BASENY & FONTANNY

Idź do spisu treści

Menu główne

PODCIŚNIENIOWE

TECHNIKA > TECHNOLOGIA > FILTRY OKRZEMK.
 

FILTRY OKRZEMKOWE PODCIŚNIENIOWE

Andrzej A. Wałęga


FILTRACJA NA ZIEMI OKRZEMKOWEJ W TECHNOLOGII UZDATNIANIA WODY BASENOWEJ


1. WSTĘP.

Najważniejszym procesem w każdej technologii uzdatniania wody (nie tylko basenowej) jest filtracja, czyli rozdzielanie zawiesin za pomocą przegrody porowatej przepuszczającej ciecz (przesącz, filtrat) i zatrzymującej zawieszone w niej cząstki stałe [1].
Najbardziej rozpowszechnione jest filtrowanie z tworzeniem osadu na przegrodzie filtracyjnej. W większości przypadków cząstki stałe w pierwszym momencie rozpoczęcia filtrowania przenikają przez pory przegrody, lecz wkrótce nagromadzają się na niej i przez filtr zaczyna przeciekać tylko ciecz klarowna - przesącz (filtrat). Powstająca w tym procesie warstwa osadu odgrywa rolę podstawowego ośrodka filtrującego [1].
Jednym z podziałów filtrów w zależności od warunków pracy jest podział na filtry ciśnieniowe i filtry podciśnieniowe (próżniowe).
Zamknięte, ciśnieniowe urządzenia do filtracji są bardzo powszechne w uzdatnianiu wody, natomiast filtry podciśnieniowe są od dziesiątków lat znane z zastosowań w przemyśle (filtry bębnowe, tarczowe, karuzelowe, taśmowe) [2], mniej w uzdatnianiu wody.
Dopiero przez ostatnie 20 lat zauważa się znaczny wzrost zainteresowania tą metodą. A jest to metoda prosta, stosunkowo tania i dająca doskonałe rezultaty.


2. CO TO JEST ZIEMIA OKRZEMKOWA ?

Ziemia okrzemkowa, to materiał mineralny pochodzący ze skorupek jednokomórkowych organizmów okrzemków (Bacillariophyceae, Diatomae) występujących w środowisku wodnym na całym świecie. Znanych jest ok. 10 000 gatunków. Po śmierci okrzemków, ich skorupki (o bardzo skomplikowanej budowie) opadają na dno zbiornika wodnego i nie ulegają rozkładowi – w ten sposób tworzą się osady zwane ziemią okrzemkową, złożone w 90% z krzemionki. Współcześnie osady okrzemkowe tworzą się w jeziorach słodkowodnych i płytkich morzach. Główne złoża znajdują się w Niemczech, Francji, Danii, Rosji, USA, Japonii, Algierii Czechach i Hiszpanii. W Polsce niewielkie ilości występują w okolicach Przemyśla.
Ziemia okrzemkowa jest biała lub żółtawobiała, porowata, lekka, miękka, pylasta i nie jest zwięzła. Gęstość ziemi okrzemkowej niewypalonej wynosi 100 do 400, a wypalonej 200 do 800 kg/m3.
Ziemia okrzemkowa jest stosowana jako materiał filtracyjny, szlifierski, termoizolacyjny, a także do produkcji materiałów ogniotrwałych i lekkich betonów.  Służy także do wyrobu materiałów wybuchowych. Alfred B. Nobel używając przypadkowo ziemi okrzemkowej do uszczelnienia naczyń z roztworem nitrogliceryny wynalazł w 1866 roku dynamit. Jeszcze inne zastosowanie to produkcja Cyklonu B (ziemia okrzemkowa nasycona ciekłym cyjanowodorem z dodatkiem chloromrówczanu metylu jako stabilizatora) służącego do dezynfekcji, dezynsekcji i deratyzacji, a nam kojarzącego się niestety nieodparcie z zastosowań w komorach gazowych hitlerowskich obozów koncentracyjnych.
Jako materiał filtracyjny jest ziemia okrzemkowa powszechnie stosowana w przemyśle spożywczym (browarnictwo, klarowanie wina itd.), chemicznym i  farmaceutycznym.


3. FILTRACJA D.E.F.

Do uzdatniania wody filtracja D.E.F. (DIATOMACEOUS EARTH FILTRATION) jest wykorzystywana głównie w USA, ale od jakiegoś czasu również w Europie Zachodniej (Niemcy).
Przykładowe instalacje DEF dla wody pitnej w USA (ponad 200 stacji):
• Las Virgenes Water Plant, Westlake, California; filtry próżniowe otwarte, wydajność 15 MGD (million gallons per day).
• El Monte Water District, San Gabriel, California; filtry poziome ciśnieniowe, wydajność 11 MGD.
• Quill Ranch Water Plant, Carson City, Nevada; filtry poziome ciśnieniowe; wydajność 5 MGD.
• Milford Water Plant, Milford, Massachusetts; filtry próżniowe otwarte, wydajność 2.5 MGD.



Rys.1. Instalacja filtracji wody Las Virgenes w Westlakes, Ca. (USA).
Fig.1. Water Filtration Plant Las Virgenes, Westlakes, Ca. (USA).



Rys.2.Podciśnieniowe filtry DE w stacji uzdatniania wody w Lompoc (USA)
Fig.2. D.E. Vacuum Filters. Lompoc WTP (USA).


Jak widać w powyższych przykładach, ziemia okrzemkowa ma zastosowanie zarówno w filtrach ciśnieniowych, jak i podciśnieniowych (próżniowych).
W interesującym nas zastosowaniu do uzdatniania wody basenowej możemy również wydzielić zamknięte ciśnieniowe filtry ze złożem okrzemkowym (powszechniejsze, głównie w zastosowaniach do małych basenów prywatnych) oraz otwarte filtry podciśnieniowe.

4. PODCIŚNIENIOWA FILTRACJA W ZASTOSOWANIU BASENOWYM.

Schemat działania jest bardzo prosty:

.  


Rys.3. Schemat technologiczny.
Fig.3. Technologycal diagram.


Woda z górnych przelewów niecki grawitacyjnie wpływa do zbiornika filtracyjnego, w którym na centralnym przewodzie ssawnym, umieszczone są ramy z naciągniętą tkaniną filtracyjną. Na powierzchni tkaniny osadzony jest placek filtracyjny z ziemi okrzemkowej uzyskiwany metodą recyrkulacji wewnątrz zbiornika filtracyjnego.
Po przepływie przez tę warstwę filtracyjną, czysta woda jest cały czas zasysana ze wszystkich ram do centralnego przewodu ssawnego podłączonego do pompy wytwarzającej podciśnienie.
Optymalna prędkość filtracji powinna być utrzymywana w granicach 1 gpm/ft2 (gallon per minute per square foot) czyli ok. 2.5 m/h. Nie powinno się przekraczać prędkości 2 gpm/ft2.
Pompa kieruje przefiltrowaną wodę do systemu zasilającego nieckę basenu (oczywiście preferowany jest zawsze system wlotów dennych). Przed wlotem do niecki woda jest jeszcze podgrzewana, chlorowana oraz dodawany jest korektor pH. Zbiornik filtracyjny pełni równocześnie funkcję zbiornika przelewowego. Jeśli układ filtracyjny jest zabudowany na poziomie lustra wody w niecce, należy zaprojektować nieco większe kanały przelewowe przy niecce, które muszą przejmować część wody wypartej przez kąpiących się, ewentualnie zaprojektować dodatkowy zbiornik buforowy.
Dozowanie chemikaliów (podchloryn sodu, kwas siarkowy) odbywa się w sposób w pełni automatyczny (najczęściej za pomocą pomp membranowych lub perystaltycznych) sterowanych sygnałem z sond Cl2 i pH. Również ogrzewanie wody odbywa się tak jak w powszechnie znanych układach: wymiennik ciepła (najczęściej płytowy) jest umieszczony na boczniku głównego przewodu wody uzdatnionej i zasilany po stronie pierwotnej wodą gorącą z sieci cieplnej, lokalnej kotłowni lub np. z kolektorów słonecznych. Również tutaj układ AKPiA steruje zaworem na wlocie wody grzewczej w zależności od sygnału z czujnika temperatury.
Płukanie filtra polega na usunięciu placka filtracyjnego z ziemią okrzemkową za pomocą silnego strumienia wody wodociągowej. Po umyciu tkaniny filtracyjnej, nanosi się nową warstwę ziemi okrzemkowej poprzez wsypanie jej odpowiedniej ilości i przy uruchomionym obiegu recyrkulacji. Praktycznie wymianę materiału filtracyjnego wykonuje się co 7 – 14 dni.
Przykładowe zużycie ziemi okrzemkowej: ok. 25 kg/tydz. dla instalacji sportowego basenu 25-metrowego.
Uzupełnianie wody w układzie jest dokonywane z przerwą powietrzną poprzez zbiornik filtracyjny. Ilość wody uzupełniającej: zgodnie z ogólnymi przepisami, czyli 30 dm3 na kąpiącego się.


Rys.
4. Instalacja COM-PAC w izometrii [3],[4]
Fig.
4. COM-PAC in isometry

Legenda do rys.
4.
1-zawór na rurociągu z dna basenu, 2-zawór na rurociągu wody z przelewów górnych, 3-zawór przewodu czujnika poziomu wody w przelewach, 4-zawór ręczno-automatyczny na przewodzie wody uzupełniającej, 5-zawór na rurociągu recyrkulacji wody, 6-zawór recyrkulacyjny, 7-termometr, 8-przepływomierz, 9-pompa, 10-zawór podciśnieniowy, 11-dozownik chemikaliów, 12-regulator, 13-zawór spustowy, 14-element filtracyjny, A-wlot wody z dna basenu, B-wlot wody z przelewów bocznych, C-wlot wody w przelewie czujnika, D-wylot wody uzdatnionej do wlotów bocznych niecki, E-przewód recyrkulacji wody, F-wlot wody uzupełniającej, G-przelew wody ze zbiornika filtracyjnego, H-przewód ssawny pompy, J-główny przewód zasilający nieckę

5. ZALETY FILTRACJI PODCISNIENIOWEJ D.E.F.

Zalety technologii uzdatniania wody opartej na podciśnieniowej filtracji na ziemi okrzemkowej (D.E.F.) w porównaniu z filtracją na ciśnieniowych filtrach warstwowych:
• niższe koszty eksploatacyjne (mniejsze o 15-20% zużycie energii elektrycznej, brak konieczności używania koagulantów, dużo niższe zapotrzebowanie na wody do płukania filtrów)
• prosty i szybki montaż
• łatwa obsługa, rzadsze płukanie filtra
• bardzo wysoka dokładność filtracji do 2-3 [μm] [5]
• praktycznie 100% usuwanie zawiesin i ciał stałych z wody
• usuwanie z wody jonów metali ciężkich
• usuwanie ok. 50% bakterii [5] znajdujących się w wodzie (dlatego filtry z ziemią okrzemkową nazywa się też filtrami bakteryjnymi) i 99% wirusów
• usuwanie 99.9999% oocyst i cyst pierwotniaków jelitowych takich jak crysporidium czy giardia intenstinalis (w USA w latach 1971-1994 wywołały one 20% epidemii wodnopochodnych, w Anglii 18% w latach 1986-1995) [6],[7],[8]
• stała wizualizacja i kontrola procesu uzdatniania
• całkowita odporność na korozję (elementy z tworzywa sztucznego)
• brak urządzeń ciśnieniowych (dozór UDT)


Rys.
5. Filtr z ziemią okrzemkową w instalacji basenów w Asslar (Niemcy) Foto: A. Wałega 1997.
Fig.
5.Diatomaceous earth filter in the water-supply system of the swimming pools in Alar (Germany). Foto: A.Wałęga 1997.


Zalety metody spowodowały, że w kompleksie basenów w A
sslar (Niemcy) zdecydowano się na usunięcie filtrów ciśnieniowych zastępując je filtrami D.E.F.. Obiekt jest dość duży (basen sportowy, rekreacyjny, solankowy, zewnętrzny, duża rurowa zjeżdżalnia)i mocno obciążony. Od kiedy zastosowano filtry z ziemią okrzemkową (rys.3.), znacznie poprawiła się jakość wody i bilans ekonomiczny.

6. PRZEPISY. NORMY.

• Technologia posiada dopuszczenie PZH.
• Woda uzdatniona metodą filtracji podciśnieniowej na ziemi okrzemkowej spełnia Rozporządzenia Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej [9]
• Woda uzdatniona metodą filtracji podciśnieniowej na ziemi okrzemkowej spełnia wymagania normy DIN 19643 (norma DIN 19643-1 dopuszcza takie filtry do stosowania dla basenów) [10].
• W „Wymaganiach Ministerstwa Zdrowia...” oprac. Cz. Sokołowski technologia COM-PAC jest wymieniona z nazwy [11].

7. PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ W POLSKICH BASENACH.

Firma MITEX S.A. wraz z przejęciem spółki ELIMP, po
djęła się kontynuacji wprowadzania w Polsce technologii amerykańskiej COM-PAC. Jako prekursor w tej dziedzinie ELIMP zastosował tę metodę w kilku basenach w kraju, np:
• zespół basenów otwartych w Ursusie
• zespół basenów otwartych w Kostrzynie
• zespół basenów otwartych we Wrześni
• zespół basenów krytych w Połomii (gm. Mszana)
• zespół basenów krytych w Kłobucku
• zespół basenów otwartych w Olkuszu (w tym basen 50-metrowy)

Firma MITEX S.A. wykonała w tej technologii:
• zespół basenów krytych w Raszynie k. Warszawy
• zespół basenów otwartych w Kraśniku (w tym basen 50-metrowy)

Obecnie w realizacji MITEX znajduje się kilka obiektów opartych na technologii COM-PAC, m.in.
• zespół basenów krytych w Wesołej k. Warszawy.



Rys.6. Moduł filtracyjny COM-PAC w krytym basenie w Połomii (foto: A.Wałęga 1998)
Fig.
6. COM-PAC filtration unit in the indoor swimming pool in Połomia (Poland)


8. PODSUMOWANIE.

Stosunkowo nowa w Polsce, a sprawdzona w świecie technologia uzdatniania wody z filtracją podciśnieniową na ziemi okrzemkowej ma duże szanse rozwoju w naszym kraju. Szczególnie teraz, gdy coraz bardziej obok walorów technicznych zaczynają ważyć czynniki ekonomiczne: koszty inwestycyjne i eksploatacyjne [12]. Oczywiście nie wyprze tradycyjnych technologii opartych na filtrach ciśnieniowych, ale może być ich ciekawym uzupełnieniem.

BIBLIOGRAFIA

1.Płanowski A.N., Ramm W.M., Kagan S.Z. „Procesy i aparaty w technologii chemicznej” WNT 1974, str. 259-299

2.Pikoń J. „Aparatura chemiczna”. PWN 1983. str. 752, 771

3.Materiały techniczne firmy Dia-Pac (USA)

4.„Technologia uzdatniania wody basenowej COM-PAC”. Materiały reklamowe  Zakładu Rozwoju Nowych Technik Ochrony Środowiska „Elimp”-oprac. Andrzej A. Wałęga

5.Staniaszek W., Kraszewski L. „Uzdatnianie wody basenowej z zastosowaniem ziemi okrzemkowej” Materiały Budowlane nr 2/2000 str. 41-42

6.Ongerth J., Hutton P.E., AWWA Journal, Vol. 89, Issue 12, December 1997, pages 39-46.

7.Kosińska Irena na stronie Wojewódzkiej Stacji Sanitarno Epidemiologicznej w Gorzowie  www.wsse.gorzow.pl

8.Ministry of Health, New Zeland. Public Health Risk Management Plan Guide. Filtration-Diamaceous Earth Filtration. Version 1, Ref P6.4. February 2002.

9.Rozporzadzenie Ministra Zdrowia „w sprawie warunków jakim powinna odpowiadać woda do picia i na potrzeby gospodarcze, woda w kąpieliskach, oraz zasad sprawowania kontroli jakości wody przez organy Inspekcji sanitarnej” z dn. 04.09.2000 (Dz. U. nr 82 poz.937)

10.Deutsche Norm, DIN 19643-1, April 1997

11.Wytyczne Ministerstwa Zdrowia

12.Wałęga Andrzej A. „Kierunki rozwoju technologii uzdatniania wody basenowej w Polsce”. Informacja Instal nr 5(195)/2000 str. 8-10.

=================================================================================================
Referat „Filtracja na ziemi okrzemkowej w technologii uzdatniania wody basenowej” był wygłoszony podczas V Sympozjum „Instalacje Basenowe” Ustroń 2003

 
Wróć do spisu treści | Wróć do menu głównego