Jakość wody basenowej a systemy cyrkulacji

Niezależnie od spełnianej funkcji i wyposażenia obiektu basenowego odpowiednie warunki sanitarnohigieniczne i jakość wody basenowej można uzyskać tylko dzięki prawidłowemu zaprojektowaniu, wykonaniu i eksploatacji instalacji, co zapewni prawidłowy przepływ wody basenowej, oczyszczanej w systemach uwzględniających procesy koagulacji, filtracji, dezynfekcji i korekty pH.

Zadaniem systemu cyrkulacji jest utrzymanie przepływu wody w układzie: rynna przelewowa basenu – zbiornik wyrównawczy – stacja oczyszczania – dezynfekcja – system dopływu do niecki basenowej. Gwarancją bezpiecznego korzystania z basenu jest właściwie przygotowana woda obiegowa. Jej oczyszczanie powinno być tak przeprowadzane, aby jakość wody dopływającej do niecki basenowej spełniała wymagania dla wody przeznaczonej do spożycia (zgodnie z ustawą o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków oraz rozporządzeniem Ministra Zdrowia w sprawie jakości wody [10]).

Ponieważ do tej pory nie został wprowadzony w życie projekt rozporządzenia Rady Ministrów w sprawie warunków sanitarnohigienicznych obiektów sportowych i rekreacyjnych oraz zasad sprawowania nadzoru nad ich przestrzeganiem, projektanci oraz osoby zarządzające obiektami basenowymi i nadzorujące ich eksploatację kierują się przepisem precyzyjnie określającym parametry jakościowe wody w basenach i wymagania projektowe i eksploatacyjne, jakim jest niemiecka norma DIN 19643 [1]. Stosowanie tej normy jest zalecane również w naszym kraju i na jej podstawie zostały opracowane wymagania sanitarnohigieniczne dla krytych pływalni [12].

Wymagania wobec jakości wody basenowej są bardzo wysokie i bez prawidłowego rozwiązania instalacji cyrkulacji wody obiegowej nie mogą zostać spełnione. Zasilanie basenu świeżą wodą zarówno w przypadku całkowitej jej wymiany, jak i w celu doprowadzenia wody uzupełniającej nie może przebiegać bezpośrednio od wodociągu do niecki basenowej, ale poprzez zbiornik wyrównawczy, system oczyszczania wody i dezynfekcji.

Dobrze zaprojektowana stacja oczyszczania wody basenowej, z poprawym sposobem  dozowania środka dezynfekcyjnego będzie spełniać swoje zadanie tylko pod warunkiem współpracy systemu cyrkulacji dobranego odpowiednio do geometrii i konstrukcji niecki basenowej. Przepływ wody przez nieckę nie może powodować powstawania martwych przestrzeni niebiorących udziału w cyrkulacji. Obszary te sprzyjają gromadzeniu się zanieczyszczeń oraz rozwojowi bakterii i glonów.

Prawidłowo wykonana instalacja cyrkulacji wody basenowej powinna zapewniać [1, 11, 12, 14, 20]:

• krótki proces całkowitego mieszania wody wprowadzanej z wodą znajdującą się już w basenie,
• dezynfekcję wody w niecce basenu, zapewniającą wysoki stopień eliminacji drobnoustrojów niebezpiecznych dla człowieka,
• utrzymanie odpowiedniej temperatury wody w basenie,
• odpowiednią częstotliwość wymiany wody,
• usuwanie wszelkich zanieczyszczeń z basenu.

Czynnikami wpływającymi na warunki sanitarnohigieniczne obiektu basenowego są również: regularne czyszczenie i dezynfekcja ścian oraz dna basenu, rynien przelewowych, podłóg i ścian w bezpośrednim otoczeniu niecki basenowej oraz pomieszczeń szatni i natrysków [1, 12].

W basenach pływackich i rekreacyjnych, niezależnie od ich kształtu i głębokości, można przez wypór osiągnąć bardzo dobre wymieszanie czystej wody zawierającej środek dezynfekujący z wodą w niecce, z równoczesnym odprowadzeniem zabrudzonej wody. Warunkiem optymalnego rozdzielenia doprowadzanej wody jest odpowiednia liczba ułożonych we właściwym porządku dysz dopływowych i rozwiązanie systemu odpływowego.

Odprowadzenia i doprowadzenia wody o dobrze dobranej konstrukcji i liczbie należy tak rozmieścić w niecce basenu, aby uzdatniona woda w krótkim czasie i w odpowiedniej objętości dotarła do wszystkich jej obszarów. Jednocześnie dla uniknięcia obszarów martwych, walców wodnych i rozwarstwień temperaturowych należy wodę odprowadzać jak najkrótszą drogą i przy możliwie krótkim czasie jej zatrzymania w systemie rurowym cyrkulacji [3–9].

Najczęściej stosowane systemy przepływu wody przez niecki basenowe to: poziomy (poprzeczny) i pionowy [1, 11, 12]. Systemem zalecanym dla basenów z ruchomym dnem (z możliwością zmiany głębokości w części niecki basenu w zależności od potrzeb, np. skoki do wody lub nauka pływania mogą być realizowane w tej samej niecce) jest system mieszany (pionowo-poziomy) [8].

System poziomy

W systemie poziomym (rys. 1), zwanym także horyzontalnym, czystą wodę wprowadza się przez wloty umieszczone w przeciwległych, dłuższych ścianach basenu (należy unikać ścian krótszych ze względu na tworzenie się pól martwych, powstających w wyniku długiego czasu przepływu). Zużyta woda basenowa jest równomiernie odprowadzana przez otwory znajdujące się w rynnach przelewowych lub w dnie basenu i rynnach przelewowych. Bardzo dobre efekty z szybkim wymieszaniem wody w basenie daje rozwiązanie z dyszami wprowadzającymi ułożonymi naprzeciw siebie, naprzemiennie.

Dzięki takiemu ułożeniu dysz uzyskuje się w całej objętości basenu wymieszanie burzliwe. Przy odpływie minimum 50–70% objętości wody przelewowej powinno stale przepływać przez rynnę przelewową do zbiornika wyrównawczego, a 30–50% może być bezpośrednio z dna basenu zassane przez pompę obiegową systemu oczyszczania wody. Należy dodatkowo przewidzieć możliwość przełączenia układu bezpośrednio przed pompą, aby w razie potrzeby można było 100% objętości wody przelewowej odprowadzić przez rynny przelewowe – jest to rozwiązanie obecnie zalecane, ale nie zawsze możliwe do uzyskania, zwłaszcza przy modernizacji istniejących basenów [1, 12].

Możliwość zastosowania horyzontalnego przepływu jest znacznie ograniczona przy niekorzystnej geometrii niecek basenowych, tzn. nieregularnych ich kształtach, jednak bardzo często stanowi jedyne  rozwiązanie podczas modernizacji basenów w kąpieliskach otwartych [3, 5, 8, 9, 11].

System pionowy

W systemie pionowego przepływu (rys. 2) wodę oczyszczoną wprowadzają odpowiednio rozmieszczone w dnie basenu dysze. Woda przelewowa jest w sposób ciągły odprowadzana rynnami w 100% wody cyrkulacyjnej. Zapewnia to szybkie usuwanie najbardziej zanieczyszczonej wody z powierzchni basenu przez koryta przelewowe. Jednocześnie wypływająca z dna czysta woda, wznosząc się, tworzy lejowaty strumień, wymuszając wymianę na dużym obszarze z równoczesnym rozprowadzeniem środka dezynfekującego przy dnie i nie powodując przy tym rozwarstwienia temperaturowego.

Woda basenowa, szczególnie ta zanieczyszczona, powierzchniowa, zostaje wyparta do góry najkrótszą drogą i odprowadzona przez rynnę przelewową [3, 8, 9]. System ten pozwala na osiągnięcie optymalnego przepływu wody w basenie niezależnie od jego kształtu i jest często stosowany przy nieregularnych kształtach niecek basenowych [3, 5, 8, 9, 11]. Dla zapewnienia odpowiednich warunków przepływu w nieckach basenowych bardzo ważne jest dobranie rynien przelewowych. Powinny one umożliwiać sprawne, ciągłe i równomierne odprowadzanie wody basenowej w zależności od występującego podczas użytkowania basenu falowania oraz stopnia zanieczyszczenia lustra wody. Dającym dobre efekty rozwiązaniem są przelewy górne, przede wszystkim typu „fińskiego” i „Zürich” [3, 8, 9, 11, 12].

System pionowo-poziomy (mieszany)

System pionowo-poziomy polega na doprowadzeniu wody z dysz umieszczonych w dłuższych ścianach i w dnie niecki basenu. Pozwala to na uzyskanie zwiększonego przepływu w płytkiej części niecki bez zwiększania liczby dysz (jednak stosowane jest w niewielu rozwiązaniach projektowych), a norma DIN 19643 tego wymaga. Takie rozwiązania są na pewno droższe na etapie inwestycyjnym (więcej dysz, rur, kształtek armatury), ale w eksploatacji okazują się bardzo efektywne pod względem jakości wody w najbardziej obciążonych strefach basenu.

System pionowo-poziomy należałoby stosować w nieckach basenowych z ruchomym dnem lub wypłyceniem miejscowym, np. jednego toru do nauki pływania, ze sztuczną falą lub rzeką, i zawsze wtedy, gdy ta sama niecka basenu przeznaczona jest do różnych celów [8].

Charakterystyka badanych obiektów

Do badań wytypowano osiem obiektów basenowych (cztery z poziomym i cztery z pionowym systemem hydraulicznym). Baseny, w których zastosowano przepływ poprzeczny (horizontal) oznaczono jako: H1, H2, H3 i H4, a baseny z przepływem pionowym (vertical) jako: V1, V2, V3 i V4. Pod uwagę brano kryte baseny sportowo-rekreacyjne [20], zasilane wodami z miejskich sieci wodociągowych. Woda uzupełniająca w każdym przypadku spełniała wymagania rozporządzenia Ministra Zdrowia [10]. W systemach instalacyjnych badanych basenów przewidziano uzupełnienie obiegów wody w ilości 30 dm³ na każdą kąpiącą się osobę w ciągu doby.

Baseny H1–3 i V1–4 zostały zaprojektowane zgodnie z zaleceniami niemieckiej normy DIN 19643 oraz polskimi wytycznymi w tym zakresie [1, 12]. Wyjątek stanowi basen H4 wybudowany według wytycznych DIN 19643 w 1995 r., a w normie tej przed 1997 r. dopuszczano dla małych basenów publicznych prędkość filtracji 50 m/h. Pomimo różnej frekwencji (od 15 osób/godz. w basenie V1 do 27 osób/godz. w basenie V2) w każdym rozpatrywanym basenie została zachowana minimalna wymagana powierzchnia użytkowa dla jednej osoby kąpiącej się, tj. 4,5 m²/osobę [1, 12].

Wszystkie rozpatrywane baseny eksploatowane są z zastosowaniem technologii oczyszczania wody w układzie: filtracja wstępna – koagulacja powierzchniowa z filtrami pospiesznymi ze złożem piaskowo-antracytowym – dezynfekcja – korekta pH. W basenie H1 i V3 dezynfekcja przeprowadzana była przy użyciu podchlorynu sodu, wytwarzanego w pomieszczeniach technologicznych obiektów przy wykorzystaniu metody elektrolizy membranowej.

W basenie H2 do dezynfekcji wody stosowano podchloryn wapnia. W pozostałych badanych basenach do dezynfekcji wody stosowano roztwór podchlorynu sodu, który dostarczano w beczkach do poszczególnych obiektów. Charakterystyczne parametry technologiczne oraz dane eksploatacyjne dotyczące badanych obiektów basenowych przedstawiono w tabeli.

Metodyka badań

Koncepcja badań zakładała określenie i porównanie jakości wody w nieckach basenowych, w których zastosowano poziomy i pionowy system przepływu [14, 20]. Dla każdego analizowanego obiektu przeprowadzono cykliczne badania fizyczno-chemiczne i bakteriologiczne średnich mieszanych próbek wody basenowej.

W ciągu jednej godziny z dziewięciu charakterystycznych punktów niecki basenowej (rys. 3) pobierano jednakowe objętości próbek do jednego naczynia, w którym następowało wymieszanie i ujednolicenie próbki. Cykl badań dla określenia jakości wody w jednym tylko basenie obejmował okres dwóch tygodni. W tym czasie poddano analizie fizyczno-chemicznej 10 próbek, a analizie bakteriologicznej  5 próbek wody basenowej (co druga próbka poddana była także analizie bakteriologicznej).

Próbki wody pobierano w godzinach 9.00–12.00, podczas użytkowania basenów. W badaniach uwzględniono podstawowe parametry z zakresu wymagań normatywnych określających dopuszczalny stopień zanieczyszczenia wody i przydatność dla osób kąpiących się [1, 10, 12]. Dla wody z niecek basenowych oznaczano: pH, temperaturę, barwę, mętność, stężenia azotu azotanowego i azotu amonowego, utlenialność, stężenia chloru wolnego, związanego i całkowitego oraz chlorków, twardość ogólną, stężenia glinu ogólnego oraz NPL bakterii grupy coli w 100 cm³, NPL bakterii typu fekalnego w 100 cm³, liczbę kolonii bakterii w 1 cm³ w temperaturze 37°C podczas 24-godzinnej inkubacji próbki oraz gronkowce koagulazododatnie [20].

Wartości normowanych wskaźników jakości wody basenowej porównano z obowiązującymi wymaganiami w tym zakresie [1, 10, 12]. Pobór próbek i oznaczenia wykonano zgodnie z obowiązującymi normami i metodami [2, 13]. Każdy wskaźnik jakości wody basenowej, w celu wyeliminowania błędów przypadkowych, oznaczano trzykrotnie w dniu poboru próbki, a do dalszej analizy przyjmowano wartość średnią.

Jakość wody z badanych niecek

Spośród badanych parametrów fizyczno-chemicznych, które w przepisach sanitarnohigie-nicznych określają jakość wody basenowej, do najistotniejszych należy zaliczyć [1, 10, 12, 18, 20]:

• utlenialność – jako wskaźnik zawartości substancji organicznych łatwo utleniających się, pośrednio wskazujący na stopień zanieczyszczenia wody,
• chlor wolny – zapewniający bakteriobójcze i bakteriostatyczne właściwości wody basenowej,
• chloraminy – oznaczane jako chlor związany, będące wynikiem reakcji związku chloru dodawanego do wody w procesie jej dezynfekcji z solami amonowymi obecnymi w wodzie basenowej,
• azot amonowy – informujący o stopniu zanieczyszczenia związkami organicznymi i skuteczności dezynfekcji,
• mętność – określającą optyczne właściwości wody zależne w dużym stopniu od zawartości i charakteru zawiesin w wodzie, oznaczaną w wodzie basenowej ze względu na jej wartości użytkowe.

Na rys. 4, 5, 6, 7 oraz 8 przedstawiono odpowiednio: wartości utlenialności, stężenia chloru wolnego, stężenia chloru związanego, stężenia azotu amonowego i wartości mętności w wodzie z badanych niecek basenowych [20]. Wartości pozostałych badanych parametrów fizyczno-chemicznych (barwy, twardości ogólnej, stężenia azotu azotanowego i chlorków) spełniały wymogi warunków sanitarnohigienicznych dla wody w pływalniach i zależne były przede wszystkim od jakości wody uzupełniającej poszczególne obiegi basenowe. Wartości pH wody i stężenia glinu ogólnego również odpowiadały zaleceniom normatywnym i kontrolowane były dla oceny działania układu oczyszczania wody basenowej.

Utlenialność wody z analizowanych niecek basenowych nie przekraczała zalecanego poziomu 3,0 mgO₂/dm³ ponad wartość w wodzie uzupełniającej. Dodatkowo spełnione były wymagania jak dla wody przeznaczonej do spożycia, tj. 5,0 mgO₂/dm³ [1, 10, 12]. Analiza wartości utlenialności w wodzie z basenów z poziomym i pionowym systemem hydraulicznym nie wykazała istotnych różnic między nimi (rys. 4).

Stężenia chloru wolnego w wodzie basenowej powinny mieścić się w granicach od 0,3 do 0,6 mgCl₂/dm³ [1, 12]. W basenie H₃ stężenia chloru wolnego nie spełniały wymaganego minimum i mieściły się w zakresie 0,09–0,25 mgCl2/dm³. W basenie V4 stężenia chloru wolnego mieściły się w granicach 0,20–0,75 mgCl₂/dm³ i w znacznej większości próbek przekraczały wartość dopuszczalną, tj. 0,6 mgCl₂/dm³. W pozostałych basenach analiza stężeń chloru wolnego w zależności od zastosowanego systemu  przepływu wody basenowej nie wykazała istotnych różnic (rys. 5).

Stężenia chloru związanego we wszystkich badanych wodach basenowych nie spełniały wymagań wytycznych sanitarnohigienicznych w tym zakresie i wynosiły od 0,21 mgCl₂/dm³ w basenie V3 do 0,84 mgCl₂/dm³ w basenie V4 (rys. 6). Stężenia chloru związanego w badanych basenach z pionowym systemem hydraulicznym (z wyjątkiem basenu V4) były znacznie niższe (Vmed = 0,32 mgCl₂/dm³) niż w basenach z poziomym systemem hydraulicznym (Hmed = 0,52 mgCl2/dm³).

Analizując badania jakości wód basenowych prowadzone w latach ubiegłych, stwierdzić można, że stężenie chloru związanego na poziomie 0,2 mgCl₂/dm³ jest możliwe do uzyskania tylko w basenach, w których oprócz dezynfekcji związkiem chloru stosuje się ozonowanie lub naświetlanie strumienia wody promieniami UV [15–21].Stężenia azotu amonowego w badanych próbkach wody basenowej nie przekraczały wartości dopuszczalnej 0,5 mgN-NH₄/dm³, z wyjątkiem czterech próbek wody z niecki basenu V4, w których stwierdzono stężenia od 0,80 do 2,54 mgN-NH₄/dm³ (rys. 7). Nie stwierdzono także istotnych różnic między stężeniami azotu amonowego w próbkach wody pobieranych z basenów wyposażonych w poziomy i pionowy system hydrauliczny.

Mętność wody z rozpatrywanych basenów (rys. 8) odpowiadała wymaganiom normy DIN 19643 w basenach H1, H2, H3, H4, V1 i V4 (dopuszczalna wartość: 0,5 NTU [1, 13]). W basenach V2 i V3 odnotowano wartości mętności w zakresie od 0,5 do 1,0 NTU.

Pod względem analizowanych parametrów mikrobiologicznych jakość wody w basenach z poziomym i pionowym systemem hydraulicznym nie wykazywała istotnych różnic, a wartości tych parametrów spełniały wymagania odpowiednich przepisów [1, 10, 12].

Podsumowanie

Z badań modelowych prowadzonych od wielu lat w Zakładzie Wodociągów i Kanalizacji Politechniki Śląskiej wynika, że warunki cyrkulacji wody dla typowego basenu pływackiego są lepsze przy zastosowaniu pionowego systemu przepływu wody [4–8]. Nie można jednak jednoznacznie stwierdzić, że lepsze warunki cyrkulacji wody w basenach wyposażonych w pionowe systemy hydrauliczne przekładają się na lepszą jakościowo wodę.

W każdym z analizowanych basenów, niezależnie od zastosowanego systemu hydraulicznego, znaczna większość oznaczonych parametrów charakteryzujących jakość wody w niecce basenowej spełniała wymagania obowiązujących przepisów. Od wymagań sanitarnohigienicznych i normy DIN 19643 odbiegały stężenia chloru związanego (we wszystkich próbkach wody) i chloru wolnego (w próbkach wody z basenu H3 i V4). Obydwa te parametry są ze sobą ściśle związane i mają decydujące znaczenie dla zdrowia i komfortu osób kąpiących się (przyczyniają się do alergii, podrażnień oczu i błon górnych dróg oddechowych oraz nieprzyjemnego „chlorowego” zapachu wody).

Dla analizowanych wskaźników jakości wody basenowej stwierdzono następujące prawidłowości:

• najmniejsze stężenia chloru związanego odnotowano w wodzie z niecek basenów V1, V2, V3,
• wartości utlenialności w wodzie z niecek basenowych H1 i H2 były znacznie niższe,
• stężenia chloru wolnego w wodzie z niecki basenu H3 w każdej badanej próbce były niższe od wymagań zawartych w wytycznych sanitarnohigienicznych,
• największe stężenia azotu amonowego odnotowano w wodzie z niecki basenu V4,
• wartości mętności wody z niecek basenów H1 i H3 były znacznie niższe od pozostałych.

Normatywna jakość wody basenowej jest możliwa do uzyskania tylko przy współpracy właściwie zaprojektowanej i wykonanej instalacji cyrkulacji wody oraz sprawnego systemu jej oczyszczania.

Literatura

1. DIN 19643 Aufbereitung von Schwimm und Badebeckenwasser, 1997.
2. Hermanowicz W., Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków, Arkady, Warszawa 1999.
3. Piechurski F., Możliwości rozwiązania instalacji wody basenowej, „Rynek Instalacyjny” nr 5/1999.
4. Piechurski F., Badania warunków przepływu w nieckach basenów, mat. konf. II Sympozjum Nauk.-Tech. „Instalacje basenowe”, Ustroń 1999.
5. Piechurski F., Wąder K., Badania warunków przepływu wody w niecce basenu, mat. konf. III Sympozjum Nauk.-Tech. „Instalacje basenowe”, Ustroń 2001.
6. Piechurski F., Badania modelowe warunków przepływu w basenie sportowym, mat. konf. IV Sympozjum Nauk.- -Tech. „Instalacje basenowe”, Ustroń 2003.
7. Piechurski F., Badania modelowe warunków przepływu wody w niecce basenu pływackiego, mat. konf. V Sympozjum Nauk.-Tech. „Instalacje basenowe”, Ustroń 2005.
8. Piechurski F., Warunki projektowania instalacji cyrkulacji wody basenowej (cz. 1), „Pływalnie i Baseny” nr 7/2011.
9. Piechurski F., Warunki projektowania instalacji cyrkulacji wody basenowej (cz. 2), „Pływalnie i Baseny” nr 8/2011.
10. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 20 kwietnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (DzU nr 72/2010, poz. 466).
11. Saunus C., Planung von Schwimmbädern, Düsseldorf 1998.
12. Sokołowski C., Wymagania sanitarno-higieniczne dla krytych pływalni, MZiOS, Departament Zdrowia Publicznego, PZITS, Warszawa 1998, nr arch. 760.
13. Świetlik R., Dojlido J.R., Metody analizy wody i ścieków, Politechnika Radomska, Radom 1999.
14. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Wpływ systemu cyrkulacji wody na zmiany jej jakości w niecce basenowej, Konf. Nauk.-Tech. „Zaopatrzenie w wodę i jakość wód“, Gdańsk–Poznań 2002.
15. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Sprawność działania systemów dezynfekcji wód basenowych, mat. konf. IV Sympozjum Nauk.-Tech. „Instalacje basenowe“, Ustroń 2003.
16. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Metody i efekty dezynfekcji wód basenowych, Konf. Nauk.-Tech. „Aktualne zagadnienia w uzdatnianiu i dystrybucji wody”, Szczyrk 2003.
17. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Możliwości poprawy efektów działania systemów oczyszczania wody basenowej, mat. konf. V Sympozjum Nauk.-Tech. „Instalacje basenowe”, Ustroń 2005.
18. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Ocena efektów pracy instalacji oczyszczania wody basenowej, mat. konf. BALNEOTECHNICKE DNI’05, Bardejovske Kupele 2005.
19. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Zastosowanie nowoczesnych technologii dezynfekcji wody basenowej, Konf. Nauk.-Tech. „Zaopatrzenie w wodę, jakość i ochrona wód”, Zakopane 2006.
20. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Porównanie jakości wody w basenach z poziomym i pionowym systemem hydraulicznym, mat. konf. VI Sympozjum Nauk.-Tech. „Instalacje basenowe”, Zakopane 2007.
21. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Przyczyny modernizacji technologicznych układów oczyszczania wody basenowej, „Instal“ nr 7–8/2010.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!