Faserkunde

Chemiefasern

  >  Polyester

  >  Polypropylen

Naturfasern

  >  Baumwolle

  >  Kapok

Riwacare

Galerie

 

DARI GmbH


Egerländer Str. 1
92318 Neumarkt
Tel. 09181-23890-0
Fax 09181-23890-150

Schwimmbadfiltration

Entwicklung eines innovativen Filtermaterials für den Einsatz in Schwimmbädern

Vorwort

Durch die Versuche im Freibad Neumarkt sollte die Eignung des Filtermaterials in praxisnahem Umfeld getestet werden. Der zeigte, dass das Filtermaterial durchaus für den Einsatz in Schwimmbädern geeignet ist. Die zuvor durchgeführten Laborversuche konnten somit bestätigt werden. Zu keiner Zeit des Versuches wurde der gesetzlich festgelegte Trübungsgrenzwert von 0,5 FNU überschritten. Der Anstieg des Differenzdruckes betrug über die gesamte Versuchsdauer 5 mbar. Das getestete Filtermaterial ist vor allem für den Einsatz in privaten Schwimmbädern geeignet. Durch die lange Filterlaufzeit und gute Filterwirksamkeit ohne Einsatz von Flockungsmitteln stellt es eine gute Alternative zu herkömmlichen Sandfiltern dar. Das Filtermaterial kann in handelsübliche Kleinfilteranlage für private Schwimmbädern eingesetzt werden.

Versuchsanlage im Freibad Neumarkt

Ziel

Um die erhaltenen Ergebnisse an der Laboranlage bewerten, soll das Filtermaterial unter praxisnahen Bedingungen zum Einsatz kommen. Durch den Versuch im realen Umfeld und in größerer Dimension können zudem genauere Aussagen über die Eignung der Watte als Filtermaterial für kommerzielle Zwecke getroffen werden.

Versuchsanlage

Um später reproduzierbare und möglichst aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten wurde eine herkömmliche Kleinfilteranlage als Basis genommen und geringfügig umgebaut. Es handelt sich dabei um eine Filteranlage der Firma OKU Schwimmbadtechnik. Die Anlage besteht wie üblich aus einem Druckbehälter mit einem Durchmesser von d = 0,5 m, der das Filtermaterial enthält, einem 6-Wege-Ventil und einer Umwälzpumpe. In folgender Abbildung ist die Anlage dargestellt.

Kleinfilteranlage
Abbildung: Kleinfilteranlage der Firma OKU Schwimmbadtechnik vor dem Umbau

Bei der Pumpe handelt es sich um eine Umwälzpumpe der Firma Speck (Typ: Badu Magic 8) mit einer Gesamtförderhöhe Hmax = 14 m und einer maximalen Fördermenge Qmax = 12 m3h-1. Der Druckbehälter besteht aus glasfaserverstärktem Polypropylen und ist für Drücke bis p = 1,4 bar ausgelegt. Die Anlage verfügt über sechs verschiedene Betriebsprogramme, welche durch 6-Wege-Ventil umgeschaltet werden können.
Die untenstehende Abbildung zeigt die verschiedenen Betriebszustände mit entsprechender Ventilstellung.

Einstellung der verschiedenen Betriebsprogramme

Abbildung : Einstellung der verschiedenen Betriebsprogramme durch das 6-Wege-Ventil

Analog zu den Laborversuchen ist die Messung der Trübung in Zu- und Ablauf, sowie die Differenzdruckmessung von zentraler Bedeutung. Um diese Messungen zu realisieren musste die Versuchsanlage entsprechend umgebaut werden. Zudem handelt es bei dem zu testenden Filtermaterial nicht um Schüttgut, weshalb eine Halterung für das Filtermaterial in die Filterzelle eingebaut werden musste. Die folgende Abbildung zeigt entsprechenden Umbauten.

Umbauplan

Abbildung: Umbauplan der Kleinfilteranlage für die vorgesehene Anwendung

Zunächst wurde der Stutzen für die Zulaufleitung nach oben versetzt. Durch die veränderte Position kann der entstandene Freiraum für das Filtermaterial genutzt werden. Es kann also Filtermaterial bis zu einer Schichthöhe h = 20 cm in die Filterzelle eingebracht werden. Die Position des Filtermaterials ist in der Abbildung rot dargestellt. Die Leitungen zwischen Filterzelle und 6-Wege-Ventil wurden verlängert und entsprechende T-Stücke eingebaut. Hier werden die Sonden für die Trübungsmessungen in Zu- und Ablaufleitung eingebaut. Über und unter dem Filtermaterial wurden Rohrstutzen angeschweißt, um mit einem Differenzdrucktransmitter den Druckunterschied aufzunehmen und somit den auftretenden Druckverlust in Folge der Filterbeladung zu ermitteln.
Alle weiteren Bestandteile der Anlage blieben im Vergleich zum Originalzustand unverändert.

Versuchsaufbau

Die Versuchsanlage wurde im Freibad in Neumarkt i. d. OPf. installiert. Ziel der Versuche ist der Test der Eignung des Filtermaterials im realitätsnahen Umfeld. Daher ist die Auswahl des Aufstellungsortes der Versuchsanlage ein entscheidender Faktor. Das zu filtrierende Wasser sollte vor allem möglichst viele Schmutzstoffe enthalten. Daher sollte es sich um ein gut besuchtes Schwimmbecken handeln. Hierfür wurde das Erlebnisbecken des Freibades ausgewählt, da hier die höchsten Besucherzahlen erwartet werden. Durch die vorhandene Wasserrutschanlage ist zudem ein erhöhter Schmutzeintrag zu erwarten. Für die Reinigung und Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Parameter stehen für das Erlebnisbecken neben weiteren Aufbereitungs- und Überwachungssystemen drei Mehrschichtfilter zur Verfügung. In folgender Abbildung ist die Position der Versuchsanlage im Freibad schematisch dargestellt.

Schematische Darstellung der Position der Versuchsanlage

Abbildung : Schematische Darstellung der Position der Versuchsanlage

Die Versuchsanlage ist direkt an die Rohwasserleitung angeschlossen. Nach der Filtration wird das filtrierte Wasser wieder in diese Leitung gefördert. Erst nach der Entnahmestelle folgen weitere Aufbereitungsschritte wie die Zudosierung von Flockungsmitteln oder die pH-Wert-Korrektur. Mit der Chlorierung nach der Filtration durch die drei Mehrschichtfilter des Freibades sind die wesentlichen Aufbereitungsschritte vollzogen und das Wasser wird zurück in das Schwimmbecken gefördert. Durch die Position der Versuchsanlage ist also sichergestellt, dass die Versuche nicht durch Flockungsmittel verfälscht werden. Dies erlaubt auch eine Aussage über die Eignung des Filtermaterials für private Schwimmbäder, da auch hier in der Regel das Wasser direkt aus dem Schwimmbecken in die Filteranlage gefördert und aus Kostengründen auf den Einsatz von Flockungsmitteln verzichtet wird.

Einen Überblick über die genauen Versuchsaufbau, inklusive der Anordnung der Messgeräte und wichtige Betriebsparameter gibt die folgende Abbildung.

Versuchsaufbau und Anordnung der Messtechnik der Kleinfilteranlage im Freibad Neumarkt

Abbildung : Versuchsaufbau und Anordnung der Messtechnik der Kleinfilteranlage im Freibad Neumarkt

Das Rohwasser wird direkt aus der Schwallwasserleitung des Freibades entnommen. Es handelt sich also um Wasser, das unmittelbar aus dem Schwimmbecken stammt. In dieser Leitung ist ein Druck von pÜ = 0,8 – 1,0 bar. Abhängig von Badebetrieb und Filterzustand schwankt der Volumenstrom in dieser Leitung zwischen Q = 500 – 600 m3h-1. Vor der Entnahmestelle finden keine Aufbereitungsschritte wie Fällung, Flockung oder Desinfektion statt. Das filtrierte Wasser wird zurück in die Schwallwasserleitung gefördert. Um einen entsprechende, vorher definierte Filtergeschwindigkeit zu erreichen, ist in der Ablaufleitung ein Schwebekörper-durchflussmessgerät der Firma Georg Fischer mit einem Messbereich von Q = 600 – 6000 Lh-1 integriert. Über das vorgeschaltete Ventil kann ein entsprechender Volumenstrom Q eingestellt werden. Um zu hohe Drücke in der Filterzelle zu verhindern verfügt die Pumpe weiterhin über einen Frequenzumrichter (Frequenzbereich 35 – 50 Hz), wodurch die Leistung der Pumpe und somit die Fördermenge gedrosselt werden kann. In definierten Zeitabständen werden die Parameter Trübung und Differenzdruck aufgezeichnet. Für die Trübungsmessung im Zu- und Ablauf sind Trübungssonden (Typ: Solitax sc) der Firma Hach-Lange installiert. Über den zugehörigen sc200-Controller werden die Sonden kalibriert, eingestellt und die Messwerte gespeichert. Die Druckdifferenz in der Filterzelle wird über einen Differenzdrucktransmitter der Firma Keller Druckmesstechnik (Typ: PD-23) gemessen. Die erhaltenen Messwerte werden mit einem Almemo-Datenlogger der Firma Ahlborn Messtechnik (Typ: 2590-0) gespeichert. Für den normalen Filterbetrieb ist das 6-Wege-Ventil im Filtrationsmodus, d.h. das Wasser durchströmt die Filterzelle von oben nach unten. Das gefilterte Wasser läuft anschließend in ein Auslaufbecken mit einem Volumen von V = 300 L. Dies verhindert einen zu hohen Druck in der Filterzelle. Im Auslaufbecken befindet sich eine Tauchpumpe der Firma Zehnder. Diese hat eine maximale Förderhöhe von Hmax = 35 m. Durch einen integrierten Schwimmerschalter fördert die Tauchpumpe bei Erreichen eines bestimmten Wasserstands das Wasser zurück in die Schwallwasserleitung. Bei Erreichen des minimalen Wasserstands schaltet sie ab. Für den Fall des Ausfalls der Tauchpumpe oder einer Undichtigkeit in einer Druckleitung wurde eine Niveauregelung der Firma osf Elektrotechnik (Typ: NR-3) integriert. Im Auslaufbecken befinden sich drei Elektroden. Bei Überschreiten eines bestimmten Wasserstands (der sich über dem des Schwimmerschalters der Tauchpumpe P2 befindet) wird ein Magnetventil in der Zulaufleitung geschlossen und die Anlage somit effektiv abgeschaltet. Für den Fall eines Stromausfalls ist das Magnetventil im stromlosen Zustand geschlossen. Für den Fall einer Störung in der Druckleitung nach der Tauchpumpe wurde in den Auslaufbehälter außerdem ein Überlauf installiert, welcher überschüssiges Wasser direkt in den Kanal fördert. Die Versuchsanlage ist somit für den unbeaufsichtigten Dauerbetrieb geeignet.

Versuchsauswertung

Gesamter Zeitraum
In der folgenden Abbildung sind die gemessenen Trübungswerte im Zu- und Ablauf, sowie der gemessene Druckverlust in der Filterzelle dargestellt.

Trübung (Zulauf)
Trübung (Auslauf)
Druckverlust

Grenzwert Trübung

Messung 1

Abbildung : Gemessene Trübungswerte im Zu- und Ablauf und Druckverlustwerte im gesamten Versuchszeitraum

Die Abbildung zeigt die gemessenen Parameter während der gesamten Versuchsdauer. Die Filterwirkung des Filtermaterials ist deutlich zu erkennen. Die Trübungswerte im Auslauf liegen während der gesamten Versuchsdauer unterhalb der Zulauftrübungswerte. Die Leistungsfähigkeit des Filtermaterials wird vor allem an gut besuchten Tagen deutlich, da hier die Zulauftrübung teilweise Werte von 1,3 FNU aufweist, während die Auslauftrübung stets unter 0,5 FNU liegt. Der Grenzwert für die Trübung in öffentlichen Schwimmbädern liegt bei 0,5 FNU. Die Auslauftrübung des hier getesteten Filtermaterials lag während des gesamten Versuchs unterhalb dieses Wertes. Die Trübung im Auslauf lag zu Beginn des Versuchs bei 0,3 FNU, gegen Ende im Schnitt bei 0,15 FNU. Der Druckverlust ist im gesamten Versuchszeitraum von 5 mbar auf 10 mbar gestiegen. Nach Herstellerangaben wird eine Rückspülung bei einem Druckanstieg von 250 mbar empfohlen.

Ausgewählte Zeiträume

Um die Filterwirksamkeit an gut besuchten Tagen genauer darzustellen werden im Folgenden die gemessenen Trübungs- und Druckverlustwerte von ausgewählten Zeiträumen dargestellt. Um einen Zusammenhang von Badegastanzahl und Zulaufverschmutzung zu erhalten werden außerdem die Besucherzahlen dargestellt. Exemplarisch werden die Kalenderwochen 31, 33 und 34 ausgewählt. Im Anhang (Abschlussbericht) finden sich die detaillierten Besucherzahlen der Monate Juli, August und September, sowie alle weiteren Aufzeichnung relevanter Messwerte.
Die folgende Abbildung zeigt die Messwerte in Kalenderwoche 31.

Trübung (Zulauf)
Trübung (Auslauf)
Druckverlust

Grenzwert Trübung

Messung 2

Abbildung : Gemessene Trübungs- und Druckverlustwerte in KW 31

Die folgende Abbildung zeigt die Messwerte in Kalenderwoche 33.

Trübung (Zulauf)
Trübung (Auslauf)
Druckverlust

Grenzwert Trübung

Messung 3

Abbildung : Gemessene Trübungs- und Druckverlustwerte in KW 33

Die folgende Abbildung zeigt die Messwerte in Kalenderwoche 34.

Trübung (Zulauf)
Trübung (Auslauf)
Druckverlust

Grenzwert Trübung

Messung 4

Abbildung : Gemessene Trübungs- und Druckverlustwerte in KW 34

Die drei Abbildungen zeigen einen deutlichen Zusammenhang von Besucherzahlen und Trübstoffkonzentration im Zulauf des Filters. An gut besuchten Tagen sind deutliche Anstiege der Zulauftrübung zu verzeichnen, während an kalten Tagen mit wenig Badebetrieb die Zulaufwerte kaum Schwankungen zeigen. Neben zahlreichen Badegästen an warmen Tagen zeigen die Messungen auch Schwankungen während starken Gewittern, zu sehen in Abbildung am 24.08.2011 in der Nacht.
Während zu Beginn der Versuche (Abbildung ) die Zulauf- und Auslauftrübung abgesehen von gut besuchten Tagen noch nahezu identisch waren, liegen die beiden Messwerte vier Wochen später deutlich weiter auseinander. Diese Beobachtung ist vergleichbar mit der Einlaufphase in den Laborversuchen. Auch hier konnte beobachtet werden, dass die gemessenen Trübungswerte im Ablauf im Laufe eines Versuches stetig abnehmen. An sehr gut besuchten Tagen, mit Besucherzahlen von über 3000 Personen, ist ein deutlicher Anstieg der Zulauftrübung zu erkennen. Die gemessenen Ablauftrübungswerte steigen hier ebenfalls leicht an, was darauf hindeutet, dass das Filtermaterial nicht alle Schmutzstoffe zurückhalten kann. Jedoch ist deutlich zu erkennen, dass der geforderte Grenzwert von 0,5 FNU zu keiner Zeit überschritten wird. Außerdem ist davon auszugehen, dass diese Tage das absolute Maximum in Sachen Verschmutzungsgrad darstellen, da die Kapazität des Schwimmbeckens und damit die Anzahl der Badegäste im Schwimmbecken begrenzt ist. Folglich ist festzuhalten, dass das getestete Filtermaterial für den Einsatz in Schwimmbädern geeignet ist. Da der Druckverlust noch weit von vorgegebenen Wert von ?pmax = 250 mbar entfernt ist, kann davon ausgegangen werden, dass das Filtermaterial zum Zeitpunkt des Versuchsendes noch lange nicht vollständig beladen war.

Sichtproben

Da die Filterzelle aus undurchsichtigem Kunststoff besteht und somit keine visuelle Überprüfung der Filtration möglich ist, wurde die Filterzelle in regelmäßigen Zeitabständen geöffnet. Dabei wurde das Filtermaterial vor allem auf gleichmäßige Beladung und mögliche Leckstellen kontrolliert. Bei jeder Öffnung wurde der Zustand des Filtermaterials mittels einer Fotoaufnahme dokumentiert.

In der folgenden Tabelle sind Aufnahmen des Filtermaterials von verschiedenen Zeitpunkten sowie verschiedenen Perspektiven dargestellt.

  6 Tage 37 Tage 45 Tage
Draufsicht
Draufsicht 6 Tage
Draufsicht 27 Tage
Draufsicht 45 Tage
Detailansicht Detailansicht 6 Tage Detailansicht 27 Tage Detailansicht 45 Tage

Das Filtermaterial wurde am 08.07.2011 in die Filterzelle eingesetzt. Zwischen der ersten und zweiten Aufnahme liegen 22 Tage, zwischen der zweiten und dritten Aufnahme liegen 18 Tage. Die Aufnahmen zeigen deutlich die Zunahme der Filterbeladung. Während zu Beginn noch die einzelnen Fasern des Filtermaterials zu erkennen sind, sind auf den späteren Aufnahmen nur noch vereinzelt Fasern erkennbar. Während der gesamten Versuchsdauer waren keine Leckstellen im Filtermaterial erkennbar. Das Filtermaterial hat sich zudem durch die zunehmende Beladung nicht verformt.
Das Filtermaterial wurde beim Ausbau aus der Filterzelle auf Beladungsverteilung untersucht. Die gröberen Schmutzstoffe wie Haare, Gras oder Insekten wurden schon an der Oberfläche zurückgehalten. Die kleineren Partikel waren gleichmäßigen auf der gesamten Fläche des Materials zu erkennen. Die Beladung nahm von oben nach unten leicht ab. Die Tiefenwirkung des Filtermaterials war eindeutig zu erkennen.

Zusammenfassung und Fazit

Durch die Versuche im Freibad Neumarkt sollte die Eignung des Filtermaterials in praxisnahem Umfeld getestet werden. Der Dauerversuch mit Wattesorte 7101 zeigte, dass das Filtermaterial durchaus für den Einsatz in Schwimmbädern geeignet ist. Die zuvor durchgeführten Laborversuche konnten somit bestätigt werden. Zu keiner Zeit des Versuches wurde der gesetzlich festgelegte Trübungsgrenzwert von 0,5 FNU überschritten. Der Anstieg des Differenzdruckes betrug über die gesamte Versuchsdauer 5 mbar.

 

Forschungs- und Kooperationspartner Umweltinstitut Neumarkt

 

Kissen

 

Kissen

DARI GmbH