Wasseraufbereitung im Schwimmbad

Zur Wasseraufbereitung für ein Schwimmbad durchläuft das Wasser verschiedene Reinigungsstufen, um Schmutz und die Bakterien zu entfernen.

Neben den chemischen verfahrenstechnischen Prozessen gibt es auch natürliche Aufbereitungen in Schwimmteichen, welche aber nicht geeignet sind, die Vorgaben der DIN 19643 zu erfüllen.

Anforderungen

In Deutschland gilt zunächst der Grundsatz des Infektionsschutzgesetzes, nachdem Schwimm- oder Badebeckenwasser in öffentlichen Einrichtungen so beschaffen sein muss, dass eine Schädigung der menschlichen Gesundheit, insbesondere durch Krankheitserreger, nicht zu besorgen ist. In Ermangelung weiterer Rechtsvorschriften wird als nachrangige Vorschrift die DIN 19643 herangezogen. Die Norm unterscheidet mikrobiologische, chemische und physikalische Anforderungen.

Mikrobiologische Anforderungen

(Nach dem Zusetzen von Chlor wird das Filtrat als Reinwasser bezeichnet)

Chemische und physikalische Anforderungen

Oxidierbarkeit max. 0,75 mg/l über Füllwasserwert

Reinigungsstufen

Zunächst läuft das Wasser über die Überlaufrinne aus dem Becken heraus und fließt in einen Rohwasserspeicher (früher: Schwallwasserbehälter), aus dem es mit Hilfe einer Umwälzpumpe als sogenanntes Rohwasser wieder herausbefördert wird.

Dabei wird diesem Rohwasser ein Flockungsmittel zugeimpft, welches Schmutzteile bindet, so dass diese leichter herausgefiltert werden können. Außerdem wird mit der Flockung das Phosphat, das Algen für ihr Wachstum benötigen, als schwerlösliches Aluminium- oder Eisensphosphat im Filter zurückgehalten und somit das Algenwachstum verhindert. Anschließend durchfließt das Rohwasser einen (oder mehrere) Filter. Als Filtermaterial können zum Beispiel Kies, Sand, Hydroanthrazit, etc. dienen.

Das Abwasser aus der Filterspülung kann über eine Spülabwasseraufbereitung soweit aufbereitet werden, dass es als Füllwasser zurück in den Kreislauf gegeben werden kann.

Das nun als Filtrat bezeichnete Wasser wird jetzt desinfiziert, dies geschieht mittels Chlorung (Chlorgas, Natriumhypochlorit, Calciumhypochlorit), um eine Depotwirkung im Schwimmbecken zu erreichen.

Zur Reduzierung von gebundenem Chlor und Trihalogenmethanen sind zusätzliche Verfahrensstufen erforderlich. Gebundenes Chlor kann über einen Aktivkohlefilter, UV-Strahler oder eine Pulverkohledosierung abgebaut werden.

Anschließend wird der pH-Wert reguliert. Dieser sollte laut DIN 19643 pH 6,5- 7,6 betragen. Das Wasser fließt vor der Chlorung noch über einen Teilstrom durch den Wärmetauscher wo es erwärmt wird. Die Erwärmung des Wassers kann auf unterschiedliche Weise geschehen. Beispielsweise kann dies mittels eines direktdurchströmten Heizkessel ohne zusätzlichen Wärmetauscher und Pumpen stattfinden. Bei höheren Leistungen können die direktdurchströmten Heizkessel in Kaskade gestellt werden. Das nun erwärmte Wasser strömt über einen Rücklauf wieder in den Wasserkreislauf und vermischt sich mit dem dort fließenden Wasser. Als Reinwasser fließt es jetzt über Einströmdüsen ins Schwimmbecken. Der Wasserkreislauf beginnt nun von vorne.

Die Wasserqualität wird über chemische und physikalische Parameter überwacht. Diese sind der Gehalt an frei wirksamen Chlor, gebundenen Chlor, die Redoxspannung sowie der pH-Wert. Über eine Messwasserleitung wird Beckenwasser entnommen und fließt durch eine automatisierte Mess- und Regeleinheit. In dieser Mess- und Regeleinheit befinden sich Messelektroden, deren Ausgabewerte an einen Steuerrechner übermittelt werden. Diese Steuereinheit steuert die Stellmotoren an. Hier wird je nach Bedarf automatisch der Chlordurchlass erhöht oder gesenkt.

Chlorung

Chlorgas wird in grauen Stahlgasflaschen (mit 65 kg Inhalt) oder Chlorfässern (mit 500 kg oder 1000 kg) angeliefert. Dieses verlässt die Flasche über einen Vakuumregler (Sicherheitseinrichtung) und den Dosierregler. Über eine Injektordüse wird es dem Filtratwasser aus dem Aufbereitungsprozess zugemischt. Der zur Injektion benötigte Wasserdruck von ca. 5 bar wird über eine Druckerhöhungspumpe (mehrstufige Kreiselpumpe) erzeugt. Der Dosierregler regelt die benötigte Chlorgasmenge und wird vom Aquaserver angesteuert.

Weitere übliche Chlorungsarten sind die Dosierung von Natriumhypochlorit, auch Chlorbleichlauge genannt, aus handelsüblichen Gebinden, oder vor Ort mit einer Elektrolyseanlage aus Natriumchlorid (Kochsalz) erzeugt. Es wird auch granuliertes Calciumhypochlorit gelöst und über Dosierpumpen zudosiert. Ein neues Verfahren ist die Insitu-Elektrolyse. Im Kreislauf wird ein Salzgehalt von etwa 1 % vorgehalten und über Elektroden wird je nach Bedarf freies Chlor erzeugt.

Wasseraufbereitung mit Ozon

Vorzüge

Ein jahrzehntelang bewährtes Badewasseraufbereitungsverfahren, das allerdings höhere Investitionskosten verursacht, ist ein Verfahren mit Ozonstufe. Es ist außer der Ultrafiltration das einzige Verfahren, das in Deutschland für die Aufbereitung von Therapiebecken als geeignet angesehen wird.

Wirkung

Ozon entfernt die Präkursoren (Vorläuferstoffe), die Desinfektionsnebenprodukte (DNP) wie Chloramine (Chlor-Stickstoffverbindungen) und Trihalogenmethane (THM, z. B. Haloforme, wie Chloroform) bilden. Durch Chloramine verursachten „Hallenbadgeruch“ gibt es bei Bädern mit Ozonstufe nicht. Man kann den sogenannten Hallenbadgeruch aufgrund der Vorhaltezeit im Becken (Zeit die benötigt wird um das gesamte Volumen einmal durch die Filtration zu befördern) nicht ganz ausschließen, da die Harnstoff- bzw. Ammoniakzersetzung schon im Becken stattfindet. Sobald die unterchlorige Säure des Desinfektionsmittels (HOCl) mit der Verbindung reagiert, tritt die Geruchsbelästigung ein. Man kann somit nicht mit Gewissheit sagen, dass das Wasser zuvor einmal aufbereitet wurde und die Chloramine zu Nitrat geworden sind (dies ist das Endprodukt der Reaktion und ein im Wasser gelöster Salzanteil). Dieses kann mit den herkömmlichen Filtrationsvorgängen nicht entfernt werden (Nanofiltration würde sie beseitigen, ist aber im Schwimmbad bisher nicht einsetzbar. Einen Grenzwert für den Nitratgehalt im Beckenwasser gibt es bei einem Aufbereitungsverfahren mit integrierter Ozonstufe nicht, da das Ozon durch Reaktion mit Luftstickstoff Stickoxyde bildet - die im Badewasser wiederum Nitrate bilden - und die Einhaltung des Nitratgrenzwertes im Wasser deswegen nicht möglich ist.

Verfahren

Unverbrauchtes Ozon zerfällt relativ schnell wieder rückstandsfrei und ohne Bildung von störenden Nebenreaktionsprodukten. In der DIN 19643 Teil 3 und 4 (nach dem Entwurf der DIN 19643 werden zukünftig die Teil 3 und 4 zum Teil 3 zusammengefasst) sind die Werte für die Beckenwasseraufbereitung mit Ozon vorgegeben. Gemäß DIN 19 643 Teil 3 wird das aufzubereitende Wasser nach einer Vorfiltration des Wassers durch einen Sand- oder Mehrschichtfilter mit Ozon vermischt. Das Wasser wird dann durch einen Aktivkornkohlefilter (=Sorptionsfilter) geführt, dabei wird der Restozongehalt entfernt. Beim Verfahren nach DIN 19 643 Teil 4 Variante C (Quantozonverfahren) wird durch eine spezielle Füllung des Quantozonfilters die Funktion des Vorfilters mit der Sorptionsfiltration wirksam gekoppelt; Vorteile gegenüber dem Teil-3-Verfahren ergeben sich dadurch bei Aufstellfläche, Investitionskosten und Betriebskosten.

Dosierung

Bei der Aufbereitung von Beckenwasser mit normaler Temperatur mit dem DIN-19643-Teil-2-Verfahren soll ein Chlorwert zwischen 0,3 und 0,6 mg/l freies Chlor im Beckenwasser sein^[1]. Wenn die Aufbereitung des Wassers mit Ozon erfolgt, darf der Wert zwischen 0,2 und 0,5 mg/l liegen. Ozon darf nur maximal bis 0,05 mg/l im Beckenwasser vorhanden sein (s. o.).

zusätzliche Oxidation

Badewasser mit Ozon in einer zusätzlichen Oxidationsstufe aufzubereiten, wird überall dort empfohlen, wo viele Personen mit unterschiedlichen Abwehrkräften baden. Insbesondere im Klinik- und (Sonder-)Schulbereich, wo viele Therapie- bzw. Bewegungsbecken betrieben werden, aber auch in vielen modernen Freizeitbädern und Hotels höherer Kategorie finden sich deshalb Ozonstufen. Die DIN 19 643 empfiehlt ein Verfahren mit Ozon für Therapiebecken zwingend (im Entwurf der DIN 19643 sind auch Verfahren mit Ultrafiltration zugelassen) – für Bewegungsbecken sollte ein solches Verfahren eingesetzt werden.

Durchflussleistung

Da bei Ozonverfahren im Allgemeinen die Durchflussleistung geringer ist (k-Wert, der Auskunft über die Leistungsfähigkeit des Aufbereitungsverfahrens gibt: 0,6 1/m³) als beim Verfahren nach DIN 19 643 Teil 2. Beim Sand- oder Mehrschichtfilter wird mit eine k-Wert von 0,5 1/m³ gerechnet, dies entspricht 2 m³ Reinwasser pro Badegast, bei Ozonverfahren mit einem k-Wert von 0,6 1/m³ entspricht dies 1,67 m³ Reinwasser und nach dem Entwurf der DIN 19643 für Ultrafiltration mit einem k-Wert von 1,0 1/m³ entspricht dies 1,0 m³ Reinwasser.

Ozonerzeugung und -einbringung

Zur Herstellung von Ozon wird im Schwimmbad getrocknete Luft eingesetzt. Die Luft strömt durch ein makroporöses Trocknungsmaterial, das regelmäßig durch Erhitzung regeneriert werden muss. Die Ozonerzeugung erfolgt in Ozonerzeugerelementen mit drei koaxial angeordneten Röhren. Das innere Metallrohr ist die Hochspannungselektrode, das äußere Metallrohr der geerdete Gegenpol, das Glasrohr dazwischen dient als Dielektrikum. Mit einer Hochspannung bis zu 15 kV werden die Sauerstoffmoleküle durch stille elektrische Entladung zu Sauerstoffatomen dissoziiert, manche davon verbinden sich dann zu Ozon. Dafür wird einschließlich Lufttrocknung etwa 20 Wh/g Ozon benötigt. Der Transport des Ozon-/Luft-Gemisches zum Injektor erfolgt im Unterdruck, sodass ein Ozonausbruch ausgeschlossen ist. Als Rohrleitungsmaterialen haben sich dickwandiges PVC und Edelstahl bewährt. Die Ozoneinbringung ins Wasser erfolgt durch eine Flüssigkeits-Strahlpumpe (Injektor). Für den Betrieb des Injektors wird aus der Filtratleitung Wasser entnommen und über eine Druckerhöhungspumpe auf etwa 2 bar gebracht. Der Injektor saugt durch den erzeugten Unterdruck das Ozon-/Luft-Gemisch an und vermischt es mit dem Wasser. Das Luft-/Wasser-Gemisch wird in die Rohwasserleitung vor dem Reaktionsbehälter eingebracht.

weitere Wasserzusätze

private Becken

Im privaten Schwimmbad kann u. U. hierbei auch ganz auf weitere Chemikalien verzichtet werden, insbesondere wenn die Umwälzleistung und der pH-Wert eingehalten werden. Zusätzliche Desinfektionsmittel (vorzugsweise Chlor) können je nach Frequentierung, Schmutzeintrag aus der Umgebung und Lichtverhältnissen hin und wieder erforderlich werden.

öffentliche Becken

Im öffentlichen Bereich muss wegen der hohen Badegastfrequenz eine Depotwirkung (längerandauernde Desinfektionswirkung) mindestens 0,3 mg/l Chlor zudosiert werden, auch wenn eine Ozonstufe betrieben wird. Da Ozon giftig ist, darf es in Trink- und Badebeckenwasser nur eine Konzentration von maximal 0,05 mg/l haben. Mit dieser Konzentration ist keine ausreichende Depotwirkung im Badewasser möglich. Das Ozon (O₃) wirkt stark oxidierend, und zerstört dadurch alle biologischen Wasserinhaltsstoffe, deaktiviert Viren und oxidiert in Wasser enthaltene Metalle (z. B. Eisen und Mangan).

Ultrafiltration

Ultrafiltration Bad Aibling

Die Ultrafiltration im Schwimmbad ist ein relativ neues Verfahren. Die erste Anlage wurde 2002 in Bad Steben in Betrieb genommen. Inzwischen sind über 100 (Stand 02/2011) weitere Ultrafiltrationen mit Leistungen bis 420 m³/h in Betrieb. Die derzeit größten Aufbereitungen stehen im Königsbad in Forchheim. Ein Großteil der Anlagen ist mit einem k-Faktor von 1,0 ausgelegt, d. h. es reicht die halbe Umwälzmenge zur Aufrechterhaltung der Wasserqualität im Becken. Der Antrag auf Normung wurde gestellt und positiv beschieden. Derzeit wird die komplette DIN 19643 überarbeitet und es ist vorgesehen, die Ultrafiltration als Teil 4 aufzunehmen.

Verfahrensbeschreibung

Das abgebadete Wasser fließt von der Rinne in den Rohwasserspeicher. Das Nutzvolumen des Speichers muss so dimensioniert sein, dass das Verdrängungs- und Schwallwasser aufgenommen werden kann. Auf die Bevorratung einer Spülwassermenge kann weitgehend verzichtet werden.

Die Umwälzpumpe saugt das Rohwasser aus dem Speicher und drückt es durch den Vorfilter und die Ultrafiltration zurück ins Becken. Der Vorfilter besteht aus einem oder mehreren Kunststofffiltern mit angebauten automatischen Ventilen. Die Aufgabe des Vorfilters besteht darin, etwaige grobe Verschmutzungen, die die Ultrafiltrationsmembranen beschädigen oder verstopfen können, zurückzuhalten.

Die Flockungsmittelzugabe findet entweder vor oder nach der Umwälzpumpe statt. Die Impfstelle muss mindestens 10 Meter vor dem Filter sitzen, damit das Flockungsmittel Zeit für eine Reaktion hat und um eine optimale Mischung des Flockungsmittels zu erreichen. Für die Flockungsmittelzugabe gelten die Regeln und Maßgaben wie bei konventionellen Kies- oder Mehrschichtfiltern.

Die Ultrafiltrations-Membranen bestehen aus Polyethersulfon-Hohlfasern, und werden Kapillar-Membranen genannt. Diese haben Poren im Bereich kleiner 0,05 µm (zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von ca. 50 µm – das 1000-fache); dies ist so fein, dass weder Bakterien noch Viren die Membrane passieren können. Bei dieser Art der Filtration sind die Filteröffnungen so winzig, dass die Wassertemperatur bzw. die Viskosität, d. h. die Zähflüssigkeit des Wassers, eine sehr große Rolle spielt. Das Wasser, das die Ultrafiltration verlässt, ist absolut keimfrei. Gelöste Stoffe wie z. B. Salze bleiben im Filtrat erhalten. Die Ultrafiltration wird im Schwimmbad in der Dead-End-Filtration betrieben.

Ultrafiltration im Freibad

Die Ultrafiltrationsmodule der Aufbereitungsanlage bestehen aus mehreren tausend Hohlfasern, die geordnet in einem Kunststoff-Druckrohr untergebracht sind. Die Ultrafiltrationsmodule sind parallel in Straßen angeordnet. Zur Spülung kann das Filtrat von einer oder mehreren Straßen zur Spülung einer anderen Straße genutzt werden, oder es wird mit einer Spülpumpe und einem externen Spülwasserbehälter gearbeitet.

Die Membranmodule sind an einem Gestell montiert. Pneumatische Armaturen gewährleisten den automatischen Betrieb.

Als Messungen sind normalerweise eine Differenzdruckmessung für den transmembranen Druck und eine Volumenstrommessung für den Durchfluss vorgesehen.

Die Spülung erfolgt in regelmäßigen Zeitabständen, von etwa 2 bis 4 Stunden, vollautomatisch. Regelmäßig wird statt der normalen Wasserspülung eine chemische Reinigung und Desinfektion mit Chlor durchgeführt.

Das Filtrat der Ultrafiltration wird z. B. im Teilstrom über Aktivkohle geleitet, um unerwünschte gelöste Stoffe wie gebundenes Chlor und Trihalogenmethane zu entfernen. Weitere Möglichkeiten sind die Zugabe von Pulver-Aktivkohle vor der Ultrafiltration oder eine UV-Anlage danach.

Das Wasser wird aufgeheizt, der pH-Wert wird auf Sollwert eingestellt und das Wasser mit Chlor versetzt, um die in der DIN 19643 geforderten Chlorwerte zu erreichen.

Das gechlorte Wasser wird als Reinwasser bzw. Füllwasser über das Einströmsystem dem Becken zugeführt.

Anschwemmfiltration

Das Verfahren der Anschwemmfiltration wird in der DIN 19624 beschrieben. Im Bereich der Wasseraufbereitung von Schwimmbädern ist das Verfahren seit über 35 Jahren im Einsatz. Das Wasser wird durch eine wenige Millimeter dicke Schicht aus Kieselgur oder Perlite gefördert, die durch die Wasserströmung z. B. auf eine mit Gewebe bezogene Filterkerze oder Filterplatte angeschwemmt wurde. Diese Schicht übernimmt die eigentliche Filtration.

Zum Abbau von gebundenen Chlor und Trihalogenmethanen wird zusätzlich Pulver-Aktivkohle zudosiert. Die Zugabe der Pulver-Aktivkohle erfolgt ausschließlich nach dem Bedarf des Schwimmbades, z. B. in Abhängigkeit von den Wasserwerten (Parameter: "gebundenes Chlor"). Die Zugabe von Flockungsmitteln ist bei diesem Verfahren nicht erforderlich, aber möglich.

Es werden verschiedene Varianten gebaut. Bei der Druckvariante wird in geschlossenen Stahlbehältern das Wasser durch die Filtrationsschicht gedrückt. Bei der Saugvariante wird das Wasser in offenen oder geschlossenen Behältern aus Stahl oder Kunststoff durch die Filtrationsschicht gesaugt.

Bei der Anschwemmfiltration findet keine Spülung wie bei anderen Filtersystemen statt. Bei den Druckanschwemmfiltern wird regelmäßig die Flussrichtung umgekehrt und die Filtrationsschicht mit den Verschmutzungen, dem sogenannten Filterkuchen, vom Gewebe abgesprengt. Bei den (Saug-) Vakuumanschwemmfiltern erfolgt die Reinigung mit einem Schlauch oder über eine Reinigungsvorrichtung. Die (Saug-) Vakuumanschwemmfilter benötigen kein Rückspülwasser und keinen Rückspülwasserspeicher. Der Wasserbedarf ist sehr gering.

Nach der Reinigung erfolgt eine neue Anschwemmung mit Kieselgur oder Perlite. Der Filterkuchen verbleibt im Filter, bis dieser in regelmäßigen Abständen gereinigt wird.

Anschwemmfilter sind u. a. auch in der Wein- und Bierfiltration im Einsatz.

Einzelnachweise

Weblinks

• Pool-Magazin Online - Hintergrundwissen und Fachartikel zur Wasseraufbereitung in Schwimmbädern, herausgegeben vom Bundesverband Schwimmbad & Wellness e.V.
• FIGAWA-Arbeitsblatt:Ultrafiltration in der Kreislaufaufbereitung von Schwimm- und Badebeckenwasser
• FIGAWA-Arbeitsblatt: Einsatz von UV-Geräten zur Schwimm- und Badebeckenwasserbehandlung