Transcript VITBOK - Val av filterteknik

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: [email protected]
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
Partikelstorlek, µm
3
18
20
25
30
50
100
Exempel på mikroorganismers storlek:
Bakterier
Kryptosoridium
Legionella
Virus
Partikelstorlek
1-20 µm
4-6 µm
0,5-1,5 µm
0,1 µm
Typiska värden för olika filtertekniker:
Filterteknik
Avskiljningströskel Grumlighet i
filtrat**
50-200 µm
Bottensug
150 mFNU
Sandfilter utan flock
10-30
µm
Trumsil
10-30 µm
100 mFNU
Patronfilter
5 µm
60 mFNU
Pulverfilter
3 µm
Mikrofilter
1 µm
20 mFNU
Sand
Djupbäddsfiltrering/flock
0,05 µm
16 mFNU
Ultrafilter
Gränsvärden för ett filtrat (DIN 19643):
Enhet
Gränsvärde
< 200 mFNU
Grumlighet
< 0/100ml
Pseudomonas Aeruginosa
< 0/100ml
E-coli
< 0/100ml
Legionella
< 100/ml
Heterotrofa Bakterier
< 0,05 mg/l
Aluminium
< 0,02 mg/l
Järn
Ej högre än i bassängen
Kemisk syreförbrukning,
CODMn
< 0,2 mg/l
Bundet klor
< 0,02 mg/l
Trihalometaner (THM)
< 0,01 mg/l
Arsenik
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
98,6 %
280.000
P/L
99,7 %
2.100 P/L
> 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 m3/m2h) 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
+ Enkel, beprövad och driftsäker teknik
+
Mycket god partikelavkiljning med
flockning
+
Lång teknisk livslängd
+
Relativt låg investeringskostnad
+
+
Låg underhållskostnad
Hög filterkapacitet (30 m3/h/m2)
+
Lågt tryckfall (låg pumpeffekt)
+
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
+
+
+
+
+
+
Nackdelar
- Djupbäddsfiltrering innebär höga
filtertankar. Fri takhöjd bör vara 2,5
– 4 m beroende av filterdimension
- Momentant höga spolflöden. Kräver
stor spolvattenkapacitet och avlopp
för höga flöden
- Hög spolvattenförbrukning (om inte
återvinningsaggregat installeras)
- Skrymmande och tunga
installationer
- Skrymmande transporter
- Bra och dåliga filter är svåra att
skilja åt, exempelvis hydraulisk
utformning, dysbottnar och livslängd
- Intransport kan vara ett problem, om
inte leverantör hanterar platsbyggda
filter
- 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
+ Alltid ”trycklös spolning”
+
+
Lägre bygghöjd
Bra inspektionsmöjligheter
+
+
Kan byggas på plats
Vid kvadratisk utformning kan
golvytan användas optimalt
Mycket god partikelavkiljning med
flockning
+
+
Låg underhållskostnad
+
Hög filterkapacitet (30 m3/h/m2)
+
Lågt tryckfall (låg pumpeffekt)
+
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
+
+
+
Nackdelar
- Mer teknikkrävande (Fler pumpar
och nivåreglering)
- Hög investering
- Översvämningsrisk med dyra
följdskador
- Trycklöst spolning kan bli kostsamt
- Vid dålig täckning av filterkammaren
finns risk för korrosion i maskinrum
- Vid kvadratisk utformning ökar
risken för ”smutsiga hörn” med
anrikning och mikrobiologisk tillväxt
- Momentant höga spolflöden. Kräver
stor spolvattenkapacitet och avlopp
för höga flöden
- Hög spolvattenförbrukning (om inte
återvinningsaggregat installeras)
- Skrymmande och tunga
installationer
- 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 m3/m2h.
10
Sandfilter – Ytfiltrering
Fördelar
+ Låg bygghöjd – passar även i låga
maskinrum
+ Enkel installation
+
+
+
+
Nackdelar
- Sämre filtrering, begränsad
möjlighet att flocka.
- Mer filterarea att spola (fler filter
krävs pga lägre kapacitet)
- Känslig för hög belastning – risk för
Låg investering
genombrott
- Kan inte använda Aktivt kolpulver
Intransport
eller Antracit
- Kan inte använda luftspolning, eller
Kan, men behöver inte automatiseras
”trycklös” spolning
- Oftast med dysarmar – ger sämre
Känd teknik
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
+ Mikrobiologisk barriär
+ Extremt hög partikelavskiljning
+
+
Låg vikt och bygghöjd
Lätt att ta in genom dörröppningar
+
Låg momentan
spolvattenförbrukning = inget krav
på stor avloppsledning
Enkelt att återvinna spolvattnet
+
+
+
+
Automatisk spolning
Mindre cirkulationsflöde med högre
reningseffekt – lägre investering i
rörsystem
Platsbesparande installation – ryms i
de flesta maskinrum
Nackdelar
- Relativt ny applikation
- Hög investeringskostnad - kräver
”besparingar” på byggsidan för att
bli ekonomiskt intressant
- Behov av årlig service
- Komplex teknik – kräver
systemkunskap och teknisk
förståelse
- Risk för blockering av membranet
(tex vid felaktig flockning eller
bristfällig renspolning)
- Drygt 10 års driftserfarenhet i
badapplikation (är kort jämfört med
sandfiltrering)
- Kräver salt- eller svavelsyra
- Ännu inte fastställd i DIN-norm
(kommer under 2012)
-
-
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)
+
+
Hög kapacitet
Litet spolvattenbehov
+
Bra filterhygien (vid rätt
skötsel/spolintervall)
+
Låg installationskostnad
+
Tillfredställande vattenkvalitet
+
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
+
Nackdelar
- Kan inte flockas – ger något sämre
filtrering än djupbäddsfiltrering med
flock och UF
- Förbrukar filtermedia
- Svårt att undvika dammig hantering.
Kan hanteras med kompletterande
utrustning
- Slamhalt i spolvattnet kan vara ett
problem och kräver då
slamavskiljning
- Risk för anrikningar pga otillräcklig /
mycket låg vattenutskiftning i
bassängkretsloppet
- Ibland problem att få filterkakan att
täcka hela filterytan = Risk för
filtergenombrott (kräver korrekt
installation)
- 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
+ Bortför grov smuts innan
utjämningstank och finfilter
(avlastar övriga filter)
+ Automatisk spolning utan driftavbrott
+
Nackdelar
- Skrymmande och svårplacerat
-
Spolar ofta – minskar risken för
nedbrytning av organiskt material
-
Dyr teknik, som för att bli motiverbar
kräver kompromisser,t.ex.
delströmsfiltrering (slipstream).
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
+ Lägre investering
+ Minskat platsbehov
+ Lägre driftskostnad (mindre
reningsverk)
Nackdelar
- Låg kapacitet
- Recirkulerar smuts till bassängen
- 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
20Internet
www.processing.se
E-mail
[email protected]
Telefon
+46-(0)300-83 70 00
Telefax
+46-(0)300-83 70 99