Czym i w jaki sposób wypełnić zbiornik filtrujący wodę w basenie?

Dobór materiału filtracyjnego, granulacji złoża i prawidłowy sposób wypełnienia filtra basenowego

Materiał filtracyjny jest jednym z najważniejszych elementów systemu filtracji basenowej. To jego właściwości, uziarnienie oraz sposób ułożenia w zbiorniku wpływają na przepływ wody przez filtr i skuteczność zatrzymywania znajdujących się w niej zanieczyszczeń.

Do najczęściej stosowanych materiałów ziarnistych należą piasek kwarcowy, węgiel antracytowy oraz granulowany węgiel aktywny. W praktyce znaczenie ma jednak nie tylko rodzaj zastosowanego materiału, ale również wielkość i kształt ziaren, porowatość złoża, wysokość poszczególnych warstw oraz ich wzajemne ułożenie.

W poradniku wyjaśniamy, jak dobrać i prawidłowo ułożyć materiał filtracyjny w zbiorniku, dlaczego granulacja złoża ma znaczenie oraz kiedy pod właściwym złożem filtracyjnym stosuje się żwirową warstwę podtrzymującą. Pokazujemy również przykładowy układ kolejnych frakcji żwiru i sposób ich wsypywania do zbiornika.

  Rodzaje materiałów filtracyjnych

Materiał znajdujący się wewnątrz zbiornika filtra tworzy złoże filtracyjne, przez które podczas pracy instalacji przepływa woda basenowa. Jego zadaniem jest zatrzymywanie zanieczyszczeń znajdujących się w wodzie, dlatego właściwy dobór materiału ma bezpośrednie znaczenie dla prawidłowej pracy całego systemu filtracji.

Do najczęściej stosowanych materiałów filtracyjnych należą (1):

•   piasek kwarcowy,
•   węgiel antracytowy,
•   granulowany węgiel aktywny.

Poszczególne materiały różnią się właściwościami fizycznymi, m.in. gęstością, porowatością, kształtem oraz wielkością ziaren, dlatego mogą pełnić różne funkcje w złożu filtracyjnym.

Węgiel aktywny może być stosowany jako jedna z warstw wielowarstwowego złoża filtracyjnego. Oznacza to, że zbiornik filtracyjny nie zawsze musi być wypełniony jednym rodzajem materiału – w zależności od konstrukcji i przeznaczenia filtra możliwe jest zastosowanie kilku odpowiednio dobranych warstw.

W przypadku filtracji wody basenowej jednym z najczęściej wykorzystywanych materiałów jest piasek kwarcowy. Przy jego wyborze szczególne znaczenie ma jednak nie tylko sam rodzaj materiału, ale przede wszystkim odpowiednie uziarnienie, które wpływa na właściwości i skuteczność złoża filtracyjnego.

  Wielkość i kształt ziaren materiału filtracyjnego

Wielkość ziaren materiału filtracyjnego, ich kształt oraz wzajemne rozmieszczenie decydują o geometrii złoża filtracyjnego i jego właściwościach hydraulicznych (2). Parametry te wpływają na sposób, w jaki woda przepływa przez przestrzenie powstające pomiędzy poszczególnymi ziarnami materiału.

Jednym z podstawowych parametrów opisujących materiał filtracyjny jest jego skład granulometryczny, czyli udział ziaren o określonych wielkościach. Określa się go poprzez wykonanie analizy sitowej materiału ziarnistego.

Na wykresie analizy sitowej przedstawia się krzywą przesiewu badanego materiału oraz wymagane parametry złoża filtracyjnego. Pozwala to określić, jaka część badanego materiału mieści się w wymaganym zakresie uziarnienia i może zostać wykorzystana do przygotowania złoża.

Wykres 1. Przykład analizy sitowej materiału ziarnistego.
Źródło: opracowanie własne na podstawie: A.L. Kowal, M. Świderska-Bróż, Oczyszczanie wody, PWN, Warszawa–Wrocław 1996, s. 227.

  Dlaczego uziarnienie złoża jest ważne?

Uziarnienie materiału filtracyjnego jest jednym z najważniejszych parametrów decydujących o efektywności filtracji. Wielkość ziaren wpływa na właściwości złoża, a tym samym na jego zdolność do zatrzymywania zanieczyszczeń przepływających wraz z wodą.

Znaczenie odpowiedniego uziarnienia pokazują przytoczone w literaturze badania. Zastosowanie piasku kwarcowego o średnicy ziaren ≤ 0,5 mm zapewniło ponad 99% usuwania zooplanktonu z wody koagulowanej przed filtracją. Skuteczność eliminacji mikroorganizmów przez złoże piaskowe o znacznie większych ziarnach – 1,5–2,0 mm – była mniejsza (3).

Nie oznacza to jednak, że do każdego filtra należy zastosować możliwie najdrobniejszy piasek. Granulacja materiału filtracyjnego powinna być dobrana do konstrukcji filtra i parametrów projektowych złoża. Wielkość ziaren jest bowiem tylko jednym z czynników wpływających na prawidłową pracę filtra.

  Porowatość złoża filtracyjnego

Porowatość jest jednym z istotnych parametrów charakteryzujących złoże filtracyjne. Określa udział przestrzeni znajdującej się pomiędzy ziarnami materiału w całkowitej objętości złoża. To właśnie w tych przestrzeniach przepływa woda oraz zatrzymywane są cząstki zanieczyszczeń.

Im większa jest porowatość złoża, tym więcej cząstek stałych może zostać w nim zatrzymanych i tym dłuższy może być cykl filtracji. Porowatość zależy m.in. od rodzaju materiału, kształtu ziaren oraz sposobu ich wzajemnego ułożenia.

Poniższa tabela przedstawia wybrane właściwości fizyczne najczęściej stosowanych ziarnistych materiałów filtracyjnych (4).

Tabela 1. Wybrane właściwości fizyczne najczęściej stosowanych materiałów ziarnistych. Źródło: (4).

  Jak prawidłowo wsypywać materiał filtracyjny do zbiornika?

Materiał filtracyjny należy układać równomiernie na całej powierzchni filtra, warstwami o grubości około 20–25 cm. Pozwala to zachować właściwą strukturę złoża na całej powierzchni zbiornika.

Materiał powinien być wsypywany do wody znajdującej się już w zbiorniku. Zbiornik napełnia się stopniowo wodą do wysokości odpowiadającej kolejnej warstwie, a następnie wsypuje odpowiednią porcję materiału filtracyjnego.

Proces należy powtarzać dla kolejnych warstw tworzących złoże. Liczba cykli sypania i płukania materiału ziarnistego powinna odpowiadać liczbie warstw o grubości 20–25 cm. Po ułożeniu całego złoża należy sprawdzić, czy jego rzeczywista wysokość odpowiada założonym parametrom (6).

W praktyce napełnianie zbiornika przebiega więc etapami:

•   napełnienie zbiornika wodą do poziomu przygotowywanej warstwy,
•   równomierne wsypanie materiału filtracyjnego,
•   płukanie ułożonej warstwy,
•   powtórzenie czynności dla kolejnych warstw złoża,
•   sprawdzenie końcowej wysokości całego złoża.

  Żwirowa warstwa podtrzymująca złoże

Złoże filtracyjne może być ułożone na żwirowej warstwie podtrzymującej. Jej zadaniem jest stworzenie odpowiedniego podparcia dla właściwego materiału filtracyjnego oraz oddzielenie go od znajdującego się w dolnej części zbiornika układu drenażowego. Żwir wykorzystany do wykonania tej warstwy powinien spełniać wymagania jakościowe stawiane materiałom filtracyjnym.

Wysokość warstwy podtrzymującej zależy przede wszystkim od rodzaju zastosowanego drenażu i wynosi najczęściej 0,3–0,5 m. Nie jest to jedna jednorodna warstwa żwiru – składa się z kilku kolejnych warstw o różnym uziarnieniu, przy czym wysokość każdej z nich powinna wynosić co najmniej 5 cm (7).

Wielkość ziaren żwiru dobiera się w zależności od ich położenia w warstwie podtrzymującej:

•   w górnej warstwie średnica ziaren powinna wynosić około 4–5 × d₁₀ materiału właściwego złoża filtracyjnego,
•   w dolnej warstwie, znajdującej się przy drenażu, średnica ziaren powinna być około 2–3 razy większa od średnicy otworów w drenażu.

Oznacza to, że najgrubsze frakcje żwiru znajdują się w dolnej części warstwy podtrzymującej, przy układzie drenażowym, a kolejne warstwy w kierunku właściwego złoża filtracyjnego mają coraz drobniejsze uziarnienie.

  Jak dobierać uziarnienie kolejnych warstw żwiru?

Uziarnienie kolejnych warstw żwiru należy dobierać tak, aby każda kolejna warstwa miała ziarna około dwukrotnie większe od warstwy drobniejszej znajdującej się powyżej. W ten sposób wraz ze zbliżaniem się do układu drenażowego zwiększa się wielkość zastosowanych ziaren.

Warstwę podtrzymującą należy układać w wodzie, rozpoczynając od frakcji największych i przechodząc kolejno do coraz drobniejszych. Układanie wykonuje się w kilku cyklach sypania i płukania materiału.

Szczególnej ostrożności wymaga wykonanie pierwszej warstwy, znajdującej się bezpośrednio przy układzie drenażowym. Powinna być ona układana ręcznie, aby podczas wsypywania grubego żwiru nie uszkodzić elementów drenażu.

Kolejność układania warstwy podtrzymującej:

•   rozpocznij od najgrubszej frakcji żwiru przy układzie drenażowym,
•   pierwszą warstwę ułóż ręcznie i ostrożnie,
•   kolejne warstwy wykonuj z coraz drobniejszych frakcji,
•   poszczególne warstwy układaj w wodzie, wykonując kolejne cykle sypania i płukania.

  Przykładowy układ warstwy podtrzymującej

Warstwa podtrzymująca może składać się z kilku kolejnych warstw żwiru o stopniowo zmniejszającym się uziarnieniu. Poniżej przedstawiono przykładowy układ warstwy podtrzymującej o łącznej wysokości 0,45 m (8).

W przedstawionym przykładzie najgrubsza warstwa żwiru 16–32 mm znajduje się przy układzie drenażowym. Powyżej układane są kolejno coraz drobniejsze frakcje: 8–16 mm, 4–8 mm oraz 2–4 mm. Dopiero nad przygotowaną w ten sposób warstwą podtrzymującą znajduje się właściwe złoże filtracyjne.

Warstwa podtrzymująca nie zawsze jest konieczna. Może być zbędna w przypadku zastosowania drenażowych płyt porowatych lub drenażu drobnoszczelinowego, pod warunkiem zastosowania odpowiednio dobranego uziarnienia właściwego złoża filtracyjnego (8).

  Dobór filtra do wielkości basenu – przykład Tebas BLU

Wielkość filtra basenowego należy dobrać przede wszystkim do objętości wody w basenie oraz wymaganej wydajności całego układu filtracyjnego. Im większy basen, tym większa ilość wody musi zostać przefiltrowana w określonym czasie, a więc potrzebny jest filtr oraz współpracująca z nim pompa o odpowiedniej wydajności.

Orientacyjnie dla mniejszych basenów o pojemności do 25 m³ można przyjąć przepływ na poziomie około 4–6 m³/h. Przy basenach 25–50 m³ wartość ta wzrasta do około 6–10 m³/h, a dla basenów 50–75 m³ do około 10–16 m³/h. Większe niecki o pojemności 75–100 m³ i więcej wymagają odpowiednio wydajniejszego układu – orientacyjnie 16–24+ m³/h.

Rys. 2. Orientacyjny dobór wydajności układu filtracyjnego do wielkości basenu.

Dobrym przykładem jest seria Tebas BLU, obejmująca cztery wielkości zbiorników. Filtr o średnicy 500 mm zapewnia przepływ do 10 m³/h, model 600 mm – 15 m³/h, 750 mm – 24 m³/h, natomiast zbiornik o średnicy 900 mm – 32 m³/h.

Przy doborze zestawu należy również pamiętać o dopasowaniu wydajności pompy do możliwości filtra. Zbyt duży przepływ nie poprawia automatycznie jakości filtracji – woda powinna przepływać przez złoże z prędkością przewidzianą dla danego filtra. W przypadku serii Tebas BLU wydajność filtracji określono na poziomie 50 m³/h/m².

Źródło główne: Apolinary L. Kowal, Maria Świderska-Bróż, Oczyszczanie wody, PWN, Warszawa–Wrocław 1996, s. 226–229.

Odwołania: (1)–(2) s. 226; (3) s. 228; (4)–(8) s. 229.