Nowoczesne i innowacyjne technologie oczyszczania wody basenowej (cz. 2)

Współczesne systemy oczyszczania wody basenowej

Systemy i złoża filtracyjne

Filtracja jest głównym procesem w systemie oczyszczania wody basenowej, którego celem jest usunięcie z wody zawiesin o różnym stopniu dyspersji. Tym samym chroni ona dalszą część instalacji przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz zamuleniem, a efekt filtracji wody basenowej wpływa na efekt kolejnych procesów: dezynfekcji i korekty pH wody.

Filtry basenowe można podzielić według kilku kryteriów:

• ze względu na sposób wymuszenia przepływu wody przez złoże filtracyjne: filtry ciśnieniowe (zamknięte) i podciśnieniowe (otwarte i zamknięte),
• ze względu na prędkość filtracji: powolne i pośpieszne,
• ze względu na liczbę warstw materiału filtracyjnego i jego rodzaj: jednowarstwowe i wielowarstwowe.

Pierwszymi współczesnymi filtrami basenowymi były ciśnieniowe filtry jednowarstwowe, w których wypełnienie stanowił jeden rodzaj materiału filtracyjnego o różnym uziarnieniu – najczęściej piasek lub żwir. Podczas filtracji jednowarstwowej zanieczyszczenia znajdujące się w filtrowanej wodzie zostają zatrzymane na powierzchni ziaren materiału filtracyjnego lub w jego górnej części.

Filtry jednowarstwowe są nadal stosowane w technologii basenowej, jednak w poszukiwaniu lepszych efektów uzdatniania wody połączono, znaną dotychczas z filtracji jednowarstwowej, metodę zatrzymywania zanieczyszczeń na powierzchni ziaren filtra z metodą, w której dzięki grubszemu uziarnieniu materiału filtracyjnego zawiesiny i inne zanieczyszczenia przedostają się głębiej do złoża filtracyjnego.

Tak powstały filtry wielowarstwowe, które w porównaniu z jednowarstwowymi charakteryzują się dłuższym cyklem filtracyjnym i mogą być obciążone większą ilością zanieczyszczeń przy jednocześnie mniejszym zapotrzebowaniu na wodę do płukania [24].

Filtry wielowarstwowe składają się z dwóch lub trzech warstw różnych materiałów filtracyjnych. Górną warstwę stanowi materiał o grubszym uziarnieniu i małej gęstości, a dolną drobnoziarnisty materiał o dużej gęstości. Górna warstwa pracuje jako filtr przestrzenny, a zadaniem dolnej jest zatrzymanie drobnych cząsteczek, przez co otrzymuje się lepsze efekty filtracji w porównaniu do filtrów jednowarstwowych [24].

Jako wypełnienia filtrów wielowarstwowych stosuje się najczęściej żwir filtracyjny (warstwa podtrzymująca), piasek kwarcowy i antracyt (właściwe warstwy filtrujące).

W obecnie stosowanych układach filtracji wody basenowej stosuje się tylko filtry pośpieszne, tzn. takie, w których filtracja wody przebiega z prędkością 30 m/h [5]. Przy takiej prędkości filtry oczyszczają wodę basenową tylko z zanieczyszczeń wytrąconych z wody, a ich płukanie zgodnie z wytycznymi DIN 19643 powinno odbywać się nie rzadziej niż raz na 2–3 doby [6, 12, 31].

Należy pamiętać, że filtr dla każdego basenu publicznego powinien być przystosowany do złoża o wysokości minimum 1200 mm i mieć konstrukcję zgodną z DIN 19605 [5].

Filtry ciśnieniowe wielowarstwowe z warstwą antracytu są obecnie stosowane dość powszechnie w układach filtracyjnych wody basenowej. Udowodniono jednak, że po pewnym czasie warstwa antracytu staje się siedliskiem rozwoju mikroorganizmów (w tym chorobotwórczych), które przy sprzyjających warunkach hydraulicznych mogą być wymywane do filtratu i stanowić zagrożenie dla zdrowia osób kąpiących się oraz obsługi technicznej basenu.

Ponadto warstwa antracytu powoduje zwiększone zużycie chloru wolnego i zwiększa koszty zakupu filtra oraz koszty związane z jego eksploatacją (konieczność okresowej wymiany warstwy antracytu) [39, 42].

Pomimo że warstwa antracytu skutecznie bierze udział w redukcji chloramin z wody basenowej, przy zastosowaniu naświetlania wody promieniami UV (zwłaszcza lamp średniociśnieniowych) lub ozonowania jej stosowanie jest zbędne.

Powszechnie stosowane są dwie wysokości złóż w filtrach ciśnieniowych: 1200 mm dla filtrów jednowarstwowych i 1500 mm dla wielowarstwowych. Średnice filtrów ciśnieniowych mieszczą się w granicach 600–3000 mm. Wymagania dla filtrów ciśnieniowych stosowanych w technologii basenowej przedstawiono w tabeli 1 [6].

Dobrą praktyką instalatorską w układach oczyszczania wody basenowej jest montaż kurków do poboru próbek wody w charakterystycznych punktach obiegu basenowego: przed filtrem (do kontroli jakości wody dopływającej do filtra), za filtrem (do kontroli jakości filtratu), przed i za lampą UV oraz każdym innym urządzeniem pracującym w obiegu wody basenowej.

Coraz większą popularność w oczyszczaniu wody basenowej zdobywają również filtry podciśnieniowe, znane wcześniej z zastosowań w przemyśle [36]. Aby woda w basenie była pozbawiona mętności i spełniała wymagania obowiązujących przepisów, stosowanie filtrów ciśnieniowych musi być połączone z prowadzeniem procesu koagulacji wspomagającej filtrowanie wody. Wiąże się to oczywiście z większymi kosztami eksploatacji obiektu basenowego. Przy stosowaniu otwartych filtrów podciśnieniowych nie ma potrzeby dodatkowego wspomagania procesu filtracji.

Filtry podciśnieniowe mogą być wykonywane jako otwarte lub zamknięte. W filtrach podciśnieniowych otwartych jako materiał filtracyjny stosuje się ziemię okrzemkową, perlit lub włókna celulozy – namywany on jest na tkaninę filtracyjną.

Ziemia okrzemkowa ze względu na swoją pylistość jest materiałem wymagającym szczególnych środków ostrożności (według rozporządzenia ministra zdrowia z 11 września 1996 r. określającego czynniki szkodliwe i uciążliwe dla zdrowia pracowników zawodowo narażonych na nie). Ponieważ może ona stwarzać zagrożenie dla zdrowia ludzi, podjęto próby jej zastąpienia perlitem lub włóknami celulozy.

Perlit jest występującą w naturze skałą wulkaniczną i nie jest szkodliwy dla ludzi. Udowodniono również znaczne oszczędności przy stosowaniu tego materiału do filtracji wody basenowej w stosunku do ziemi okrzemkowej. Podobne korzyści płyną ze stosowania celulozy w technologii oczyszczania wody basenowej. Celuloza jest całkowicie nieszkodliwa dla zdrowia, a jej włókna są o połowę lżejsze od ziemi okrzemkowej [30, 56].

Z kolei w filtrach podciśnieniowych zamkniętych materiałem filtracyjnym jest piasek kwarcowy o różnym uziarnieniu, a w uzasadnionych przypadkach piasek kwarcowy i antracyt [39, 42].

Systemy dezynfekcji

Nowoczesne technologie oczyszczania wody basenowej, dobór właściwych preparatów chemicznych oraz wysoka efektywność filtrowania i dezynfekcji gwarantują uzyskanie wody kąpielowej odpowiadającej rygorystycznym wymaganiom w tym zakresie i zapewniającej osobom kąpiącym się komfort i bezpieczeństwo pod względem zdrowotnym.

Coraz większą popularnością cieszą się systemy wspomagające końcową dezynfekcję wody związkiem chloru i obejmujące proces naświetlania promieniami UV lub ozonowania. Włączanie tych procesów w układy technologiczne oczyszczania wody basenowej pozwala na stosowanie mniejszych dawek chloru na końcowym etapie jej dezynfekcji [41, 43, 44, 46, 48].

To z kolei umożliwia obniżenie stężeń związków chloroazotowych powodujących alergie, podrażnienia górnych dróg oddechowych oraz układu pokarmowego, mających właściwości mutagenne i odpowiedzialnych za typowy nieprzyjemny zapach wody basenowej [9, 10, 13, 14, 16, 18, 19, 20, 32, 38].

O tym, jak ogromną wagę przykłada się do konieczności ograniczania ubocznych produktów dezynfekcji w wodach basenowych, świadczyć może chociażby kilka wybranych opracowań naukowych z zakresu higieny i zdrowia człowieka opublikowanych w latach 2008–11 w renomowanych czasopismach zachodnich [20, 9, 38, 13, 18, 16, 28].

Podstawowym czynnikiem stanowiącym o bezpieczeństwie użytkowników basenu jest stała dezynfekcja wody basenowej. Skuteczność środka dezynfekcyjnego zależy nie tylko od jego rodzaju, ale i od ciągłej obecności w wodzie basenowej w odpowiednim stężeniu. Ważne jest dobranie środka dezynfekcyjnego tak, aby zapewnić działanie bakteriobójcze i wirusobójcze, a jednocześnie nie powodować szkodliwego wpływu na zdrowie kąpiących się osób.

Podstawowym kryterium określającym skuteczność działania środka dezynfekującego jest szybkość działania antyseptycznego, ponieważ drobnoustroje powinny zostać zniszczone możliwie jak najwcześniej. Według normy DIN 19643 prędkość ta wynosi 10³ bakterii Escherichia coli w ciągu 30 sekund i 10⁴ bakterii Pseudomonas aeruginosa w ciągu 30 sekund [6].

Do środków dezynfekcyjnych stosowanych w technologii oczyszczania wody basenowej należą: podchloryn sodu, chlor gazowy, chlor elektrolityczny oraz ozon i promienie UV w połączeniu z chlorem. Rzadziej stosowane są: brom, jod i jony srebra w połączeniu z chlorem. W basenach zasilanych wodami mineralnymi, np. rehabilitacyjnych i sanatoryjnych, popularność zdobywają technologie „nisko zasolonej wody”, polegające na elektrolizie soli NaCl dodawanej bezpośrednio do niecki basenowej [51].

W kilku basenach w Polsce działają – jak na razie eksperymentalnie – urządzenia wykorzystujące emisję pola elektromagnetycznego oraz rozciągnięte częstotliwości dźwiękowe do wspomagania procesu dezynfekcji wody [27].

Najważniejszą substancją chemiczną na basenie jest chlor, który doskonale dezynfekuje wodę, a prawidłowo dozowany jest całkowicie bezpieczny dla kąpiących się ludzi.

Chlor możemy dozować do wody w postaci czystego pierwiastka chemicznego (gazu) lub związków chemicznych – podchlorynów sodu i wapnia. Jednak ze względu na bardzo rygorystyczne przepisy używania tej substancji nie projektuje się w Polsce nowych instalacji chloru gazowego.

W Polsce do dezynfekcji wody basenowej najczęściej używa się podchlorynu sodu. Pod tą nazwą kryją się dwa różne produkty – jednym jest podchloryn sodu (120–145 mgCl₂/dm³) stabilizowany na okres 6 miesięcy, a drugim podchloryn pochodzący z zakładów chemicznych, będący odpadem poprodukcyjnym o trudnej do określenia ilości chloru w jednostce objętości, dodatkowo zawierającym dużo niekorzystnych dla basenu i jego użytkowników substancji chemicznych i zanieczyszczeń.

Dezynfekcja podchlorynem sodu

Dodawanie chloru w postaci podchlorynu sodu jest szeroko stosowaną w Polsce metodą dezynfekcji. Chlor należy wprowadzić do dezynfekowanej wody w takiej ilości, aby pokryć zapotrzebowanie na utlenienie substancji organicznych i nieorganicznych oraz pozostawić nadmiar, tzw. chlor użyteczny zapewniający wodzie właściwości bakteriostatyczne.

Jeżeli w wodzie dezynfekowanej występują związki azotowe (np. produkty rozkładu mocznika i potu), to chlor utworzy z nimi chloraminy będące główną przyczyną alergii oraz podrażnień oczu, błon górnych dróg oddechowych i układu pokarmowego. Ponadto chloraminy odpowiedzialne są za charakterystyczny nieprzyjemny zapach wody i mają właściwości mutagenne [9, 10, 13, 14, 16, 19, 20, 28, 32, 38].

Roztwór NaOCl powstaje przez wprowadzenie chloru gazowego do rozcieńczonego ługu sodowego. Chlor występuje tutaj w postaci soli kwasu podchlorawego i jest to roztwór o silnych właściwościach alkalicznych.

Wśród zalet dezynfekcji podchlorynem sodu niewątpliwie wymienić można: łatwy montaż instalacji, niskie koszty inwestycyjne, łatwe dozowanie uderzeniowe oraz wydłużony czas działania chloru. Do wad należą: ograniczona trwałość składowania podchlorynu, tworzenie chloramin oraz wzrost wartości pH, którą można regulować przez dodawanie większych ilości silnych kwasów (HCl lub H₂SO₄).

W Polsce nie ma szczegółowych norm dotyczących jakości podchlorynu sodu. W większości pływalni, które są własnością gmin, najniższa cena zakupu preparatu jest podstawowym kryterium wyboru dostawcy podchlorynu sodu, a to z kolei jest bardzo często powodem obniżenia jakości wody w pływalni i szybkiego zużycia urządzeń stanowiących instalację pomiaru i dozowania chloru.

Podobne problemy miały pływalnie w Europie Zachodniej w latach 70. Konieczność wyboru między złym technicznym, ale tanim podchlorynem oraz dobrym, ale dość drogim doprowadziła do znalezienia trzeciego rozwiązania – produkcji czystego chemicznie podchlorynu sodu z soli kuchennej i wody w procesie elektrolizy membranowej.

Zastosowanie membrany w procesie elektrolitycznego uzyskiwania podchlorynu sodu jest koniecznością, ponieważ dzięki niej można odseparować solankę i nie zasalać wody w basenie.

Dezynfekcja podchlorynem sodu wytwarzanym metodą elektrolizy membranowej

Do produkcji chloru metodą elektrolizy membranowej wykorzystuje się dwa najtańsze i szeroko dostępne produkty – wodę i chlorek sodu NaCl. Podstawą urządzeń do wytwarzania NaOCl w procesie elektrolizy membranowej jest tzw. pakiet elektrolizy, zwany również pakietem celi membranowej. Mają one wydajność od 25 g do 20 kg wolnego chloru na godzinę przy stężeniu 35–40 g/l [53].

Urządzenia te nie wymagają od pracowników pływalni dodatkowych czynności poza dosypywaniem soli do zbiornika solanki. W razie potrzeby komunikują się za pomocą podłączonego modemu z serwisem i tą samą drogą mogą być zmieniane ich parametry pracy. Do wyprodukowania 1 kg wolnego chloru potrzebują 1,7 kg NaCl, 3,5 kWh prądu elektrycznego i do 50 litrów wody.

Cena kilograma tak otrzymanego chloru nie przekracza zatem 2,80 zł (1 kg chloru otrzymany z podchlorynu stabilizowanego kosztuje ok. 30–35 zł, a z podchlorynu technicznego ok. 12 zł).

Dostępne są także urządzenia do wytwarzania dezynfektanta (podchlorynu sodu lub kwasu podchlorawego) przy wykorzystaniu metody elektrolizy rurowej lub membranowej o wydajności od 50 do 3500 g/h [54]. W celu przedłużenia żywotności urządzeń woda procesowa jest uzdatniana przez zintegrowany układ zmiękczania.

Wszystkie systemy o wydajności większej niż 50 g/h wyposażone są w certyfikowany system wentylacji służący do usuwania wytworzonego wodoru, a te o wydajności powyżej 600 g/h w wykrywacz chloru oraz monitoring online układu zmiękczania.

Kompaktowe systemy elektrolizy przeznaczone są szczególnie dla małych basenów pływackich i wanien z hydromasażem (prywatnych i hotelowych). Wytwarzają one metodą podciśnieniową chlor gazowy wysokiej czystości, który rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwas podchlorawy. Reakcja przebiega szybko i bezpiecznie wewnątrz urządzenia.

Dzięki zastosowanej technice membranowej powstający ług sodowy może być gromadzony oddzielnie i następnie zastosowany do korekty pH. Ponieważ proces elektrolizy jest ciągły, umożliwia to również stałe dozowanie kwasu podchlorawego.

Związany z ługiem sodowym nadmiar chloru gazowego może zostać jako podchloryn sodu przejściowo zmagazynowany i używany do pokrycia szczytowych zapotrzebowań. Dzięki temu dane urządzenie nie musi być projektowane pod kątem maksymalnego zapotrzebowania na chlor, ale dla średniego zapotrzebowania dobowego.

Dozowanie wszystkich trzech chemikaliów odbywać się może poprzez jeden wspólny system inżektorowy, który może być rozbudowany do większej liczby punktów dozowania (maks. 16). Urządzenie takie nadaje się szczególnie do obiektów kąpielowych z większą liczbą basenów, tzw. aquaparków [54].

Obecnie urządzenia produkujące podchloryn sodu bezpośrednio w obiekcie basenowym (in situ) w procesie elektrolizy membranowej stają się standardowym wyposażeniem nowoczesnych basenów publicznych w Polsce. Niezależnie od możliwych do uzyskania korzyści finansowych najważniejszą korzyścią dla wszystkich przebywających w takim basenie jest wzorowo prowadzona dezynfekcja oraz wyraźne ograniczenie chloramin w wodzie (brak nieprzyjemnego zapachu w hali basenowej).

Podstawową zaletą instalacji elektrolizy membranowej jest możliwość uzyskiwania większego stężenia chloru (35 g aktywnego chloru na 1 dm³ wody) w porównaniu z innymi metodami jego wytwarzania (15–18 g aktywnego chloru na 1 dm³). Dzięki zmiękczaniu wody roztwór pozbawiony jest dodatkowych zanieczyszczeń i w mniejszym stopniu zwiększa zasolenie wody basenowej niż zwykły podchloryn sodu, a zamknięcie układu (brak produktów ubocznych) umożliwia pełne wykorzystanie stosowanej soli.

Inne zalety to: mały zbiornik zapasowy, małe pompy dozujące, mniejszy wpływ na wartość pH wody basenowej, łatwość dopasowania wielkości instalacji do wymagań eksploatacyjnych, łatwa instalacja i rozruch, zautomatyzowana obsługa, możliwość uruchomienia instalacji w dowolnej chwili oraz wysokie bezpieczeństwo, sprawność i ekonomika procesu [33, 34].

Dezynfekcja ozonem

Ozon jest gazem bezbarwnym o ostrym zapachu i bardzo silnie toksycznym działaniu. Jest nietrwały, a jego trójatomowa cząsteczka szybko się rozpada, tworząc popularny tlen O₂ i bardzo aktywny tlen jednoatomowy O. Ze względu na tę nietrwałość ozon musi być wytwarzany na miejscu zastosowania. Do tego celu wykorzystuje się ozonatory, w których osuszone powietrze poddawane jest wyładowaniom elektrycznym o wysokim napięciu, w efekcie czego uzyskuje się ozon [2, 17].

W technologii wody basenowej ozon ze względu na dużą toksyczność stosowany jest tylko na etapie jej oczyszczania. Nie może przedostawać się do niecki basenowej, gdzie po odgazowaniu mógłby zagrażać zdrowiu i życiu kąpiących się osób. W cyklu technologicznym oczyszczania ozon należy usuwać z wody przez zastosowanie filtrów z węglem aktywnym.

Po przefiltrowaniu reszta ozonowa nie może wg normy DIN 19643 przekraczać 0,05 mgO₃/dm³. W celu zapewnienia wodzie stabilności sanitarnej i zabezpieczenia przed skażeniem mikrobiologicznym przed wprowadzeniem wody do niecki basenu należy poddać ją chlorowaniu, tak aby we wszystkich miejscach basenu zawartość chloru wynosiła co najmniej 0,2 mgCl₂/dm³ [6].

Wymienione właściwości ozonu wymagają przyśpieszenia czasu cyrkulowania wody w basenie do trzech godzin, a także doprowadzenia wody nad dnem lub z dna basenu. Dodatkowo woda z basenu musi być odprowadzana przelewem górnym w ilości co najmniej 80% wody cyrkulacyjnej, pozostawiając do odprowadzenia bocznego w ścianach tylko 20% wody obiegowej.

Najlepszym rozwiązaniem jest w tym wypadku przepływ pionowy w niecce, tzn. doprowadzenie wody do basenu przez dysze denne i odprowadzenie przelewem górnym w ilości 100% wody cyrkulacyjnej.

Metoda ozonowania wody jest znacznie droższa i wymaga większych nakładów niż samo chlorowanie. Jednak dzięki swoim zaletom jest godna polecenia do stosowania w dużych kompleksach basenowych i basenach rehabilitacyjnych. Wymagana jest natomiast w basenach leczniczych [31, 37].

Zalety i wady stosowania ozonu w systemach oczyszczania wody basenowej przedstawiono w tabeli 2.

W zależności od czasu kontaktu uzdatnianej wody z ozonem rozróżnia się dwie metody ozonowania [7, 8]:

• z krótkim czasem kontaktu, ok. 2–3 minuty – brak dostatecznego utlenienia zanieczyszczeń, tj. mocznik, kreatynina, monochloraminy,
• z wydłużonym czasem kontaktu, min. 15 mi­nut – dzięki odpowiedniej hydraulice zbiornik wyrównawczy wykorzystywany jest jako komora kontaktowa, możliwa jest regulacja czasu kontaktu ozonu z wodą w zależności od obciążenia basenu, zamiast oddzielnego systemu filtrów węglowych stosowane są filtry wielowarstwowe z warstwą hydroantracytu.

Ozonowanie części strumienia wody

Prawie całkowity rozkład zanieczyszczeń organicznych na skutek dużej zdolności utleniania ozonu, sprzyjanie usuwaniu substancji antropogennych, duża efektywność usuwania barwy, mętności i zapachu, znaczne zmniejszenie powstawania alergogennych chloramin i trichlorometanów oraz zmniejszenie dawki chloru stosowanego do dezynfekcji – to niewątpliwe zalety procesu ozonowania.

Dozowanie ozonu przed filtrami dodatkowo wspomaga proces mikroflokulacji, działanie algobójcze oraz utrzymywanie w czystości mikrobiologicznej złóż filtracyjnych i instalacji doprowadzającej wodę do basenu.

Jednak ze względu na wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne procesu ozonowania projektanci i inwestorzy poszukują nowych rozwiązań, pozwalających zachować większość zalet tej metody przy jednoczesnym obniżeniu kosztów instalacji i eksploatacji. Jednym z nich jest system ozonowania części strumienia wody.

W trakcie tego procesu 10–20% strumienia wody obiegowej zostaje poddane ozonowaniu w zbiorniku reakcyjnym. Ozonowana w ten sposób woda, zawierająca jeszcze 5% ozonu resztkowego po wyjściu ze zbiornika reakcyjnego, odprowadzana jest do strumienia głównego i mieszana z nim. Znajdująca się w wodzie ta ilość ozonu skutecznie działa, wspomagając proces utleniania w pozostałej części strumienia, i jednocześnie jest tak obliczona, że poprzez dalszą reakcję i wymieszanie zostaje zredukowana do zera.

Ozonowanie części strumienia wody ma następujące zalety: dużo mniejsze koszty inwestycyjne niż przy stosowaniu ozonowania pełnego, niższe koszty eksploatacyjne, mniejsze powierzchnie zajmowane przez urządzenia, brak potrzeby stosowania węgla aktywnego (nie ma nadprodukcji ozonu) oraz spadek zużycia chloru do chlorowania konserwującego o ok. 30% w porównaniu do metody z ozonem i węglem aktywnym [35, 40, 45].

Dezynfekcja promieniami UV

Coraz większą popularnością cieszą się systemy dezynfekcji wody basenowej obejmujące proces jej naświetlania promieniami UV. Włączenie tego procesu w układ technologiczny oczyszczania wody basenowej umożliwia stosowanie mniejszych dawek chloru na końcowym etapie jej dezynfekcji i redukcję stężeń związków chloroazotowych [4, 15, 23, 43, 46, 47, 48, 55].

Metoda dezynfekcji z zastosowaniem promieniowania UV polega na naświetlaniu wody przepływającej przez cylindry, w których umieszczone są lampy emitujące promieniowanie ultrafioletowe o odpowiedniej mocy. Jeszcze 10 lat temu lampy UV stosowane były najczęściej dla małych, terapeutycznych obiektów basenowych, gdzie dozowanie chloru było niekorzystne w przypadku alergii pacjentów na ten właśnie środek.

Promieniowanie ultrafioletowe (UV) to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali krótszej niż światło widzialne i dłuższej niż promieniowanie rentgenowskie – od 100 do 400 nm. Ma silne działanie bakteriobójcze, szczególnie przy długości fali 254–265 nm (w zakresie UV-C) [3]. Działanie to polega na absorbowaniu światła UV-C przez strukturę DNA komórek drobnoustrojów. Stosując odpowiednio dobrany czas promieniowania i natężenie światła UV, można całkowicie zniszczyć bakterie i inne drobnoustroje [3, 40, 43, 45, 46, 48, 49, 50].

W procesie dezynfekcji promieniami UV najistotniejsza jest dawka promieniowania, która zależy od natężenia promieniowania i czasu ekspozycji [3, 15, 50, 55]. Minimalna dawka skuteczna dla dezynfekcji wody pitnej to 400 J/m². Jednak ze względu na to, że do wody basenowej bakterie wprowadzane są w sposób ciągły i to w dużej liczbie (od 10³ do 3×10⁹ bakterii), dawka minimalna powinna wynosić 600 J/m² (dla basenów z całkowitą wymianą wody co 4–5 godzin) [25].

Urządzenia UV montowane są w obiegu wody basenowej po filtrach i przed wymiennikami ciepła oraz przed miejscami dozowania preparatów chemicznych. W instalacjach basenowych stosowane są tradycyjne lampy niskociśnieniowe (LP), lampy niskociśnieniowe wysokowydajne (LP-HP) amalgamatowe, lampy średniociśnieniowe (MP) oraz multifalowe (MW) [15, 49].

Podstawą dla skutecznej dezynfekcji promieniami ultrafioletowymi jest prawidłowy dobór urządzenia UV, którego dokonuje się na podstawie: wielkości maksymalnego chwilowego przepływu (m³/h), jakości wody (transmisja UV; 1 cm, 94%) oraz żądanej dawki UV (J/cm²) [25].

Do zalet wynikających ze stosowania lamp UV należą: duża skuteczność niszczenia bakterii, wirusów, glonów, grzybów i pleśni, krótki czas kontaktu, znikoma ilość niepożądanych ubocznych produktów dezynfekcji, stosunkowo małe gabaryty lamp i ich łatwy montaż oraz możliwość zmniejszenia ilości związku chloru dodawanego do wody w celu przeprowadzenia dezynfekcji końcowej [4, 23, 40, 43, 45, 46, 48, 55].

Do wad natomiast zaliczyć można konieczność czyszczenia powierzchni lamp (w przypadku wysokiej mętności i barwy wody obniża się skuteczność dezynfekcji lampami UV) i stosowania chlorowania końcowego zabezpieczającego przed wtórnym skażeniem wody (promieniowanie UV ma działanie miejscowe).

Metoda naświetlania wody promieniami UV, podobnie jak metoda ozonowania, nie chroni wody przed wtórnym skażeniem i musi być powiązana z końcową dezynfekcją wody basenowej. Z badań przeprowadzonych w Zakładzie Wodociągów i Kanalizacji Politechniki Śląskiej wynika, że stosowanie zarówno lamp niskociśnieniowych, jak i multifalowych wpływa korzystnie na obniżenie stężeń chloramin i utrzymywanie ich na wymaganym normą DIN 19643 poziomie: 0,2 mg Cl₂/dm³ (rys. 1).

Nie brakuje zarówno zwolenników, jak i przeciwników stosowania lamp niskociśnieniowych i średniociśnieniowych. Przeważa jednak opinia, że w przypadku stosowania wysokosprawnych systemów chlorowania wody basenowej przy wykorzystaniu podchlorynu sodu wytwarzanego in situ w obiektach basenowych metodą elektrolizy membranowej stosowanie dodatkowo lamp niskociśnieniowych jest zbędne.

Podchloryn sodu o wysokiej koncentracji chloru aktywnego nie będzie w tym przypadku potrzebował dodatkowego wspomagania, by zapewnić bezpieczną pod względem bakteriologicznym wodę w niecce basenowej.

Ponieważ lampy UV niskociśnieniowe emitują fale o pojedynczej długości 254 nm, które są w stanie rozbić tylko monochloraminy, z pewnością korzystniejsze dla jakości wody basenowej będzie stosowanie lamp średniociśnieniowych, emitujących fale o długości 200–400 nm, które są w stanie rozbić mono-, dwu- i trójchloraminy [4, 52, 53, 54, 55].

Rodzaj powstających chloramin zależy w zasadzie od dwóch czynników: stosunku stężenia chloru do azotu amonowego, a więc dawki chloru, oraz wartości pH. Uważa się, że przy pH równym 8,5 powstają wyłącznie monochloraminy, natomiast przy pH mniejszym od 4,4 powstawać mogą trójchloraminy.

Zakres pH pomiędzy 4,4 a 8,5 sprzyja powstawaniu zarówno mono-, jak i dichloramin, przy czym powyżej 7,5 przeważają mono-, a w zakresie pH 5,0–6,5 dichloraminy [17, 21]. Zatem w wodzie obiegu basenowego, czyli w zakresie pH 6,0–8,5, możliwe jest występowanie mono- i dichloramin.

Badania i praktyczne testy pełnozakresowe prowadzone w Danii, Niemczech, Anglii i Francji wykazały, że system lamp średniociś­nieniowych daje najefektywniejszą kontrolę nad złożonymi chloraminami spośród przetestowanych technologii oczyszczania wody basenowej [11, 57].

Najczęściej wymieniane zalety stosowania urządzeń UV do uzdatniania wody basenowej to [1, 11, 29, 57]:

• redukcja chloru związanego o 70–90%, tzn. stężenia na poziomie 1–2 mg/dm³ są redukowane do wartości 0,4–0,03 mg/dm³,
• dzięki wysokiej skuteczności dezynfekcyjnej urządzeń UV możliwe jest znaczne zredukowanie dawki chloru,
• ograniczenie mętności wody (wyraźna poprawa transmisji UV),
• redukcja do 80% materii organicznej, która absorbuje światło UV,
• poprawa jakości powietrza nad niecką basenową (dużo mniejsze stężenia chloramin w powietrzu w hali basenowej),
• niższe koszty eksploatacyjne (w porównaniu z ozonem).

Wybór i porównanie metod dezynfekcji

Wybór metody dezynfekcji zawsze powinien być powiązany z wyborem techniki oczyszczania wody basenowej i uwzględniać:

• wielkość i obciążenie obiektu baseno­wego,
• program i funkcję obiektu,
• dostępność mediów grzewczych i możliwość odzysku ciepła,
• kapitał przeznaczony na uruchomienie obiektu,
• koszty eksploatacyjne obiektu.

Wybór środka dezynfekcyjnego nie może być decyzją przypadkową. Inaczej należy podejść do basenu publicznego i rekreacyjnego z atrakcjami wodnymi, inaczej do sportowego, a zupełnie inaczej do basenu terapeutycznego zasilanego wodą silnie zmineralizowaną.

W tym ostatnim przypadku należy bardzo dokładnie, na podstawie analizy wody i prób technologicznych, dobrać taki środek dezynfekcyjny, który w jak najmniejszym stopniu wchodziłby w reakcje ze związkami występującymi w wodzie w sposób naturalny.

Przy doborze danej metody dezynfekcji lub utleniania należy wziąć pod uwagę relacje między niezbędnymi nakładami oraz uzyskiwanymi korzyściami. W tym celu trzeba uwzględnić (tabela 3):

• siłę dezynfekcji lub utleniania,
• koszty użytych chemikaliów,
• koszty energii,
• tworzenie się ubocznych produktów dezynfekcji.

Część trzecia w RI 4/2013

Literatura

1. Bernard A. et al., Lung hyperpermeability and asthma prevalence in schoolchildren: unexpected associations with the attendance at indoor chlorinated swimming pools, „Occupational and Environmental Medicine” No. 60/2003.
2. Biń A.K., Nowe tendencje w zakresie urządzeń do wprowadzania ozonu do fazy ciekłej, „Instal” nr 5/2000.
3. Bolton J.R., Ultraviolet Applications Handbook, Bolton Photosciences Inc., 1999, www.boltonuv.com.
4. Cassan D. et al., Effects of medium-pressure UV lamps radiation on water quality in a chlorinated indoor swimming pool, „Chemosphere” No. 62/2006.
5. DIN 19605: Festbettfilter zur Wasseraufbereitung – Aufbau und Bestandteile (Filtry ze stałą dennicą do uzdatniania wody – zabudowa i elementy składowe).
6. DIN 19643: Aufbereitung von Schwimm und Badebeckenwasser.
7. Eichelsdörfer D., Jandik J., Verminderung der Chlorformbildung durch Ozon am Beispiel der Schwimmbeckenaufbereitung. Intern. Ozon-Symposium, Berlin 1985.
8. Eichelsdörfer D., Application of Ozone for Treatment of Swimming Pool Water in the Federal Republic of Germany, Ozone World Congress, Zurich 1987.
9. Florentin A., Hautemaniere A., Hartemann P., Health effects of disinfection by-products in chlorinated swimming pools, „International Journal of Hygiene and Environmental Health” No. 214/2011.
10. Freuze I., Brosillon S., Laplanche A., Tozza D., Cavard J., Effect of chlorination on the formation of odorous disinfection by-products, „Water Research” No. 39/2005.
11. Kristensen G. et al., Full scale test of UV based water treatment technologies at Gladsaxe Sport Centre – with and without advanced oxidation machanisms, Swimming Pool and Spa International Conference, London 2009.
12. Jeżowiecki J., Nowakowski E., Dobór filtrów i pomp w instalacjach basenowych, „Instal” nr 7–8/2007.
13. Jin Lee et al., Production of various disinfection byproducts in indoor swimming pool waters treated with different disinfection methods, „International Journal of Hygiene and Environmental Health” No. 213/2010.
14. Judd S.J., Bullock G., The fate of chlorine and organic materials in swimming pools, „Chemosphere” No. 51/2003.
15. Kalisvaart B., Photobiological effects of Berson MultiWave lamps in the prevention of microbiological recovery, Berson, 2000.
16. Kaydos-Daniels S.C. et al., Health effects associated with indoor swimming pools: A suspected toxic chloramines exposure, „Public Health” (Journal of The Royal Institute of Public Health) No. 122/2008.
17. Kowal A.L., Świderska-Bróż M., Oczyszczanie wody, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.
18. Lee J., Ha K.-T., Zoh K.-D., Characteristics of trihalomethane (THM) production and associated health risk assessment in swimming pool waters treated with different disinfection methods, „Science of The Total Environment” No. 407/2009.
19. Massin N., Bohadana A.B., Wild P., Hery M., Toamain J.P., Hubert G., Respiratory symptoms and bronchial responsiveness in lifeguards exposed to nitrogen trichloride in indoor swimming pool, „Occupational and Environmental Medicine” No. 55/1998.
20. Ming-Jen C. et al., Development of a Multi-pathway probabilistic health risk assessment model for swimmers expose to chloroform in indoor swimming pools, „Journal of Hazardous Materials” No. 185/2011.
21. Nawrocki J., Biłzor S. et al., Uzdatnianie wody. Procesy chemiczne i biologiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa-Poznań 2000.
22. Nawrocki J., Kalkowska J., Ozonation by products and their analysis, „Pol. Journal of Environ. Study” No. 4/1995.
23. Peldszus S. et al., Effect of medium-pressure UV irradiation on bromate concentrations in drinking water, a pilot-scale study, „Water Research” No. 38/2004.
24. Piechurski F., Metody oczyszczania wody w krytych basenach publicznych (cz. 2), „Rynek Instalacyjny” nr 3/2006.
25. Piechurski F., Metody oczyszczania wody w krytych pływalniach publicznych (cz. 5), „Rynek Instalacyjny” nr 7-8/2006
26. Rice R.P., Chemistries of Ozone for Pool and SPA Water Treatment, Ozone World Congress, New York 1989.
27. Rolnik J., Mazur P., System ANTI BIO – urządzenie do wspomagania dezynfekcji wody wykorzystujące ultradźwięki, mat. konf. IV Sympozjum Nauk.-Techn. „Instalacje basenowe”, Ustroń 2003.
28. Schoefer Y. et al., Health risk of early swimming pool attendance, „International Journal of Hygiene and Environmental Health” No. 211/2008.
29. Schutz E. et al., Trichloramine in the air of indoor pools in Bavaria, Swimming Pool and Spa International Conference, London 2009.
30. Sobiech W., Włókna celulozy w filtracji wody basenowej, „Rynek Instalacyjny” nr 5/2009.
31. Sokołowski C., Wymagania sanitarnohigieniczne dla krytych pływalni, MZiOS Departament Zdrowia Publicznego, PZITS, nr arch. 760, Warszawa 1998.
32. Sozański M., Chemizm i technologia uzdatniania wody dla basenów kąpielowych, mat. konf. „Zaopatrzenie w wodę miast i wsi”, Poznań 1994.
33. Taggesell M., Instalacja do elektrolizy membranowej typu MZE firmy DINOTEC, mat. konf. IV Sympozjum Nauk.-Techn. „Instalacje basenowe”, Ustroń 2003.
34. Taggesell M., Urządzenie do elektrolizy membranowej. Elektroliza do wytwarzania wodnego roztworu podchlorynu sodu ze sztucznie przygotowanej solanki, mat. konf. III Sympozjum Nauk.-Techn. „Instalacje basenowe”, Ustroń 2001.
35. Taggesell M., Wyjaśnienia techniczne dotyczące systemu ozonowania częściowego strumienia wody, mat. konf. III Sympozjum Nauk.-Techn. „Instalacje basenowe”, Ustroń 2001.
36. Wałęga A., Filtracja na ziemi okrzemkowej w technologii uzdatniania wody basenowej, mat. konf. IV Sympozjum Nauk.­‑Techn. „Instalacje basenowe”, 2003.
37. Wałęga A., Zastosowanie ozonu w technologii uzdatniania wody basenowej, mat. konf. III Sympozjum Nauk.-Techn. „Instalacje basenowe”, Ustroń 2001.
38. Weng S., Blatchey E.R., Disinfection by-product dynamics in a chlorinated, indoor swimming pool under conditions of heavy use: National swimming competition, „Water Research” No. 45/2011.
39. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Badanie układu oczyszczania wody basenowej z zastosowaniem filtra podciśnieniowego ze złożem wielowarstwowym, koloidalnego roztworu nanosrebra oraz lampy UV, w: Kuś K., Piechurski F. red., „Instalacje basenowe”, Politechnika Śląska, Gliwice 2011.
40. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Metody i efekty dezynfekcji wód basenowych, II Ogólnopolska Konferencja Nauk.-Techn. „Aktualne zagadnienia w uzdatnianiu i dystrybucji wody”, Szczyrk 2003.
41. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Modernizacja systemu uzdatniania wody basenowej warunkiem uzyskania normatywnych parametrów jej jakości, mat. konf. XVIII Krajowej, VI Międzynarodowej Konferencji Nauk.-Techn. „Zaopatrzenie w wodę, jakość i ochrona wód”, Poznań 2004.
42. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Ocena efektów pracy filtra podciśnieniowego ze złożem piaskowym, w: Kuś K., Piechurski F. red., „Instalacje basenowe”, Politechnika Śląska, Gliwice 2011.
43. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Poprawa jakości wody basenowej przy zastosowaniu nowoczesnych technologii uzdatniania, II Kongres Inżynierii Środowiska, Lublin 2005.
44. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Przyczyny modernizacji technologicznych układów oczyszczania wody basenowej, „Instal” nr 7–8/2010.
45. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Sprawność działania systemów dezynfekcji wód basenowych, mat. konf. IV Sympozjum Nauk.-Techn. „Instalacje basenowe”, Ustroń 2003.
46. Wyczarska-Kokot J., Piechurski F., Zastosowanie nowoczesnych technologii dezynfekcji wody basenowej, XIX Krajowa, VII Międzynarodowa Konf. Nauk.-Techn. „Zaopatrzenie w wodę, jakość i ochrona wód”, Zakopane 2006.
47. Wyczarska-Kokot J., Analiza systemu dezynfekcji wody basenowej wspomaganej naświetlaniem promieniami UV, „Rynek Instalacyjny” nr 12/2009.
48. Wyczarska-Kokot J., Effect of disinfection methods on microbiological water quality in indoor swimming pools, „Architecture Civil Engineering Environment” No. 4/2009.
49. Zamajski R., Ultrafiolet w technice basenowej, mat. konf. IV Sympozjum Nauk.-Techn. „Instalacje basenowe”, Ustroń 2003.
50. Żuk P., Zastosowanie promieni UV do uzdatniania wody basenowej, „Rynek Instalacyjny” nr 12/2002.
51. www.ekobasen.pl.
52. www.bestuv.pl/pl/technologia-uv95.
53. www.dinotec.pl.
54. Materiały ze szkolenia technicznego ProMinent/ProMaqua, Wrocław, 26 kwietnia 2012 r., www.prominent.pl.
55. www.siemens.com/uv.
56. www.transcom.pl.
57. www.wedeco.com/en/expertise/uv-technology/uv-disinfection.