest voor de hand liggende oplossing. Door de wanden dichter bij de buitenste lampen te kiezen kan de minimale dosis opgeschroefd worden, wanneer dit noodzakelijk is om aan de desinfectie-eis te voldoen.

5.4.3.2 Aantal benodigde lampen Er is net.als bij Heemskerk gekeken naar drie situaties: een gemiddelde, een positieve en een negatieve. Er geldt nu echter een andere eis: de desinfectie moet in alle gevallen voldoen: dus ook wanneer, om energie te besparen, er bij hoge transmissies minder lampen ingezet worden. De maatgevende situatie is dus de positieve situatie bij geavanceerde oxidatie. Om extra zekerheid in te bouwen wordt voor de desinfectie toch uitgegaan van de minimale transmissie. Verder is uitgegaan dat wanneer er één pad uitvalt er in ieder geval nog wel onder alle omstandigheden voldaan wordt aan de desinfectie-eis. Het probleemgebied bij dwarsstroming voor minimale doses is de rand. Hiertoe is het model aangepast, zodat het de randen dichter bij de lampen kiest totdat aan alle eisen voldaan wordt. Naast dit minimale pad dat zich bevindt aan de rand van de reactor is er ook een ander minimaal pad denkbaar: een pad waarbij een waterdeeltje steeds precies tussen de lampen door gaat. Ook in dit geval moet aan de minimale dosiseis voldaan worden. In figuur 5.7 is dit schematisch aangegeven.

figuur 5.7 verschuiving wand reactor en minimaal pad tussen de lampen

-61-


De invloed van de verschuiving is zo klein mogelijk te houden door het aantal lampen per stap groter te kiezen. De invloed op de snelheid wordt dan geringer. Na enige optimalisatie is gekomen tot een opzet met acht lampen van 50 cm lengte per stap over vier paden. Wanneer de extra eisen met betrekking tot desinfectie meegenomen worden in het model dat geeft dit de volgende optimalisatie voor de afstand tussen de lampen: tabel 5.9 optimalisatie combinatie Andijk Gemiddelde situatie

Positief

Negatief

Afstand

Aantal Verschuiving Snelheid Stappen

Gemiddelde Dosis Dosis (10%)

Aantal Aantal Stappen Stappen

0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20

0,02 0,02 0,02 0,02 0,04 0,04 0,04 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,06 0,06 0,07

12345 12345 13243 13599 14150 14546 14942 15244 15509 15728 16340 16609 16635 16859 18777 18848 18998

7 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7

1,23 1,08 0,89 0,70 0,61 0,54 0,49 0,45 0,41 0,38 0,38 0,35 0,33 0,31 0,27 0,26 0,25

8 8 8 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8

10766 10492 11086 11042 11211 11278 11208 11126 11009 10889 11110 10990 10633 10492 11713 11307 11110

10 10 9 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10

De invloed van de aanpassingen voor desinfectie is overigens gering: slechts in de positieve situatie is een stap extra noodzakelijk, terwijl bij de belangrijkste gemiddelde en bij de negatieve situatie er geen verschil is in benodigde aantal stappen.

5.4.3.3 Ontwerp gecombineerde reactor Andijk Voor de afstand tussen de lampen is opnieuw gekozen voor de middenweg: 0,10 m. De snelheid is daar ongeveer 0,5 m/s, wat voldoende turbulentie garandeert, terwijl de gemiddelde dosis redelijk hoog is. Waar bij Heemskerk gekozen kon worden voor een open constructie is dat hier niet mogelijk omdat dit problemen kan geven met de desinfectie. Hierom is gekozen voor een stalen reactor, met daarin een rek van lampen, analoog aan het ontwerp bij desinfectie. Het verschil is de grootte van de reactor en het rek. Aan één kant is de reactor te openen zodat enkele lampen of het gehele rek vervangen kan worden. Het voordeel is dat ook wanneer één reactor niet gebruikt wordt altijd aan de dosiseis voor desinfectie wordt voldaan. Bovendien kan een eventueel tekort aan dosis met betrekking tot geavanceerde oxidatie ook opgevangen worden door tijdelijk de waterstofperoxide dosering op te voeren.

-62-



Vergelijkbaar met het Heemskerk ontwerp kan met betrekking tot geavanceerde oxidatie ingespeeld worden op transmissie en/of debietwijzigingen. Behalve de gemiddelde situatie en de twee extreme situaties zijn er veel situaties denkbaar waarop adequaat gereageerd kan worden door het inzetten van meerdere of juist mindere stappen per reactor. Figuur 5.8 toont een schets van een reactor. Er wordt gebruik gemaakt van twee aanvoer en twee afvoerbuizen (25 cm doorsnede) vanwege de rechthoekige doorsnede van de reactor. Bijlage H toont andere aanzichten met afmetingen.

figuur 5.8 schets gecombineerde reactor Andijk

De gemiddeld benodigde jaarlijkse kilowatturen zijn bij dit ontwerp: 4*8*7*6,0 kW*365,25*24 h = 11,8 miljoen kWh. Bij een energieprijs van 6 eurocent per kWh en tien procent meer energiegebruik geeft dit een jaarlijkse energiekosten door toedoen van de lampen van € 777579 per jaar, wat overeenkomt met 3,9 eurocent per m3 water. Jaarlijks zijn ongeveer 700 lampen nodig à 250 euro = 175000 € op jaarbasis. Met afschrijvings-, pomp en onderhoudskosten komen de totale kosten terecht op 1000000 euro per jaar of 5,0 eurocent per m3. Wanneer er alleen uitgegaan zou worden geavanceerde oxidatie dan zouden de totale kosten 4,9 eurocent per m3 bedragen. De combinatie is dus goedkoper dan twee aparte installaties.

-63-


-64-


6 Conclusies en aanbevelingen

6 Conclusies en aanbevelingen 6.1 Conclusies •

Zowel met low pressure als met medium pressure lampen kan voldaan worden aan de eisen met betrekking tot desinfectie en geavanceerde oxidatie. Pulsed UV en laser zijn in theorie ook geschikt maar zijn niet toegepast.

•

Wanneer gebruik gemaakt wordt van dwarsstroming in vergelijking met langsstroming ontstaat een gelijkmatiger verdeling van de doses.

•

Van de beschrijvende variabelen hebben de lengte van de lamp en de straal van de lamp weinig tot geen invloed op de dosisverdeling. Het effect van het debiet en het effectieve vermogen is lineair. Het aantal lampen per stap heeft enige invloed op de minimale doses. Vanuit het perspectief van menging is het gebruik van meerdere stappen interessanter. Er kan een optimum gevonden worden voor de afstand tussen de lampen bij een bekende transmissie. De transmissie heeft een meer dan kwadratisch effect op de dosisverdeling

•

Het model is in staat voor drie alternatieven verschillende lampconfiguraties door te rekenen, waardoor optimalisaties gemaakt kunnen worden. Vanuit deze theoretische reactorvorm is een ontwerp te realiseren.

•

Uit de resultaten van het model is gebleken dat het dwarsstroming XY alternatief met wisselende horizontale en verticale stappen (zie figuur 4.4) het meest geschikt is voor desinfectie. Door de interne lampconfiguratie te veranderen zodat alle minimale doses aan elkaar gelijk zijn kan er zo veel mogelijk profijt getrokken worden uit het gebruikte vermogen. Door de paden in kleinere reactoren in te delen is het aantal benodigde lampen te beperken, vanwege de grotere sturingsvrijheid. Desinfectie is in het geval van Andijk haalbaar voor 0,5 eurocent per m3 water

•

Voor geavanceerde oxidatie is het dwarsstroming alternatief (figuur 4.2) het meest geschikt. De dosisverdeling is hier het meest gelijkmatig, waardoor zo min mogelijk vermogen niet benut wordt. Door gebruik te maken van lange reactoren met veel stappen kan afhankelijk van de situatie meer of juist minder stappen lampen ingezet worden. Voor Heemskerk bedraagt de inschatting van de totale kosten 3,7 eurocent per m3.

•

Wanneer de combinatie van desinfectie en geavanceerde oxidatie is één reactor benut wordt is ook het dwarsstroming alternatief het meest geschikt. Door enkele aanpassingen te maken aan de reactor wordt ook altijd voldaan aan de desinfectie-eis. Het effect van deze aanpassingen op het vermogensverbruik is zeer gering. Ook kan rekening gehouden worden met de situatie door meer of minder stappen in te schakelen. Een combinatie is mogelijk in Andijk met als inschatting voor de kosten: 5,0 eurocent per m3.

-65-

6 Conclusies en aanbevelingen

6.2 Aanbevelingen •

Door het jaar heen zijn er patronen te ontdekken in de extincties en transmissies van het water. In de besturing van de installatie kan rekening gehouden worden met deze wisselingen in transmissie. Op deze manier is winst te behalen op de in hoofdstuk vijf bepaalde kosten.

•

Een transmissieverhogende maatregel voor de ultraviolette installatie kan een groot besparend effect hebben op de benodigde energiekosten. In Heemskerk bedragen de kosten 1,2 eurocent per m3 water minder bij een 0,06 hogere transmissie. Wanneer een maatregel minder kost (in dit geval dus 1 eurocent of minder) dan dit verschil is de maatregel efficiënt.

•

De dosiseisen voor desinfectie en geavanceerde oxidatie zijn opgesteld naar aanleiding van onderzoek naar beide gescheiden processen. Wanneer de processen samen optreden kunnen ze effect op elkaar hebben waardoor wellicht één van de eisen niet gehaald wordt. Dit effect moet goed onderzocht worden voordat daadwerkelijk overgegaan wordt op de ingebruikname van een gecombineerde reactor.

•

Naast de vierkante en rechthoekige vormen van de reactoren die in dit rapport onderzocht zijn is de toepassing van ronde of andersoortige vormen van de reactoren ook interessant. Vanwege de andere stromingsvormen en het in dit rapport gebruikte model kon hier geen aandacht aan besteed worden. Ook door een andere lampvorm te gebruiken is wellicht tot een meer efficiënt ontwerp te komen. In principe zijn er oneindig veel combinaties te bedenken.

-66-


Literatuurlijst

Auteur(s)

Titel en bron

Batigelli, D. e.a.

The inactivation of Hepatitis A virus and other model viruses by UV irradiation, Water Science. Technology. Vol. 27 No. 3-4 1993

Beltran, F. e.a.

Industrial wastewater advanced oxidation. Part I. UV radiation in the presence and absence of hydrogen peroxide, Water Research Vol 31 No 10 1997

Blatchley III, E.

Numerical modelling of UV intensity: application to collimated-beam reactors and continuous-flow systems, Water Research vol 31 no 9 1997

Blatchley III, E.

Comment on numerical modelling of UV intensity: application to collimated-beam reactors and continuous-flow systems, Water Research vol 32 no 7 1998

Bolton, J.R.A

Calculation of UV fluence rate distribution in an annular reactor: significance of refraction and reflection, Water Research Vol 34 No 13 2000

Bolton, J.R.B

What is ultraviolet (UV)? , IUVA news Vol 2 No 4 2000

Bukhari, Z. e.a.

Immunomagnetic separation of Cryptosporidium parvum from source water samples of various turbidities, Applied and Environmental Microbiology November 1998

Bukhari, Z. e.a.

Medium-pressure UV for oocyst inactivation, JAWWA March 1999

Chang, J. e.a.

UV inactivation of pathogenic and indicator microorganisms, Applicated. Environtal. Microbiology Vol. 49, No. 6 1993

Chiu, K. e.a.

Effect of UV system Modifications on disinfection performance, Journal of Environmental Engineering, May 1999

Chiu, K. e.a.

Integrated UV disinfection model based on particle tracking, Journal of Environmental Engineering, January 1999

Clancy, J.

Sydney’s 1998 water quality crisis, JAWWA March 2000

Clancy, J. & Fricker, C.

Control of Cryptosporidium – How effective is drinking water treatment?, WQI August 1998

Clancy, J. e.a.

UV light inactivation of cryptosporidium oocysts, JAWWA September 1998

Crittenden, J. e.a.

A kinetic model for H2O2/UV process in a completely mixed batch reactor, Water Research Vol 33 No 10 1999

Dawson L.H. & Hulbert E.O.

Transmission of ultraviolet through distilled water, Journal of the Optical Society America, 24, 175 1934

Devision of Biology, Kansas State University

Basic biology of Cryptosporidium, http://www.ksu.edu/parasitology/basicbio/

Dyksen, J. e.a.

Cost of advanced UV for inactivating crypto, JAWWA September 1998

Elliot, D.

Ultraviolet laser technology and applications, Academic Press 1995

Finch, G.

Effects of medium pressure UV on Cryptosporidium parvum and Giardia muris, U.S. EPA Workshop on UV Disinfection of Drinking Water, April 28-29, 1999

Guo, K. e.a.

A new numerical simulation method of high Reynolds number flow around a cylinder, Computer Methods Applied Mechanics and Engineering 158 1998

Hargy, T.

UV equipment proven against Cryptosporidium

-67-

Literatuurlijst Harm, W.

Biological effects of ultraviolet radiation, UK Cambridge University, 1980

Harris, P.

UV Desinfection comes of Age, Water Services March 1997

Hopman, R.; van Beek, C. & Janssen, H.

Bestrijdingsmiddelen en drinkwatervoorziening in Nederland, KIWA 1990

Huffman, D. e.a.

Inactivation of bacteria, virus and cryptosporidium by a point-of-use device using pulsed broad spectrum white light, Water Research Vol 34 No 9 2000

Hunter,G. e.a.

Medium-pressure ultraviolet lamps and other systems are considered for wastewater application, WE&T June 1998

Kamp, P.C. & Kruithof, J.C.

Considerations to the implementation of UV/H2O2-treatment at PWN’s surface water treatment plants

Koller, L.

Ultraviolet radiation; second edition, John Wiley & Sons, 1965

Kruithof, J.C.; Kamp, P.C. & Finch, G.R.

UV/H2O2-treatment: the ultimate solution for pesticide control and disinfection

Kuo, J.& Mou, L.

Disinfection and Antimicrobial Processes, WER Vol 69 No 4 1997

Lin, L. e.a.

Inorganic fouling at quartz: water interfaces in ultraviolet photoreactorsII. Temporal and spatial distributions, Vol 33 No 15 1999

Lin, L. e.a.

Inorganic fouling at quartz: water interfaces in ultraviolet photoreactors – I. Chemical chacraterization, Water Research vol 33 no 15 1999

Lin, L. e.a.

Inorganic fouling at quarz: water interfaces in ultraviolet photoreactors – III. Numerical modelling, Water Research vol 33 no 15 1999

Linden, K. & Sobsey, M.

Comparative inactivation of Cryptosporidium parvum oocysts and coliphage MS2 by monochromatic UV radiation, Disinfection 2000: Disinfection of Wastes in the New Millennium, WEF 2000

Lyn, D. e.a.

Numerical modeling of flow and disinfection in UV disinfection channels, Journal of Environmental Engineering January 1999

Malley, J.P.

The emerging role of ultraviolet (UV) disinfection in drinking water treatment in North America, http://www.iuva.org/PublicArea/Presentations/waterTECH_Australia_20 00_Frame.htm

Mathieu, J. & Scott, J.

An intoduction to turbulent flow, Cambridge University Press, 2000

Medema, G.J.

Cryptosporidium parvum and Giardia: new challenges to the water industry, Proefschrift Universiteit Utrecht, 1999

Meng, Q. & Gerba, C.

Comparative inactivation of enteric adenoviruses, poliovirus and coliphages by ultraviolet irradiation, Water Research Vol 30 No 11 1996

Moreland, V. e.a.

UV disinfection: to pilot or not to pilot, WE&T June 1998

Noesen, M. e.a.

The dying of the light, WE&T April 2000

Ozekin, K. & Westerhoff, P.

Bromate formation under cryptosporidium inactivation conditions, WQL May/June 1998

Philips Lightning

Disinfection by UV-radiation

Philips, R.

Sources and applications of ultraviolet radiation, Academic Press, 1983

Schredelseker. F. e.a.

Alteration of the chemical disinfection by chlorine dioxide to disinfection by UV radiation in the water works Petersaue, Water Supply Vol. 16 1998

Shaw, J. e.a.

Effects of UV irradiation on organic Matter, JAWWA April 2000

-68-


Literatuurlijst

Snicer, G. e.a.

Evaluation of ultraviolet technology in drinking water treatment, AWWARF 1998

Sommer, L.

Analytical absorbtion spectrophotometry in the visible and ultraviolet; the principles, Elsevier, 1989

Sommer, R. e.a.

Time dose reciprocity in UV disinfection of water, Vol. 38 No 12 1998

Tevini, M.

UV-B radiation and ozone depletion, Lewis Publishers 1993

Valhala, R. & Laukkanen, R.

Nitrification in GAC-filtered, UV-disinfected and chlorinated distribution system, Water Supply vol 16 no 3/4 1998

Verkerk, G e.a.

BINAS, Wolters-Noordhoff 1986

Wilson, B. e.a.

Coliphage MS-2 as a UV water disinfection efficacy test surrogate for bacterial and viral pathogens, AWWA-WQTC Proceedings 1992

Wright, H.

Dose Requirements for UV Disinfection, IUVA news Vol 2 No 3 2000

-69-

-70-


Bijlage A Gebruikte lampen

-A.I-

Bijlage A Gebruikte Lampen


-A.II-


-A.III-



-A.IV-


Bijlage B Cryptosporidium parvum

Bijlage B Cryptosporidium parvum In de jaren negentig is de aandacht op de rol van Cryptosporidium parvum als ziekteverwekker toegenomen. Dit is onder andere gekomen omdat er vooral in de Verenigde Staten en in Groot Britannië veel uitbraken van cryptosporidiosis geconstateerd werden. Het micro-organisme is echter bijna overal ter wereld in het oppervlaktewater aangetroffen, zelfs op plekken die niet direct verontreinigd worden door rioollozingen of mestafspoeling Dit is een zorgelijke situatie omdat de in de natuur voorkomende vorm van de Cryptosporidium parvum, de oocyst (kiemvorm) niet zoals andere pathogenen afgebroken wordt door (de oorspronkelijk gebruikte desinfectant) chloor en dat de ziekteverwekker dus door andere zuiveringsmechanismen afgebroken moet worden. Een ander probleem dat geldt bij de Cryptosporidium parvum is dat het niet met de conventionele methoden te detecteren is in het gezuiverde drinkwater. De E.coli bacterie is namelijk een goede indicator voor de meeste waterborne pathogenen in behandeld drinkwater, maar niet voor de Cryptosporidium parvum. Zo kan het dus voorkomen dat ondanks dat er geen E.coli bacteriën aangetroffen worden in het drinkwater er wel sprake is van de aanwezigheid van de Cryptosporidium parvum. Hierom worden nieuwe technieken ontwikkeld om de Cryptosporidium parvum te detecteren en te meten. [Fricker & Clancy, 1998]

De ziekte De ziekte die veroorzaakt wordt door de Cryptosporidium parvum kan ernstige vormen aannemen. De gebruikelijke symptomen zijn diarree, overgeven, darmklachten, lichte koorts en griepachtige aandoeningen. Bij personen met een intact immuun systeem is het gebruikelijk dat de klachten verdwenen zijn na 3 tot 20 dagen (gemiddeld ongeveer een week). Voor mensen met een aangetast immuunsysteem (bijvoorbeeld AIDS patiënten) kan de ziekte echter de dood tot gevolg hebben. Deze situatie wordt verergerd door het feit dat er nog geen adequaat geneesmiddel in de handel is. Jaarlijks raken mondiaal zo’n miljard mensen besmet en sterven er één miljoen aan de gevolgen van cryptosporidiosis (voornamelijk in de ontwikkelingslanden). Hoewel het drinken van besmet water niet de enige manier is om de ziekte op te lopen, hebben waterborne uitbraken voor veel publiciteit gezorgd en wordt er veel onderzoek verricht om deze besmettingsvorm te vermijden. De ziekte ontstaat doordat de kiemvorm (oocyst OO), die vrij in de natuur voorkomt zich aan de darmwand hecht waarna het zich ontpopt (E). Zie voor de levenscyclus van de Cryptosporidium parvum figuur B.1. De menselijke darmen zijn voor deze parasiet de ideale gastheer. Om ziek te worden hoeft maar een gering aantal oocysts binnen gekregen worden: gemiddeld zo’n 130, terwijl een enkele al een concrete kans geeft op infectie. De Cryptosporidium parvum is de enige variant waarvan bekend is dat hij schadelijk is voor de mens. Er zijn echter nog vele andere vormen van Cryptosporidium bekend, die schadelijk zijn voor bepaalde diersoorten. [Fricker & Clancy, 1998; Devision of Biology, Kansas State University (site)]

-B.I-


figuurB.1: levenscyclus Cryptosporidium parvum

Cryptosporidium parvum in Nederland Van uitbraken van cryptosporidiosis zijn in Nederland nog niet veel voorbeelden bekend. Uitbraken in het buitenland hebben uitgewezen dat deze vrij ingrijpend kunnen zijn; voorbeelden hiervan zijn Milwaukee in 1993 en Sydney 1998. In beide gevallen ging het om een drinkwaterzuiveringsinstallatie die aan hoge eisen voldoet (voldeed) en toch werden duizenden mensen ziek en overleden tientallen. Uit onderzoek blijkt dat Cryptosporidium parvum overal ter wereld in het oppervlaktewater voorkomt en dat deze uitbraken niet aan toeval toegeschreven kunnen worden. De concentraties zijn vooral hoog nabij rioollozingen en wanneer door neerslag mest is afgespoeld. In Nederland is door het RIVM onderzoek gedaan naar het voorkomen van Cryptosporidium parvum en Giardia in het Rijn en Maaswater. Op alle onderzochte locaties zijn de beide parasieten aangetroffen in vrijwel alle monsters. Geschat is dat jaarlijks 8,0 x 1012 Cryptosporidium parvum (voornamelijk) door het effluent van afvalwaterzuiveringsinstallaties geloosd wordt en dat de jaarlijkse import via de grote rivieren 3,2 x 1014 oocysten bedraagt. Met behulp van een verspreidingsmodel zijn de concentraties bepaald bij de innamepunten van drinkwaterinstallaties. De gemeten waarden kwamen redelijk overeen met deze voorspelde waarden. Om toch aan microbiologisch acceptabel drinkwater te komen moet op zijn minst een vijf log-reductie plaatsvinden bij de drinkwaterzuiveringsinstallaties, waaruit volgt dat Cryptosporidium parvum wel degelijk ook een bedreiging vormt in Nederland. Maximaal aangetroffen concentraties in het IJsselmeer bedragen 1 oocyst per liter.[Medema, Ketelaars & Hoogenboezem, 1996; Medema, 1999]

Meten en detecteren van Cryptosporidium parvum De meest gebruikte techniek om organismen die in water voorkomen aan te tonen is deze organismen te laten groeien in een voor hen optimale omgeving en deze vervolgens te tellen. De meeste methoden om Cryptosporidium parvum aan te tonen maken hier echter geen gebruik van omdat het organisme zich niet ontwikkelt buiten een geschikte gastheer. Het aantal oocysts (kiemen) dat nodig is om een mens te infecteren wordt heel laag ingeschat, zodat hele grote hoeveelheden water tegelijkertijd onderzocht moeten worden. Zo wijkt niet alleen de methode van detecteren af van de conventionele methode, maar ook de methode van monsterneming en concentrering. Er wordt nog steeds veel onderzoek besteed aan het zo efficiënt mogelijk meten van het Cryptosporidium parvum gehalte. Om de effectiviteit van een desinfectiestap te bepalen, werd aanvankelijk de concentratie Cryptosporidium parvum voor en na de stap gemeten, waarna er een uitspraak gedaan kon -B.II-



worden over het functioneren van de desinfectie. Alleen ozon bleek binnen deze situatie tot redelijke resultaten te komen. Zowel chloordosering als UV-desinfectie lieten het afweten; pas bij hele hoge doseringen werd de Cryptosporidium genoeg afgebroken. Door het onderzoek van J. Clancy et al. in 1998 en dat van Z. Bukhari et al. in 1999 kwam echter verandering in het idee dat UVdesinfectie pas geschikt was bij hele grote doseringen om Cryptosporidium parvum te inactiveren. Het verschil tussen de nieuw gebruikte methode en de oude was dat er gebruikt gemaakt werd van in vivo technieken in plaats van de oude in vitro. Deze methode houdt in dat er getest wordt op muisjes, waarbij gekeken wordt welk percentage er in leven blijft ten opzichte van de muisjes die ongezuiverd water binnen krijgen. Zo wordt er veel directer gekeken wat het effect is van de UV-desinfectie, omdat bij in vitro de oocysts slechts geteld werden. Het bleek dat de in vitro metingen veel hogere concentraties aangaven na desinfectie dan de in vivo techniek. Uit het onderzoek is dus gebleken dat de Cryptosporidium parvum dan weliswaar niet (helemaal) afgebroken wordt, maar wel wordt geïnactiveerd, waardoor het geen schade meer kan aanrichten. Dit bleek al te gebeuren bij hele lage doseringen. Deze doseringen lagen honderd keer lager dan eerder bij in vitro bepaald werd. Sinds deze ontdekking is uit vele andere onderzoeken gebleken dat UV-desinfectie een goede barrière is tegen Cryptosporidium parvum. [Fricker & Clancy, 1998; Campbell,1995; Clancy et al,1998; Bukhari et al,1999; Wright, 2000]

-B.III-


-B.IV-


Bijlage C Werking Model

Bijlage C Werking Model Er wordt uitgegaan worden van de rechtlijnige eenparige aanstroming die besproken is in paragraaf 4.3. Eerst wordt een assenstelsel gedefinieerd om de lamp, dat zowel voor de xals de y-as loopt van –1 tot +1. (Het midden van de lamp bevindt zich op coördinaat (0,0)). Het assenstelsel bestaat uit een raster van n bij m punten. De hoeveelheid punten in het raster in x- en y-richting zijn gedefinieerd als GX en GY. Door GX en GY groter te kiezen wordt de nauwkeurigheid vergroot, maar neemt de rekensnelheid van het model af. Wanneer een invloedsgebied gekozen wordt rondom de lamp dan kan dit assenstelsel gesuperponeerd worden tot één met de limieten: -Xlim, Xlim ,-Ylim en Ylim. Bij het gebruik van meerdere lampen wordt uitgegaan dat de helft van de onderlinge afstand en de straal van de lamp deze limieten bepaald. (Invloeden van overige lampen worden voorlopig nog genegeerd.)

Ylim = met: s R

s +R 2

(C.1)

afstand tussen de lampen (van rand tot rand) (m) straal lamp (m)

Bij een ‘vierkant’ invloedsgebied is Xlim gelijk aan Ylim. Wanneer lampen heel dicht bij elkaar gekozen (bij dwarsstroming) worden dan kan een afwijkende waarde voor Xlim gekozen worden, om een eventueel tekort aan berekende dosis te compenseren. In dit geval zijn bij de beide dwarsstroming alternatieven gekozen voor een waarde van (15+2R)/2 cm zodat variatie in de afstand tussen de lampen geen negatieve effecten heeft. Deze waarde is gebaseerd op de voorkomende transmissies, waardoor de intensiteit op 7,5 cm van de lamp al sterk is afgenomen.

figuur C.1 aangepast assenstelsel

-C.I-

Bijlage C Werking model

Bij het ontstane assenstelsel kan voor alle punten de afstand bepaald worden tot de rand van de lamp via:

sr = met: sr X Y R

X 2 +Y2 − R

(C.2)

afstand tot rand lamp (m) x-coördinaat in het stelsel (m) y-coördinaat in het stelsel (m) straal lamp (m)

De matrix S bestaat uit alle bepaalde afstanden sr binnen het grid. De punten binnen de lampen bezitten een negatieve waarde. Met behulp van de afstandsmatrix is de intensiteitmatrix te bepalen via: (afgeleid van vergelijking 3.6)

I= met: I Irand τ S

I rand τ S R S+R

(C.3)

intensiteitmatrix (W/m2) intensiteit aan de rand van de lamp (W/m2), bepaald via vergelijking 3.5 transmissie van het water (per m) afstandsmatrix (m)

Binnen de intensiteitmatrix I zullen de intensiteiten die binnen de lamp liggen hoger uitvallen dan de maximale Irand. Stroming door de lamp is niet mogelijk en derhalve zijn deze waarden niet correct. Afhankelijk van het gebruikte alternatief kan de afstandsmatrix aangepast worden om dit te corrigeren. In het geval van langsstroming, waarbij de punten in de lamp niet meegenomen worden, wordt de afstand bij de betreffende punten veranderd tot een groot getal. (De intensiteit benadert bij een grote afstand 0.)

S (n, m) = 1015 mits n 2 + m 2 < R

(C.4)

In het geval van dwarsstroming wordt ervan uitgegaan dat het water door de lamp heen stroomt, waarbij de intensiteit binnen de lamp gelijk is aan intensiteit aan de rand van de lamp. Dit is te simuleren door voor de betreffende punten binnen S een afstand van 0 m aan te nemen.

S (n, m) = 0 mits n 2 + m 2 < R

(C.5)

Met deze aangepaste S kan I bepaald worden via vergelijking C.3. Bij deze intensiteitmatrix wordt slechts rekening gehouden met één lamp. Lampen die zich parallel van de oorspronkelijke lamp bevinden hebben echter ook invloed op de intensiteit ter plekke (zie ook vergelijking 3.9)

-C.II-



Door de afstandsmatrix rondom een aanliggende lamp te vertalen naar het invloedsgebied van de oorspronkelijke kan ook dit effect meegerekend worden.

S i′ = S + s hoh

(C.6a)

I rand τ Si′ R I i′ = S i′ + R

(C.6b)

met: S′i S shoh I′i

getransponeerde afstandsmatrix (m) originele afstandsmatrix (m) hart op hart afstand van originele tot aanliggende lamp (m) intensiteitmatrix ontstaan door toedoen van aanliggende lamp

De waarde voor shoh kan zowel positief als negatief zijn afhankelijk van de positie van de aanliggende lamp. Per alternatief is het verschillend hoeveel lampen invloed hebben op de intensiteit rond een lamp. Al naar gelang de configuratie geldt: i

I j = I + ∑ I 'i

(C.7)

1

met: Ij

totale intensiteitmatrix bij lamp j (W/m2)

Alternatief I: dwarsstroming Bij het alternatief dwarsstroming zijn er ongeacht de configuratie drie kenmerkende intensiteitvelden (matrices) per seriële stap:

figuur C.2 voorkomende intensiteitvelden bij dwarsstroming

1. Een lamp aan de rand (IR). Deze bestaat uit de intensiteit van de lamp zelf plus de intensiteit afkomstig van de aanliggende lamp. 2. Een lamp in het midden (IM). De intensiteit bestaat uit die van de lamp zelf plus de intensiteit afkomstig van beide buren. 3. Het relatief onbestraalde gebied waar de afstand tussen lamp en wand groter is (IR2). De intensiteit bestaat slechts uit de intensiteit van de aanliggende lamp. Ten opzicht van de twee andere intensiteitvelden is deze matrix tweemaal kleiner. (De helft valt buiten de reactor.) -C.III-


NB lampen in een volgende seriële stap worden dus niet meegerekend: gezien vanuit de figuur wordt slecht per horizontale rij beschouwd. Welke dosis ontstaat bij welk intensiteitveld is afhankelijk van het debiet en het stromingspatroon. Zoals in paragraaf 4.3 besproken, wordt uitgegaan van rechtlijnige eenparige stroming, waarbij de stroming bij dwarsstroming als het ware ‘door de lampen’ heen plaats vindt. Bij dwarsstroming ontstaat een één-dimensionale dosisverdeling over de breedte van de reactor. De dosis volgt uit: (zie ook figuur)

Di (n,1) = v=

m = GX

2 X lim

∑ I (n, m) v ∗ GX m =1

(C.8)

i

Q 3600 ∗ NL( s + 0,5)

met: i v s

R,R2 of M al naar gelang intensiteitveld snelheid (m/s) afstand tussen lampen (m) m=GX

n=GY

Di

n=1

m=1

figuur C.3 : schematische weergave vergelijking C.8

-C.IV-



Voor een totale intensiteitmatrix of dosismatrix over een seriële stap kan dan bijvoorbeeld bij drie parallelle schakels (lampen) geschreven worden:

I x = I oneven ; D x = Doneven mits x = oneven I x = I even ; D x = Deven mits x = even

I oneven

 IR  I  M  =  I R,s     I R 2, s 

met: Ix Dx x IR,s,IR2,s DR,s,DR2,s

I even

(C.9)

 DR   I R2  D  I  M  R   Doneven =  =  DR ,s   IM       DR 2, s   I R,s 

Deven

 DR 2  D  R  =  DM     DR ,s 

totale intensiteitmatrix bij seriële stap x (W/m2) dosismatrix bij een seriële stap x (Ws/m2) seriële stap x (-) gespiegelde intensiteitmatrices van IR en IR,s in y-richting (W/m2) gespiegelde intensiteitmatrices van DR en DR,s in y-richting (W/m2)

De verschillende matrices voor even en oneven seriële stappen ontstaan door het verspringen van de lampconfiguratie. Een totale intensiteitmatrix over één stap is overeenkomstig aan een rij in figuur C.2 . Een voorbeeld (met drie lampen) is gegeven in figuur C.4 Het water stroomt in dit geval omhoog; aan de linkerkant bevindt zich een relatief onbestraalde zone. De lampen bevinden zich loodrecht op dit figuur. Door alle (verrekende) hokjes in opwaartse richting op te tellen ontstaat de totale dosisverdelingsmatrix Dx. Deze bestaat dus uit het totaal aan Di’s (zie figuur C.3).

figuur C.4 voorbeeld intensiteitveld dwarsstroming

Wanneer er meer dan drie parallelle schakels zijn dan komen er in de totale intensiteitmatrix of dosismatrix meerdere IM’s of DM’s voor, of te wel meer lampen in het midden.

-C.V-


Wanneer er meerdere seriële stappen zijn dan is de totale dosismatrix te bepalen via: X

D = ∑ Dx

(C.10)

1

met: D X

totale dosismatrix (Ws/m2) aantal seriële stappen

De matrix D is vervolgens te vertalen naar een dosisverdelingscurve. Wanneer de afstand tussen twee seriële stappen (dus de afstand in stromingsrichting) groter of kleiner is dan in figuur C.2 heeft dit overigens geen invloed op de bepaalde dosis: de intensiteitvelden hoeven dus niet aan te sluiten of kunnen elkaar overlappen in seriële richting. In het geval van overlappen wordt het tekort aan intensiteit ter plekke verdisconteerd bij het bepalen van de totale dosis. Slechts in het geval dat de lampen direct op elkaar geplaatst worden, kan er schaduweffect optreden waardoor de totale dosis zal dalen. In het model wordt derhalve de eerder besproken afstand van 15 cm tussen 2 seriële lampen aangehouden.

Alternatief II: dwarsstroming XY Voor het dwarsstroming XY alternatief geldt globaal hetzelfde met als uitzondering dat er geen IR2 (relatief onbestraald gebied) en dus geen DR2 bestaat. Vergelijking C.8 blijft gehandhaafd; de snelheid verandert echter in:

v=

Q 3600 ∗ NLs

(C.11)

Ook verandert de richting van de matrix bij iedere stap. Het gevolg hiervan is dat de (totale) intensiteitmatrices niet gelijkvormig zijn. Om toch een totale dosisverdeling te bepalen moeten de matrices gelijkvormig gemaakt worden. Wanneer uitgegaan wordt van drie parallelle lampen per seriële stap geldt: (Bij meer lampen wordt de matrix groter.)

I x = I oneven D x = Doneven mits x = oneven I x = I even D x = Deven mits x = even I oneven

 IR    =  IM   I R , s 

Doneven

 DR  =  DM  DR , s

met: IR,r,DR,r IR,rs,DR,rs

I even = [I R ,r DR DM DR ,s

IM

I R ,rs ]

 DR ,r DR    DM  Deven =  DR ,r  DR ,r DR , s 

(C.12)

DM DM DM

DR ,rs   DR ,rs  DR ,rs 

geroteerde (90° tegen de klok in) intensiteiten dosismatrix van IR (W/m2) gespiegelde (in x-richting) intensiteiten dosismatrix van IR,r (W/m2)

-C.VI-



Via vergelijking C.10 is vervolgens de totale dosisverdelingsmatrix D te bepalen. Deze geeft een ruimtelijk beeld (een twee dimensionale doorsnede) van de berekende dosissen. Een voorbeeld van D is aangegeven is figuur C.5. De relatieve ligging van de lampen is hier aangegeven met behulp van de zwarte lijnen.

figuur C.5 voorbeeld dosisveld dwarsstroming XY

Alternatief III: langsstroming Ook bij het langsstroming alternatief zijn er drie kenmerkende intensiteitvelden: 1. Een lamp in de hoek van het rooster (IH). Naast de intensiteit van de lamp zelf hebben de drie aanliggende lampen invloed op de intensiteit. 2. Een lamp aan de rand van het rooster (IR). Naast de intensiteit van de lamp hebben vijf aanliggende lampen invloed. 3. Een lamp in het midden van het rooster (IM). Negen lampen hebben invloed op de intensiteit inclusief de centrale.

figuur C.6 voorkomende intensiteitvelden langsstroming

-C.VII-


Voor Ix geldt bij langsstroming door een rooster van drie bij drie lampen:

 IH  I x =  I R ,r  I H ,r met: IH,s IR,r IR,rs IH,r IR,s IH,rs

IR IM I R,s

I H ,s   I R ,rs  I H ,rs 

(C.13)

gespiegelde (in x-richting) intensiteitmatrix IH (W/m2) geroteerde (90° tegen de klok in) intensiteitmatrix IR (W/m2) gespiegelde (in x-richting) intensiteitmatrix IR,r (W/m2) geroteerde (90° tegen de klok in) intensiteitmatrix IH (W/m2) gespiegelde (in y-richting) intensiteitmatrix IR (W/m2) gespiegelde (in x-richting) intensiteitmatrix IH,r (W/m2)

De hoeveelheid IR’s en de IM’s ligt anders wanneer er voor een andere configuratie gekozen wordt. (Bij een rooster van twee bij twee lampen vallen ze geheel weg.) De dosisverdeling per seriële stap is eenvoudig te bepalen via:

Dx = I x v= met: L

L v

(C.14)

Q 3600 ∗ N (( s + 2 R) 2 − πR 2 ) lengte lamp (m)

Met behulp van vergelijking C.10 is weer een beeld te schetsen van de totale dosisverdeling D bij eenparige rechtlijnige stroming zonder menging. Een voorbeeld hiervan is te zien in figuur C.7.

figuurC.7 voorbeeld dosisveld langsstroming

-C.VIII-



De beschreven Ix (bij de drie alternatieven) is te zien als een ruimtelijke weergave van de voorkomende intensiteiten. Wanneer de lampen echter te dicht bij elkaar gekozen worden dan gaat het verwaarloosd geachte schaduweffect (zie figuur 3.12) een rol spelen en is Ix inaccuraat.

Werking model gemengde variant In de praktijk zal er menging optreden door toedoen van de turbulentie en de configuratie van de reactor(en). In het model is dit gesimuleerd door een Monte Carlo benadering toe te passen. In het kort komt de gebruikte methode op het volgende neer: door per seriële stap een willekeurige waarde te trekken uit Dx en deze waarden op te tellen volgt er één waarde voor D. Wanneer deze stap zeer vaak herhaald wordt ontstaat zo een dosisverdeling. Er wordt dus uitgegaan dat het water mengt na iedere stap. Na elke stap volgt een dosisverdeling die weer als input gebruikt wordt voor de nieuwe stap. Per stap blijft de stroming echter rechtlijnig en eenparig. Het verschil is dus dat een berekend waterpakketje een willekeurig vervolgpad zoekt door toedoen van de menging. Zie ook onderstaand figuur voor een voorbeeld bij dwarsstroming.

Voorbeeld gemengd Voorbeeld ongemengd figuur C.8 verschil gemengde en ongemengde modellering

En nadeel van de in de vorige paragraaf beschreven dosisverdelingsmatrix Dx is dat de matrix zeer groot kan worden bij bepaalde situaties, waardoor de simulatie zich erg traag gaat voltrekken. Om dit probleem te verhinderen kan uitgegaan worden van de eerder beschreven kenmerkende intensiteitvelden Afhankelijk de configuratie komen de intensiteitvelden in een bepaalde hoeveelheid voor. Bij het dwarsstroming alternatief zijn er altijd twee invloedsgebieden aan de rand (IR) en één relatief onbestraald gebied (IR2). Afhankelijk van de hoeveelheid lampen per stap is het aantal intensiteitgebieden tussen twee aanliggende lampen (IM): (Zie ook figuur C.2)

NM = Nx − 2 met: NM Nx

(C.15)

aantal intensiteitvelden IM per seriële stap aantal lampen per seriële stap

Wanneer aan DR,DR2 en DM percentages gehangen worden, afhankelijk van het voorkomen van de verschillende intensiteitgebieden kan de vorm van de matrix Dx gesimuleerd worden: door een random number te trekken (tussen de 0 en 1) en deze te betrekken op de bepaalde percentages wordt er gekozen uit DR, DR2 of DM. Bij vier lampen per stap betekent dit:

-C.IX-


Dt = DR bij random(n) ≤ 0,44 Dt = DR 2 bij 0.44 < random(n) ≤ 0.55

(C.16)

Dt = DM bij random(n) > 0.55 Vervolgens wordt er een willekeurig getal getrokken uit de betreffende Dt, een matrix van GY bij 1. Deze willekeurige dosis geldt nu voor de eerste seriële stap. Bij iedere volgende stap wordt dit geheel herhaald en de dosis opgeteld: X

D(m,1) = ∑ Dt (random(1..GY ),1)

(C.17)

1

met: D m N

dosisverdelingsmatrix (Ws/m2) aantal herhalingen simulatie (Monte Carlo) aantal seriële stappen

De ontstane waarde is het eerste getal uit de totale dosisverdelingsmatrix D. Op een zelfde manier wordt het tweede getal bepaald enzovoort. De grootte (en de nauwkeurigheid) van de verdeling D is afhankelijk van het aantal malen dat de simulatie gedraaid wordt en moet in ieder geval veel groter zijn dan de matrix waaruit getrokken wordt. (In dit geval is dat DR, DR2 of DM) Uit D tenslotte is een dosisverdelingscurve te bepalen. Bij dwarsstroming XY geldt hetzelfde; het enige verschil is dat er wederom geen DR2 (relatief onbestraald gebied) bestaat. Dit heeft echter geen invloed op vergelijking C.@ maar wel op de percentages. Bij vier lampen per seriële stap is de verhouding IM:IR bijvoorbeeld twee staat tot twee. Dit geeft dus (twee) percentages van 50 procent. In het geval van langsstroming geldt eveneens dat de verhouding van het voorkomen van de betreffende intensiteitvelden (IH, IR en IM) afhankelijk is van de configuratie. Dit ligt iets gecompliceerder omdat het rooster twee dimensionaal is. Van de intensiteitvelden in de hoek (IH) komen er ongeacht de configuratie vier voor. Voor de andere intensiteitvelden geldt:

N R = 2( N y − 2) + 2( N z − 2)

(C.18)

NM = N y Nz − NR − 4 met: NR aantal intensiteitvelden IR per seriële stap Ny aantal lampen per seriële stap (x) in y-richting aantal lampen per seriële stap (x) in z-richting Nz NMaantal intensiteitvelden IM per seriële stap

-C.X-



Voor de bepaling van Dt geldt dan bijvoorbeeld bij een 3x3 configuratie:

Dt = DH bij random(n) ≤ 0.44 Dt = DR bij 0.44 < random(n) ≤ 0.89

(C.19)

Dt = DM bij random(n) ≥ 0.89 Bij het trekken uit de Dt is een clausule opgenomen om te voorkomen dat er getallen getrokken worden die zich binnen de lamp bevinden. Ook is de procedure van het trekken iets ingewikkelder ten opzichte van vergelijking C.16 omdat Dt een twee dimensionale matrix is: X

D (m,1) = ∑ Dt (random(1..GY ), random(1..GX )) mits Dt > 0

(C.20)

1

De dosisverdelingsmatrix D is in dit geval dus één dimensionaal in tegenstelling tot de D’s die bepaald werden bij de ongemengde situatie en verstrekt dus geen informatie over een ruimtelijke spreiding. Vanuit het principe van volledige menging zou dit ook geen betekenis hebben.

-C.XI-


-C.XII-


Bijlage D Analyse variabelen

Analyse Variabelen Er wordt steeds uitgegaan van de volgende standaardsituatie. Achtereenvolgend zullen de invloed van aanpassingen per variabele besproken worden op de dosisverdeling. 0,8 m Lengte Lamp 0,011 m Straal Lamp Effectief Vermogen Lamp 1200 W 6 Aantal lampen per stap 5 Aantal stappen * bij dwarsstroming XY variabel

Afstand tussen lampen Debiet Transmissie GX=GY Aantal trekkingen

0.10 m* 1500 m3/uur 0,75 (1/cm) 51 10000

Cumulatieve dosisverdeling standaardsituatie 100% 90% 80% Percentage (%)

70%

Dwarsstroming gemengd

60%

Dwarsstroming ongemengd

50% 40%

Dwarsstroming XY gemengd

30%

Dwarsstroming XY ongemengd

20%

Langsstroming gemengd

10%

Lengsstroming ongemengd

0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

*bij dwarsstroming XY afhankelijk van lengte en straal lamp

Variatie in de lamp karakteristieken Variatie in de lengte van de lamp De lengte van de lamp is gevarieerd naar aanleiding van voorkomende formaten lampen: de dosisverdeling is naast bij de standaardlengte (0,8 m) ook bepaald bij lengten van 0,2;0,5,1,1 en 1,4 m. Het vermogen van de lamp blijft gelijk: bij een kleine lengte is de intensiteit aan de lamp erg hoog.

-D.I-


Dwarsstroming: lengte lamp (m) Gemengd Gemiddelde Mediaan Minimum 1% 5% 10% Standaarddeviatie

Ongemengd

0,2

0,5

0,8

1,1

1,3

0,2

0,5

0,8

1,1

1,3

2769 2705 532 1098 1440 1663 871

2780 2721 414 1088 1424 1665 868

2791 2732 579 1110 1464 1698 860

2789 2727 278 1099 1454 1683 877

2784 2728 541 1104 1444 1670 875

2768 2673 301 399 732 1739 965

2768 2673 301 399 732 1739 965

2768 2673 301 399 732 1739 965

2768 2673 301 399 732 1739 965

2768 2673 301 399 732 1739 965

Langsstroming: lengte lamp (m) Gemengd 0,2 2725 Gemiddelde 2430 Mediaan 634 Minimum 1099 1% 1326 5% 1469 10% Standaarddeviatie 1194

Ongemengd

0,5

0,8

1,1

1,3

0,2

0,5

0,8

1,1

1,3

2674 2385 772 1092 1315 1462 1170

2695 2403 756 1081 1301 1447 1194

2707 2432 755 1101 1298 1454 1188

2717 2433 556 1078 1309 1455 1193

2624 1674 277 472 670 809 2623

2624 1674 277 472 670 809 2623

2624 1674 277 472 670 809 2623

2624 1674 277 472 670 809 2623

2624 1674 277 472 670 809 2623

Bij dwarsstroming en langsstroming heeft de lengte van de lamp geen invloed mits de andere variabelen gelijk blijven. Dit komt omdat het vergroten van de intensiteit (bij een kleinere lamp) verdisconteerd wordt door de grotere watersnelheid (en dus een kortere contacttijd). In de gemengde situatie komen wel verschillen voor: dit komt doordat er te weinig trekkingen zijn uitgevoerd. Bij een lamplengte van 1,1 m komt bij dwarsstroming zelfs een minimum voor dat lager is dan dat van ongemengde stroming. Dit is in principe mogelijk wanneer het water (theoretisch) van het ene relatief onbestraald gebied stroomt naar een ander relatief onbestraald gebied aan de overzijde (en dat minimaal vier keer). Variatie in de straal van de lamp De variatie in de straal is gekozen op basis van de leverbare lampen, die meestal een straal hebben tussen de 2 en 3 cm.

-D.II-



Dwarsstroming: straal lamp (m) Gemengd

Ongemengd

0,007 0,009 0,011 0,013 0,015 0,007 0,009 0,011 0,013 0,015 Gemiddelde Mediaan Minimum 1% 5% 10% Standaarddeviatie

2769 2705 532 1098 1440 1663 871

2780 2721 414 1088 1424 1665 868

2791 2732 579 1110 1464 1698 860

2789 2727 278 1099 1454 1683 877

2784 2728 541 1104 1444 1670 875

2827 2593 318 415 738 1686 1100

2793 2630 309 407 735 1712 1021

2768 2673 301 399 732 1739 965

2756 2708 293 391 729 1769 929

2735 2745 286 384 728 1800 887

Langsstroming: straal lamp (m) Gemengd

Ongemengd

0,007 0,009 0,011 0,013 0,015 0,007 0,009 0,011 0,013 0,015 Gemiddelde Mediaan Minimum 1% 5% 10% Standaarddeviatie

2743 2310 787 1061 1286 1423 1409

2773 2411 666 1073 1290 1435 1334

2688 2407 662 1078 1314 1458 1169

2712 2451 731 1080 1324 1477 1145

2749 2501 733 1142 1358 1514 1146

2645 1597 278 444 646 774 3097

2645 1637 278 449 651 787 2874

2624 1674 277 472 670 809 2623

2615 1700 276 456 666 809 2517

2676 1742 274 469 676 831 2535

Een variatie in de straal van de lamp van 0,7 cm tot 1,5 cm heeft weinig effect op het verloop van de verdelingscurven. Bij dwarsstroming is er sprake van een licht positief effect op het gemiddelde bij kleinere lampen. Dit wordt veroorzaakt door de hogere intensiteit vlak bij de lamp, maar gaat ten koste van intensiteit verder verwijderd van de lamp waardoor het minimum afneemt. Het effect bij langsstroming is minder eenduidig en hier zijn moeilijk conclusies uit te trekken. Waarschijnlijk heeft dit te maken met de matrix waaruit getrokken wordt (of de gedetailleerdheid daarvan) en de positie van de straal daarbinnen. Variatie van lengte en straal bij dwarsstroming XY Bij het dwarsstroming XY alternatief heeft de lengte en de straal van de lamp (evenals het aantal lampen per stap) invloed op de afstand tussen de lampen:

s=

L − N * 2R N

met: s afstand tussen de lampen (m) L lengte lamp (m) N aantal lampen per stap (-) R straal lamp (m)

-D.III-


Dwarsstroming XY: lengte lamp (m) Gemengd Gemiddelde Mediaan Minimum 1% 5% 10% Standaarddeviatie

Ongemengd

0,2

0,5

0,8

1,1

1,3

0,2

0,5

0,8

1,1

1,3

937 943 673 782 836 862 56

2426 2416 1209 1551 1758 1886 417

2834 2758 825 1198 1482 1711 876

3007 2893 600 843 1147 1383 1285

3106 2961 345 554 854 1103 1632

937 954 508 671 753 812 90

2420 2405 775 1196 1489 1576 676

2812 2545 531 887 1093 1204 1405

2980 2379 318 568 695 810 2064

3073 2107 180 341 420 522 2634

Dwarsstroming XY: straal lamp (m) Gemengd Gemiddelde Mediaan Minimum 1% 5% 10% Standaarddeviatie

Ongemengd

0,007 0,009

0,011 0,013 0,015 0,007 0,009 0,011 0,013 0,015

2875 2785 797 1147 1410 1621 1009

2786 2729 955 1239 1527 1738 812

2819 2756 877 1214 1469 1691 877

2748 2709 861 1260 1538 1758 760

2702 2684 872 1289 1552 1783 712

2880 2431 528 847 1044 1150 1635

2844 2489 540 868 1069 1177 1508

2812 2545 552 887 1093 1204 1405

2784 2594 564 906 1116 1229 1320

2742 2630 575 924 1138 1253 1226

Variatie van de lamplengte heeft veel invloed op de bepaalde dosisverdeling. Bij een lamp van 0,2 m in de gegeven situatie wordt de afstand tussen de lampen ongeveer 1 cm (ten opzichte van lampen met een diameter van 2,2 cm) en wordt de snelheid zeer groot (ongeveer 35 m/s). Deze extreme situatie is in zekere zin gunstig omdat de dosis zeer uniform verdeeld is. Bij een lamplengte van 0,5m en 0,8 m is de minimale waarde echter hoger dan deze uniforme dosis, zodat ook dit voordeel eigenlijk niet wezenlijk is. Een kortere lengte van de lamp lijkt positief te werken zowel op de minimale waarde als op de steilheid van de grafiek ten koste van het gemiddelde, maar dit geldt dus niet voor een te kleine lamp. De variatie van de straal heeft op het eerste oog minder effect, maar dat komt vooral omdat de variaties van de straal niet enorm groot zijn. Net als bij dwarsstroming neemt het minimum wel toe bij een bredere lamp, evenals de standaardvariatie. Variatie in effectief vermogen Het effectief vermogen is gevarieerd in stappen van 300 W, beginnend bij 600 W. Omdat een vergroting van het effectief vermogen evenredig veel extra stroomkosten inhoudt is er gebruik gemaakt van een wegingsfactor om de verschillende situaties te kunnen vergelijken.

-D.IV-



Dwarsstroming: effectief vermogen (W) Gemengd Gemiddelde Gew. Gemiddelde Mediaan Gew. Mediaan Minimum Gew. Minimum 1% Gew. 1% 5% Gew. 5% 10% Gew. 10% Standaarddeviatie Gew. Stdv.

Ongemengd

600

900

1200

1500

1800

600

900

1200

1500

1800

1389 2778 1364 2728 287 574 549 1098 719 1439 826 1652 437 873

2083 2778 2037 2716 320 426 820 1094 1082 1443 1242 1656 653 870

2769 2769 2710 2710 494 494 1075 1075 1438 1438 1672 1672 870 870

3472 2778 3407 2726 675 540 1393 1114 1797 1438 2091 1673 1086 869

4183 2789 4094 2729 518 345 1650 1100 2171 1447 2535 1690 1295 863

1384 2768 1337 2673 150 301 199 399 366 732 870 1739 482 965

2076 3114 2005 3007 226 339 299 449 549 823 1305 1957 724 1086

2768 2768 2673 2673 301 301 399 399 732 732 1739 1739 965 965

3460 2768 3341 2673 376 301 498 399 915 732 2174 1739 1206 965

4152 2768 4010 2673 451 301 598 399 1098 732 2609 1739 1447 965

Dwarsstroming XY: effectief vermogen (W) Gemengd Gemiddelde Gew. Gemiddelde Mediaan Gew. Mediaan Minimum Gew. Minimum 1% Gew. 1% 5% Gew. 5% 10% Gew. 10% Standaarddeviatie Gew. Stdv.

Ongemengd

600

900

1200

1500

1800

600

900

1200

1500

1800

1417 2834 1378 2756 413 825 605 1209 752 1504 862 1724 437 875

2130 2841 2071 2762 675 900 920 1226 1116 1488 1279 1706 659 879

2807 2807 2736 2736 935 935 1193 1193 1491 1491 1691 1691 870 870

3524 2819 3421 2737 1037 830 1511 1209 1878 1502 2136 1709 1084 867

4222 2815 4125 2750 1429 952 1817 1211 2220 1480 2548 1699 1307 871

1406 2812 1272 2545 265 531 444 887 547 1093 602 1204 702 1405

2109 2812 1909 2545 398 531 665 887 820 1093 903 1204 1054 1405

2812 2812 2545 2545 531 531 887 887 1093 1093 1204 1204 1405 1405

3514 2812 3181 2545 664 531 1109 887 1366 1093 1504 1204 1756 1405

4217 2812 3817 2545 796 531 1331 887 1640 1093 1805 1204 2107 1405

-D.V-


Langsstroming: effectief vermogen (W) Gemengd Gemiddelde Gew. Gemiddelde Mediaan Gew. Mediaan Minimum Gew. Minimum 1% Gew. 1% 5% Gew. 5% 10% Gew. 10% Standaarddeviatie Gew. Stdv.

Ongemengd

600

900

1200

1500

1800

600

900

1200

1500

1800

1362 2724 1203 2406 342 684 548 1096 658 1317 727 1453 612 1223

2035 2713 1818 2424 593 791 820 1093 982 1309 1092 1456 903 1204

2705 2705 2405 2405 704 704 1097 1097 1318 1318 1472 1472 1177 1177

3362 2690 3013 2410 987 790 1377 1102 1630 1304 1823 1459 1467 1173

4079 2720 3644 2429 1082 722 1642 1095 1991 1327 2206 1471 1787 1191

1312 2624 837 1674 138 277 236 472 335 670 405 809 1311 2623

1968 2624 1255 1674 208 277 354 472 503 670 607 809 1967 2623

2624 2624 1674 1674 277 277 472 472 670 670 809 809 2623 2623

3280 2624 2092 1674 346 277 591 472 838 670 1012 809 3278 2623

3936 2624 2511 1674 415 277 709 472 1005 670 1214 809 3934 2623

Vanuit de in hoofdstuk vier en in eerder in dit hoofdstuk besproken formules wordt een evenredige relatie verwacht tussen het effectief vermogen en de dosis. Naast een verschuiving van de verdelingscurve verandert hierdoor ook de helling van de curve: verschillen worden namelijk vergoot door de evenredige relatie. Uit de tabellen blijkt eveneens de volkomen lineaire relatie tussen de dosis en het effectief vermogen.

5.5.2 Variatie van de configuratie Variatie van het aantal lampen per stap Bij de variatie van het aantal lampen per stap is uitgegaan van situaties die zowel bij langsals bij dwarsstroming voor kunnen komen: 4 (2x2), 6 (3x2), 9 (3x3), 12 (3x4) en 16 (4x4) lampen. Wanneer er meer lampen geplaatst worden wordt de reactor groter en neemt dus de snelheid af. Om voor de extra lampen te compenseren wordt weer gebruik gemaakt van een weegfactor.

-D.VI-



Dwarsstroming: aantal lampen per stap Gemengd Gemiddelde Gew. Gemiddelde Mediaan Gew. Mediaan Minimum Gew. Minimum 1% Gew. 1% 5% Gew. 5% 10% Gew. 10% Standaarddeviatie Gew. Stdv.

Ongemengd

4

6

9

12

16

4

6

9

12

16

1838 2757 1790 2685 291 436 676 1014 902 1353 1060 1591 613 919

2791 2791 2732 2732 579 579 1110 1110 1464 1464 1698 1698 860 860

4167 2778 4081 2721 691 461 1723 1149 2241 1494 2558 1706 1257 838

5591 2796 5454 2727 1536 768 2473 1236 3103 1551 3511 1756 1632 816

7435 2788 7286 2732 1492 560 3338 1252 4140 1553 4713 1768 2147 805

1276 1913 1559 2338 0 0 0 0 0 0 0 0 1035 1552

2768 2768 2673 2673 301 301 399 399 732 732 1739 1739 965 965

4167 2778 4039 2693 440 293 623 416 1541 1027 3146 2097 1323 882

5566 2783 5315 2657 579 289 881 440 2999 1500 4188 2094 1672 836

7431 2787 7110 2666 764 287 1274 478 5274 1978 5579 2092 2131 799

Langsstroming: aantal lampen per stap Gemengd Gemiddelde Gew. Gemiddelde Mediaan Gew. Mediaan Minimum Gew. Minimum 1% Gew. 1% 5% Gew. 5% 10% Gew. 10% Standaarddeviatie Gew. Stdv.

Ongemengd

4

6

9

12

16

4

6

9

12

16

1769 2653 1576 2365 427 641 683 1025 840 1260 936 1404 788 1182

2706 2706 2409 2409 673 673 1098 1098 1319 1319 1468 1468 1183 1183

4145 2763 3702 2468 1298 865 1723 1149 2061 1374 2276 1517 1799 1199

5573 2786 4978 2489 1793 896 2373 1186 2803 1402 3095 1548 2392 1196

7427 2785 6676 2504 2169 814 3269 1226 3843 1441 4204 1577 3104 1164

1717 2576 1089 1633 185 277 280 421 419 628 506 759 1755 2632

2624 2624 1674 1674 277 277 472 472 670 670 809 809 2623 2623

4012 2674 2580 1720 415 277 798 532 1070 714 1305 870 3919 2613

5450 2725 3518 1759 554 277 1154 577 1549 775 1943 972 5204 2602

7268 2726 4695 1761 738 277 1515 568 2064 774 2600 975 6939 2602

Het aantal lampen per stap geeft een praktisch evenredige verschuiving van de curve(n) bij langs- en dwarsstroming, mits er veel lampen per stap aanwezig zijn. Bij minder lampen per stap speelt de (veranderde) verhouding tussen de intensiteitvelden een rol en heeft een vergroting van het aantal lampen een meer dan evenredige verschuiving (en vervlakking van de helling) tot gevolg. De minimale waarden hebben niet dit surplus effect omdat de kortsluitstroming nog steeds optreedt; het percentage waarin ze optreden verandert echter wel. De afwijking voor de lage doses (het water dat door de relatief onbestraalde gebieden stroomt) beslaat een kleiner percentage wanneer er meerdere lampen gebruikt worden. Het verloop wordt

-D.VII-


echter wel extremer: dit komt omdat verschillen vergroot worden door de lineaire reactie ter plekke. Dwarsstroming XY: aantal lampen per stap Gemengd Gemiddelde Gew. Gemiddelde Mediaan Gew. Mediaan Minimum Gew. Minimum 1% Gew. 1% 5% Gew. 5% 10% Gew. 10% Standaarddeviatie Gew. Stdv.

Ongemengd

4

6

9

12

16

4

6

9

12

16

2035 3052 1943 2914 321 482 473 710 681 1022 851 1277 947 1421

2822 2822 2752 2752 845 845 1205 1205 1486 1486 1694 1694 877 877

3767 2511 3751 2501 1906 1271 2344 1562 2645 1764 2861 1907 699 466

4406 2203 4400 2200 2692 1346 3239 1620 3542 1771 3725 1863 527 263

4746 1780 4754 1783 3284 1232 3906 1465 4155 1558 4289 1608 351 132

2005 3008 1525 2287 176 264 300 450 386 580 461 692 1509 2264

2812 2812 2545 2545 531 531 887 887 1093 1093 1204 1204 1405 1405

* * * * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * * * *

Bij dwarsstroming XY geldt dat het aantal lampen per stap (N) invloed heeft op de afstand tussen de lampen (zie de eerdere vergelijking ). De bepaling van de ongemengde curven is beperkt tot N = 4 en N = 6. Wanneer meer lampen gebruikt worden overstijgt de matrix de rekencapaciteit van Excel. Te zien valt wel bij de ongemengde situatie dat bij een grotere hoeveelheid lampen de curve steiler gaat lopen, maar dat de dosis niet meer verder stijgt. Minder lampen is gunstig voor het gewogen gemiddelde en minder gunstig voor het minimum en de steilheid van de grafiek. Het maximale gewogen minimum ligt echter niet bij 16 lampen, maar bij 12. In zekere zin is hier hetzelfde te zien als bij de lamplengte van 0,2 meter: wanneer de lampen te dicht bij elkaar geplaatst worden heeft dit geen positief effect meer. Variatie in aantal stappen Het aantal stappen in gevarieerd van 1 tot 9 stappen. Om de extra lampen de verdisconteren is er weer gebruik gemaakt van een weegfactor.

-D.VIII-



Dwarsstroming: aantal stappen Gemengd Gemiddelde Gew. Gemiddelde Mediaan Gew. Mediaan Minimum Gew. Minimum 1% Gew. 1% 5% Gew. 5% 10% Gew. 10% Standaarddeviatie Gew. Stdv.

Ongemengd

1

3

5

7

9

1

3

5

7

9

553 2766 405 2026 15 77 20 98 58 288 167 833 387 1934

1668 2780 1635 2724 187 311 497 828 709 1182 839 1399 669 1114

2790 2790 2731 2731 544 544 1115 1115 1440 1440 1682 1682 873 873

3899 2785 3842 2744 1072 765 1809 1292 2285 1632 2596 1855 1033 738

5004 2780 4937 2743 1770 983 2600 1444 3168 1760 3539 1966 1168 649

554 2768 405 2026 15 77 20 101 60 302 168 841 388 1939

1661 2768 1555 2592 158 264 212 353 428 714 1024 1707 641 1068

2768 2768 2673 2673 301 301 399 399 732 732 1739 1739 965 965

3876 2768 3811 2722 444 317 563 402 1029 735 2361 1686 1308 935

4983 2768 4859 2699 587 326 719 400 1324 736 3077 1709 1659 922

Dwarsstroming XY: aantal stappen Gemengd Gemiddelde Gew. Gemiddelde Mediaan Gew. Mediaan Minimum Gew. Minimum 1% Gew. 1% 5% Gew. 5% 10% Gew. 10% Standaarddeviatie Gew. Stdv.

Ongemengd

1

3

5

7

9

1

3

5

7

9

562 2810 392 1960 106 531 117 584 210 1049 212 1061 391 1957

1690 2816 1670 2784 341 568 622 1037 738 1231 850 1416 675 1124

2806 2806 2727 2727 908 908 1224 1224 1491 1491 1693 1693 872 872

3949 2820 3888 2777 1348 963 1926 1376 2340 1671 2663 1902 1028 734

5067 2815 5010 2783 2036 1131 2712 1507 3265 1814 3599 1999 1163 646

562 2812 392 1960 106 531 117 584 210 1049 212 1061 390 1948

1687 2812 1503 2505 318 531 526 876 653 1088 716 1194 871 1452

2812 2812 2545 2545 531 531 887 887 1093 1093 1204 1204 1405 1405

3936 2812 3570 2550 743 531 1235 882 1529 1092 1692 1208 1948 1392

5061 2812 4606 2559 955 531 1593 885 1969 1094 2172 1207 2495 1386

-D.IX-


Langsstroming: aantal stappen Gemengd Gemiddelde Gew. Gemiddelde Mediaan Gew. Mediaan Minimum Gew. Minimum 1% Gew. 1% 5% Gew. 5% 10% Gew. 10% Standaarddeviatie Gew. Stdv.

Ongemengd

1

3

5

7

9

1

3

5

7

9

549 2743 344 1720 59 296 97 486 142 708 173 867 546 2732

1639 2731 1341 2236 356 594 548 914 683 1139 769 1282 933 1554

2700 2700 2420 2420 807 807 1102 1102 1315 1315 1471 1471 1178 1178

3801 2715 3517 2512 1173 838 1703 1216 2011 1436 2235 1596 1416 1012

4870 2705 4621 2567 1509 838 2343 1301 2748 1527 3040 1689 1598 888

525 2624 335 1674 55 277 94 472 134 670 162 809 525 2623

1574 2624 1004 1674 166 277 283 472 402 670 486 809 1574 2623

2624 2624 1674 1674 277 277 472 472 670 670 809 809 2623 2623

3673 2624 2343 1674 388 277 661 472 938 670 1133 809 3672 2623

4723 2624 3013 1674 498 277 850 472 1206 670 1457 809 4721 2623

Te zien valt wanneer het aantal stappen gevarieerd wordt dat bij x =1 de gemengde en de ongemengde situatie samen vallen. Dit is een teken dat er genoeg simulaties zijn uitgevoerd, om vergelijkingen te kunnen maken. De verschillen tussen de gemengde en ongemengde situatie worden absoluut gezien groter. Dit is logisch bij langsstroming: vanuit de configuratie gezien wordt hier ook geen menging verwacht wanneer uitgegaan wordt van rechtlijnige eenparige stroming. Bij dwarsstroming neemt het gewogen minimum toe wanneer er meerdere stappen achter elkaar volgen. Bij dwarsstroming XY is dit niet het geval: dit komt omdat hier geen relatief onbestraalde gebieden aanwezig zijn. De steilheid van de grafiek neemt bij beiden toe, wat het gevolg is van de menging in de installatie. Variatie in de afstand tussen de lampen De afstand tussen de lamp is gevarieerd van 4 cm tot 16 cm. Dwarsstroming: afstand tussen lampen (m) Gemengd Gemiddelde Mediaan Minimum 1% 5% 10% Standaarddeviatie

Ongemengd

0,04

0,07

0,10

0,13

0,16

0,04

0,07

0,10

0,13

0,16

2094 2111 743 1263 1528 1670 326

2559 2547 811 1274 1597 1791 596

2785 2735 651 1090 1454 1691 854

2928 2830 290 926 1244 1493 1131

2995 2879 279 702 1022 1280 1372

2087 2235 499 590 854 1384 463

2547 2614 408 514 836 1677 689

2768 2673 301 399 732 1739 965

2898 2617 215 298 615 1690 1278

2981 2504 151 218 504 1592 1600

-D.X-



Langsstroming: afstand tussen lampen (m) Gemengd Gemiddelde Mediaan Minimum 1% 5% 10% Standaarddeviatie

Ongemengd

0,04

0,07

0,10

0,13

0,16

0,04

0,07

0,10

0,13

0,16

2123 2088 1091 1357 1546 1653 389

2538 2390 867 1321 1528 1666 780

2681 2405 705 1082 1296 1460 1163

2794 2324 575 874 1081 1237 1607

2938 2216 377 667 856 1001 2156

2083 1959 513 698 985 1104 861

2480 1930 396 602 862 998 1752

2624 1674 277 472 670 809 2623

2716 1393 185 347 490 621 3594

2827 1135 120 239 345 462 4754

De grotere afstand tussen de lampen geeft een hoger dosisgemiddelde: de lamp wordt dan optimaler gebruikt: hoe meer ruimte de lamp krijgt om uit te stralen hoe meer doses er overgebracht kan worden. Dit gaat echter ten koste van het minimale doses en de uniformheid van de dosisverdeling. In tegenstelling tot de eerder beschreven variabelen heeft de afstand tussen de lampen veel invloed op de vorm van de curve.

Variatie in externe variabelen Variatie in debiet Voor het debiet geldt dat wanneer er voor een kleiner debiet gekozen wordt er meerdere installaties geplaatst moeten worden. Hierom is een (omgekeerde) weegfactor gebruikt. Dwarsstroming: debiet (m3/uur) Gemengd Gemiddelde Gew. Gemiddelde Mediaan Gew. Mediaan Minimum Gew. Minimum 1% Gew. 1% 5% Gew. 5% 10% Gew. 10% Standaarddeviatie Gew. Stdv.

Ongemengd

500

1000

1500

2000

2500

500

1000

1500

2000

2500

8352 2784 8228 2743 1897 632 3347 1116 4327 1442 4972 1657 2605 868

4169 2779 4073 2715 639 426 1687 1125 2195 1463 2533 1689 1288 859

2778 2778 2719 2719 550 550 1131 1131 1444 1444 1683 1683 863 863

2085 2780 2050 2734 399 531 823 1098 1093 1457 1252 1670 650 867

1667 2779 1625 2708 278 463 668 1114 871 1452 1009 1682 521 869

8305 2768 8020 2673 903 301 1196 399 2195 732 5218 1739 2895 965

4152 2768 4010 2673 451 301 598 399 1098 732 2609 1739 1447 965

2768 2768 2673 2673 301 301 399 399 732 732 1739 1739 965 965

2076 2768 2005 2673 226 301 299 399 549 732 1305 1739 724 965

1661 2768 1604 2673 181 301 239 399 439 732 1044 1739 579 965

-D.XI-


Dwarsstroming XY: debiet (m3/uur) Gemengd Gemiddelde Gew. Gemiddelde Mediaan Gew. Mediaan Minimum Gew. Minimum 1% Gew. 1% 5% Gew. 5% 10% Gew. 10% Standaarddeviatie Gew. Stdv.

Ongemengd

500

1000

1500

2000

2500

500

1000

1500

2000

2500

8429 2810 8200 2733 2700 900 3608 1203 4491 1497 5097 1699 2605 868

4226 2817 4136 2757 1311 874 1829 1219 2203 1469 2561 1708 1299 866

2799 2799 2727 2727 916 916 1217 1217 1474 1474 1686 1686 860 860

2105 2807 2057 2742 638 851 901 1201 1098 1463 1267 1689 653 871

1679 2798 1632 2720 514 857 730 1217 895 1492 1020 1701 516 860

8435 2812 7634 2545 1592 531 2661 887 3279 1093 3611 1204 4215 1405

4217 2812 3817 2545 796 531 1331 887 1640 1093 1805 1204 2107 1405

2812 2812 2545 2545 531 531 887 887 1093 1093 1204 1204 1405 1405

2109 2812 1909 2545 398 531 665 887 820 1093 903 1204 1054 1405

1687 2812 1527 2545 318 531 532 887 656 1093 722 1204 843 1405

Langsstroming: debiet (m3/uur) Gemengd Gemiddelde Gew. Gemiddelde Mediaan Gew. Mediaan Minimum Gew. Minimum 1% Gew. 1% 5% Gew. 5% 10% Gew. 10% Standaarddeviatie Gew. Stdv.

Ongemengd

500

1000

1500

2000

2500

500

1000

1500

2000

2500

8117 2706 7276 2425 2376 792 3285 1095 3929 1310 4404 1468 3523 1174

4053 2702 3651 2434 1198 799 1627 1085 1975 1317 2206 1471 1769 1179

2714 2714 2416 2416 777 777 1103 1103 1308 1308 1464 1464 1197 1197

2042 2723 1829 2439 558 744 832 1109 996 1328 1105 1473 893 1191

1623 2705 1448 2413 500 834 653 1088 777 1296 868 1446 714 1190

7871 2624 5021 1674 831 277 1417 472 2011 670 2428 809 7868 2623

3936 2624 2511 1674 415 277 709 472 1005 670 1214 809 3934 2623

2624 2624 1674 1674 277 277 472 472 670 670 809 809 2623 2623

1968 2624 1255 1674 208 277 354 472 503 670 607 809 1967 2623

1574 2624 1004 1674 166 277 283 472 402 670 486 809 1574 2623

Het debiet is omgekeerd evenredig met de dosis. Dit blijkt uit de eerder beschreven formules en is daarom vergelijkbaar met het effectief vermogen van de lamp. Hoe sneller het water stroomt, hoe steiler de curven zullen verlopen. Bij lagere snelheden nemen de dosissen en de verschillen toe. Dwarsstroming, dwarsstroming XY en langsstroming geven hetzelfde effect. Variatie in transmissie De transmissie is zeer maatgevend voor de installatie. De transmissie is hier gevarieerd van een erg lage waarde (0,65) tot een redelijk hoge (0.85)

-D.XII-



Dwarsstroming: transmissie (per cm) Gemengd Gemiddelde Mediaan Minimum 1% 5% 10% Standaarddeviatie

Ongemengd

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

2004 1928 216 534 767 953 822

2322 2264 283 755 1034 1252 836

2776 2716 590 1078 1454 1682 867

3427 3385 951 1620 2030 2297 895

4386 4367 1630 2389 2888 3211 923

1987 1830 111 160 369 1163 898

2317 2193 182 253 519 1416 923

2768 2673 301 399 732 1739 965

3410 3376 502 636 1050 2150 1038

4366 4401 852 1029 1546 2730 1169

Dwarsstroming XY: transmissie (per cm) Gemengd Gemiddelde Mediaan Minimum 1% 5% 10% Standaarddeviatie

Ongemengd

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

2049 1970 343 559 776 975 841

2390 2323 561 810 1072 1272 857

2822 2744 903 1231 1478 1701 881

3476 3406 1424 1832 2139 2353 880

4444 4372 2273 2734 3072 3317 884

2023 1691 198 359 441 521 1357

2357 2063 327 567 699 794 1385

2812 2545 531 887 1093 1204 1405

3459 3216 856 1372 1704 1825 1416

4428 4198 1387 2122 2624 2795 1421

Langsstroming: transmissie (per cm) Gemengd Gemiddelde Mediaan Minimum 1% 5% 10% Standaarddeviatie

Ongemengd

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

1906 1564 295 502 636 750 1165

2258 1950 484 740 922 1049 1167

2702 2435 739 1078 1308 1463 1179

3280 3016 1125 1577 1854 2027 1167

4151 3921 1765 2237 2611 2833 1199

1833 851 91 182 263 350 2534

2178 1198 161 301 426 537 2586

2624 1674 277 472 670 809 2623

3223 2351 470 734 1038 1201 2647

4064 3312 802 1149 1612 1815 2665

De transmissie heeft in tegenstelling tot het vermogen en het debiet een meer dan evenredig effect. Dit is te zien doordat de grootte van ruimten tussen de verschillende curven toeneemt. Wat echter opvalt is dat de verschillen groter worden, zowel tussen de gemengde en de ongemengde situatie als tussen de verschillende transmissies afzonderlijk (in tegenstelling tot andere variabelen). De transmissie heeft derhalve een groot effect op de optredende dosisverdelingscurve. Maatregelen die invloed hebben op de transmissie zijn derhalve zeer interessant.

-D.XIII-


-D.XIV-


Bijlage E Dosisverdelingen bij bijlage D

Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming: lengte lamp 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%

L = 0,2 m gemengd

60%

L = 0,5 m gemengd L = 0,8 m gemengd

50%


40%

L = 0,2 m ongemengd

30%

L = 0,5 m ongemengd

20%

L = 0,8 m ongemengd L = 1,1 m ongemengd

10%

L = 1,3 m ongemengd

0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling langsstroming: lengte lamp 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%

L = 0,2 m gemengd

60%


50%


40%

L = 0,2 m ongemengd

30%

L = 0,5 m ongemengd

20%


10%

L = 1,3 m ongemengd

0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming: straal lamp 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%

R = 0,007 m gemengd

60%

R = 0,009 m gemengd R = 0,011 m gemengd

50%


40%

R = 0,007 m ogemengd

30%

R = 0,009 m ongemengd

20%

R = 0,011 m ongemengd R = 0,013 m ongemengd

10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Dosis (Ws/m2)

-E.I-

7000

8000

9000

10000

9000

10000

Bijlage E Dosisverdelingen bij bijlage D Cumulatieve dosisverdeling langsstroming: straal lamp 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%

R = 0,007 m gemengd

60%


50%


40%

R = 0,007 m ogemengd

30%


20%


10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming XY: lengte lamp 100% 90% 80%

Percentage (%)

70%


60%

L = 0,8 m gemengd

50%

L = 1,1 m gemengd

40%

L = 1,3 m gemengd L = 0,2 m ongemengd

30%

L = 0,5 m ongemengd

20%

L = 0,8 m ongemengd

10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming XY: straal lamp 100% 90% 80%

Percentage (%)

70%


60%

R = 0,011 m gemengd

50%

R = 0,013 m gemengd

40%

R = 0,015 m gemengd R = 0,007 m ogemengd

30%


20%


10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Dosis (Ws/m2)

-F.II-

7000

8000

9000

10000

10000



Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming: effectief vermogen 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%

E = 600 W gemengd

60%

E = 900 W gemengd E = 1200 W gemengd

50%


40%

E = 600 W ongemengd

30%

E = 900 W ongemengd

20%

E = 1200 W ongemengd E = 1500 W ongemengd

10%

E = 1800 W ongemengd

0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming XY: effectief vermogen lamp 100% 90% 80%

Percentage (%)

70%

E = 600 W gemengd

60%


50%

E = 1500 W gemengd

40%

E = 1800 W gemengd E = 600 W ongemengd

30%

E = 900 W ongemengd

20%


10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling langsstroming: effectief vermogen 100% 90% 80% E = 600 W gemengd

Percentage (%)

70%

E = 900 W gemengd

60%


50%

E = 1800 W gemengd

40%

E = 600 W ongemengd

30%


20%


10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000 Dosis (Ws/m2)

-E.III-

6000

7000

8000

9000

10000

Bijlage E Dosisverdelingen bij bijlage D Cumulatieve dosisverdeling langsstroming: aantal lampen per stap 100% 90% 80%

Percentage (%)

70%

N = 4 gemengd N = 6 gemengd

60%

N = 9 gemengd

50%

N = 12 gemengd

40%

N = 16 gemengd N = 4 ongemengd

30%

N = 6 ongemengd

20%

N = 9 ongemengd

10%

N = 12 ongemengd N = 16 ongemengd

0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling langsstroming: aantal lampen per stap 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%

N = 4 gemengd

60%


50%


40%

N = 4 ongemengd

30%

N = 6 ongemengd

20%

N = 9 ongemengd N = 12 ongemengd

10%

N = 16 ongemengd

0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming XY: aantal lampen per stap 100% 90% 80%

Percentage (%)

70%

N = 4 gemengd

60%

N = 6 gemengd

50%

N = 9 gemengd

40%

N = 12 gemengd

30%

N = 16 gemengd

20%

N = 4 ongemengd

10%

N = 6 ongemengd

0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Dosis (Ws/m2)

-F.IV-

7000

8000

9000

10000

10000



Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming: aantal stappen 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%

x = 1 gemengd

60%

x = 3 gemengd x = 5 gemengd

50%


40%

x = 1 ongemengd

30%

x = 3 ongemengd

20%

x = 5 ongemengd x = 7 ongemengd

10%

x = 9 ongemengd

0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming XY: aantal stappen 100% 90% 80%

Percentage (%)

70%

x = 1 gemengd

60%


50%

x = 7 gemengd

40%

x = 9 gemengd x = 1 ongemengd

30%

x = 3 ongemengd

20%

x = 5 ongemengd

10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling langsstroming: aantal stappen 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%

x = 1 gemengd

60%


50%


40%

x = 1 ongemengd

30%


20%

x = 7 ongemengd

10%

x = 9 ongemengd

0% 0

1000

2000

3000

4000

5000 Dosis (Ws/m2)

-E.V-

6000

7000

8000

9000

10000

Bijlage E Dosisverdelingen bij bijlage D Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming: afstand tussen lampen 100%

Percentage (%)

90% 80%

s = 0,04 m gemengd

70%

s = 0,07 m gemengd s = 0,10 m gemengd

60%

s = 0,13 m gemengd

50%

s = 0,16 m gemengd

40%

s = 0,04 m ongemengd

30%

s = 0,07 m ongemengd s = 0,10 m ongemengd

20%


10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling langsstroming: afstand tussen lampen 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%

s = 0,04 m gemengd

60%


50%


40%


30%


20%

s = 0,10 m ongemengd s = 0,13 m ongemengd

10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000 Dosis (Ws/m2)

-F.VI-

6000

7000

8000

9000

10000



Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming: debiet 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%

Q = 500 m3/u gemengd

60%

Q = 1000 m3/u gemengd Q = 1500 m3/u gemengd

50%


40%

Q = 500 m3/u ongemengd

30%


20%

Q = 1500 m3/u ongemengd Q = 2000 m3/u ongemengd

10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming XY: debiet 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%


60%


50%


40%

Q = 2500 m3/u gemengd Q = 500 m3/u ongemengd

30%


20%


10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling langsstroming: debiet 100% 90% 80%

Percentage (%)

70%


60%


50%


40%

Q = 2500 m3/u gemengd Q = 500 m3/u ongemengd

30%


20%


10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000 Dosis (Ws/m2)

-E.VII-

6000

7000

8000

9000

10000

Bijlage E Dosisverdelingen bij bijlage D Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming: transmissie 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%

t = 0,65 gemengd

60%

t = 0,70 gemengd t = 0,75 gemengd

50%


40%

t = 0,65 ongemengd

30%

t = 0,70 ongemengd

20%

t = 0,75 ongemengd t = 0,80 ongemengd

10%

t = 0,85 ongemengd

0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling dwarsstroming XY: transmissie 100% 90% 80%

Percentage (%)

70%


60%

t = 0,75 gemengd

50%

t = 0,80 gemengd

40%

t = 0,85 gemengd t = 0,65 ongemengd

30%

t = 0,70 ongemengd

20%

t = 0,75 ongemengd

10%


0% 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dosis (Ws/m2)

Cumulatieve dosisverdeling langsstroming: transmissie 100% 90%

Percentage (%)

80% 70%

t = 0,65 gemengd

60%


50%


40%

t = 0,65 ongemengd

30%

t = 0,70 ongemengd

20%


10%

t = 0,85 ongemengd

0% 0

1000

2000

3000

4000

5000 Dosis (Ws/m2)

-F.VIII-

6000

7000

8000

9000

10000


-F.I-

Bijlage F Ontwerp desinfectie Andijk


-F.II-


-F.III-



-F.IV-


-G.I-

Bijlage G Ontwerp GO Heemskerk


-G.II-


-G.III-



-G.IV-


-H.I-

Bijlage H Ontwerp Combinatie Andijk

Bijlage G Ontwerp Combinatie Andijk

-H.II-


-H.III-

Bijlage H Ontwerp Combinatie Andijk

Bijlage G Ontwerp Combinatie Andijk

-H.IV-


-I.I-

Bijlage I Huidig processchema Andijk

H 2 O 2 INSTALLATIE

Recommend Documents