Zastosowanie aktywowanego złoża szklanego w filtracji basenowej wody - jakie są zalety tej technologii?

 

Na rynku używanych obecnie jest kilka typów złóż filtracyjnych do filtrów basenowych: piaskowo-żwirowe, zeolitowe czy szklane. Wśród nich znajduje się wiele złóż specjalistycznych, a każde z nich ma pewne unikatowe właściwości, aby skutecznie uzdatniać wodę w zależności od warunków pracy.

Filtracja jest procesem stanowiącym najczęściej pierwszy etap cyklu oczyszczania wody basenowej i wpływa pozytywnie na efekt pozostałych metod dezynfekcji. Najważniejszym celem działania każdego systemu oczyszczania wody basenowej jest unieszkodliwienie i usunięcie bakterii i produktów ubocznych dezynfekcji, pozostałych w obiegu wody. W wyniku niskoefektywnej filtracji mechanicznej stosowane są coraz silniejsze środki dezynfekcyjne. Specjaliści zwykle skupiali się na coraz silniejszych metodach usuwania problemu, zamiast przyjrzeć się przyczynom i działać prewencyjnie. Większych zmian w zakresie metod filtracji także w stosunku do metod dezynfekcji było niewiele i ograniczały się w zasadzie do wykorzystania różnych materiałów filtracyjnych.

 

Fot. 1. Złoże w filtrze

 

Rodzaje złóż filtracyjnych stosowane na rynku

Złoża piaskowo-żwirowe - powszechnie stosowane złoża filtracyjne, umożliwiają filtrację mechaniczną, nie dając dodatkowych korzyści. Do wad tych złóż należą m.in.:

  • szybki spadek efektywności filtracji z powodu zbrylania się złoża;
  • tworzenie się kanałów w zbiorniku filtracyjnym przepuszczających zanieczyszczoną wodę do obiegu;
  • wysokie koszty eksploatacyjne związane z dużym zapotrzebowaniem na wodę do płukania;
  • rosnące zapotrzebowanie na chlor;
  • rosnące koszty odprowadzania popłuczyn;
  • duże straty ciepła w popłuczynach;
  • konieczność okresowej wymiany złoża lub jego uzupełniania (im częstsza, tym lepsza jakość filtratu).

Piasek przed zbryleniem zachowuje bardzo dobre właściwości filtracyjne. Niestety, bakterie w złożach piaskowych mają doskonałe warunki do bardzo szybkiego namnażania się (sprzyjająca temperatura 28-30°C, słabo kwaśny odczyn wody w filtrze).

 

Obecnie złoża piaskowo-żwirowe są uważane za najmniej skuteczny materiał filtracyjny.

Złoża z węgla aktywnego - używane w celu adsorpcji związków nieorganicznych, organicznych, chloru związanego oraz usuwania metali ciężkich. Skutecznie redukują chlor związany, gdy jego warstwa nie przekracza 10 cm na powierzchni złoża piaskowego w filtrze ciśnieniowym. Wyższe warstwy złoża mogą powodować tworzenie się biofilmu i zakwaszanie złoża filtracyjnego. Im większe ziarna węgla aktywnego, tym trudniej go wypłukać z filtra przy płukaniu wstecznym. Za najlepszy węgiel aktywny do uzdatniania wody basenowej uważany jest węgiel wytwarzany z łupin orzechów kokosowych. Dodanie warstwy węgla aktywnego wymaga zmniejszenia prędkości płukania całego złoża filtracyjnego, co może wpływać na niedostateczne wypłukanie złoża piaskowego. Problem ten nie występuje w przypadku zastosowania złoża AFM®, gdyż wymagane prędkości płukania węgla aktywnego i AFM® są takie same.

Złoża szklane - to złoża produkowane metodą kruszenia szkła białego, niebieskiego, brązowego, zielonego o różnej granulacji ziaren, odpowiadającej granulacji złóż piaskowo-żwirowych. Kruszone szkło dostępne zarówno w Polsce, jak i na świecie charakteryzuje się tym, że nie przechodzi procesu aktywacji chemiczno-termicznej, a w jego skład wchodzi w większości szkło białe i niebieskie, które jest najtańsze i najłatwiej dostępne. Zanieczyszczenie związkami organicznymi tego typu złoża jest ok. 10-krotnie większe niż złoża AFM®. Historia stosowania tych złóż jest względnie krótka i wiedza o ich efektywności działania jest trudna do porównania z pozostałymi, znanymi na rynku od ponad 10 lat złożami filtracyjnymi.

 

Rys. Porównanie skuteczności filtracji różnych złóż - w złożu AFM® najmniejsze cząsteczki (do 5 mikronów) zostały usunięte w 80% przy prędkości filtracji 20 m/h bez wcześniejszej flokulacji

 

Złoże AFM® (ang. Activated Filter Material) to „rewolucja” w zakresie filtracji wody basenowej - złoże szklane, aktywne, wytworzone z mieszanki szkła koloru zielonego (w większości) i brązowego, stosowane do filtracji elektromechanicznej (fot. 1). To jedyne aktywne złoże na rynku, którego skuteczność potwierdzona jest patentem, badaniami oraz 30-letnim doświadczeniem firmy Dryden Aqua. Jest to jedyne złoże filtracyjne, które zatrzymuje zanieczyszczenia wielkości nawet do 1 mikrona, podczas gdy świeży piasek skutecznie wychwytuje zanieczyszczenia wielkości od 8 mikronów. Aktywacja fizykochemiczna nadaje ziarnom szkła silny ładunek ujemny, tworzy mezoporowatą strukturę na powierzchni, zwiększając powierzchnię czynną adsorpcji oraz dodatkowo tworzy na swojej powierzchni wolne rodniki do skutecznej dezynfekcji, chroniąc przed tworzeniem się biofilmu. Dzięki badaniom przeprowadzonym we francuskim instytucie IFTS stwierdzono, że złoże AFM® zatrzymuje 97% zanieczyszczeń wielkości do 5 mikronów przy prędkości filtracji 20 m/h. W tych samych warunkach piasek zatrzymuje 72% zanieczyszczeń. Dlatego analizując skuteczność filtracji i wpływ na dalsze procesy uzdatniania wody, złoże AFM® przepuszcza jedynie 3% zanieczyszczeń, a piasek i inne złoża co najmniej 28%.

Podczas aktywacji złoża AFM® następuje 300-krotne zwiększenie powierzchni czynnej szkła, zmiana ładunku ziaren na ujemny i zmiana właściwości chemicznych szkła. Proces produkcji złoża polega na oczyszczeniu surowca z wszelkich zanieczyszczeń, w tym organicznych, podgrzaniu do temperatury 1200°C, pokruszeniu szkła do pożądanych kształtów i granulacji, a następnie poddaniu procesowi 2-stopniowej aktywacji: chemicznej i termicznej.

Jednym z największych problemów w basenach i wannach SPA jest amoniak. Związek ten obecny jest w wodzie basenowej w wyniku zanieczyszczenia jej przez pot i mocz korzystających z basenu osób. Jak skutecznie złoże AFM® radzi sobie z tym problemem? Związki azotu wprowadzane do wody basenowej pochodzą w 9% od azotu amonowego, w 85% z mocznika, resztę zaś stanowi kreatyna, aminokwasy i peptydy. Właściwości złoża powodują, że bakterie w złożu nie namnażają się.

 

Fot. 2. Falownik do pompy obiegowej

 

Złoża piaskowe, zeolitowe (z kryształków krzemianu glinu o dużej porowatości, nasyconych jonami sodowymi) czy z kruszonego szkła porastają biofilmem. Mocznik przekształca się w związki amonowe (amoniak) przez działanie ureazy - enzymu bakterii. Dodatkowo amoniak tworzy się w kwaśnych warunkach na powierzchni biofilmu. Amoniak praktycznie natychmiast reaguje z chlorem, tworząc chloraminy. Taki proces nie zachodzi w przypadku zastosowania złoża AFM®, dlatego nie tworzy się nieorganiczny chlor związany odczuwalny przez kąpiących się jako nieprzyjemny zapach chloru w hali basenowej. Jedyny związek chloru, który powstaje przy zastosowaniu złoża AFM®, to chloro-mocznik. W wynikach badania jakości wody chloro-mocznik wchodzi w skład tzw. chloru związanego. Jest to jednak organiczny związek chloru i nie jest on tak szkodliwy dla zdrowia jak nieorganiczne związki chloru. Aby zmierzyć zawartość organicznego chloru związanego, należy od wartości chloru związanego odjąć nieorganiczny chlor związany.

Użycie złoża AFM® ma wiele zalet, do głównych, poza już opisanymi, należą:

  • zmniejszenie zużycia środków chemicznych do pielęgnacji wody basenowej (skuteczniejsza filtracja powoduje, że zapotrzebowanie na chlor zmniejsza się nawet o 50%);
  • redukcja w 90% chloramin nieorganicznych, takich jak mono-, di- i trichloramina, dodatkowo też znacznie zmniejsza się stężenie THM oraz chlorocyjanu (chlorku kwasu cyjanowodorowego);
  • brak zbryleń pod wpływem kosmetyków do makijażu, kremów do opalania czy dezodorantów - środki te powodują w niektórych złożach filtracyjnych powstawanie tłustych, zbrylonych osadów;
  • zredukowanie do 50% wydatków na zakup wody, energii elektrycznej oraz zmniejszenie zapotrzebowania na energię cieplną; oszczędność zużycia energii wynika ze zmniejszonych prędkości filtracji oraz płukania złoża filtracyjnego, a także skrócenia czasu płukania;
  • brak konieczności wymiany złoża przez co najmniej 20 lat (co pokazuje doświadczenie z użyciem złoża w jednym z basenów w Wielkiej Brytanii);
  • dwukrotne zwiększenie klarowności wody; mętność wody spowodowana jest m.in. przez martwe bakterie i fragmenty biomasy, odpowiednio eksploatowane złoże AFM® zmniejsza mętność do 0,05 NTU (wartość tę można przyrównać do czystej widoczności pod wodą na 25 m, przy tak niskiej mętności wody nie ma ryzyka zainfekowania basenu Cryptosporidium, chorobotwórczą bakterią występującą w basenach).

Dla zobrazowania skali oszczędności warto podać, że na jedno płukanie średniej wielkości filtra zużywamy ok. 10 m3 wody w systemie klasycznym (złoże żwirowe), przy zastosowaniu złoża AFM® - ok. 5 m3. Filtry płuczemy co trzy dni, co daje w ciągu roku ok. 120 płukań, mamy więc 5 m3 x 120 = 600 m3. Każdy obieg basenowy posiada z reguły po dwa filtry, obiekt z dwoma basenami - cztery filtry, co daje 4 x 600 m3 = 2400 m3/rok.

Jak widać to: 2400 m3 mniej zużytej wody, 2400 m3 mniej ścieków, 2400 m3 wody o temp. 10°C, której nie trzeba podgrzewać do temp. 30°C Wyliczenia wykazują, że czas zwrotu kosztów inwestycyjnych wynosi ok. 1,5-2 lata.

 

Fot.3. Mieszacz statyczny   

 

Modernizacja basenów przez wymianę złoża

W Polsce pracuje bardzo wiele instalacji basenowych bazujących na złożu żwirowo-piaskowym. Obiekty te mogą w łatwy i szybki sposób dokonać modernizacji przez wymianę złoża filtracyjnego. Nie jest konieczna wymiana zbiorników filtracyjnych (jeśli nie są w bardzo złym stanie technicznym), ale jedynie złoża.

W celu pełnej kontroli nad wydajnością instalacji możliwe jest dodatkowo zastosowanie falowników do pomp obiegowych (fot. 2), a dla optymalizacji procesu koagulacji i flokulacji - montaż mieszacza statycznego (fot. 3). Wymienione działania pozwalają na znaczne poprawienie jakości wody oraz komfortu osób korzystających z basenu. Dodatkowo przyczyniają się do zmniejszenia kosztów eksploatacyjnych w tak istotnym zakresie, jak zużycie wody oraz energii. Woda, energia elektryczna oraz ciepło stanowią główne składniki kosztów eksploatacyjnych obiektów basenowych. Możliwość ograniczenia zużycia mediów oraz poprawa jakości wody przekonała już niejednego zarządcę basenu do przeprowadzenia modernizacji polegającej na wymianie złoża na wysokoefektywne złoże AFM®.

Układ technologiczny zmodernizowany przez wymianę złoża filtracyjnego pracuje np. w CRWiS w Strzelcach Opolskich. Modernizacja polegała na wymianie złoża filtracyjnego na złoże AFM® z warstwą 10-centymetrową węgla aktywnego w górnej części filtrów, montażu falowników do pomp obiegowych oraz mieszaczy statycznych na głównych rurociągach przed filtrami. Czas modernizacji wyniósł niespełna dwa tygodnie, a cały proces został przeprowadzony bez wyłączania obiektu z eksploatacji.

Po zakończeniu prac montażowych przeprowadzono regulację układu w zakresie wydajności filtracji oraz płukania wstecznego. Po optymalizacji pracy instalacji nastąpiła: redukcja chloru związanego w wodzie basenowej, redukcja zapachu chloru na hali basenowej przez zmniejszenie zawartości chloramin oraz znaczna redukcja zużycia wody i energii elektrycznej. Przed modernizacją w celu zachowania odpowiedniej jakości wody w procesie uzdatniania stosowane były jeszcze lampy UV Po modernizacji możliwe było ich wyłączenie z eksploatacji, co się przekłada na dodatkową oszczędność energii elektrycznej. Efektywność złoża pozwoliła na zmniejszenie wydajności filtracji bez uszczerbku na jakości wody. Powyższe działania oraz możliwość skrócenia czasu płukania wstecznego przekładają się na tym obiekcie na realne oszczędności w eksploatacji, a jednocześnie poprawę jakości wody.

 

Fot. 4. Filtry basenowe

 

Wykorzystanie złoża AFM® w innych branżach

Złoże AFM® stosowane jest w akwariach i oceanariach, np. we Francji, Hiszpanii, USA czy Zjednoczonych Emiratach Arabskich. To te obiekty były inspiracją do stworzenia tego złoża. Używane bywa również w wodociągach i kanalizacji (np. przez przedsiębiorstwo Scottish Water), stacjach uzdatniania wody do picia w Indiach, Wietnamie, krajach afrykańskich, w fabrykach tekstylnych w Bangladeszu, a także fabrykach napojów i żywności, np. Nestle, Gerber, Guinness.

 

mgr inż. Grzegorz Wojciul

Ilustracje: archiwum firmy Anchem

 

Źródła

  1. www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/id3528,-nowoczesne-i-innowacyjne-technologie-oczyszczania-wody-basenowej-cz.-3.
  2. www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/id3490,-nowoczesne-i-innowacyjne-technologie-oczyszczania-wody-basenowej-cz.-1.
  3. www.drydenaqua.com.
  4.  

Czytaj też: Zastosowanie elementów prefabrykowanych w konstrukcji basenów