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1 Badewasser-Filtersysteme Wirtschaftliche Anwendung Fachvortrag von Hugo Zürcher HK&T, Cham, anlässlich der SVG-Bädertagung vom in Zürich Einführung Die wirtschaftliche Anwendung der Badewasser-Filtersysteme wird durch die vielfältigen Bedürfnisse der Badegäste in Bezug auf Wasserhygiene, Wasserangebot, Beckenwassertemperatur und Wasserattraktionen, usw. wesentlich beeinflusst. Aber auch die Anforderungen der Ersteller und Betreiber kommunaler Hallenbäder und Freibäder bzgl. einer effizienten Aufbereitung zur Einhaltung der Hygiene, einer möglichst preisgünstigen Erstellung und einer wirtschaftlichen Betriebsweise spielen eine wichtige Rolle. Badewasseraufbereitung nach Norm SIA 385/9 Das Ziel der Norm SIA 385/9 ist es, eine gleichbleibende Beschaffenheit des Beckenwassers bzgl. Hygiene, Sicherheit und Ästhetik zu erreichen. Damit verbunden sind folgende Forderungen: - Keine Schädigung der menschlichen Gesundheit (insbesondere durch Krankheitserreger). - Hohes Wohlbefinden der Badegäste (z.b. möglichst geringe Nebenprodukte der Desinfektionsmittel). - Umweltaspekte sind gebührend zu beachten: - Unfallrisiken sind zu vermeiden, z.b. Rutschsicherheit nach bfu. - Energiesparende Systeme sind einzusetzen (Minergie im Hallenbad). - Die Arbeitssicherheit ist zu berücksichtigen, usw. Die gesamte Anlage der Badewasseraufbereitung setzt sich im Wesentlichen aus drei wichtigen Komponenten zusammen, die komplex ineinander wirken. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 1

2 Wasserbelastende Stoffe Mittels der Badewasseraufbereitung können folgende wasserbelastende Stoffe entfernt werden: Wasserbelastung Belastungsstoffe Grösse (mm) Entfernung Schwimmstoffe Haare Fasern >1 Grob-Sieb Grobe Trübstoffe Seifenreste, Hautschuppen Filterung Kolloidale Stoffe Kosmetika, Speichel > Flockung Organische Stoffe Mirkoorganismen (Viren, Keime) > Oxidation Desinfektion Gelöste Stoffe Harnstoffe, Chloramin gelöst Kohle-Adsorbtion, Ozon Frischwasserzusatz (Reduzierung) P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 2

3 Verschiedene Filtersysteme In der Norm SIA 385/9 werden die zur Anwendung möglichen Filtersysteme beschrieben. In den Hauptkategorien sind Einschicht (Sand)-Filter, Mehrschichtfilter, Anschwemmfilter sowie die Ultrafiltration zugelassen. Die sich daraus ergebenden hydraulischen Filter-Konstruktionen sind Druck- oder Unterdruckfiltersysteme sowie Vakuumsysteme. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 3

4 Druckfilter (Einschicht(Sand) und Mehrschicht) Unterdruckfilter (Einschicht(Sand) und Mehrschicht) P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 4

5 Vakuumanschwemmfilter Druckanschwemmfilter P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 5

6 Ultrafiltration Membranfiltertechnik für die Badewassertechnik sind Oberflächenfilter ohne Anschwemmschicht mit einer Trennwirkung durch Siebeffekt: - Wasser wird mit Druck durch eine Membranen gedrückt. - Es werden Partikel mit Durchmesser zwischen 0.01 und 0.1 mm zurückgehalten. Dadurch werden kolloidal gelöste Stoffe und Makromoleküle sowie Mikroorganismen (Viren/Bakterien) gefiltert. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 6

7 Filtersysteme in der Schweiz In den bestehenden Bädern in der Schweiz werden (geschätzt) folgende Filtersysteme angewendet: Hallenbäder (ca. 450 Bäder) 25% 1% 5% 4% 65% Druckfilter Unterdruckfilter Vakuumanschwemmfilter Druckanschwemmfilter Ultrafiltration ( 1%) Freibäder (ca. 300 Bäder) Druckfilter Vakuumanschwemmfilter 10% Druckanschwemmfilter 60% 30% P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 7

8 Kostenanteil von Filtersystemen Für die verschiedenen Anlageteile ergeben sich für die gesamte Badewasseraufbereitung folgende Kostenanteile: Hallenbad Freibad Im Hallenbad beträgt der Kostenanteil für die Filtersysteme ca. 20% und im Freibad ca. 17%. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 8

9 Fallbeispiel Hallenbad Anhand eines Fallbeispieles werden für ein Hallenbad die verschiedenen nach Norm SIA 385/9 zugelassenen Filtersysteme untereinander verglichen. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 9

10 Beckenprogramm Schwimmerbecken (SB) 28 C 25 x 14.0 m 350 m m 3 Springerbecken (SPB) 28 C 12.5 x 9.1 m 114 m m 3 Nichtschwimmerbecken (NSB) 32 C 15 x 10 m 150 m m 3 Kinderbecken (KIB) 32 C freie Form 48 m 2 14 m 3 Wasserrutsche 28 C ca. 70 m - - Summe 662 m m 3 Betriebszeiten Betriebstage - Öffnungszeit 14 Std: Uhr Besucher Pers/a ^ 600 Pers/d Aufbereitungsanlage mit verschiedenen Filtersystemen - Verfahrenskombination mit k = 0.5 (versch. Varianten) K = 0.8 (bei UF) - Umwälzleistungen: SB 140 m 3 /h SPB 70 m 3 /h NSB 118 m 3 /h KIB 52 m 3 /h WR 60 m 3 /h - 2 sep. Aufbereitungsanlagen: - Anlage 1: SB + SPB Total Q = 270 m 3 /h - Anlage 2: NSB + KIB Total Q = 170 m 3 /h P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 10

11 Raumbedarf der verschiedenen Filtersysteme (gerundet) Filtersysteme Raumhöhe (min. in m) Stellfläche (m 2 ) Umbauter Raum (m 3 ) Druckfilter Unterdruckfilter Druckanschwemmfilter Ultrafiltration Die Raumhöhen für Druckfilter sind je nach Durchmesser unterschiedlich zwischen m vorzusehen. Dabei ist eine ausreichende Zugänglichkeit sichergestellt und die Entlüftung nach den hydraulischen Anforderungen konstruiert. Für Unterdruckfilter ist die minimale Raumhöhe mit 3.00 m genügend, um die Zugänglichkeit zu ermöglichen. Bei Druckanschwemmfiltern ist die minimale Raumhöhe, je nach Filterdurchmesser, zwischen m. Bei den Ultrafiltrationsanlagen beträgt die minimale Höhe m. Die je nach Filtersystem erforderliche Stellfläche ergibt schlussendlich den gesamten umbauten Raum für die Filteranlage. Darin nicht berücksichtigt sind die übrigen Anlageteilsysteme für Desinfektion, Beckenerwärmung, Druckluftanlagen, usw. Ebenfalls nicht berücksichtigt sind darin die Kosten für den umbauten Raum der Funktionsbecken. Der Raumbedarf für den umbauten Raum zeigt, dass Druckfilter und Unterdruckfilter den grössten Raumbedarf beanspruchen. Druckanschwemmfilter erfordern ca. die Hälfte des Raumbedarfes wie Druck- oder Unterdruckfilter. Bei Ultrafiltrations-Anlagen ist der Raumbedarf am geringsten sowohl bezüglich der Raumhöhe wie auch der Stellfläche. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 11

12 Erstellungskosten Die Erstellungskosten für die verschiedenen Filtersysteme sind in CHF gerundet aufgeführt. Es sind dabei die internen Kosten (Kosten, die insgesamt bei der Badewasseraufbereitungsanlage für das Filtersystem anfallen) und die externen Kosten für den umbauten Raum ( CHF/m 3 ) aufgeführt. Die sich aus dieser Zusammenstellung ergebenden Gesamtkosten weisen zum Teil erhebliche Unterschiede auf, speziell zwischen Druckanschwemmfilter und Ultrafiltration. Die Differenzen zwischen den Druck- und Unterdruckfiltern zu Druckanschwemmfiltern betragen 8 10%. Filtersysteme Interne Kosten Externe Kosten Druckfilter Filter inkl. Zubehör Funktionsbecken etc. (Bauliches usw.) Gesamtkosten Unterdruckfilter Druckanschwemmfilter Ultrafiltration P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 12

13 Betriebskosten Aus der nachstehenden Tabelle kann folgendes abgeleitet werden: - Bei Druck- und Unterdruckfiltern sind die Differenzen in den Betriebskosten relativ gering. - Beim Druckanschwemmfilter sind die Wasserkosten gering, jedoch die Betriebsmittelkosten und der interne Unterhalt höher. - Ausser der Ultrafiltration liegen die Betriebskosten innerhalb einer Kostenspanne von CHF/a. - Bei der Ultrafiltration sind sowohl die Wasser- wie auch die Stromkosten wesentlich höher als bei den übrigen Filtersystemen. Aber auch der externe Unterhalt mit separatem Wartungsvertrag zur Erneuerung der Membrane innerhalb von 10 Jahren, wirkt sich auf das Kostenbudget aus. Die sich daraus ergebenden Betriebskosten von 137' CHF/a liegen gegenüber den übrigen Filtersystemen um ca. 80% höher. Filtersysteme Wasser (m3/a) Strom (kwh/a) Unterhalt Betriebsmittel Betriebskosten intern extern Druckfilter (6 850) ( ) (130) Unterdruckfilter (6 850) ( ) (130) Druckanschwemmfilter (4 000) ( ) (140) Ultrafiltration (17 500) ( ) (100) P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 13

14 Kostenvergleich: Hallenbad Die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Kosten zum Kostenvergleich zeigen auf, dass bei den konventionellen Filtersystemen, Druck- und Unterdruckfilter wie auch Druckanschwemmfilter sich eine Differenz von maximal 6.3% bzw CHF/a ergibt. Die Kapitalkosten sind mit Annuität bei 3% Zins und 20 Nutzjahren (als Mittelwert über technische Anlagen und Bauteile) gerechnet. Die Ultrafiltration ist sowohl bei den Erstellungskosten wie auch bei den Jahreskosten gegenüber den übrigen Filtersystemen um 70 bzw. 80% höher. Filtersysteme Erstellungskosten (CHF) Kapitalkosten (0.067 Ann./ 3%/ 20 a) (CHF/a) Betriebskosten (CHF/a) Jahreskosten CHF/a % Druckfilter Unterdruckfilter Druckanschwemmfilter Ultrafiltration P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 14

15 Fallbeispiel: Freibad Im Freibad-Fallbeispiel werden ebenfalls die Filtersysteme untereinander verglichen. Dabei wird jedoch auf den Vergleich mit der Ultrafiltration aus praktischen Gründen verzichtet. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 15

16 Beckenprogramm Schwimmerbecken (SB) 24 C 25 x 20 m 1000 m m 3 Springerbecken (SPB) 24 C 13 x 12.5 m 162 m m 3 Nichtschwimmerbecken (NSB) 26 C freie Form 590 m m 3 Kinderbecken (KIB) 26 C freie Form 125 m 2 31 m 3 Wasserrutsche 26 C freie Form - - Summe 1877 m m 3 Betriebszeiten Betriebstage Mitte Mai Mitte September - Öffnungszeit 10 Std: Uhr Besucher Pers/a ^ 666 Pers/d Aufbereitungsanlage mit verschiedenen Filtersystemen - Verfahrenskombination mit k = 0.5 (versch. Filtersysteme) K = 0.8 (bei UF) - Umwälzleistungen: SB 400 m 3 /h SPB 97 m 3 /h NSB 395 m 3 /h KIB 88 m 3 /h WR 60 m 3 /h - 2 sep. Aufbereitungsanlagen: - Anlage 1: SB + SPB Total Q = 497 m 3 /h - Anlage 2: NSB + KIB Total Q = 543 m 3 /h P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 16

17 Raumbedarf der verschiedenen Filtersysteme (gerundet) Filtersysteme Raumhöhe (min. in m) Stellfläche (m 2 ) Umbauter Raum (m 3 ) Druckfilter Unterdruckfilter Druckanschwemmfilter Die erforderlichen umbauten Räumlichkeiten für Druckanschwemmfilter sind um die Hälfte kleiner als für Druckfilter oder Unterdruckfilter. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 17

18 Erstellungskosten Filtersysteme Interne Kosten Externe Kosten Filter inkl. Zubehör Gesamtkosten Druckfilter Unterdruckfilter Druckanschwemmfilter Es ergibt sich eine Kostendifferenz von CHF zwischen Druckanschwemmfiltern zu Druckfiltern sowie CHF zu Unterdruckfiltern. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 18

19 Betriebskosten Filtersysteme Wasser (m3/a) Strom (kwh/a) Unterhalt Betriebsmittel Betriebskosten intern extern Druckfilter (5 600) ( ) (100) Unterdruckfilter (5 600) ( ) (100) Druckanschwemmfilter (3 000) ( ) (50) Aus der vorstehenden Tabelle kann folgendes abgeleitet werden: - Bei Druck- und Unterdruckfiltern sind die Differenzen in den Betriebskosten relativ gering. - Beim Druckanschwemmfilter sind die Wasserkosten geringer, jedoch die Betriebsmittelkosten und der interne Unterhalt höher als bei den anderen beiden Filtersystemen. - Die Betriebskosten liegen in einer Kostenspanne von CHF/a. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 19

20 Kostenvergleich: Freibad Filtersysteme Erstellungskosten (CHF) Kapitalkosten (0.067 Ann./ 3%/ 20 a) (CHF/a) Betriebskosten (CHF/a) Jahreskosten CHF/a % Druckfilter Unterdruckfilter Druckanschwemmfilter In der Tabelle zum Kostenvergleich ergeben sich für die Druckfilter oder Unterdruckfilter höhere Jahreskosten von bis CHF/a. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 20

21 Charakterisierung der Filtersysteme Druck- oder Unterdruckfilter Die Druck- oder Unterdruckfilter als Einschicht(Sand)- oder Mehrschichtfilter werden sowohl in Hallenbädern wie auch in Freibadanlagen angewendet. Sie sind im deutschen Sprachraum weit verbreitet. Alle spezialisierten Fachfirmen im deutschsprachigen Raum (Schweiz, Deutschland und Österreich) sind in der Lage, aufgrund von neutralen Ausschreibungen im Rahmen von öffentlichen Submissionen, solche Filteranlagen anzubieten und auszuführen. Vorteile Vollautomatischer Anlagenbetrieb mit geringen manuellen Tätigkeiten Erweiterung mit Ozonstufe zur Reduktion von gebundenem Chlor Geschlossene Bauweise Raumhöhe 3.0 m (Unterdruck-Bauweise) Neutrale Ausschreibung für alle Fachfirmen Nachteile Raumhöhe m (Druckbauweise) Grösserer Platzbedarf für die Filteranlage bezogen auf die Beckenwasserfläche Druckanschwemmfilter Die Druckanschwemmfilter, speziell mit sternförmig angeordneten Filterplatten, werden mehrheitlich in Freibadanlagen in der Schweiz eingesetzt. Aufgrund eines speziellen Schweizer Konstruktionssystems, sind diese Druckanschwemmfilter hauptsächlich in der Schweiz verbreitet. Diese spezielle Filterkonstruktion wird von zwei Fachfirmen in der Schweiz ausgeführt und vertrieben. Im Rahmen von öffentlichen Submissionen sind deshalb eingeschränkte Angebote zu erwarten. Vorteile Erweiterung mit Ozonstufe zur Reduktion von gebundenem Chlor Raumhöhe m Geringerer Platzbedarf für die Filteranlage bezogen auf die Beckenwasserfläche Geringerer Spülwasserbedarf P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 21

22 Nachteile Autom. Anlagebetrieb mit zusätzlich manuellen Tätigkeiten. Hygieneprobleme: gebundenes chlor Abwassereinleitung durch kontaminiertes Filtermaterial (Kieselgur / Aktivkohlepulver) Mehraufwendungen im Betrieb: wöchentl. Filterspülung mit Neuanschwemmung Spezielle Entsorgung der Feststoffe aus Abwasserbecken Beschränkte Ausschreibung (nur 2 Fachfirmen in der Schweiz) Vakuumanschwemmfilter Vakuumanschwemmfilter werden als offene Filtersysteme gebaut. Sie wurden vorwiegend in Freibadanlagen in den er Jahren installiert. Es sind bei diesem Filtersystem umfangreiche manuelle Tätigkeiten durchzuführen, vor allem bei der Abschwemmung und Neuanschwemmung. Für Neuanlagen werden diese Filtersysteme aus diversen Gründen nicht mehr verwendet und statt dessen Druckanschwemmfilter ausgewählt. Ultrafiltration Wie sich aus dem Kostenvergleich zeigt, sind Ultrafiltrations-Anlagen für den Betrieb von kommunalen Bädern aus Kostengründen sehr ungünstig einsetzbar. Ihre praktische Anwendung liegt vor allem bei hochbelasteten kleinen Becken mit hoher Wassertemperatur und eventuell in engen bestehenden Technikräumen, usw. In Deutschland sind einige Ultrafiltrations-Anlagen mit guter Erfahrung in Betrieb, in der Schweiz liegen noch keine grossen Erfahrungen vor. Bei öffentlichen Ausschreibungen sind nur wenige Spezialfirmen in der Lage Ultrafiltrations-Anlagen für die Badewasseraufbereitung anzubieten. Der Einsatz von Ultrafiltrations-Anlagen ist im Einzelfall auf ihre Wirtschaftlichkeit zu prüfen und dementsprechend vorzusehen. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 22

23 Schlussbetrachtung Jedes Filtersystem nach Norm SIA 385/9 hat seine Vor- und Nachteile. Das geeignete Filtersystem ergibt sich im Kontext der entsprechenden Verfahrenskombinationen im Zusammenhang der Beckenprogramme, der unterschiedlichen Wassertemperaturen, der vielfältigen Nutzungsangebote, usw. Die wirtschaftliche Anwendung ergibt sich deshalb aus den individuellen Anforderungen. Durch Varianten-Überprüfungen im Rahmen der Planung kann das wirtschaftliche Filtersystem gezielt evaluiert werden. Badegäste werden es Ihnen lohnen, wenn durch das geeignete wirtschaftliche Filtersystem eine gute Wasserqualität angeboten und garantiert werden kann. P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 23

24 Literaturhinweise - SIA-Norm 385/9 Wasser und Wasseraufbereitungsanlagen in Gemeinschaftsbädern (Ausgabe 2011) - BASPO-Norm 301: Hallen- und Freibäder: Grundlagen für Planung, Bau und Betrieb vom Bundesamt für Sport, Magglingen, 2005, 1. Auflage - KOK, Richtlinien für den Bäderbau - Diverse Fachberichte aus Archiv des Badewesens und SVG-Journal, usw. - Diverse Referate für HTA Modul, igba usw. - Fotonachweise von diversen Fachfirmen P:\INTERN\ZUG\VORTRÄGE\SVG Tagung\SVG Bädertagung 2013\ _Fachvortrag zu Badewasser-Filtersysteme.doc 24

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