Uimahallien altaiden käsittely

 

 

Uima-altaiden vedenkäsittelytarpeet

Monia erilaisia epäpuhtauksia siirtyy uimaveteen uimareista ja ympäristöstä. Näitä voivat olla vesivälitteiset tarttuvat virukset ja bakteerit sekä liuenneet ja liukenemattomat aineet (useimmiten orgaanisia). Terveellisen uimaympäristön varmistaminen vaatii tehokkaan vedenkäsittelyn.

 

Sisällysluettelo

Tämän sivun tarkoituksena on tarjota kattava yleiskuva uima-altaiden vedenkäsittelyn perusteista. Otsoni avaa uusia mahdollisuuksia vedenkäsittelyn tehokkuuden merkittävään parantamiseen ja helpottaa toimenpiteitä, kuten seuraavassa esitetään.

  1. Kloorauksen ongelmat
  2. Nykyiset käsittelyratkaisut
  3. Klooraus
  4. UV-käsittely
  5. Otsonointi
  6. Otsonointiprosessi
  7. Uima-allasveden otsonointiprosessin vuokaavio
  8. Desinfiointiaineiden yleiskatsaus ja vertailu
  9. Desinfiointiaineiden tehokkuuden vertailu
  10. Desinfiointiaineiden kustannusten vertailu
  11. Ozonetechin hyödyt
  12. Prosessin suunnittelu

 

Kloorauksen ongelmat

Riittävän hyvän vedenlaadun saavuttamiseksi on kokeiltu erilaisia menetelmiä. Yleisimpiä niistä ovat suodatusseulat ja hiekkasuodatus, kemialliset käsittelyt (esim. flokkaus ja veden pehmentäminen) sekä desinfiointi kloorilla, otsonilla tai UV-säteilyllä. Eri menetelmiä yhdistetään usein riippuen epäpuhtauksien tasosta ja halutusta vedenlaadusta. Kaikkein yleisin desinfiointimenetelmä tällä hetkellä on klooraus. Klooraukseen on kuitenkin yhdistetty komplikaatioita liittyen uimareiden terveyteen. Esimerkiksi vuonna 2014 Scientific Journal Environmental Science and Technology julkaisi artikkelin, jossa esitetään, että virtsahappo (ja kemiallisesti samanlaiset yhdisteet kehon nesteistä) ja kloori muodostavat syanogeenikloridia (CNCI) ja trikloramiinia (NCI3). Nämä kaksi yhdistettä liitetään limakalvojen ärsytykseen (Lian ym. 2014) (Chen ym. 2007) ja hengitysteiden vaurioihin (NIOSH, syyskuu 2015), jotka saattavat estää uimareita käyttämästä uima-allasta. Tunnettuja kloorauksen sivutuotteita ovat myös trihalometaanit (THM), jotka ovat haitallisia terveydelle. Nämä vaikutukset voidaan välttää käyttämällä muita desinfiointiaineita kuin klooria. Esimerkiksi otsonikäsittely mahdollistaa vain hyvin pienen kloorimäärien käyttämisen. Se vähentää myös vedenkulutusta, energiatarpeita ja kloorin sivutuotteiden aiheuttamia kielteisiä terveysvaikutuksia.

By-products from chlorination

Kloorauksen sivutuotteet: virtsahappo, trikloramiini ja syanogeenikloridi

 


Nykyiset käsittelyratkaisut

Uima-allasveden käsittely perustuu tyypillisesti seuraaviin käsittelyvaiheisiin: suodatus, desinfiointi, kemiallinen käsittely ja veden vaihtaminen.

Suodatus tehdään yleensä kahdessa vaiheessa, joista ensimmäisessä poistetaan isot epäpuhtaudet, kuten hiukset, toisessa vaiheessa poistetaan pienet hiukkaset.

Desinfiointi johtaa mikro-organismien deaktivointiin ja orgaanisten aineiden kemialliseen hajottamiseen. Tämä saavutetaan yleensä vedenkäsittelyvirtauksen kloorauksella, mutta voidaan saavuttaa myös otsonilla ja UV-käsittelyllä. Eri vaihtoehdoilla on kaikilla omat hyvät ja huonot puolensa.

Lisäksi käytetään usein kemiallista käsittelyä veden pehmentämiseen (ts. kalsium- ja magnesiumionien poistamiseen) tai flokkausta (ts. negatiivisesti varautuneiden hiukkasten neutralointia, mikä saa ne muodostamaan suurempia hiukkasia poistettaviksi suodattamalla).

 

Klooraus

Puhekielen niin sanottu ”kloori” kattaa kokonaisen aineryhmän. Esimerkkejä yleisistä klooriyhdisteistä ovat kloorikaasu, natriumhypokloriitti (neste), kalsiumhypokloriitti (rakeet), NaCI-liuoksen in-situ elektrolyysi, klooratut isosyanuraatit (stabiloitu kloori) ja klooridioksidi. Nämä kaikki aineet muodostavat vapaata klooria vesiliuokseen, joka on heti käytettävissä veden desinfiointiin. Vapaat kloorit ovat tyypillisesti hypokloriitti-ioneja (OCI-) ja hypokloorihappoa (HOCI).

Kloorausprosessissa kloorin tasoa pitää tasapainottaa, jotta saavutetaan riittävä desinfiointiteho ja minimoidaan uima-altaan käyttäjille aiheutuva epämukavuus. Päähaitta on limakalvojen ärsytys. WHO:n mukaan vapaan kloorin taso ei saa ylittää arvoa 3 mg/l julkisissa ja osittain julkisissa uima-altaissa. Kloorin suurin sallittu yhteismäärä ei saa ylittää arvoa 0,4 mg/l kaikissa lämpötiloissa pH-arvon ollessa 7,2–7,6. Kaikilla klooriin perustuvilla kemiallisilla käsittelyillä on sama ongelma: ne kaikki johtavat sidotun kloorin muodostumiseen, mikä aiheuttaa edellä esitetyt ongelmat. Tästä syystä puhdasta vettä on lisättävä säännöllisesti järjestelmän laimentamiseksi ja sidotun kloorin määrän pitämiseksi hyväksyttävällä tasolla. Käytettäessä kloorattuja isosyanuraatteja WHO:n suosittelema syanuurihapon enimmäistaso on 100 ml/l.

Chlorination oxidation agents

Kloorauksen hapettimet: kloorikaasu, hypokloorihappo ja klooratut isosyanuraatit

 

UV-käsittely

Ultraviolettisäteily on toinen tekniikka, jota käytetään uima-allasveden käsittelyssä. UV-lamppua käytetään säteilyn tuottamiseen UV-spektrissä, joka deaktivoi tehokkaasti mikro-organismit, virukset ja levät tuhoamalla niiden DNA:n fyysisesti. Sitä käytetään usein kloorauksen täydennyksenä, jolloin kloorin kulutusta voidaan vähentää. Toisaalta UV-säteily hajottaa myös jonkin verran klooria, mikä johtaa klooritarpeen lisääntymiseen.


Otsonointi

Otsoni tuotetaan paikan päällä toisin kuin desinfiointiin ja puhdistamiseen käytetyt kemikaalit. Otsonoinnissa hyödynnetään luonnossa esiintyvää happea, mikä eliminoi kemiallisten käsittelymenetelmien tarpeen. Otsoni tuotetaan johtamalla korkea jännite dielektrisen kipinävälin läpi (koronapurkaus), mikä ionisoi happiatomit ja muodostaa otsonimolekyylejä. Otsoni on paljon voimakkaampi hapetin kuin kloori, se reagoi välittömästi epäpuhtauksiin eikä jätä sivutuotteita.

Ozone molecule

Otsonimolekyyli


Otsonointiprosessi

Itse otsonointiprosessissa on viisi päävaihetta, nimittäin syöttökaasun valmistelu, otsonin tuottaminen, kosketus, otsonin reaktio ja otsonin tuhoaminen:

PFD ozonation

Otsonointiprosessin yleiskatsaus

Syöttökaasu lisätään otsonigeneraattoriin joko puhdistetun hapen tai ympäristöilman muodossa. Puhdistettu happi voidaan toimittaa uima-altaan sijaintipaikalle, mutta parasta olisi tuottaa se ympäristöilmasta paikan päällä ilmanerotuslaitteella, joka tuottaa 93 %:n happisyötön.

Ozonetech tarjoaa kompakteja otsonigeneraattoreita, joissa käytetään erittäin puhdasta happisyöttöä sekä tehokasta jäähdytysjärjestelmää. Ozonetechin järjestelmien tuotantokapasiteetti on 5 – 5 000 grammaa O3/tunti.

Otsonikaasu liukenee tehokkaasti uima-allasveteen venturiruiskun avulla. Tällä tavalla mahdollisimman paljon otsonia siirretään veteen seuraavaan desinfiointiin reaktiosäiliössä, kuten alla esitetyssä prosessin vuokaaviossa on kuvattu.

Liuennut otsoni jaetaan tasaisesti otsonin reaktiosäiliöön. Reaktiosäiliössä tapahtuu varsinainen desinfiointiprosessi. On tärkeää sallia riittävä kosketusaika, jotta saavutetaan tehokas desinfiointi. Desinfiointiprosessin optimoinnissa on tarkkailtava kolmea tärkeää parametria, nimittäin otsonipitoisuutta, kosketusta ja reaktioaikaa. Otsonointiprosessin päätösvaihe on poistokaasun otsonihajottaminen, jotta varmistetaan terveellinen työympäristö työntekijöille.

 

Uima-allasveden otsonointiprosessin vuokaavio

PFD for pool water ozonation

Uima-allasveden otsonointiprosessin vuokaavio

 

 

Desinfiointiaineiden yleiskatsaus ja vertailu

Alla olevassa taulukossa on yhteenvetona vertailu yleisimpien käsittelyvaihtoehtojen eli otsonikäsittelyn, UV-käsittelyn ja kloorauksen hyödyistä ja haasteista:

Kolmen tyypillisen desinfiointitavan hyödyt ja haasteet

  Hyödyt Haasteet
Klooraus
  • Suhteellisen edulliset asennuskustannukset
  • Suhteellisen tehokas desinfiointi
  • Tarjoaa pitkävaikutteisen desinfioinnin
  • Aiheuttaa terveydelle haitallisten yhdisteiden muodostumisen
  • Kuluttaa paljon vettä ja energiaa
  • Kloorattujen yhdisteiden päästöt
  • Vaatii jatkuvaa myrkyllisten kemikaalien lisäämistä ja käsittelyä
  • Vaikuttaa syövyttävästi
UV-käsittely
  • Suhteellisen edulliset asennuskustannukset
  • Ei kemikaaleja
  • Ei pitkävaikutteista desinfiointia
  • Ei suoraa hapetuspotentiaalia
  • Vaikea annostella
  • Likaantumisongelmat
  • Samentumien muodostuminen
Otsonikäsittely
  • Erittäin tehokas desinfiointiaine
  • Alhaiset käyttökustannukset
  • Ympäristöystävällinen
  • Vähentää merkittävästi tarvittavan kloorin määrää
  • Biosidinen teho ei riipu pH-arvosta
  • Ei haitallisia sivutuotteita
  • Parantaa hiekkasuodattimen tehokkuutta
  • Vähentää vedenkulutusta
  • Korkeat asennuskustannukset
  • Ei pitkävaikutteista desinfiointia

 


Desinfiointiaineiden tehokkuuden vertailu

Graafinen vertailu virusten desinfioinnista pohjautuen EPA:n CT-arvoihin. Vertailussa kloori, kloramiini, klooridioksidi ja otsoni. Alhainen CT-arvo merkitsee tehokasta desinfiointiainetta.

CT-value comparison for main chemical disinfectants

Tärkeimpien kemiallisten desinfiointiaineiden CT-arvojen vertailu

Koska kloramiinilla on korkea CT-arvo, alla on lisäkuva, jossa esitetään vain otsoni, klooridioksidi ja kloori.

CT-value comparison for main chemical disinfectants (except chloramine)

Tärkeimpien kemiallisten desinfiointiaineiden (paitsi kloramiinin) CT-arvojen vertailu

Taulukot osoittavat selvästi, kuinka pieni määrä otsonia riittää desinfiointiin, mikä nostaa otsonin tehokkaimpien kaupallisten desinfiointiaineiden kärkeen.

 

 

Desinfiointiaineiden kustannusten vertailu

Hypokloriittikäsittelyn ja otsonoinnin välinen kustannusvertailu, joka perustuu 25 x 25 m:n julkiseen uima-altaaseen, joka on käytössä 350 päivää vuodessa. Vertailussa on huomioitu hypokloriittikemikaalin kustannukset kloorauksessa ja otsonigeneraattorin ja siihen liitetyn happirikastimen sähkönkulutuskustannukset.

Hypochlorite vs. ozone chemical cost

Kustannusvertailu klooraus vastaan otsonointi


Ozonetechin hyödyt

Ozonetech tarjoaa ainutlaatuista, luotettavaa ja tehokasta huippuluokan tekniikkaa, jonka energiankulutus on alhainen ja kunnossapitokustannukset pienet. Muita Ozonetechin hyötyjä:

  • Otsonigeneraattorin pitkä käyttöikä. Tämä perustuu osittain tehokkaaseen jäähdytysjärjestelmään ja tiivistettyyn, suodatettuun ja kuivatettuun happeen, jota syötetään generaattoriin.
  • Ozonetech tarjoaa avaimet käteen -asennuksen, joka varmistaa prosessin luotettavan toiminnan.
  • Kompakti malli ja mahdollisuus lisätä desinfiointikapasiteettia generaattorin modulaarisen mallin ansiosta.
  • Korkea otsonipitoisuus maksimoi käsittelyn tehokkuuden

Prosessin suunnittelu

Seuraavassa esitettyjä yhtälöitä voidaan käyttää uima-allasveden potentiaalisen otsonointikäsittelyn kapasiteettivaatimusten arvioimiseen.

 

Käsittelykapasiteetti

Vedenkäsittelyjärjestelmän tärkeimmät kapasiteettiin vaikuttavat tekijät ovat: uima-altaan koko, uimarien määrä, altaan tyyppi ja allasveden lämpötila. Voit laskea käsittelyjärjestelmän virtausnopeuden/kapasiteetin seuraavalla yhtälöllä:

Water treatment capacity

Vesikäsittelyn kapasiteetti

T on aika, joka koko uima-altaan vedellä kestää kiertää vedenkäsittelyjärjestelmässä. Arvo d/T = 0,55 merkitsee ”huonoimman tilanteen” arvoa, ja tätä arvoa käytetään jatkossa viitearvona. F-arvo 0,8 on olympia-altaissa yleisesti käytetty arvo.
Otsonointia käytetään sivuvirtauksessa, joka on yleensä noin 25 % päävirtausmäärästä. Tämä antaa seuraavan kaavan virtausnopeudesta otsonointijärjestelmän läpi, ”Q(sivuvirtaus)”, joka vaatii otsonointia:

Water by-flow for ozone treatment

Veden sivuvirtaus otsonointikäsittelyyn

Vesi, joka on 28 ⁰C tai 33–35 ⁰C vaatii otsonia vastaavasti 0,8 ja 1,2 mg/l. Kosketuslaite sallii tuotetun otsonin noin 90 %:n liukenemisen. Kuitenkin 0,8:n liukenemistehokkuutta voidaan käyttää ylimääräisenä marginaalina. Lisäksi otsonigeneraattorin kapasiteetti heikkenee ajan myötä. Siten 10 %:n kapasiteetin laskua voidaan käyttää (varovainen arvio). Tarvittavan generaattorin otsonituotannon ”Q(O3)” arvioimiseksi voidaan käyttää seuraavaa kaavaa:

Required ozone demand

Tarvittu otsonimäärä

 

Reaktiosäiliö

Arvioitaessa reaktiosäiliön kokoa on käytettävä vähimmäisreaktioaikana 2,5 minuuttia otsonipitoisuuden ollessa 1 mg O3/litra. Tämä vastaa CT-arvoa 2,5 (mg · min/litra), joka on varmasti turvallinen ja riittävä uima-altaille. Esimerkiksi sivuvirtaus 60 m3/tunti (otsonointijärjestelmään) vaatii reaktiosäiliön tilavuudeksi 2,5 m3.

 

Ozone tech