VITBOK - Val av filterteknik - Kunskap och erfarenhetsbaserade guidelines februari 2012
Inledning VITBOK - Val av filterteknik för badvattenrening vänder sig till vattenreningskonsulter, projektteam, beställare och slutkunder som arbetar med nyproduktion eller renovering av befintliga reningsanläggningar inom publika badanläggningar, hotell och terapipooler. Handlingen är tänkt att fungera som en beskrivning samt genomlysa de fördelar och nackdelar som bör analyseras och beaktas innan man slutgiltigt bestämmer sig för val av filterteknik. Utvecklingen inom systemteknik för badvattenrening har verkligen gått framåt de senaste åren. Nya tekniker presenteras och marknadsförs som banbrytande för att i vissa fall stanna kvar på marknaden och andra fall försvinna helt efter ett par intensiva år. Processing AB har som bolag mognat ut som en stark tekniskt aktör med en geografisk spridning i Norden. Med en sammanlagd omsättning på ca 200 MSEK och 65 anställda (2012-01) medarbetare är vi Nordens största aktör inom publik badvattenrening. Bolaget är medvetet organiserat med samtliga kompetensområden "in house" vilket innebär att vi har resurser att aktivt värdera huvuddelen av de teknikinnovationer som förekommer på marknaden. Detta har medfört att vi i takt med tiden har byggt en stark kunskapsplattform där vi av erfarenhet behärskar ett flertal filtertekniker och där kundens förutsättningar fäller det avgörande beslutet på vad vi rekommenderar eller i vissa fall helt avråder ifrån. I sammanhanget är det viktigt att belysa att branschens aktörer i de flesta fall består av mindre bolag med relativt begränsade resurser för teknisk utveckling och utvärdering och därmed också har små möjligheter och resurser att fullt ut se sammanhanget mellan till exempel initialkostnad och driftkostnad. Mer besvärande från beställarens perspektiv är dock att flertalet av branschens aktörer av resursskäl endast valt att marknadsföra en teknisk lösning. Självklart koncentrerar dessa bolag sin marknadsföring strikt mot denna enda lösning utan att på ett trovärdigt sätt belysa teknikens svagheter och i vissa sammanhang direkta olämpligheter. Det viktigaste budskapet som VITBOKEN avser att förmedla är att det inte bara finns en teknik som är överlägsen den andra utan att det finns ett flertal tekniker som beroende på kundens förutsättningar fungerar mer eller mindre bra och som bör beaktas vid slutgiltigt val och upphandling. Utgiven av Processing AB - Innehållet i Vitboken är copyrightskyddad och får ej användas, kopieras eller eftertryckas utan giltigt tillstånd och korrekt källangivelse. Kontakt: info@processing.se 2
Allmänt om Filtrering Badgäster tillför miljontals partiklar till badvattnet. Över 99 % av alla dessa partiklar är mindre än 10 µm och därför osynliga för blotta ögat. Vid höga partikelhalter i vattnet framträder partiklarna som ett grått dis och man ser att vattnet är grumligt. Partiklar kan bestå av mycket små mikroorganismer (bakterier och virus) som klumpats samman och därigenom fått ett skydd mot desinfektionsmedlet. Ur hygienisk synvinkel är det väsentligt att snabbt filtrera bort dessa så kallade aggregat innan de kan utgöra en risk för badgästerna. Vid hög badbelastning ökar kravet på en väl fungerande partikelavskiljning (filtrering). En sämre filtreringsteknik kan därför fungera hjälpligt vid låg belastning men ge problem då många badar i bassängen samtidigt. Att beakta, en bättre filtreringsteknik ökar förutsättningarna att använda lågklorering med bibehållen hygienisk säkerhet. Partikelfördelning i ett hårt belastat badvatten* Partikelantal per liter 4 000 000 3 500 000 3 000 000 2 500 000 2 000 000 1 500 000 1 000 000 500 000 0 1 2 3 4 5 7 10 11 15 18 20 25 30 50 100 Partikelstorlek, µm 3
Exempel på mikroorganismers storlek: Partikelstorlek Bakterier 1-20 µm Kryptosoridium 4-6 µm Legionella 0,5-1,5 µm Virus 0,1 µm Typiska värden för olika filtertekniker: Filterteknik Avskiljningströskel Grumlighet i filtrat** Bottensug 50-200 µm Sandfilter utan flock 150 mfnu Trumsil 10-30 µm Patronfilter 10-30 µm 100 mfnu Pulverfilter 5 µm 60 mfnu Mikrofilter 3 µm Sand 1 µm 20 mfnu Djupbäddsfiltrering/flock Ultrafilter 0,05 µm 16 mfnu Gränsvärden för ett filtrat (DIN 19643): Enhet Gränsvärde Grumlighet < 200 mfnu Pseudomonas Aeruginosa < 0/100ml E-coli < 0/100ml Legionella < 0/100ml Heterotrofa Bakterier < 100/ml Aluminium < 0,05 mg/l Järn < 0,02 mg/l Kemisk syreförbrukning, Ej högre än i bassängen COD Mn Bundet klor < 0,2 mg/l Trihalometaner (THM) < 0,02 mg/l Arsenik < 0,01 mg/l 4
Exempel på avskiljningsgrad med flockning-djupbäddsfiltrering* Partikelstorlek 1-4 µm 5-10 µm 30-100 µm Partikelkoncentration i bassängen Partikelreduktion i snabbfilter (sand/antracit) med flockning 5.000.000 P/L 280.000 P/L 2.100 P/L 98,6 % 99,7 % > 99,98 % Partikelantal per liter 4 000 000 3 500 000 3 000 000 2 500 000 2 000 000 1 500 000 1 000 000 500 000 0 1 2 3 4 5 7 10 11 15 18 20 25 30 50 100 Partikelstorlek, µm Partkelantal i bassäng, antal/l Partikelantal efter flockning-djupfiltrering, antal/l Källor: * Trubstoffe und partikel im schwimm- und badebeckenwasser, Archiv des Badevesen 03/2010 **On-linemätningar (Hach Turbidimeter) utförda av Processing, 5
Trycksandfilter Djupbäddsfiltrering Djupbäddsfiltrering När man talar om djupbäddsfiltrering handlar det om en sandbädd med ett större djup, oftast omkring 1,2m. En djup sandbädd fungerar lite som en rullstensås där partiklar landar på de lite grövre sandkornen (0,71-1,25 mm) och avskiljs successivt genom en större del av filterbädden. Till skillnad från ytfiltrering där en grund sandbädd används, oftast med en mindre fraktion (0,4-0,6 mm), och i princip all filtrering sker i filterbäddens ytskikt. Djupbäddsfiltreringen har en högre kapacitet (30 m 3 /m 2 h) och kan avskilja mer föroreningar mellan filterspolningarna jämfört med ytfiltrering. För att säkerställa utformningen av ett djupbäddsfilter refereras ofta till den tyska standarden för filter (DIN 19605 och DIN 19643). Funktion Flockning -> Filtrering -> Klorering Först destabiliseras kolloidalt lösta föroreningar med hjälp av Flockningsmedel med aluminiumsalter vilket gör att föroreningarna flockas och ortofosfater fälls ut. Innan denna process justeras råvattnets ph-värde till ett för flockningsmedlet lämpligt intervall (ph 6,8-7,2). Därefter avlägsnas blandningen av aluminiumfosfater och kolloider genom filtrering. Till sist kloreras filtratet lätt före det tillsätts bassängen. Efter 3-7 dygn renspolas filterbädden med vatten. Med en kombination av luft och vatten kan spolningen effektiviseras och minska vattenförbrukningen med ca 40 %. Bäst renspolningseffekt uppnås då det smutsiga slamvattnet fritt får brädda ut ur filtret (en så kallad trycklös spolning) 6
Trycksandfilter Djupbäddsfiltrering Fördelar Nackdelar + Enkel, beprövad och driftsäker teknik - Djupbäddsfiltrering innebär höga filtertankar. Fri takhöjd bör vara 2,5 4 m beroende av filterdimension + Mycket god partikelavkiljning med flockning - Momentant höga spolflöden. Kräver stor spolvattenkapacitet och avlopp för höga flöden + Lång teknisk livslängd - Hög spolvattenförbrukning (om inte återvinningsaggregat installeras) + Relativt låg investeringskostnad - Skrymmande och tunga installationer + Låg underhållskostnad - Skrymmande transporter + Hög filterkapacitet (30 m3/h/m2) - Bra och dåliga filter är svåra att skilja åt, exempelvis hydraulisk utformning, dysbottnar och livslängd + Lågt tryckfall (låg pumpeffekt) - Intransport kan vara ett problem, om inte leverantör hanterar platsbyggda filter + Bra vattenutskiftning undviker anrikning av biprodukter (tex klorid, klorat, bromat) + Flexibilitet att komplettera med andra filtermedia som Aktivt kolpulver eller Antracit + Kan utformas för luftspolning och trycklös spolning + Fungerar utmärkt i ECO-drift (lägre flöde ger förbättrad filtrering) + Beskrivet i DIN-norm + Möjlighet att välja automatiseringsgrad + Enkelt att renspola - Kräver projektering för att komma till sin fulla rätt - Vid bristfällig spolning finns risk för tillväxt i filterbädden Slutsats: Basteknik med bra prestanda, även under hög belastning och som vid behov kan kompletteras med fler funktioner för ytterligare prestation. 7
Sugsandfilter Djupbäddsfiltrering Filtreringsfunktion se Trycksandfilter Djupbäddsfiltrering Sugsandfiltrets funktion Till skillnad från trycksandfilter, är sugsandfilter ett öppet filter och kräver ytterligare minst en cirkulationspump. En pump som lyfter vattnet från utjämningstank till den öppna filterkammaren (pumpen är styrd av vattennivån i det öppna filtret) och en annan pump som suger vattnet ur filtret och trycker det ut till bassäng. Vid flera filterkammare har varje kammare normalt en egen sugpump. 8
Sugsandfilter Djupbäddsfiltrering Fördelar Nackdelar + Alltid trycklös spolning - Mer teknikkrävande (Fler pumpar och nivåreglering) + Lägre bygghöjd - Hög investering + Bra inspektionsmöjligheter - Översvämningsrisk med dyra följdskador + Kan byggas på plats - Trycklöst spolning kan bli kostsamt + Vid kvadratisk utformning kan golvytan användas optimalt - Vid dålig täckning av filterkammaren finns risk för korrosion i maskinrum + Mycket god partikelavkiljning med flockning - Vid kvadratisk utformning ökar risken för smutsiga hörn med anrikning och mikrobiologisk tillväxt + Låg underhållskostnad - Momentant höga spolflöden. Kräver stor spolvattenkapacitet och avlopp för höga flöden + Hög filterkapacitet (30 m3/h/m2) - Hög spolvattenförbrukning (om inte återvinningsaggregat installeras) + Lågt tryckfall (låg pumpeffekt) - Skrymmande och tunga installationer + Bra vattenutskiftning undviker anrikning av biprodukter (tex klorid, klorat, bromat) + Flexibilitet att optimera med kompletterande filtermedia som Aktivt kolpulver eller Antracit + Fungerar utmärkt i ECO-drift (lägre flöde ger förbättrad filtrering) + Beskrivet i DIN-norm - Kräver projektering för att komma till sin fulla rätt - Vid bristfällig spolning finns risk för tillväxt i filterbädden Slutsats: Teknik med anpassningsbara mått som kan platsbyggas. Lämpligt vid begränsad takhöjd och intransport möjligheter. 9
Sandfilter Ytfiltrering Ytfiltrering Sandfilter med ytfiltrering har en grund sandbädd (ofta 25-80 cm). Bygghöjden är betydligt lägre än djupbäddsfiltret, och ryms i maskinrum med låg takhöjd. För att använda en grund sandbädd behöver sanden vara i en mindre fraktion (0,4-0,6 mm), och all avskiljning sker i princip på ytan av sandbädden. I de fall när flockning används vid ytfiltrering så utförs den ofta intermittent. Det vill säga direkt efter en backspolning i syfte att täta till bädden ytterligare (en så kallad filterhud ). Ett typiskt filter för ytfiltrering har en utformning som inte tillåter spolning med luft, eller en trycklös spolning. En grund sandbädd har lägre kapacitet jämfört med djupbäddsfiltrering (kortare kontakttid). En vanligt rekommenderad filtreringshastighet för ytfiltrering är 10-15 m 3 /m 2 h. 10
Sandfilter Ytfiltrering Fördelar Nackdelar + Låg bygghöjd passar även i låga maskinrum - Sämre filtrering, begränsad möjlighet att flocka. + Enkel installation - Mer filterarea att spola (fler filter krävs pga lägre kapacitet) + Låg investering - Känslig för hög belastning risk för genombrott + Intransport - Kan inte använda Aktivt kolpulver eller Antracit + Kan, men behöver inte automatiseras - Kan inte använda luftspolning, eller trycklös spolning + Känd teknik - Oftast med dysarmar ger sämre spolning och filterhygien Slutsats: Lämplig teknik vid extremt låga maskinrum och för badanläggningar med liten badbelastning och krav på låg investering. 11
Ultrafiltrering (UF) Sedan början av 2000-talet används UF i badanläggningar som ersättare för konventionell teknik (sand eller pulverfilter). Ultrafiltrets membran har en porstorlek på maximalt 0,05 µm och fungerar som en mikrobiologisk barriär där inte ens virus, som tillhör de absolut minsta organismerna kan passera. Dess extrema filtreringsförmåga gör att man kan utforma reningsverket med betydligt mindre cirkulationsflöde jämfört med konventionell teknik (fler människor kan bada per m3 som filtreras). Nyckeln till en driftsäker Ultrafiltrering ligger i ett starkt membran och effektiv renspolningsteknik. Trots förfiltrering blockeras Ultrafiltret fort av föroreningar och kräver en preventiv renspolning, vanligtvis i intervallet 1-5 timmar. Utöver renspolningen behandlas membranet även med kemikalier för att hålla membranet fritt från tillväxt och igensättningar. Både förfilter och ultrafilter renspolas automatiskt. Spolvattnet återvinns ofta genom ytterligare ett UF-membran (en så kallad steg 2 filtrering) Funktion Flockning -> Förfiltrering -> Ultrafiltrering -> Klorering Först destabiliseras kolloidalt lösta föroreningar med hjälp av Flockning med Aluminiumoch/eller Järn(III)salter, vilket gör att föroreningarna flockas och ortofosfater fälls ut. Innan denna process justeras råvattnets ph-värde till ett för flockningsmedlet lämpligt intervall. Större partiklar silas bort via ett förfilter (vanligtvis ett diskfilter) innan blandningen av Järn(III)- eller Aluminiumfosfater och kolloider avlägsnas genom Ultrafiltrering. Slutligen kloreras filtratet lätt före det tillsätts bassängen. 12
Ultrafiltrering (UF) Fördelar Nackdelar + Mikrobiologisk barriär - Relativt ny applikation + Extremt hög partikelavskiljning - Hög investeringskostnad - kräver besparingar på byggsidan för att bli ekonomiskt intressant + Låg vikt och bygghöjd - Behov av årlig service + Lätt att ta in genom dörröppningar - Komplex teknik kräver systemkunskap och teknisk förståelse + Låg momentan spolvattenförbrukning = inget krav på stor avloppsledning - Risk för blockering av membranet (tex vid felaktig flockning eller bristfällig renspolning) + Enkelt att återvinna spolvattnet - Drygt 10 års driftserfarenhet i badapplikation (är kort jämfört med sandfiltrering) + Automatisk spolning - Kräver salt- eller svavelsyra + Mindre cirkulationsflöde med högre reningseffekt lägre investering i rörsystem - Ännu inte fastställd i DIN-norm (kommer under 2012) + Platsbesparande installation ryms i de flesta maskinrum - Membran av otillräcklig kvalitet finns på marknaden(svårt för kunden att se skillnad och konsekvens på olika memrantyper) - Svårt att jämföra olika fabrikat på marknaden (stora prestandaskillnader gömmer sig bakom namnet Ultrafiltrering ) Slutsats: Teknik lämplig där extra höga hygieniska krav ställs, exempelvis terapibassänger, och i projekt med begränsat utrymme och krav på låga laster. Även lämplig vid renovering av gamla bassänger med begränsande rördimensioner och där man inte kommer åt att komplettera dessa. 13
Pulverfilter (Precoatfilter) Ett pulverfilter (precoat) är ett filter som använder diatomit eller perlitpulver som filtermedia och arbetar enligt ytfiltreringsprincipen. Filterbehållaren kan vara öppen ( vakuumdiatomit ) eller sluten ( tryckdiatomit ). Inne i ett trycksatt filter finns ett antal filterstrumpor som beläggs med ett tunt lager av pulvriserad filtermedia (perlit eller diatomit). Pulvret som är mycket finkornigt bildar en tät filterkaka utanpå filterstrumpan. När vattnet passerar filterkakan avskiljs föroreningar som fastnar i filtermediat. Vid renspolning av filtret spolas både föroreningar och filtermedia ut i avloppet, varefter filtret åter driftsätts med nytt filterpulver. Påfyllning av filtermedia, rundspolning och renspolning är oftast automatiserad på mederna pulverfilter. I USA är det vanligt att använda en så kallad bumpmekanism, som med vissa mellanrum avstannar filterprocessen och initierar en tryckstöt (bump) som bryter sönder filterkakan för att därefter rundspolas genom filtret och bygga upp en ny filterkaka. Den nya kakan består då av en blandning av gammalt pulver och de föroreningar som filtret samlat upp. Syftet med bumpen är att minska tryckfallet genom filtret och kunna vänta längre tid innan filtermassa måste spolas bort och ersättas med ny. Ur hygienisk synvinkel är bumptekniken olämplig, och för lågklorerade system, som används i allt större utsträckning i norra Europa blir den en belastning om inte filtermediat byts ut varje vecka. En normal renspolningsintervall är en gång per vecka (byte av filtermedia). 14
Pulverfilter (Precoatfilter) Fördelar + Mycket kompakt och platsbesparande (dock relativt högt) Nackdelar - Kan inte flockas ger något sämre filtrering än djupbäddsfiltrering med flock och UF + Hög kapacitet - Förbrukar filtermedia + Litet spolvattenbehov - Svårt att undvika dammig hantering. Kan hanteras med kompletterande utrustning + Bra filterhygien (vid rätt skötsel/spolintervall) - Slamhalt i spolvattnet kan vara ett problem och kräver då slamavskiljning + Låg installationskostnad - Risk för anrikningar pga otillräcklig / mycket låg vattenutskiftning i bassängkretsloppet + Tillfredställande vattenkvalitet - Ibland problem att få filterkakan att täcka hela filterytan = Risk för filtergenombrott (kräver korrekt installation) + Flexibilitet att optimera med kompletterande filtermedia som Aktivt kolpulver + Fungerar med ECO-drift (vid korrekt dimensionering, kräver en minsta genomströmning för att fungera tillfredsställande) + Lång teknisk livslängd - Hantering av diatomit som filtermedia, kan ge livshotande skador. Ur arbetsmiljösynpunkt bör perlit alltid väljas. Ur teknisk synvinkel är diatomit ett vassare val. Slutsats: Teknik lämplig för större utebad med hög belastning och bassänger med moderata krav på avskiljningsgrad. Även lämplig för starkt begränsade utrymmen (tex vid utskiftning av existerande öppna pulverfilter), och vid krav på låg spolvattenförbrukning. 15
Trumsil Trumsilen fungerar som ett förfilter som avskiljer större partiklar innan de når finfiltret, till exempel ett sandfilter, ultrafilter eller pulverfilter. Finessen med en trumsil är att den spolas under drift och avleder föroreningar ut ur systemet med korta intervaller jämfört med sandeller pulverfilter. Trumsilen installeras mellan bassäng och utjämningstank och vattnet rinner med självfall genom trumman. När silduken tätnar av smuts stiger vattennivån inne i själva trumman varpå trumman roterar och den del som kommer ovanför vattenytan renspolas av en högtryckspump. 16
Trumsil Fördelar Nackdelar + Bortför grov smuts innan - Skrymmande och svårplacerat utjämningstank och finfilter (avlastar övriga filter) + Automatisk spolning utan driftavbrott - Dyr teknik, som för att bli motiverbar kräver kompromisser,t.ex. delströmsfiltrering (slipstream). + Spolar ofta minskar risken för nedbrytning av organiskt material - Ohygienisk smuts ( t.ex hår)stannar kvar i trumman och kräver manuell rengöring - Ibland hög spolvattenförbrukning - Öppen kammare = Risk för överbräddning om spolningen inte fungerar - Relativt oprövad teknik i bad där det saknas dokumenterad prestanda över tiden i badvattensammanhang. - Livslängd? - Inte anpassad för klorerat badvatten = ofta problem med rost - Stor skillnad på olika producenters rekommendationer (exempel, installationsmetod och dukens maskvidd) Slutsats: Teknik lämplig som komplement till utebad med stort behov av grovfiltrering. 17
Delströmsfiltrering (Slipstream) Vid lågt belastade anläggningar kan filtersystemet underdimensioneras i förhållande till bassängstorlek och möjlig maxbelastning. För att nå en tillräcklig snabb inblandning och smutstransport i bassängen, kompletteras ofta en underdimensionerad filterkrets med en så kallad snabbcirkulation. Snabbcirkulationskretsen utformas med ett grovfilter och därefter en klorering före inlopp i bassäng. 18
Delströmsfiltrering (Slipstream) Fördelar Nackdelar + Lägre investering - Låg kapacitet + Minskat platsbehov - Recirkulerar smuts till bassängen + Lägre driftskostnad (mindre reningsverk) - Klorering av vatten som inte passerat finfilter kan ge oönskade biprodukter Slutsats: Teknik som kan användas för anläggningar med låg belastning. 19
PROCESSING AB Huvudkontor Borgås Gårsdväg 9 S-434 39 Kungsbacka 20 Internet Telefon www.processing.se +46-(0)300-83 70 00 E-mail Telefax info@processing.se +46-(0)300-83 70 99