luft@chemist.com; +48 44 307 07 33   plen

Ocena metod wspomagania dezynfekcji wody basenowej

Woda basenowa i dezynfekcja.

Ocena metod wspomagania dezynfekcji wody basenowej

Florian G. Piechurski
Instytut Inżynierii Wody i Ścieków
Politechnika Śląska Gliwice

1. Dezynfekcja – chlorowanie

Zgodnie z obowiązującymi przepisami woda w basenach publicznych powinna posiadać takie właściwości, które nie będą stanowić zagrożenia dla zdrowia użytkowników, czyli powinna być pozbawiona wszelkich zarazków chorobotwórczych. Takie właściwości wody basenowej zapewnia jej odpowiednia dezynfekcja. Dezynfekcja oznacza zniszczenie zarazków chorobotwórczych za pomocą środków chemicznych i fizycznych. Najczęściej stosowanym środkiem do dezynfekcji wody pitnej i basenowej jest chlor. Jego użycie spełnia wszystkie bakteriologiczne wymagania.
Kryterium, które określa skuteczność działania środka dezynfekującego jest jego szybkość antyseptycznego działania, ponieważ drobnoustroje wprowadzane przez użytkownika basenu, w ilości do 1 miliarda na osobę, powinny zostać zniszczone i usunięte możliwie jak najszybciej. Według obowiązującej normy prędkość ta wynosi 103 bakterii Escherichia Coli w ciągu 30 sekund. Wymóg ten ma być podwyższony do 104 w ciągu 30 sekund w odniesieniu do trudniejszej do zniszczenia bakterii Pseudomonas aeruginosa. Chlor spełnia w/w wymogi.

1.1 Zależność skuteczności dezynfekcji chlorem od wartości pH

Ogólnie można stwierdzić, że stosowany do dezynfekcji chlor np. w postaci gazowej wchodzi w reakcję z wodą tworząc kwas podchlorawy i kwas solny.

Cl2+ H2O → HOCl + HCl

Kwas podchlorawy jest związkiem chemicznym, od którego zależy działanie dezynfekujące i utleniające. W zależności od wartości pH kwas podchlorawy (HOCl) rozszczepia się na jony wodorowe (H+) i jony podchlorynowe (OCl-). Im wyższa jest wartość pH, tym więcej kwasu podchlorawego dysocjuje na jony podchlorynu i wodorowe. Podchloryny powstające przy wyższych wartościach pH mają dużo mniejsze działanie odkażające i utleniające niż niezdysocjowany kwas podchlorawy. Dla skutecznego odkażania wskazane byłoby korzystanie z wody o możliwie niskim pH. Niższa wartość pH oznacza jednak większe zagrożenie korozją części metalowych basenu i silniejsze atakowanie spoin między płytkami w basenie. Ponadto przy niskich wartościach pH (poniżej 7,0) wzrasta przy obecności chloru zagrożenie dla skóry i błon śluzowych. Optymalnym rozwiązaniem jest wartość pH w zakresie od 7,0 do max. 7,4.
Podczas stosowania chloru gazowego powstaje obok kwasu podchlorawego również kwas solny. Sam kwas solny nie ma właściwości odkażających. W twardej wodzie węglanowej o odczynie zasadowym kwas solny obniża wartość pH, ponieważ przekształca działające zasadowo wodorowęglany w niewęglany o odczynie obojętnym. Z tego powodu kwas solny jest pożądanym produktem ubocznym. W miękkiej wodzie, która nie zawiera praktycznie wodorowęglanów, dodanie nawet małej ilości kwasu solnego prowadzi do szybkiego obniżenia wartości pH.

1.2 Skuteczność utleniania chlorem

Chlor lub rozpuszczony w wodzie kwas podchlorawy ma działanie dezynfekujące i utleniające. Chlor poprzez reakcje utleniania rozkłada substancje podchlorawe w związki nieorganiczne. Działanie utleniające chloru wobec związków organicznych ma poza działaniem antyseptycznym duże znaczenie przy uzdatnianiu wody w basenach. Użytkownicy basenu wprowadzają do wody zanieczyszczenia organiczne, które stanowią pożywkę dla mikroorganizmów np. bakterii i glonów, i mogą stanowić przyczynę zmętnienia wody. Organiczne substancje koloidalne mogą stanowić dla mikroorganizmów koloid ochronny, a tym samym hamować odkażające działanie chloru.
Ze względu na charakterystyczne właściwości chemiczne (wysoka aktywność) jak również ekonomiczne jest to najczęściej stosowany środek dezynfekcyjny. Występuje w następujących postaciach:
– Chlor gazowy, jest to 100% chlor w formie gazu. Rzadko jest stosowany ze względu na rygorystyczne przepisy bezpieczeństwa oraz trudności techniczne w rozprowadzaniu w wodzie obiegowej basenu.
– Chlor w formie płynnej, podchloryn sodu o zawartościach 11-14% chloru. Jest często stosowany dzięki dostępności i łatwości, z jaką można go dozować. Chętnie stosowany jest przy automatycznym dozowaniu.
– Chlor w granulacie lub tabletkach, jest to produkt o wyższej zawartości (ok.60-90% Cl2) niż chlor płynny. Oferowany w formie tabletek lub granulatu jako chlor organiczny bądź nieorganiczny.
Norma DIN 19643 wymaga stosowanie w basenach publicznych urządzeń pomiarowych metodą potencjostatyczną, a co za tym idzie chloru nieorganicznego. W chlorze organicznym znajduje się, bowiem kwas cyjanurowy jako stabilizator, który poważnie zakłóca pomiar tą metodą (nawet do 0,2 mg/ dm3).
Należy przy tej okazji wspomnieć o jakości preparatów chemicznych. Dużą wagę należy przywiązywać do ich czystości. Jeśli np. tanie tabletki chlorowe zawierają 40% aktywnego chloru, to pozostałe 60% stanowią różnego rodzaju spoiwa, które tak naprawdę są zanieczyszczeniami i w konsekwencji obciążają układ filtracyjny. Podobnie jest z płynnym podchlorynem, który jest ubocznym produktem w produkcji chemicznej, nie przeznaczonym do celów basenowych i niestabilizowanym. Jest on jednak tani, ale mocno zanieczyszczony, o niskiej koncentracji i pozbawiony stabilizatorów (krótki okres magazynowania).

2. Systemy wspomagania systemów uzdatniania wody

Opracowanie systemu uzdatniania wody basenowej dla danego obiektu basenowego jest uzależnione od bardzo wielu czynników np. właściwości fizykochemicznych wody, obciążenia powierzchni lustra wody osobami kąpiącymi się, kosztów inwestycyjnych oraz późniejszych kosztów eksploatacyjnych.
Wykorzystując podstawowe procesy stosowane w uzdatnianiu wody opracowano kilka układów uzdatniania wody basenowej. Wśród sposobów uzdatniania wody basenowej wg DIN 19643 z 1997r. i Wymagań sanitarno – higienicznych dla krytych pływalni MZiOS z 1998r. wyróżnia się [1, 2, 3, 7,8]:
Jako podstawowy system to: koagulacja + filtracja przez złoże piaskowe, wielowarstwowe lub warstwą antracytu + korekta pH + dezynfekcja chlorem, Wśród metod które można zastosować do wspomagania prowadzenia uzdatniania wody basenowej można stosować:
– koagulacja + filtracja + ozonowanie z wydłużonym czasem kontaktu ozonu z wodą + filtracja przez złoże sorpcyjne + korekta pH + chlorowanie,
– koagulacje + ozonowanie ze skróconym czasem kontaktu ozonu z wodą + filtracja przez złoże wielowarstwowe + korekta pH + chlorowanie,
– ozonowanie + filtracja przez złoże sorpcyjne + 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.

3. Ozonowanie

Technologia uzdatniania wody basenowej złożona z procesów koagulacji, filtrowania i dezynfekcji chlorem coraz częściej uzupełniania jest o proces ozonowania. Ozon z powodu swojej dużej toksyczności stosowany jest tylko na odcinku uzdatniania wody. Kolejność poszczególnych procesów przebiega następująco: koagulacja, filtracja przez złoże piaskowe, ozonowanie, filtracja przez złoże węgla aktywnego i chlorowanie.
Po przefiltrowaniu przez piasek ozon wprowadza się do wody w ilości ok.1 gO3/m3. Po intensywnym wymieszaniu należy zapewnić czas kontaktu ozonu z wodą min. 2 minuty. Następnie należy usunąć produkty rozkładu ozonem przez filtr z węglem aktywnym. W tej filtracji usuwa się obecny jeszcze w wodzie chlor. Po przefiltrowaniu przez aktywny węgiel reszta ozonowa nie może przekraczać max.0,05 mg O3/dm3. Przed wprowadzeniem wody do basenu po ozonowaniu należy dodać do wody tyle chloru, aby zawartość wolnego chloru w wodzie wynosiła we wszystkich miejscach min 0,2 mg Cl2/dm3. Uzdatniania przy użyciu ozonu wymaga większych nakładów finansowych inwestycyjnych i eksploatacyjnych, jednak jej zaletą jest praktycznie całkowity rozkład zanieczyszczeń organicznych w procesie uzdatniania oraz zmniejszone niebezpieczeństwo powstawania chloru związanego i trójhalometanów (THM).
Dopiero w połączeniu z chlorowaniem konserwującym technologia ta daje właściwe efekty w wysoko obciążonych basenach publicznych. Tę technologię można w skrócie opisać jako: ozonowanie z wydłużonym czasem kontaktu, filtracja wstępna + koagulacja + filtracja właściwa + podgrzewanie + korekta pH + chlorowanie.

3.1 Zalety ozonowania

Podstawowe zalety technologii ozonowania to:
– doskonała dezynfekcja wody gwarantująca spełnienie ostrych wymagań obowiązujących obecnie w Niemczech, a także zaostrzonych wymagań, które wejdą w życie w najbliższym czasie na obszarze Unii Europejskiej. Ozon w porównaniu z chlorem zapewnia znacznie lepszą dezynfekcję wody (w tym inaktywację wirusów, niszczenie grzybów, redukcję trihalometanu oraz utlenianie fenoli, detergentów i pestycydów);
– doskonałe walory organoleptyczne wody (smak, zapach, barwa, przezroczystość);
– ekonomia eksploatacji i ochrona środowiska (zminimalizowane: zużycie wody świeżej, zrzut ścieków, zużycie chemikaliów)
Różnica kosztów między instalacją metody klasycznej, a wyżej wymienioną nowoczesną technologią przestaje grać większą rolę przy średnich i dużych inwestycjach.

3.2 Dwa warianty pełnego ozonowania

W praktyce najczęściej stosowane są dwa następujące warianty pełnego ozonowania:
a) niecka – zbiornik kontaktowo – przelewowy z wprowadzeniem ozonu-pompa obiegowa-filtr wielowarstwowy-niecka
b) niecka- zbiornik przelewowy-pompa obiegowa-wprowadzanie ozonu – reaktor- filtr wielowarstwowy-niecka
Zalety wariantu „b”: lepsza hydraulika (swobodny, grawitacyjny spływ wody z przewodów przelewowych do zbiornika), nie ma konieczności budowania bardziej skomplikowanego zbiornika kontaktowo-przelewowego jak w wariancie „a”.
Z kolei w wariancie „a” odpada koszt dodatkowego reaktora (tę rolę pełni wydzielona część zbiornika kontaktowo-przelewowego.

3.3 Ozonowanie z wykorzystaniem części zbiornika przelewowego jako reaktora

Uzdatnianie wody odbywa się w obiegu zamkniętym. Proces uzdatniania rozpoczyna się od odprowadzenia wody z niecek basenu przy pomocy górnych czynnych przelewów na wszystkich krawędziach w sposób grawitacyjny z przerwą powietrzną do zbiornika kontaktowo-przelewowego, gdzie następuje mieszanie się wody basenowej z ozonem. Zbiornik kontaktowo-przelewowy przyjmuje również (z przerwą powietrzną) wodę po chłodzeniu ozonatora oraz świeżą wodę wodociągową pokrywającą ubytki eksploatacyjne. Woda ze zbiornika dopływa na filtry wielowarstwowe za pomocą pomp obiegowych z wbudowanym prefiltrem. Za pompą dozowany jest koagulant. Następnie woda jest filtrowana i podgrzewana w wymienniku ciepła. Przed wprowadzeniem wody do basenu następuje dozowanie środka do korekty pH i podchlorynu sodu, które odbywa się automatycznie poprzez regulatory sterujące dozowaniem. Woda uzdatniona wprowadzana jest do basenu za pomocą dysz dennych.
Zastosowanie ozonatora podciśnieniowego daje pewność, że ewentualne nieszczelności instalacji nie spowodują wydostawania się ozonu do pomieszczenia. Wytwarzana w ozonatorze mieszanina powietrzno – ozonowa zasysana jest przez inżektor i podawana do komory kontaktowej zbiornika kontaktowo-przelewowego gdzie odbywa się proces ozonowania wody basenowej. Przyjmuje się dawkę ozonu 0.8-1,4 g O3/m3 w zależności od typu basenu. Ozonator należy zainstalować w oddzielnym pomieszczeniu z system wentylacji mechanicznej.
Filtracja przez piasek kwarcowy i węgiel aktywny ma za zadanie usunięcie z wody obiegowej zanieczyszczeń mechanicznych, zawiesiny i cząstek koloidowych. Efektywność filtracji jest zwiększona poprzez proces koagulacji. Filtracja przez węgiel ma za zadanie usunięcie z wody rozpuszczalnych związków chemicznych oraz całkowitą desorpcję ozonu resztkowego z wody oczyszczanej, co zabezpiecza przed uwalnianiem się ozonu z wody w hali basenowej. Wielowarstwowe złoże filtracyjne umożliwia stosowanie wysokiej prędkości filtracji v=30m/h.
Pewne nieduże ilości nie przereagowanego ozonu zbierają się jako tzw. ozon resztkowy. Dlatego też odpowietrzenie zbiornika kontaktowo-przelewowego oraz filtrów wielowarstwowych połączone są z destruktorem w złożu, w którym następuje destrukcja ozonu. Oczyszczone powietrze wyprowadzone jest poza budynek.

3.4 Wariant uzdatniania z odrębnym zbiornikiem reakcyjnym

Jeśli zbiornik przelewowy nie ma dodatkowej komory do reakcji, to odpowiedni czas kontaktu wody z ozonem jest zapewniany w oddzielnym reaktorze ciśnieniowym. Samo wprowadzanie ozonu do układu odbywa się również inżektorowo, do specjalnego statycznego mieszalnika i ciśnieniowego zbiornika reakcyjnego – kontaktowego z specjalnym wypełnieniem lub bez dla zapewnienia odpowiednim czasem kontaktu. Pozostałe urządzenia i procesy są identyczne jak w metodzie poprzedniej.

3.5 Ozonowanie częściowego strumienia wody

Część strumienia uzdatnianej wody basenowej w ilości 10 – 20% wody po filtracji zostaje wyłączona ze strumienia głównego, poddana ozonowaniu i wprowadzona do zbiornika reakcyjnego, w którym zostaje poddana w odpowiednim czasie reakcji z ozonem. Powietrze balastowe oraz pozostały ozon zostają odprowadzone automatycznie do destruktora ozonu resztkowego. Ozonowana woda na odpływie ze zbiornika reakcyjnego poddana jest pomiarowi na zawartość ozonu resztkowego. Przy pomocy zmierzonej wartości następuje regulacja wydajności generatora ozonu. Tak, więc w zależności od zapotrzebowania do poddawanej ozonowaniu wody dodawane będą mniejsze lub większe ilości ozonu.
Pozostały w strumieniu częściowym ozon jest tak obliczony, że po zmieszaniu się strumienia częściowego ze strumieniem głównym zawarty w nim ozon resztkowy poprzez reakcje wtórne oraz wymieszanie zostaje zredukowany do zera, tak ze w wodzie basenowej jest niewykrywalny. System ozonowania strumienia częściowego pracuje w metodzie próżniowej tak, że ozon nie może przedostać się do pomieszczeń technicznych.
Ozonowanie strumienia częściowego posiada pewne zalety: dużo niszże koszty inwestycyjne niż przy stosowaniu ozonowania pełnego (ozonujemy tylko 10÷20% objętości głównego strumienia wody basenowej), niższe koszty eksploatacyjne, mniejsze powierzchnie zajmowane przez urządzenia, brak potrzeby stosowania węgla aktywnego (nie ma nadprodukcji ozonu) oraz spadek zużycia chloru do ok. 30 % w porównaniu do metody z ozonem i węglem aktywnym.

1. Wytwornica (generator) ozonu jest tak dobrana, że do dziesięcioprocentowej części strumienia może być wprowadzony 1-2 g O3/m3wody.
2. Wartość żądana regulatora (pomiar na odpływie z reaktora) jest ustawiona na 0,2g O3/ m3), tak, że po wymieszaniu się strumienia częściowego z głównym, może pozostać resztka ozonu na poziomie max. 0,02 gO3/m3. Po wymieszaniu się z resztą wody pozostały ozon resztkowy spotka się ponownie ze związkami organicznymi, z którymi może reagować. W ten sposób również ozon resztkowy zostanie całkowicie zużyty. (Zalecenie: Od miejsca zmieszania się strumienia częściowego z głównym, należy pozostawić min. ok.5 m przewodu wody czystej z burzliwym przepływem.)
3. Cela pomiarowa posiada kontrolę przepływu, która przy ubytku wody pomiarowej, połączona jest z meldunkiem alarmu wyłączającym generator ozonu.
4. Pomiar ozonu odbywa się metodą potencjometryczną, to znaczy selektywnie. A więc cząsteczki chloru w wodzie pomiarowej nie zakłócają pomiaru ozonu.
5. Przy filtrach z regulowaną wielkością przepływu zależną od obciążenia, pompa strumienia częściowego będzie regulowana w takim stopniu, aby zachować odpowiednie relacje strumienia częściowego.
6. W dalszej części zastosowane są inne systemy kontroli i zabezpieczenia chroniące m.in. generator ozonu przed strumieniem zwrotnym, czy też odpływ wody pomiarowej przed ozonem resztkowym.
Sprawność i skuteczność urządzenia zapewniona jest przez szereg określonych rozwiązań, jak np. 3 minutowy czas reakcji strumienia częściowego w zbiorniku reakcyjnym (to znaczy wystarczający czas do właściwego procesu chemicznego a przez to rozkład ozonu.) czy, też pewna określona droga mieszania się ozonu po mieszaczu statycznym czy wreszcie automatyczny odpowietrznik zbiornika reakcyjnego (ozon resztkowy i powietrze przeprowadzane są przez destruktor ozonu resztkowego). W końcu całość kontrolowana jest przez pomiar ozonu oraz pomiar tzw. pomocniczych parametrów higienicznych wody. Dzisiejszy stan techniki pozwala zastosować dodatkowo ciągły pomiar chloru związanego.

3.6 Hydraulika niecek przy stosowaniu ozonowania

Bardzo istotna w procesie uzdatniania jest sama hydraulika niecki tzn. sposób doprowadzania i odprowadzania wody. Sposób najskuteczniejszy, stosowany w połączeniu z ozonowaniem od szeregu lat, to wprowadzenie dyszami dennymi, a odprowadzenie wody w całości przelewem górnym czynnym (najlepiej tzw. fińskim) na całym obwodzie niecki. Zapewnia to dobre wymieszanie wody w basenie oraz szybkie ujednorodnienie jej własności fizyko-chemicznych i bakteriologicznych. Zanieczyszczenia zbierające się na powierzchni wody są szybko usuwane górnymi przelewami.

4. Lampy UV (ultrafioletowe)

Metoda ta polega na naświetlaniu wody przepływającej przez cylindry, w których umieszczone są lampy emitujące promieniowanie ultrafioletowe o odpowiedniej mocy. Promieniowanie to powoduje niszczenie bakterii chorobotwórczych, ale nie zabezpiecza wody przed wtórnym skażeniem podobnie jak metoda ozonowania i musi być powiązane z końcową dezynfekcją chlorem. Technologia UV zyskuje na znaczeniu także w uzdatnianiu wody basenowej ze względu na:
– podobnie jak ozon pozwala zmniejszyć dawkę chloru / podchlorynu sodu;
– jest skuteczna także przeciwko tym mikroorganizmom, które są odporne na chlor;
– eliminuje bakterie wody ciepłej – legionelle;
– poza dezynfekcją doprowadza do redukcji chloraminy.

4.1 Dezynfekcja wody promieniami UV

Promieniowanie ultrafioletowe (UV) jest częścią widma słonecznego o silnym bakteriologicznym działaniu. Dotyczy to w szczególności promieniowania o długości fali:
2500 ÷ 2650 Å = (2,5 – 2,65) x 10-7 m = 254 ÷ 265 nm (w zakresie UV-C). Promienie UV w zakresie UVC (200-280 nm) atakują DNA bakterii i wirusów. Główna absorpcja przez DNA następuje przy długości fali 260 nm.
Najistotniejsza jest dawka, która zależy od natężenia promieniowania i czasu ekspozycji:

Intensywność (W/m2) x czas (s) = J/m2= 0,1 mJ/cm2= 1000 mWs/cm2

Promieniowanie UV powoduje błyskawiczną reakcję fotochemiczną w zakresie dezoksyrybonukleinowym (DNA), który decyduje o życiu wszystkich mikroorganizmów. Dzięki tej reakcji mikroorganizmy albo zostają zabite albo też tracą zdolność rozmnażania się.
Najmniej odporne na działanie promieniowania UV są bakterie i wirusy, nieco bardziej drożdże, a najbardziej pleśnie. Formy przetrwalnikowe są bardziej odporne od form wegetatywnych.

Do sztucznego wytwarzania (emitowania) promieniowania UV stosuje się gazowe lampy wyładowcze. Promienniki te są wykonane ze szkła kwarcowego i zawierają parę rtęci, która w stanie wzbudzonym emituje promieniowanie o określonym spektrum. Z uwagi na ciśnienie pary rozróżnia się dwa typy promienników: niskociśnieniowe i średniociśnieniowe (zwane też multifalowymi). Oba rodzaje lamp emitują promieniowanie UV, lecz różnią się zakresem i charakterem emisji. Lampy niskociśnieniowe emitują prawie wyłącznie promieniowanie w zakresie UV-C, przy czym prawie 100% promieniowania jest emitowane w paśmie 254 nm, zaś lampy średniociśnieniowe emitują promieniowanie w całym zakresie UV, w większości poza zakresem skuteczności dezynfekcyjnej.
Moc lamp średniociśnieniowych jest do 50 razy większa niż lamp niskociśnieniowych, jednak stopień jej wykorzystania do wytwarzania promieniowania UV jest około pięciokrotnie niższy niż dla lamp niskociśnieniowych. W efekcie lampy średniociśnieniowe wytwarzają znaczne ilości ciepła, co komplikuje budowę urządzenia i utrudnia ich eksploatację.
Typowa żywotność lamp niskociśnieniowych wynosi około 8 000 godzin, przy czym czołowi producenci gwarantują żywotność do 12 000 godzin. Żywotność lamp średniociśnieniowych jest znacznie niższa i wynosi około 5 000 – 7 000 h. Na rynku dostępne są trzy rodzaje promienników:
– niskociśnieniowe o niskiej intensywności (nisko, nisko)
– niskociśnieniowe o wysokiej intensywności (nisko, wysoko)
– średniociśnieniowe (średnio, wysoko).

4.2 Dobór urządzenia UV

Prawidłowy dobór urządzenia UV jest, poza samą jakością danego urządzenia, podstawą do osiągnięcia skutecznej dezaktywacji mikroorganizmów. Doboru urządzenia dokonuje się na podstawie:
– wielkości maksymalnego chwilowego przepływu – m3/h;
– jakości (transmisji UV) wody (cieczy) – T 1 cm, – %;
– żądanej dawki UV (wytyczne, ilość i rodzaj mikroorganizmów, badania) – J/m2, μWs/cm2.
Wielkość przepływu ocenia projektant (użytkownik) na podstawie wskazań przepływomierza lub obliczeń. Należy pamiętać o tym, aby dobierać urządzenia dla przepływu maksymalnego.
Pomiaru transmisji powinien dokonać każdorazowo dobierający urządzenie. Można próbować ocenić transmisję na podstawie analizy fizyko – chemicznej, istnieje tu jednak możliwość pomyłki z uwagi na substancje nie ujęte w standardowych analizach, a mogące mieć wpływ na transmisję wody.
Transmisja UV wody to inaczej mówiąc jej klarowność, która ma wpływ na absorbowanie promieni UV i przez to mniejszą efektywność urządzenia.
Transmisja T 1cm określa ile promieniowania przechodzi przez warstwę 1 cm wody, oznacza to, że przy T 1 cm = 70%, przez 1 cm wody przechodzi 70% promieniowania, a już po 5 cm (T 5 cm) tylko 16,8%. Przy nieodpowiednio dobranym urządzeniu, przy ściankach reaktora promieniowanie jest za słabe. Stąd im gorsza transmisja, tym mocniejsze musi być urządzenie (promieniowanie), aby spenetrować całą powierzchnię przekroju reaktora.
Dawkę UV określa się najczęściej w J/m2bądź w mJ/cm2, przy czym 400 J/m2= 40 mJ/cm2. Dawkę 400 J/m2została określona jako minimalna dawka skuteczna dla dezynfekcji wody pitnej (woda wodociągowa). Z uwagi na fakt, iż w przypadku wody basenowej skażenie tej wody bakteriami następuje w sposób ciągły i to w znacznej ilości, zgodnie z zagranicznymi wytycznymi, należy dobierać urządzenia z dawką minimalną 600 J/m2(60 mJ/cm2).
Przy małych, prywatnych basenach można pozwolić sobie na mniejszą dawkę od tej wskazanej, natomiast gdy mowa o basenach rehabilitacyjnych, leczniczych dawka powinna oscylować w okolicy 800 J/m2(80 mJ/cm2).
Powyższe dawki dotyczą basenów z całkowitą wymianą wody co 4 – 5 godzin, jeśli wymiana jest częstsza można dawki zmniejszyć.
Należy także pamiętać o tym, iż promienniki UV zużywają się, stąd należy określać dawkę na koniec żywotności promienników. Prawidłowy dobór urządzenia ma podstawowe znaczenie dla czystości mikrobiologicznej wody.
W przypadku urządzeń średnio- ciśnieniowych niezbędnym jest wyposażanie ich w systemy automatycznego czyszczenia rur osłonowych. Promienniki średniociśnieniowe nagrzewają się do 900oC, stąd częstotliwość powstawania osadów na rurach osłonowych jest znaczna. Osad absorbuje promieniowanie UV pogarsza efektywność pracy urządzenia. Należy, więc stosować systemy automatycznego zgarniania osadów napędzane silnikami elektrycznymi. Przy urządzeniach niskociśnieniowych nie jest to konieczne, gdyż temperatura pracy promienników jest tu wielokrotnie niższa, a okresowe płukanie urządzenia bądź mechaniczne czyszczenie rur osłonowych nie jest zbyt uciążliwe.
Poza efektem czysto dezynfekcyjnym technologia UV ma jeszcze jedną bardzo istotną w technologii basenowej zaletę – światło UV rozbija i utlenia chloraminy. Chloraminy to związki zbudowane w oparciu o chlor (Cl), azot (N) i wodór (H) i to w różnych kombinacjach. To właśnie chloraminy są odpowiedzialne za „zapach chlorowy” w wodzie basenowej. Jednym ze sposobów ograniczania dawek chloru jest instalowanie urządzeń UV w celach dezynfekcyjnych. Promieniowanie UV rozbija wiązania chloraminy i niszczy ją. Nie tylko zresztą chloraminę, ale także inne substancje organiczne. Dzięki UV można zredukować chloraminę z poziomu 1,00 ppm do wartości 0,2 ppm.
Generalnie, jeśli chodzi o dezynfekcję odpowiednio dobrane urządzenia obu rodzajów spełnią swoje zadanie. W przypadku redukcji chloraminy urządzenia wyposażone w promienniki średniociśnieniowe będą trochę efektywniejsze.

5. System „Anti Bio”

Do wspomagania procesu dezynfekcji wody basenowej może być stosowane urządzenie o nazwie Anti Bio. System ten jest montowany na powierzchni zewnętrznej przewodu doprowadzającego wodę basenową do złoża filtracyjnego. Urządzenie składa się z dwóch podstawowych elementów aktywatorów i jednostki sterującej, a także rękawów do mocowania aktywatorów na przewodzie i transformatora. Żadna z części Systemu Anti Bio nie ma fizycznego kontaktu z wodą.
Zasada działania polega na generowaniu przez aktywatory pola elektromagnetycznego i fal dźwiękowych w środowisko wodne. Efektem działania tego urządzenia jest poprawa biologicznej jakości wody, stabilizacja wartości pH oraz zmniejszenie ilości stosowanego koagulanta.
Korzyści wynikające z zastosowania tego rozwiązania:
− poprawa biologicznej jakości wody,
− nieszkodliwość dla środowiska,
− stabilizacja wody,
− skuteczność w zwalczaniu bakterii,
− poprawa procesu filtracji,
− mniejsze zużycie środków chemicznych,
− redukcja chloramin,
− niskie koszty eksploatacyjne,
− trwałość i bezobsługowość urządzenia.
Urządzenie Anti Bio korzysta z bardzo niskiego napięcia i emituje sterowane elektronicznie dźwięki o szerokim paśmie częstotliwości, które następnie są poprzez system aktywatorów wprowadzane w środowisko wodne.
W skład systemu Anti Bio wchodzą:
− transformator (AC 240/10 V AC),
− jednostka kontrolna,
− dwa aktywatory,
− „rękaw” do mocowania aktywatorów.
Urządzenie to jest montowane na powierzchni zewnętrznej przewodu doprowadzającego wodę basenową na filtr. Działanie Anti Bio polega na generowaniu przez aktywatory pola elektromagnetycznego, oraz drgań o szerokim paśmie częstotliwości – fale akustyczne. Drgania są przenoszone do uzdatnianej wody poprzez aktywatory.
Działanie aktywatorów jest sterowane elektronicznie przez odpowiednio zaprogramowaną jednostkę sterującą. Pod wpływem działania pola elektromagnetycznego oraz drgań następują zmiany w przebiegu procesów uzdatniania wody basenowej np. zmniejszenie zużycia środków chemicznych. System ten działa korzystnie na procesy przebiegające podczas przepływu wody przez filtr.
Aktywatory Systemu Anti Bio nie mają fizycznego kontaktu z wodą, nie dochodzi więc do elektrolitycznego rozkładu jego części składowych. System elektryczny oparty na zasilaniu napięciem bezpiecznym o wartosci (12 V) jest w pełni bezpieczny. Wszystkie elementy są izolowane.

6. Badania i ocena metod wspomagania dezynfekcji wody basenowej

Badania przeprowadzono na I obiegu uzdatniania obejmujący nieckę basenu sportowego (B1) i nieckę basenu do nauki pływania (B2).
Basen sportowy (B1) przeznaczony jest dla osób aktywnie pływających o wymiarach: 25 m (długość) na 16 m (szerokość) i głębokości od 1,8 – 2,5 m, posiada 6 torów pływackich.
Basen do nauki pływania (B2) ma wymiary: 11 m (długość) na 5,5 m (szerokość) i głębokość od 0,60 do 1,35 m.

6.1 Zakres i metodyka badań

Celem przeprowadzonych badań była ocena parametrów fizykochemicznych wody w przypadku różnych systemów uzdatniania wody basenowej. Wykonano badania dla trzech różnych systemów uzdatniania wody basenowej:
− z procesem ozonowania i systemem Anti Bio,
− bez procesu ozonowania i przy działającym systemie Anti Bio,
− bez procesu ozonowania i systemu Anti Bio.
Przeprowadzono analizę jakości wody basenowej dla trzech systemów uzdatniania i porównano sprawność działania tych systemów.
Badania prowadzono w okresie od 14 marca 2008 do 1 maja 2008r. w trzech niezależnych seriach pomiarowych. Pierwsza seria obejmowała pomiar próbek wody przy wszystkich działających urządzenia do uzdatniania wody basenowej. Druga seria – woda poddawana uzdatnianiu bez procesu ozonowania. Natomiast trzecia seria – bez ozonowania i systemu Anti Bio. W ciągu całego cyklu badań dla każdej serii i każdego parametru jakości wody basenowej wykonano od 7 – 8 analiz fizyczno – chemicznych.
Próbki do analiz fizykochemicznych pobierano w godzinach rannych 800÷ 1000podczas użytkowania basenów.
Próby wody z niecek B1 i B2 pobierano z kilku punktów w niecce basenu w celu uzyskania tzw. próby reprezentatywnej, ponadto pobrano je w odległości około 40cm od krawędzi i około 30cm pod zwierciadłem wody zgodnie z zaleceniami rozporządzenia [3].
Pozostałe próby zostały pobrane w pomieszczeniu podbasenia i były to:
− woda ze zbiornika kontaktowo – przelewowego KP – pobrana z pompy obiegowej,
− woda po procesie filtracji – po filtrze FI 1. – pobrana przez specjalny króciec pomiarowy,
− woda wodociągowa uzupełniająca WW – pobrana przez specjalny króciec pomiarowy.

6.2 Analiza wyników badań

Przedstawiono analizę kilku ważnych wskaźników jak utlenialność, azot amonowy i chlor związany – jako na parametry, które w krótkim czasie pozwalają określić stopień zanieczyszczenia wody basenowej oraz na chlor wolny – jako parametr określający stopień zabezpieczenia przed bakteriologicznym skażeniem wody.
Utlenialność jest to wskaźnik określający zawartość łatwo utleniających się substancji organicznych, który pokazuje stopień zanieczyszczenia wody. Azot amonowy określa nam stopień zanieczyszczenia wody basenowej i skuteczność prowadzonej dezynfekcji.
Chlor wolny za zadanie zapewnienie bakteriobójczych i bakteriostatycznych właściwości wody basenowej.
Stężenie azotu amonowego w wodzie basenowej zgodnie z rozporządzeniem nie powinno przekraczać 0,5 mgN-NH4/dm3[2]. W badanej wodzie basenowej stężenia te nie zostały przekroczone. Stężenia azotu amonowego w trzeciej serii pomiarowej jest niższe niż w pozostałych seriach. W serii I i II wartości stężenia azotu amonowego są porównywalne, na co miała wpływ wyższa frekwencja w tym okresie.
Utlenialność wody basenowej zgodnie z polskimi przepisami powinna wynosić 5,0 mgO2/dm3, natomiast zgodnie z niemiecką normą DIN 19643 nie więcej niż 3,0 mgO2/dm3ponad wartość w wodzie uzupełniającej [1, 2]. Analizując otrzymane wyniki badania jakości wody basenowej stwierdzono, że woda spełnia wymaganie jakościowe zgodnie z obowiązującymi przepisami. Zaobserwowano, że w przypadku drugiej i trzeciej serii pomiarowej występowała niższa wartość utlenialności wody. Związane to było przede wszystkim z mniejszą frekwencją w tym okresie badań w wysokości 876 – 1565 osób. Wyższe wartości utlenialności zbadano w wodzie z niecki a niższe po procesie filtracji, co świadczy o prawidłowo zachodzącym procesie uzdatniania wody.Chlor wolny w wodzie basenowej powinien mieścić się w zakresie od 0,3 mgCl2/dm3do stężenia 0,6 mgCl2/dm3[1]. Badanie stężenia chloru wolnego w wodzie basenowej jest ważne z uwagi na jego własności dezynfekcyjne i zabezpieczenie przed wtórnym skażeniem bakteriologicznym.
Stężenie chloru wolnego było niestabilne i mieściło się w granicach od 0,43 mgCl2/dm3do 1,03 mgCl2/ dm3, stężenie to było na wysokim poziomie a w niektórych próbkach bardzo wysokie (1,49; 1,56; 1,68; 2,17 mgCl2/ dm3). Wyższe wartości chloru wolnego zaobserwowano w próbkach z basenu sportowego, który ze względu na swój charakter cechuje się sporym zainteresowaniem użytkowników (wysoka frekwencja).
Do dezynfekcji wody stosowano wyższe dawki podchlorynu sodu, stąd duże stężenie chloru wolnego w wodzie basenowej. Przyczyną tej sytuacji było zbyt wysokie pH wody (powyżej 7,4), które zmniejsza aktywność dezynfekcji.
Stężenie chloru wolnego jest wyższe w II i III serii pomiarowej w porównaniu do I serii pomiarów. Spowodowane jest to tym, iż w tych seriach (II i III) dozowano więcej środka dezynfekcyjnego w celu lepszego zabezpieczenia wody basenowej przed wtórnym skażeniem bakteriologicznym.
Stężenie chloru związanego nie powinno przekraczać 0,2 mgCl2/dm3zgodnie z DIN 19643, natomiast Rozporządzenie Ministra Zdrowia dopuszcza stężenie chloru związanego do 0,5 mgCl2/dm3[1, 2]. Analizując wyniki pomiaru stężenia chloru związanego zauważono przekroczenie dopuszczalnych wartości w większości próbek wody (w 70%). Wartości chloru związanego w badanej wodzie basenowej wynoszą od 0,18 do 0,35 mgCl2/dm3. Porównując różne systemy uzdatniania wody można zauważyć, iż w przypadku procesu ozonowania i sytemu Anti Bio występowały niższe stężenia chloru związanego w wodzie basenowej.

7. Podsumowanie

Badania poszczególnych serii pomiarowych prowadzono w krótkim okresie czasu, dlatego uzyskane wyniki badań w niewielkim stopniu różnią się od siebie. Można przypuszczać, że w przypadku dłuższego wyłączenia procesu ozonowania i systemu Anti Bio uzyska się większą zmianę parametrów fizykochemicznych badanej wody. Istotne było by również przeprowadzenie w okresie wyłączenia urządzeń badań bakteriologicznych.
W badanym obiekcie basenowych ustalona dawka podchlorynu sodu wynosiła 0,5 mg Cl2/dm3, w przypadku drugiej i trzeciej serii pomiarowej dawka została zwiększona do 0,7 mg Cl2/dm3 – większe zabezpieczenie przed skażeniem bakteriologicznym.
Podwyższenie dawki środka dezynfekcyjnego mogło wpłynąć na wyższe stężenia chloru związanego.
Parametry fizyczno – chemiczne i bakteriologiczne wody basenowej we wszystkich badanych punktach pomiarowych odpowiadają wartościom normowanym i wskazują na prawidłową pracę instalacji uzdatniania wody basenowej (za wyjątkiem przekroczonych stężeń chloru wolnego i związanego w wodzie z niecek basenowych B1 i B2).
Obawa przed wtórnym skażeniem bakteriologicznym wpływała na wzrost stężenia chloru wolnego w badanej wodzie basenowej.
Pomimo zastosowanego procesu ozonowania w I serii pomiarowej stężenia azotu amonowego i wartości utlenialności były wyższe niż w serii pomiarowej II i III. Wyższe wartości stężenia azotu amonowego i wartości utlenialności w I serii pomiarowej wynikały z wyższej frekwencji w porównaniu do frekwencji w czasie serii pomiarowej II i III (w I serii – 112 osób/godz., w II serii – 99 osób/godz., a w III serii – 104 osób/godz.).
Stężenie chloru związanego w każdej z trzech serii pomiarowych przekraczało wartość dopuszczalną określoną w normie DIN i wytycznych [1, 3].
Niższe stężenia chloru związanego obserwowano dla systemu uzdatniania wody z procesem ozonowania i systemem Anti Bio średnio 0,21 mgCl2/dm3(I seria badań). Dla II i III serii badań stężenia chloru związanego były porównywalne i wynosiły średnio 0,28 mgCl2/dm3. Dzięki zastosowaniu w układzie technologicznym uzdatniania wody basenowej w analizowanym parku wodnym pełnego ozonowania możliwe było obniżenie dawki podchlorynu sodu stosowanego do końcowej dezynfekcji wody (z 0,7 mgCl2/dm3do 0,5 mgCl2/dm3). Dawka ta nadal była zbyt wysoka. Przy zastosowaniu procesu ozonowania i sytemu Anti Bio możliwe jest znacznie większe obniżenie dawki podchlorynu sodu nawet poniżej 0,3 mgCl2/dm3.
Rozdzielenie obiegów uzdatniania dla niecki basenu sportowego i dla nauki pływania mogłoby pozwolić na uzyskanie lepszej jakości wody basenowej. Porównując podstawowy i powszechnie stosowany system uzdatniania wody basenowej.
(III seria badań) z systemem wspomaganym procesem ozonowania i systemem Anti Bio stwierdzono redukcję chloramin, lepszą jakość wody i mniejsze zużycie środków do dezynfekcji.

Nasi partnerzy

Laboratorium Korona Ozon