NO320514B1 - Fremgangsmate og system for rensing av vann - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for rensing av vann, især klorert badevann i et svømmebasseng, som omfatter sirkulering av en vannstrøm gjennom en filterinnretning for filtrering av vannet, uttrekning av en første understrøm fra vann-strømmen av vann filtrert av filterinnretningen og føring av den første understrøm gjennom et UV-system for fotokjemisk behandling. Oppfinnelsen angår videre et system for rensing av vann ved å utføre en slik fremgangsmåte.

I svømmebasseng tilsettes f.eks. klor til badevannet som desinfiseringsmid-del. Imidlertid forårsaker dette dannelse av bundet klor i form av f.eks. nitrogenbundet kloraminer som gir ubehagelig lukt og irriterer øynene, slimhinner og hud samt at disse emnene kan utgjøre en helserisiko for de badende. Patentskriftet DK-B-144 663 beskriver en fremgangsmåte for fjerning av kloraminer fra klorvann i svømmebas-seng ved intensiv bestråling av vannet med ultrafiolett lys ved en bølgelengde på X > 300 nm.

Det er videre blitt funnet at tilsetningen av klor i badevannet danner THM (Trihalomethanes) og AOX (absorberbare organiske halogener), som begge er gene-riske navn for stoffer som kan være kreftfremkallende. Dette er et problem især i svømmebasseng, siden både THM og AOX er luktfri stoffer og ikke frembringer irri-tasjoner som klor gjør. Dette innebærer at dé badende ikke oppdager nærværet av disse stoffene. Det fotokjemiske fremgangsmåte ifølge DK-B-144 663 fjerner ikke THM og AOX i tilstrekkelig grad for at stoffene kan reduseres i svømmebassenget.

Det er videre vært kjent i noen år at THM dannes i klorert badevann og en-kelte land har fastsatt begrensende verdier for THM. For å minske mengden av både THM og kloraminer i badevann, omfatter teknikken en fremgangsmåte hvor aktivt kull doseres på toppen av et sandfilter som installeres for å rense vannet. Sandfilteret som i seg selv ikke fjerner kloraminene og THM-emnene filtrerer derved også disse emnene i tillegg til partikler og svevende faste deler i badevannet.

På grunn av dosering av aktivt karbon vil imidlertid denne fremgangsmåte skape problemer når sandfilteret skylles, noe som må utføres nesten annenhver dag. Dette aktive karbon fører til store mengder slam som må deponeres, hvilket kan in-nebære et problem siden det på mange steder er forbudt å skylle ned aktivt karbon i avløpet. Videre innebærer denne fremgangsmåte risiko for at det dannes bakterier i sandfilteret.

I denne fremgangsmåte blir imidlertid ikke tilstrekkelig AOX fjernet og siden AOX oppstår i mengder som er omtrent 10-15 ganger større enn THM, vil dette utgjøre et helseproblem. Når det gjelder fastsetting av grenseverdier for AOX, er det et problem at det ikke finnes noen sikker og økonomisk fremgangsmåte for å fjerne AOX, mén for det meste reduseres konsentrasjonen i badevannet ved å utvanne dette med tilsetningsvann hvor AOX blir dannet i mindre mengder enn i klorert badevann.

Generelt er denne fremgangsmåte for å redusere konsentrasjonen av både kloraminer, THM og AOX uakseptabel, siden drikkevann på de fleste steder brukes som utvanning for å løse problemene med for høye konsentrasjoner.

Videre brukes drikkevann vanligvis for tilbakefylling av sandfilteret. Når sandfilteret doseres med aktivt karbon, er det nødvendig å skylle det ofte. Således brukes det enorme mengder drikkevann for renseprosessen, noe som gjør renseprosessen svært kostbar i tillegg til at det er ressurssløsing å bruke drikkevann for dette formål.

Patentsammendragene i det japanske patentskrift vol. 95, nr. 11, JP-A 7 195 097 beskriver en fremgangsmåte for å rense overstrømmende vann i basseng, som innebærer at vannet strømmer til et filter og at filtrert vann bestråles med ultrafiolette stråler ved hjelp av en ultrafiolett bestrålingsinnretning. Det rensede vannet blir sir-kulert til bassenget og brukt om igjen.

Følgelig er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et tilhørende system som kan fjerne både bunnet klor (kloraminer), THM og AOX fra vannet, og å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som er ressurssparende i bruk.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål ved å tilveiebringe en fremgangsmåte av ovennevnte type kjennetegnet ved de karakteristiske trekk angitt i krav 1.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål videre ved systemet ifølge krav 8.

Oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for vannrensing hvor både THM (Trihalomethanes), kloraminer, AOX (absorberbare organiske halogener) kan fjernes fra vannet som filtreres gjennom filterinnretningen som fortrinnsvis er et sandfilter.

Det er herved mulig å fjerne de kreftfremkallende stoffer fra badevannet i svømmebasseng e.l. Det er videre realisert ved oppfinnelsen at en fremgangsmåte i-følge oppfinnelsen også kan brukes for å fjerne biosider, pesticidet og peroxider, noe som gjøre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen egnet for rensing av vann for å frem-stille drikkevann, f.eks. fra forurenset grunnvann.

Det er også oppnådd en fremgangsmåte og et system hvor intervallene mel-lom skyllingene av sandfilteret forlenges vesentlig, slik at selv svært belastede svømmebasseng bare trenger å renses maksimalt en gang i uken. Dette fører til store vannbesvarelser.

Forgreningen av den andre understrømmen, etter at vannet har blitt behandlet fotokjemisk, innebærer at vannet i den andre understrømmen er fri for aktivt klor, kloraminer og deler av THM og AOX, som den fotokjemiske behandlingen kan de-gradere. Vannet er således uten oksideringssubstanser som ellers kan ødelegge membranfiltrene, som er neste trinn ifølge oppfinnelsen. Oksideringssubstansene ak-tiveres i UV-systemet som får dem til å degraderes, idet degraderingen finner sted via dannelsen av OH (radikal) som er det sterkeste ion i vann for oksidering. Herved oppnås et ytterst rent vann.

Ifølge oppfinnelsen bestråles den første understrøm med energirik, elektromagnetisk bestråling i selektive bølgelengder, som vesentlig tilsvarer verdien av det absorberte energinivået for hver av forurensningene i vannet, f.eks. kloraminer og tilsvarende klororganiske bestanddeler. Ifølge denne foretrukkede utførelse er UV-systemet en reaksjonsbeholder med en av de flere metallhaloide damplamper som blir dosert med et eller flere metaller, for utstråling av elektromagnetiske stråler i de selektive bølgelengder. Dette gir en energibesparende, UV-fotokjemisk behandling etter som lampetypen kan anordnes for fortrinnsvis å sende ut elektromagnetiske stråler i form av ultrafiolett lys i de nøyaktige bølgelengder som tilsvarer de uønskede kje-miske bestanddelene i vannet.

En eller flere av UV-lampene som fortrinnsvis er metallhaloide lamper av mellomtrykkstypen er anordnet ved innløps- og utløpsrørene i reaksjonsbeholderen. Dette fører til en enkel oppbygging av reaksjonsbeholderen for UV-systemet. Lampen eller lampene er anbrakt slik at vannet får en tilstrekkelig oppholdstid i forhold til lampens energi og vannets turbiditet. For to eller flere lamper, er lampene også fordelt i forhold til periferien når lampene er anordnet i endene av reaksjonsbeholderne. Ved å montere lampene langsetter reaksjonsbeholderne, blir lampene fordelt i forhold til reaksjonsbeholderen lengde.

Det fotokjemisk behandlede vann blir pumpet gjennom minst én av membranfiltrene for nanofiltrering eller omvendt osmosebehandling og vannet blir pumpet aktivt gjennom hvert membranfilter, idet en pumpe er anordnet foran hvert filter. Ved å trekke tilbake den andre understrøm ifølge denne utførelse, og bruke et membranfilter etter at vannet har blitt renset fotokjemisk, behøver bare membranfilteret å fjerne THM og AOX samt biosider, pesticider og pyroxider, ettersom kloraminene allerede har blitt nedbrutt. Dette innebærer at membranfilteret kan drives ved et relativt lavt trykk på omtrent 7-15 bar, i motsetning til omtrent 60 bar hvis også klorbundede emner måtte fjernes, hvilket fører til ytterst lang levetid for membranfilteret. En levetid på omtrent 3-5 år kan forventes mot normalt 6-8 måneder. Dette oppnås også pga. at vannet som trykkes gjennom membranfilteret er filtrert vann med en partikkelstørrel-se på omtrent 1-1,15 um. De fleste lastsubstanser for filtersystemet minimeres pga. sandfiltreringen og pga. OH" (radikal) ionet.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til den vedlagte tegning som viser et skjema over filtreringssystemet ifølge oppfinnelsen for filtrering av badevann i et svømmebasseng.

Figuren viser et svømmebasseng 1 hvor badevannet ledes ut i en over-strømskånal 12 og ut i rensesystemet. Vannet blir pumpet fra overstrømskanalen 12 gjennom et rør 13 inn i et sandfilter 2, hvor en matepumpe 10 er innsatt i røret 13.

Denne matepumpe 10 er tilpasset sandfilterets 2 kapasitet og har typisk en kapasitet på omtrent 250 m3 pr. time i et typisk kombinert svømmebasseng på 25 x 16 m for ikke-svømmere og svømmere.

Det filtrerte vann ledes fra den rensede vannside av sandfilteret 2 gjennom en rørstreng 5 tilbake til bassenget 1. En første understreng 6 er forgrenet fra denne rørstreng 5 og en understrøm trekkes ut fra rørstrengen 5 for fotokjemisk behandling. Et UV-system 3 er satt inn i denne understreng 6 for fotokjemisk behandling av det innmatede filtrerte vann fra sandfilteret 2. Understrømmen utgjør omtrent 20 % av det filtrerte vann i returstrengen 5 til bassenget 1. Understrømmens størrelse regule-res av egnede ventiler. Vannet blir pumpet gjennom UV-systemet 3 ved hjelp av en pumpe 8 som er innsatt i den første understreng 6, idet pumpens kapasitet er tilpasset UV-filterets 3 kapasitet. Denne kapasitet er 50 m3 i timen i en foretrukket utførelse av et kombinert svømmebasseng på 25 x 16 m.

UV-systemet 3 bryter ned det aktivte klor, nitrogenbundet klor (kloraminer) og bare litt av organisk bundet klor (THM og AOX) som finnes i det filtrerte vann. UV-systemet omfatter en reaksjonsbeholder hvor det er anordnet minst én UV-metallhaloid lampe både ved innløpet og utløpet av beholderen. De fotokjemiske lamper er alle av samme type, noe som innebærer at det ikke er nødvendig å lagre forskjellige typer på hvert installasjonssted. Ifølge oppfinnelsen er lampetypen en lampe med mellomtrykk, som er en spesiell metallhaloid damplampe dosert med forskjellige metaller, slik at lampen får så mye energi som mulig ved de bølgelengder som kreves for denne fotokjemiske prosess. Disse bølgelengdene avhenger av stoffene som skal fjernes, og med den foretrukne lampetype er det mulig å velge bølge-lengder som tilsvarer absorberingsnivået for de uønskede stoffer som er oppløst i vannet. Disse bølgelengdene av elektromagnetisk stråling eller UV-lys vil typisk være i størrelsesorden X «190-465 nm, men kan også være utenfor dette området hvis det kreves av de uønskede stoffenes absorbsjonsegenskaper.

Etter at vannet har blitt behandlet fotokjemisk, trekkes en andre understrøm fra den første understreng 6 i en andre understreng 7. Mengden som trekkes fra den første understrøm må ikke være større enn nødvendig for å opprettholde likevekt i bassenget 1. Dette vil fortrinnsvis være omtrent 10-15% av den første understrøm for et kombinasjonsbasseng på 25x16 m.

Den andre understreng 7 har et membranfilter 4 innsatt og et passende ar-rangement av ventiler for å regulere strømmen i strengene 6, 7.1 den viste utførelse er membranfiltrene 4 anordnet i serie med sine respektive pumper 9 anordnet umid-delbart foran filteret 4. Disse pumpene 9 er valgt for å gi et trykk på omtrent 15 bar og ha en kapasitet som tilsvarer det tilhørende membranfilter 4 som fortrinnsvis er omtrent 3,75 m<3> i timen. Vannet blir ført gjennom et membranfilter hvor det finner sted en omvendt osmosebehandling. Med det lave trykk for omvendt osmosesystemer

(bare omtrent 7-15 bar mot vanligvis omtrent 60 bar), har membranfiltrene en vesentlig lenger levetid og tilsvarende lavt strømforbruk.

Alternativt kan de to membranfiltrene anordnes parallelt med hverandre og eventuelt ha en felles pumpe. Som et alternativ er det videre mulig å anordne et en-kelt membranfilter 9 i understrengen 7, hvis omstendighetene tillater dette, f.eks. ved rensesystemer i mindre bassenger.

Membranfiltrene er forbundet til et utløp 11 hvor det filtrerte konsentrat tømmes ut.

Vannet blir først filtrert i sandfilteret 2, hvor bl.a. svevende faste deler og andre partikler som er større enn 1-1,5 um filtreres. Deretter blir en understrøm av dette filtrerte vann behandlet fotokjemisk for å bryte ned de klorrelaterte stoffer i vannet, etterfulgt av uttrekking av en ytterligee understrøm som blir utsatt for en omvendt osmoseprosess for å filtrere de "virkelige" løsninger i vannet, som dermed fjerner de kreftfremkallende emner THM og AOX fra vannet. Vannet blir deretter ført tilbake til bassenget. En fremgangsmåte og et system for å rense svømmebasseng-vann oppnås herved hvor utvanning ikke lenger er det eneste svar på løsningen av problemene i forbindelse med redusering av konsentrasjoner av uønskede stoffer, en-ten det er kloraminer og andre klorsammensetninger, THM og AOX, til under ønske-de konsentrasjonsnivåer, ifølge eventuelle grenseverdier som måtte finnes.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for rensing av vann, især klorert badevann i svømmebas-seng (1), omfattende en sirkulering av en vannstrøm gjennom en filterinnretning (2) for filtrering av vannet, uttrekking av en første understrøm (6) fra vannstrømmen filtrert av filterinnretningen og føring av den første understrøm gjennom et UV-system (3) for fotokjemisk behandling, karakterisert ved at den første understrøm (6) bestråles med energirik, elektromagnetisk bestråling ved selektive bølgelengder, som vesentlig tilsvarer absorbsjonsenerginivået for hver av forurensningene i vannet, f.eks. kloraminer o.l. klororganiske sammensetninger.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den første understrøm (6) bestråles med elektromagnetisk stråling ved bølgelengder over 190 nm og under 465 nm.

3. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den første understrøm (6) består av omtrent 20% av vannstrømmen som filtreres av filterinnretningen.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at en andre understrøm (7) av fotokjemisk behandlet vann suges ut fra den første under-strøm for nanofiltrering eller omvendt osmosebehandling i et membranfilter (4).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den andre understrøm (7) pumpes gjennom et eller flere mebranfiltre (4) for omvendt osmosebehandling eller nanofiltrering og at vannet pumpes aktivt gjennom hvert membranfilter (4), idet en respektiv pumpe er anordnet foran hvert filter.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den andre understrøm (7) består av omtrent 10-15% av den første understrøm (6).

7. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den første understrøm bestråles med elektromagnetisk stråling fra en eller flere lamper som er anbrakt slik at vannet får en tilstrekkelig oppholdstid i forhold til lampens energi og vannets turbiditet.

8. System for rensing av vann, især klorert badevann i et svømmebasseng (1), idet systemet omfatter en filterinnretning (2), et UV-system (3) for fotokjemisk behandling og anordning for sirkulering av en vannstrøm langs en rørstreng og gjennom filterinnretningen (2) for filtrering av vannet, og anordning for å suge ut den første understrøm (6) fra vannstrømmen filtrert av filterinnretningen og for å føre den første understrøm langs en første understreng og gjennom UV-systemet (3) for fotokjemisk behandling, karakterisert ved at UV-systemet (3) er en reaksjonsbeholder med en eller flere haloiddamplamper som er dosert med et eller flere metaller for utstråling av en elektromagnetisk stråling ved selektive bølgelengder som vesentlig tilsvarer verdien av absorbsjonsenerginivået for hver av forurensningene i vannet, f.eks. kloraminer og tilsvarende klororganiske sammensetninger.

9. System ifølge krav 8, karakterisert ved at lampene er metallhaloid lamper av mellomtrykkstypen.

10. System ifølge krav 8, karakterisert ved at lampene er tilpasset for å frembringe elektromagnetisk stråling ved bølgelengder over 190 nm og under 465 nm.

11. System ifølge krav 8, karakterisert ved at UV-systemet omfatter minst én lampe anordnet ved innløps- og utløpsrørene i reaksjonsbeholderen.

12. System ifølge krav 8, karakterisert ved at det omfatter ventiler for regu-lering av den første understrømsstørrelse.

13. System ifølge krav 8, karakterisert ved at det omfatter et membranfilter (4) og anordning for å suge ut en andre understrøm fotokjemisk behandlet vann fra den første understrøm og for å føre den andre understrøm langs en andre understreng (7) og gjennom et eller flere membranfilter (4) for å fjerne bestanddeler oppløst i vannet, f.eks. THM, AOX og/eller salter.

14. System ifølge ett av de foregående krav 8-13, karakterisert ved at den andre understreng (7) omfatter to membranfiltre (4) anordnet i serie og at en pumpe (9) er anordnet i forbindelse med hvert membranfilter.