Ozonowanie wody basenowej w pływalniach

W prawidłowo działającej pływalni bardzo ważne jest utrzymanie odpowiednich standardów jakości wody w niecce basenowej. Na parametry wody basenowej wpływa wiele czynników – jednym z nich jest system jej uzdatniania. W procesach filtrowania usuwane są zanieczyszczenia fizykochemiczne nierozpuszczone w wodzie, natomiast w wyniku dezynfekcji eliminowane są drobnoustroje chorobotwórcze i zanieczyszczenia rozpuszczone w wodzie (utlenianie). Substancje, których nie można rozłożyć, muszą być usuwane stopniowo poprzez systematyczne dodawanie świeżej wody do obiegu wody basenowej.

Z punktu widzenia zdrowia  kąpiących się osób najistotniejszy jest proces dezynfekcji. Każdy z pływających wprowadza do wody basenowej duże ilości mikroorganizmów, takich jak: bakterie, grzyby czy wirusy. Wiele z nich może być patogennych i wywoływać różne mniej lub bardziej groźne choroby.

Obecnie najbardziej rozpowszechnione środki dezynfekcyjne w uzdatnianiu wody basenowej bazują na chlorze. Należą do nich: podchloryn sodu, chlor gazowy i dwutlenek chloru. Coraz częściej projektanci pływalni uwzględniają również alternatywne metody dezynfekcji wody basenowej, np. zastosowanie ozonu. Metoda ta zyskała uznanie m.in. w Szwajcarii, Niemczech, Hiszpanii i Francji.

Niezależnie od zastosowanej metody dezynfekcji zgodnie z niemiecką normą DIN 19643 [5] zawartość wolnego chloru w niecce basenu (na odpływie z niecki) powinna wynosić 0,3–0,6 mg Cl₂/dm³. Ma to stanowić zabezpieczenie przed wtórnym skażeniem wody już w samej niecce.

Właściwości dezynfekcyjne i utleniające ozonu

Ozon jest uważany za jeden z najsilniejszych utleniaczy i środków dezynfekujących. Wszystkie produkty pośrednie, powstające na poszczególnych etapach rozpadu ozonu, są bardzo reaktywne, mają jednak bardzo krótki czas półtrwania. Drobnoustroje zabijane są w bardzo krótkim czasie, wynoszącym 6–60 s. Bakteriobójcze działanie ozonu polega na zwiększeniu przepuszczalności komórkowej. Niszczona jest jej wewnętrzna struktura, głównie kwasy nukleinowe.

Dzięki dobrym właściwościom utleniającym ozonu zmniejszana jest ilość masy organicznej w wodzie basenowej, a co za tym idzie, redukowana jest możliwość ponownego rozwoju bakterii, dla których materia ta stanowi źródło składników odżywczych. Utleniane są również produkty uboczne chlorowania, takie jak związki chloroazotowe (chloramina) i chlorowęglowe (trichlorometany). Dzięki temu odzyskiwany jest chlor aktywny, co skutkuje mniejszymi dawkami chloru w procesie dezynfekcji końcowej.

Na wysoką skuteczność dezynfekcyjną ozonu wpływa również fakt, że obydwa procesy, utleniania zanieczyszczeń organicznych oraz niszczenia drobnoustrojów, przebiegają jednocześnie. Tymczasem w przypadku chlorowania najpierw utleniane są zanieczyszczenia organiczne. Ozon dodawany do wody powoduje tzw. spalanie na mokro – ozon O3 (tlen trójatomowy) rozkłada się na cząstkę tlenu O2 oraz tlen bardzo aktywny O (tlen jednoatomowy).

Wytwarzanie ozonu

Ozon wytwarzany jest w urządzeniach zwanych ozonatorami, w których przepuszcza się suche i czyste powietrze, ewentualnie tlen, przez komorę wyładowań elektrycznych o wysokim napięciu. W skład urządzenia ozonującego wchodzą:

• uzdatniacz powietrza (oczyszczanie i osuszanie powietrza),
• wytwarzacz ozonu (generator ozonu z dwoma elektrodami w komorze wyładowań, do których podłączone jest napięcie),
• zasilacz wysokiego napięcia,
• elektroniczne sterowanie i regulacja,
• urządzenie do mieszania (mieszanka ozonu z powietrzem o stężeniu 18 mg O3/dm3),
• urządzenie pomiarowo-regulacyjne (regulacja wydajności wytwarzania ozonu w zakresie 30–100% wydajności nominalnej, odpowiadającej najwyższej ciągłej wydajności).

Ponieważ ozon jest gazem nietrwałym (czas połowicznego rozpadu wynosi 10–20 min), nie można go transportować i musi być zużyty natychmiast po wytworzeniu. Nietrwałość ozonu wymaga ponadto skrócenia czasu cyrkulacji wody basenowej oraz dodatkowego końcowego chlorowania.

Dozowanie ozonu

Proces ozonowania wody basenowej polega na przepuszczeniu przez nią powietrza nasyconego ozonem. Dawki ozonu powinny wynosić:

• ≥ 0,8 mg/dm3 (przy temperaturze wody basenowej ≤ 28°C),
• ≥ 1,0 mg/dm3 (przy temperaturze wody basenowej >28°C),
• ≥ 1,2 mg/dm3 (przy temperaturze wody basenowej >32°C),
• ≥ 1,5 mg/dm3 (przy temperaturze wody basenowej >35°C).

Najczęściej stosuje się dwa warianty wprowadzania ozonu do wody basenowej, zależnie od miejsca jego dozowania [4]:

• do zbiornika przelewowego,
• do przewodu wody obiegowej.

W pierwszym wypadku zbiornik przelewowy ma odpowiednio zaprojektowaną hydraulikę oraz specjalny zespół wprowadzania ozonu. Zbiornik pełni funkcję wyrównawczą w obiegu wody basenowej oraz reaktora, dzięki wydzielonej dodatkowej komorze reakcyjnej. Czas kontaktu ozonu z wodą powinien wynosić ok. 15 minut. Schemat wprowadzania ozonu do zbiornika przelewowego przedstawiono na rys. 1.

Gdy ozon ma być dozowany do przewodu wody obiegowej za filtrami, stosuje się następujące rozwiązania:

• ozonowanie całego strumienia wody,
• ozonowanie częściowego strumienia wody.

W metodzie ozonowania całego strumienia wody obiegowej ozon dozowany jest do całkowitego strumienia uzdatnianej wody basenowej (rys. 2a). Woda przepływa przez ciśnieniowy zbiornik reakcyjny, który zapewnia około pięciominutowy jej kontakt z ozonem. Ozonowana woda poddawana jest na wyjściu ze zbiornika reakcyjnego pomiarowi zawartości ozonu resztkowego. Regulowana jest dzięki temu wydajność ozonatora – dawka ozonu zostaje zwiększona lub zmniejszona. Woda pomiarowa przed odprowadzeniem do kanalizacji przepływa przez destruktor ozonu.

Niezbędne jest zastosowanie filtra wypełnionego węglem aktywnym w celu usunięcia ozonu resztkowego z wody obiegowej. Zgodnie z normą DIN 19643 [5] zawartość ozonu w wodzie uzdatnionej (na dopływie do niecki basenu) nie powinna przekraczać 0,05 mg O₃/dm³, a na odpływie z niecki – 0,0 mg O₃/dm³. Powietrze balastowe ze zbiornika reakcyjnego oraz filtracyjnego z węglem aktywnym odprowadzane jest do destruktorów ozonu. W celu zabezpieczenia wody w niecce przed wtórnym skażeniem chlorowanie przeprowadza się tuż przed jej dopływem do niecki.

Możliwe jest również ozonowanie części strumienia wody basenowej (rys. 2b). W tym rozwiązaniu ze strumienia głównego wody basenowej wydzielone zostaje 10–20% [3] i do tej części dozowany jest ozon. Mieszanina części wody obiegowej i ozonu przepływa do zbiornika reakcyjnego. Wielkość resztkowego ozonu obecnego w wodzie za reaktorem jest tak obliczana, aby po zmieszaniu strumienia częściowego z pozostałym strumieniem zawarty w nim ozon został zredukowany do maksymalnego dopuszczalnego stężenia (0,05 mg O₃/dm³).

Stężenie ozonu zostanie dodatkowo zmniejszone (praktycznie do zera) na skutek utleniania zanieczyszczeń zawartych w pozostałym strumieniu wody basenowej. Skuteczne wymieszanie części wody basenowej z pozostałym jej strumieniem ma zapewnić przepływ turbulentny na długości co najmniej 5 m.

Zalety i wady ozonowania

Zalety:

• optymalna jakość wody pod względem chemicznym i bakteriologicznym,
• niepowstawanie produktów ubocznych podczas ozonowania,
• utlenianie zanieczyszczeń organicznych,
• ograniczenie tworzenia się związków chloroorganicznych (chloramin, THM),
• odzyskiwanie chloru ze związków chloroorganicznych,
• mniejsze zużycie chloru w dezynfekcji końcowej.

Wady:

• bardzo wysokie koszty inwestycyjne,
• wysokie koszty eksploatacji,
• filtr z węglem aktywnym,
• konieczna specjalistyczna obsługa.

Zalecenia i wymagania przy projektowaniu instalacji ozonowania

Z wieloletnich badań przeprowadzonych w USA wynika, że aby działanie bakteriobójcze ozonu było skuteczne, woda zaraz po ozonowaniu powinna zawierać nie mniej niż 0,2 mg/dm³ ozonu pozostałego [1]. Wymaga to doprowadzenia do wody określonej dawki ozonu, która zależeć będzie od właściwości dezynfekowanej wody, m.in. pH, barwy i zawartości substancji organicznych. Dawki te wahają się od ok. 0,8 do 1,5 mg/dm³. Skuteczność dezynfekcji zależeć będzie również od czasu kontaktu wody z ozonem. Może  on wynosić przy dozowaniu ozonu do rurociągu od 4 do 5 min. Ozon wytwarzany jest na miejscu w generatorze.

Wielkość ozonatora nie będzie zależała tylko od wymaganej produkcji ozonu, ale również od rodzaju surowca, z którego ma on powstawać. Przy przepływie tlenu przez ozonator otrzymujemy ponaddwukrotnie większą produkcję ozonu niż przy wykorzystaniu powietrza. Powietrze jest surowcem zdecydowanie tańszym od tlenu, ale energochłonność produkcji ozonu z powietrza jest prawie dwukrotnie większa niż w przypadku tlenu.

Ozonator powinien zostać zainstalowany w pomieszczeniu spełniającym następujące wymagania:

• pomieszczenie wyłącznie do tego przeznaczone (suche i wentylowane; 10 wymian na godz.),
• ściany z niepalnych ognioodpornych materiałów,
• wyciąg blisko podłogi i urządzenia,
• nawiew świeżego powietrza przy suficie,
• temperatura powietrza w pomieszczeniu: 5–30°C,
• alarm gazu ozonowego, gdy w pomieszczeniu generatora stale bądź często przebywają ludzie,
• sygnalizacja wyłączenia urządzenia wentylacyjnego przed wejściem do pomieszczenia.

Wytworzona w ozonatorze mieszanina powietrza z ozonem dozowana jest do strumienia wody obiegowej za pomocą inżektora. Dobór inżektora polega na obliczeniu jego średnicy przy założonej prędkości przepływu cieczy (kilka m/s). W inżektorze woda basenowa podsysa ozon.

Wstępne wymieszanie ozonu w dezynfekowanej wodzie basenowej uzyskujemy dzięki mieszaczowi statycznemu, który zamontowany jest na przewodzie wody obiegowej, za miejscem dozowania ozonu. Mieszacz może składać się z kilku sekcji. Jego średnica zależeć będzie od wielkości strumienia wody obiegowej.

Na rynku dostępne są gotowe układy mieszania ozonu z wodą. W ich skład wchodzą następujące elementy:

• inżektor wprowadzania ozonu do wody,
• pompa napędowa inżektora,
• mieszacz statyczny wody z ozonem
• zawory odcinające i regulacyjne instalacji.

Odpowiedni czas kontaktu ozonu z wodą obiegową zapewnić ma tzw. zbiornik reakcyjny. Jego minimalna objętość równa jest iloczynowi obliczeniowego strumienia wody obiegowej i niezbędnego czasu kontaktu ozonu z wodą (4–5 min).

Z filtrów oraz zbiorników reakcyjnych powietrze odprowadzane jest do atmosfery. Zawiera ono jeszcze niewielką koncentrację ozonu, który powinien zostać usunięty. Zgodnie z wymogami normy DIN 19643 [5] takie powietrze musi być odprowadzane przez destruktor resztek ozonu. W instalacjach basenowych stosuje się destruktory typu chemiczno-katalitycznego z węglem aktywnym. Obudowy destruktora wykonane są z PVC. W jego górnej części znajduje się bezpośredni wylot powietrza do atmosfery, natomiast od dołu – wlot powietrza zawierającego ozon (ze zbiorników reakcyjnych, filtrów).

Do destruktora podłączony jest także oddzielny zbiornik odbierający powstającą podczas reakcji wodę. Woda pomiarowa również powinna być odprowadzana do kanalizacji przez destruktor resztek ozonu. Przy stosowaniu ozonu niezbędne jest zainstalowanie w samej hali basenowej urządzenia pomiarowego z systemem alarmowym w przypadku przekroczenia dopuszczalnej ilości ozonu w powietrzu [2].

Podsumowanie

Przy pomocy ozonowania można znacznie poprawić jakość wody basenowej. Jest to zaletą nie tylko w odniesieniu do samego komfortu pływania, ale również aspektów zdrowotnych korzystania z basenów. Dowiedziono, że system odpornościowy dzieci może zostać osłabiony przez korzystanie z basenów z wodą poddaną tylko chlorowaniu, ryzyko uszczerbku na zdrowiu występuje także wśród pływaków trenujących na basenie dwa razy dziennie.

Mimo że system ozonowania jest relatywnie drogi w porównaniu z innymi technikami dezynfekcji, poniesione koszty zwrócą się w dłuższym okresie. Ozon jest silniejszym utleniaczem i środkiem dezynfekującym od chloru – nawet 15 razy. Niszczy również mikroorganizmy, które opierają się działaniu chloru, a jego cechą charakterystyczną jest szybki i destrukcyjny wpływ również na wirusy. Dzięki zastosowaniu ozonu do dezynfekcji wody basenowej możliwe jest też całkowite usunięcie tak charakterystycznego dla pływalni i nieprzyjemnego dla ich użytkowników zapachu chloru.

Literatura

1. Madeyski A., Baseny kąpielowe, lecznicze i rehabilitacyjne, Warszawa, PZITS 1984.
2. Sokołowski C., Wymagania sanitarno-higieniczne dla krytych pływalni, Warszawa, PZITS 1998.
3. Teggesell M., Wyjaśnienia techniczne dotyczące systemu ozonowania częściowego strumienia wody, materiały III Sympozjum Naukowo-Technicznego „Instalacje basenowe”, Ustroń 2001.
4. Wałęga A., Zastosowanie ozonu w technologii uzdatniania wody basenowej, materiały III Sympozjum Naukowo- -Technicznego „Instalacje basenowe”, Ustroń 2001.
5. DIN 19643: Aufbereitung von Schwimm- und Badebeckenwasser, 1997.