Ocena jakości wody w różnych nieckach basenowych po przeprowadzonej modernizacji systemów jej oczyszczania

Jedną z cech współczesnych procesów urbanizacji jest ciągły rozwój i powiększanie aglomeracji miejskich. Szybka rozbudowa i modernizacja miast dostosowywana jest do potrzeb użytkowników, które są obecnie dość wygórowane. Współczesne społeczeństwo kładzie duży nacisk na zdrowy tryb życia oraz aktywność fizyczną. Większość miast stara się wyjść naprzeciw oczekiwaniom mieszkańców, dlatego w ciągu ostatniej dekady powstało wiele nowych obiektów rekreacjach, takich jak hale sportowe czy pływalnie. Według raportu udostępnionego w 2015 roku przez Ministerstwo Sportu i Turystyki w Polsce w 380 powiatach zlokalizowano 736 basenów krytych, a tylko 64 powiaty nie posiadały własnego obiektu wodno-rekreacyjnego [1]. Zakładając tak dynamiczny przyrost kompleksów sportowych, liczby te obecnie już pewnie uległy zmianie.

Wymagania jakościowe dla wody basenowej

Zapotrzebowanie społeczne na obiekty rekreacyjne wiąże się z bardzo ważnym aspektem, jakim jest zapewnienie na pływalniach odpowiednich warunków sanitarno-higienicznych i sanitarno-technicznych. Woda znajdująca się w niecce basenowej powinna być wolna od mikroorganizmów mogących stanowić jakiekolwiek zagrożenie dla zdrowia osób korzystających z obiektu. Wszystkie związki niepożądane występujące w wodzie, tj. martwy naskórek, mocz, pot, jak również mikroorganizmy, wprowadzane są za pośrednictwem użytkowników basenu – szacuje się, że jeden użytkownik wprowadza ok. miliarda bakterii, również chorobotwórczych [2]. Środowisko wodne stwarza idealne warunki do rozmnażania się patogenów. Kolejnym zagrożeniem dla osób przebywających na basenach są również niebezpieczne związki chemiczne, tj. monochloraminy (NH₂Cl), dichloraminy (NH₂Cl₂), trichloraminy (NH₂Cl₃), trihalogenometany (THM), będące produktami ubocznymi procesu jednostkowego, jakim jest dezynfekcja wody za pomocą chloru [3].

Aspekt prawny

Wraz z rozwijającymi się technologiami oczyszczania wody basenowej zmianom uległy również przepisy określające parametry jakości wody, jakie muszą być spełnione przed jej dotarciem do niecki basenu.

Pierwszym z wydanych w Europie dokumentów zawierających wytyczne związane z projektowaniem basenów kąpielowych jest niemiecka norma DIN 19643, wydana w 1984 i znowelizowana w 1997 roku [4]. Obejmuje ona nie tylko wskazania dotyczące eksploatacji basenów kąpielowych, ale także różne kombinacje technologiczne powiązane z kryteriami ogólnymi. Wskazuje na niezbędność wykorzystywania procesów jednostkowych w układach basenowych, takich jak filtracja, koagulacja, korekta pH wody i dezynfekcja chlorem [5].

Czytaj też: Problemy z utrzymaniem jakości wody basenowej w istniejących systemach jej oczyszczania >>

W Polsce parametry wody basenowej powinny odpowiadać jakości wody doprowadzanej do gospodarstw domowych według ustawy o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków [6, 7]. Uściślenie tych wymogów znajduje się w kolejnych aktach prawnych tj. w rozporządzeniu w sprawie wymagań, jakim powinna odpowiadać woda na pływalniach [8], wytycznych Głównego Inspektoratu Sanitarnego w sprawie wymagań dot. jakości wody oraz warunków sanitarno-higienicznych na pływalniach [9] i ustawie o bezpieczeństwie osób przebywających na obszarach wodnych [10]. Wymienione dokumenty określają dopuszczalne zawartości związków mikrobiologicznych i fizyko-chemicznych w wodzie, systematykę poboru próbek wraz z metodyką i zakresem oraz postępowanie w przypadku wykrycia nieprawidłowości. W tabeli 1 przybliżono najważniejsze parametry mikrobiologiczne i fizykochemiczne uwzględniane podczas przeprowadzania analiz na podstawie ww. dokumentów [8].

Technologie oczyszczania wody basenowej

Podczas powstawania nowej pływalni projektant powinien określić funkcje, jakie ma ona spełniać. W zależności od rodzaju danego elementu kompleksu wodno-rekreacyjnego dobierane są odpowiednie technologie, zapewniające komfortowe warunki użytkownikom obiektu. Bezpieczeństwo osób korzystających z basenu jest jednak najważniejsze, dlatego bardzo ważne jest, by woda, która wpływa do niecki basenu, była właściwie przygotowana, czyli miała odpowiednie parametry, niezagrażające zdrowiu kąpiących się ludzi.

Celem każdego systemu hydraulicznego niecki basenu jest zachowanie prawidłowego obiegu wody: basen – stacja filtracyjna – dezynfekcja – basen. Podstawowymi etapami cyrkulacji i oczyszczania wody są: odzyskiwanie wody ze zbiornika (przez odpływy, rynny przelewowe), filtracja (stacja oczyszczania wody), dezynfekcja produktami chemicznymi, podgrzewanie i ponowne wprowadzanie oczyszczonej wody do niecki basenu poprzez dysze dopływowe. Kolejnym istotnym elementem pozwalającym na zachowanie dobrej jakości wody jest jej częściowa wymiana na wodę świeżą, pochodzącą z wodociągu oraz jej oczyszczenie i wymieszanie. Prawidłowy projekt stacji uzdatniającej wodę basenową wraz ze stacją dozowania środków dezynfekujących powinien współpracować z systemem hydraulicznym, który dobierany jest do konstrukcji i kształtu niecki basenowej. Dysze doprowadzające oczyszczoną wodę powinny być rozmieszczone w sposób regularny w celu uniknięcia powstawania martwych przestrzeni, na których mogą się gromadzić zanieczyszczenia będące pożywką dla bakterii i glonów.

Dobrze wykonana instalacja cyrkulacji wody basenowej powinna zapewniać:

• optymalną częstotliwość wymiany,
• dezynfekcję wody wpływającej do basenu, zapewniającą wysoki stopień usuwania niebezpiecznych bakterii,
• szybki proces mieszania się wody świeżej z wodą znajdującą się w niecce basenu,
• zachowanie dostatecznej temperatury wody w basenie,
• eliminację zanieczyszczeń istniejących w wodzie basenowej.

Utrzymanie poprawnych warunków higieniczno-sanitarnych w basenie uzależnione jest od regularnego monitoringu parametrów wody oraz zachowywania higieny wszystkich elementów istniejących w obiekcie. Ważne jest systematyczne oczyszczanie i dezynfekcja powierzchni mających kontakt z wodą, w tym również zapleczy (szatnie i natryski).

Ze względu na śladowe zawartości związków występujących w wodzie nie możemy wykluczyć ich negatywnego wpływu na ludzki organizm, tym samym oszacowanie toksyczności ww. substancji wciąż pozostaje kwestią sporną. W literaturze przedmiotu możemy się spotkać z wieloma tezami oraz badaniami dotyczącymi oceny ryzyka powikłań związanych z przebywaniem w obiektach, w których występuje istotne stężenie tych związków chemicznych. Analizy dotyczące wpływu związków chemicznych obecnych w wodzie basenowej i powietrzu opierają się głównie na badaniach przeprowadzanych wśród sportowców olimpijskich, ze względu na ich najczęstszy kontakt z wodą basenową. Stwierdzono, że obecność produktów ubocznych wynikających z procesu dezynfekcji DPB ma działanie rakotwórcze [11]. Kolejne wnioski wynikające z badań potwierdzają, że pozostałe substancje lotne są odpowiedzialne za nieprzyjemny, drażniący zapach, który może być przyczyną problemów z oddychaniem, m.in. z nasileniem astmy, oraz zawrotami głowy [12].

Systemy cyrkulacyjne w basenach

Wśród opisanych w literaturze metod cyrkulacyjnych możemy wyróżnić dwa najczęściej stosowane systemy przepływu wody basenowej: przepływ poziomy i pionowy. W pierwszym, zwanym także horyzontalnym, woda oczyszczona jest wprowadzana do niecki przez wloty – dysze rozmieszczone na dłuższych, przeciwległych ścianach basenu w sposób naprzemienny. Nadmiar wody zbierany jest równomiernie przez rynny przelewowe, które odprowadzają ją grawitacyjnie do zbiornika przelewowego. Takie rozwiązanie stosowane jest w przypadku regularnego kształtu basenu lub braku miejsca pod niecką.

W systemie pionowego przepływu dysze napływowe lokalizowane są na dnie niecki basenu. Zużyta woda nadal odprowadzana jest w sposób ciągły za pomocą koryt przelewowych umieszczonych wokół basenu. Sposób doprowadzenia wody przez dysze denne powoduje jej wymianę na dużym obszarze z równoczesnym dostarczeniem dezynfektantów, nie powodując rozwarstwienia temperatury.

Procesy uzdatniania wody

System filtracji i cyrkulacji jest bijącym sercem basenu i wraz z zastosowaniem odpowiednich środków chemicznych chroni wodę przed skażeniem. Jednocześnie dobrze zaprojektowany i eksploatowany system gwarantuje utrzymanie odpowiedniej jakości wody w niecce. W tym celu stosuje się koagulację, filtrację, dezynfekcję i korektę pH.

Zaprojektowanie prawidłowego systemu uzdatniania wody zależy od kilku istotnych czynników, takich jak: powierzchnia niecki, obciążenie nominalne, właściwości fizykochemiczne wody czy koszty, jakie inwestor będzie musiał ponieść podczas budowy, a później przy eksploatacji obiektu.

Czytaj też: Bilans jakości wody dla wybranego obiektu basenowego >>

W celu osiągnięcia jak najlepszego efektu oczyszczenia wody basenowej stosowane są procesy jednostkowe, które połączone ze sobą w odpowiedniej konfiguracji pozwalają na uzyskanie satysfakcjonujących paramentów jakości wody. Poniżej przedstawiono najczęściej stosowane układy oczyszczania wody basenowej.

• Koagulacja + filtracja przez złoże piaskowe wielowarstwowe lub z warstwą antracytu + korekta pH + dezynfekcja chlorem.
• Koagulacja + filtracja + ozonowanie z wydłużonym czasem kontaktu ozonu z wodą + filtracja przez złoże sorpcyjne – węglowe + korekta pH + dezynfekcja chlorem.
• Koagulacja + ozonowanie ze skróconym czasem kontaktu ozonu z wodą + filtracja przez złoże wielowarstwowe + korekta pH + dezynfekcja chlorem.
• Ozonowanie + koagulacja +filtracja przez złoże piaskowo-węglowe + korekta pH + chlorowanie.
• Koagulacja + filtracja przez złoże wielowarstwowe + ozonowanie części strumienia wody obiegowej + korekta pH + chlorowanie.
• Koagulacja + filtracja przez złoże wielowarstwowe + UV + korekta pH + chlorowanie.
• Filtracja podciśnieniowa z namywaną warstwą + korekta pH + chlorowanie.

Kryta pływalnia w miejscowości C

Obiekt powstał w roku 2000 i poddawany był wielokrotnym remontom i modernizacjom. Podczas ostatnich renowacji, zakończonych w grudniu 2017 roku, wymienione zostały filtry wraz z całym orurowaniem i armaturą. Dzięki przeprowadzonym pracom modernizacyjnym stan jakości wody obiegowej w poszczególnych instalacjach uległ poprawie.

Kompleks basenowy składa się z pięciu niezależnych obiegów wody:

• basen do pływania,
• basen rekreacyjny,
• baseny z hydromasażem – whirlpool – jacuzzi,
• brodzik dla dzieci,
• basen hamowny.

W obrębie brodzika znajdują się atrakcje wodno-powietrzne – bicze i parasol wodny (fot. 1). Kolejnym elementem obiektu jest basen rekreacyjny z dwoma whirlpoolami (fot. 2). Ostatnią i największą nieckę stanowi basen do pływania (fot. 3). Kompleks ma jedną zjeżdżalnię o długości 75 m, zakończoną basenem hamownym (fot. 4).

Modernizacje

Zakres przeprowadzonej modernizacji obejmował całą instalację technologiczną odpowiedzialną za uzdatnianie i doprowadzanie wody do niecek basenów. Wymieniono wszystkie filtry wraz ze złożem, armaturę, pompy obiegowe oraz opomiarowanie (fot. 5–8). Nowe zbiorniki filtracyjne wypełnione są złożem filtracyjnym wielowarstwowym:

• warstwa podtrzymująca: żwir filtracyjny o granulacji 3,0–5,0 mm,
• warstwa filtracyjna: żwir filtracyjny o granulacji 1,0–2,0 mm,
• warstwa filtracyjna: żwir filtracyjny o granulacji 0,4–0,8 mm,
• warstwa filtracyjna: hydroantracyt o granulacji 0,8–1,6 mm.

W celu wspomagania procesu uzdatniania na każdym z omawianych obiegów zainstalowano lampy UV (fot. 9).

Opis technologii uzdatniania

Cały proces uzdatniania wody basenowej odbywa się w systemie zamkniętym z górnym przelewem i zbiornikiem retencyjnym. Do wody dawkowany jest koagulant. Później woda kierowana jest na filtry wielowarstwowe, gdzie następuje całkowite oczyszczenie wody basenowej. Po przefiltrowaniu woda przepływa najpierw przez lampy UV, a później kieruje je na wymienniki ciepła, gdzie następuje jej podgrzanie do wymaganej temperatury. Po podgrzaniu do wody dawkowany jest korektor pH oraz środek dezynfekcyjny w postaci płynnego podchlorynu sodu za pomocą pompek dozujących. Do korekcji odczynu pH dawkowany jest do obiegu kwas solny. Uzdatniona woda basenowa jest doprowadzana do niecki basenu za pomocą systemu dennych dysz zasilających, rozmieszczonych równomiernie w dnie każdej z niecek.

Wyniki badań

Oceny jakości wody dokonano w oparciu o laboratoryjne wyniki badań wody z każdej z omawianych pływalni. Wyniki oceniono na podstawie wymogów wyszczególnionych w rozporządzeniu [8]. Zakres analizowanych parametrów obejmował:

• ogólną liczbę mikroorganizmów,
• liczbę bakterii Escherichia coli,
• liczbę bakterii Pseudomonas aeuginosa,
• liczbę bakterii Legionella sp.,
• mętność,
• utlenialność,
• chlor wolny,
• chlor związany,
• redox,
• pH,
• chloroform.

Badania prowadzone były zgodnie z harmonogramem ustalonym z Państwowym Inspektoratem Sanitarnym.

Czytaj też: Ocena i analiza zużycia wody w różnych pływalniach krytych >>

Wyniki badań wody w krytej pływalni

W ramach kontroli jakościowej wody do analizy pobierano próbki z niecek basenowych oraz z systemów cyrkulacji. Pobór próbek odbywał się między godziną 7:30 a 12:30. Wykresy na rys. 1–20 przedstawiają najważniejsze wyniki rutynowych badań przeprowadzonych dla każdego z obiegów znajdujących się w obiekcie. Zebrane i zilustrowane dane odzwierciedlają ok. 4 lata badań – od listopada 2016 do lipca 2019 roku.

Na rys. 1–5 przestawione zostały wyniki badań dotyczące brodzika.

Wartości stężenia chloru związanego w niecce brodzika dziecięcego przed modernizacją utrzymywały się na poziomie od 0,48 do 1,09 mg/dm³, przekraczając dopuszczalne wartości. Pod koniec stycznia 2018 roku można zauważyć znaczą poprawę tego parametru, o 79,82%, co może świadczyć o uruchomieniu promienników UV. Zawartość chloroformu nie uległa zmianie i utrzymywała się na poziomie 0,025 mg/dm³, nie przekraczając dopuszczalnej wartości. Poziom mętności nie przekraczał 0,5 NTU. Woda w niecce brodzika odpowiada obowiązującym wymaganiom i nie stanowi zagrożenia dla dzieci.

Na rys. 6–10 przestawione zostały wyniki badań dla basenu rekreacyjnego. Średnie stężenie chloru wolnego w niecce basenu rekreacyjnego w ciągu czterech lat utrzymywało się na poziomie 0,45 mg/dm³ i mieściło w normach. Wartość chloru związanego przed modernizacją czasem nawet czterokrotnie przekraczała dopuszczalne parametry. W momencie rozpoczęcia pracy lamp UV średni poziom chloru związanego obniżył się o 79,17%. Poziom mętności przed oraz po instalacji promienników UV nie przekroczył maksymalnej wartości. Średnia zawartość chloroformu wynosiła 0,022 mg/dm³.

Na rys. 11–15 przestawione zostały wyniki badań dla basenu do pływania. Woda w basenie do pływania ma podobne parametry jak w basenie rekreacyjnym. Średnie stężenie chloru wolnego w niecce basenu utrzymuje się na poziomie 0,43 mg/dm³ i mieści w normach. Wartość chloru związanego przed modernizacją niejednokrotnie przekraczała dopuszczalne parametry. W momencie rozpoczęcia pracy lamp UV poziom chloru związanego waha się między 0,04 a 0,20 mg/dm³. Poziom mętności przed, jak również po instalacji promienników UV nie przekroczył maksymalnej wartości. W przypadku obiegu basenu do pływania nie zarejestrowano podwyższonych wartości chloroformu, co może świadczyć o niewielkim udziale związków organicznych, przyczyniających się do powstawania niebezpiecznych dla zdrowia ubocznych produktów dezynfekcji. Zawartość chloroformu utrzymywała się na poziomie 0,022 mg/dm³, nie przekraczając dopuszczalnych parametrów.

Na rys. 16–20 przedstawione zostały wyniki badań dla niecki wanien z hydromasażem – jacuzzi. W nieckach wanien z hydromasażem ze względu na wysoką temperaturę oraz małą powierzchnię lustra wody najtrudniej utrzymać odpowiednie parametry jakościowe wody. Wyniki badań wykazują, że średnia zawartość chloru wolnego utrzymywała się na poziomie 0,78 mg/dm³ i tym samym mieściła w dopuszczalnym zakresie. Średnia wartość stężenia chloru związanego w nieckach jacuzzi przez prawie cztery lata badań utrzymywała się na poziomie 0,19 mg/dm³. Poziom mętności nie przekroczył maksymalnej wartości. Zawartość chloroformu wahała się między 0,011 a 0,029 mg/dm³ i nie przekraczała określonych górnych granic stężeń.

Badania mikrobiologiczne

Poza wynikami badań parametrów fizykochemicznych trzeba również zwrócić uwagę na wskaźniki mikrobiologiczne. Do najniebezpieczniejszych mikroorganizmów zaliczamy przede wszystkim pałeczkę ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa), bakterie Legionella (Legionella pneumophila) oraz pałeczkę okrężnicy (Escherichia coli). Jednostkowa obecność któregokolwiek z wymienionych mikroorganizmów stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia osób korzystających z kąpieli w basenach.

Na podstawie analizowanych wyników badań mikrobiologicznych można stwierdzić, że w każdej z niecek basenów nie odnotowano pojawienia się niebezpiecznych bakterii w wodzie.

Podsumowanie

Głównym celem przedstawionej analizy wyników badań była ocena sprawności systemów uzdatniania wody basenowej po ich modernizacji w nieckach o różnym przeznaczeniu. Wszystkie analizowane wyniki badań odpowiadały aktualnym wymaganiom jakościowym.

Najczęściej pojawiającym się problemem na każdym z basenów był zbyt wysoki poziom chloru związanego oraz występowanie chloroformu.

W układach technologicznych analizowanych basenów zamontowane są filtry ciśnieniowe ze złożem wielowarstwowym piaskowo-antracytowym. Dodatkowo proces uzdatniania wody wspomagany jest przez naświetlanie promieniami niskociśnieniowych reaktorów UV.

Na podstawie analizowanych wyników badań mikrobiologicznych można stwierdzić, że w żadnej z niecek basenów nie odnotowano pojawienia się niebezpiecznych bakterii.

Czytaj też: Straty ciepła zjeżdżalni wodnych w basenach krytych >>

Najważniejszym czynnikiem wpływającym na wszystkie parametry są mikroorganizmy i zanieczyszczania wprowadzane do wody niecek basenów przez osoby z nich korzystające. Przeprowadzona modernizacja instalacji oczyszczania wody – wymiana filtrów, zabudowa reaktorów UV i systemu monitoringu jakości wody – przynosi spodziewane efekty.

Literatura

1. Ministerstwo Sportu i Turystyki, Pływalnie kryte w Polsce – inwentaryzacja bazy sportowej, kwiecień 2015
2. Wyczarska-Kokot Joanna, Wpływ metody dezynfekcji na zawartość chloramin w wodzie basenowej, „Ochrona Środowiska” 2014, Vol. 36, nr 2, s. 37–38
3. Kanikowska A., Napiórkowska-Baran K., Graczyk M., Kucharski M.A., Influence of chlorinated water on the development of allergic diseases – An overview, „Annals of Agricultural and Environmental Medicine” 2018, Vol. 25, No. 4
4. Saunus Ch., Niemieckie standardy związane z projektowaniem basenów kąpielowych w oparciu o nową normę DIN 19643, II Sympozjum Naukowo-Techniczne „Instalacje Basenowe”, 1999
5. Wyczarska-Kokot Joanna, Nowoczesne i innowacyjne technologie oczyszczania wody basenowej (cz. 1), „Rynek Instalacyjny” 1–2/2013
6. Ustawa o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków (DzU 2001, nr 72, poz. 747, z późn. zm.)
7. Piechurski Florian G., Badania zastosowania różnych rozwiązań urządzeń do wspomagania oczyszczania wody basenowej w krytych pływalniach, „Instal” 11(411)/2019, s. 39–44
8. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 9 listopada 2015 r. w sprawie wymagań, jakim powinna odpowiadać woda na pływalniach (DzU 2015, nr 208, poz. 1240)
9. Wytyczne Głównego Inspektoratu Sanitarnego w sprawie wymagań jakości wody oraz warunków sanitarno-higienicznych na pływalniach, 2014
10. Ustawa z dnia 18 sierpnia 2011 r. o bezpieczeństwie osób przebywających na obszarach wodnych (DzU 2011, nr 208, poz. 1240)
11. Du Y., Xiao-Tong Lv, Qian-Yuan Wu et al., Formation and control of disinfection byproducts and toxicity, during reclaimed water chlorination, „Journal of Environmental Sciences:, 2017, Vol. 58, p. 52–54
12. Tardif Rovert, Rodriguez Manuel, Catto Cyril et al., Concentrations of disinfection by-products in swimming pool following modifications of the water treatment process, „Journal of Environmental Sciences“, 2017, Vol. 58, p. 164–165