Air quality in an indoor swimming pool facility

Abstract

Svømmebasseng benyttes i dag til både sport, rekreasjon, terapi og svømmeopplæring for brukere i alle aldre. I Norge er klimaet slik at utendørs svømmebasseng kun kan brukes noen få måneder i året. Derfor er det bygd flere innendørs svømmebasseng for å sikre tilgang året rundt. For å holde vannet i bassenget fri for mikroorganismer som virus, sopp, bakterier og protozoer, er det essensielt at vannet desinfiseres. I Norge brukes primært klor som desinfiseringsmiddel alene, eller sammen med UV bestråling. Når klor reagerer med organisk og uorganisk materiale fra de badende dannes uønskede desinfiserings bi-produkter (DBPer). Noen av disse DBPene er flyktige og er derfor til stede i luften som de badende puster inn. I dag er over 700 DBPer identifisert, og mistenkes å forårsake helseeffekter som irriterte øyne, respirasjonsproblemer, hudlidelser og i verste fall kreft. En av de viktigste gruppene av flyktige DPBer er trihalometan (THM). THM domineres i hovedsak av kloroform (CHCl3), bromodiklormetan (BDCM), dibromoklormetan (DBCM) og bromoform (CHBr3). THM er dessuten funnet å korrelere med flere andre typer DBPer.

Hensikten med denne masteroppgaven er å forstå hvordan THM dannes og hva som forårsaker eksponeringen i tillegg til å se på muligheter for å senke den. Dette ble gjort ved å ta luftprøver av THM og samtidig teste en type kullfilter. I tillegg til THM, ble det også gjort målinger og innhentet verdier av CO₂, friklor, bundet klor, temperatur, pH, luftskifte per time og antall badende for å se på korrelasjoner med THM. For å se på effekten av kullfilter ble det brukt to luftrensere med tilhørende kullfilter. Luftprøvene og målingene ble gjort i et opplæringsbasseng i Pirbadet i Trondheim som desinfiseres ved bruk av klor i form av NaOCl og UV bestråling. Alle prøvene og målingene ble tatt på eksakt samme sted. Prøvetaking av THM ble utført ved å pumpe luft i ca. 40 ml/min gjennom et rør fylt med Tenax TA i 20 minutter. Prøvetaking og analysen ble gjort i henhold til US EPA Metode TO-17 og ISO 16017 og analysene ble gjennomført med automatisk termisk desorpsjon (Markes int) koblet til Agilent Technologies 5975T LMT-GC/MSD.

I løpet av én dag med målinger, varierte THM konsentrasjonen fra rundt 90 μg/m3 til over 200 μg/m3 og CO₂ konsentrasjonen fra rundt 500 ppm til over 700 ppm. De andre parameterne som ble målt/innhentet; RF, vanntemperatur, temperatur, fri klor, bundet klor og luftskifte per time varierte ikke mye. CO₂ konsentrasjonen ble funnet å ha en signifikant korrelasjon med THM konsentrasjonen.

Sett i et lengre tidsperspektiv med alle målingene sett i sammenheng viste det seg at konsentrasjonen av bundet klor, som ble målt to ganger hver dag, varierte fra dag til dag og det ble bevist en signifikant korrelasjon mellom bundet klor og gjennomsnittlig verdi av THM.

Resultatene fra utprøvingen av kullfilter i svømmebassenget viste ikke forventede resultater. Det var en hypotese at kullet skulle adsorbere noe av THM gassene, men det viste seg at THM konsentrasjonen var gjennomsnittlig høyere når luftrenserne ble slått på. Dette antas å være på grunn av økt besøksbelastning som førte til økt konsentrasjon av THM.

Konklusjonen fra dette studiet er at THM konsentrasjonen er funnet å korrelere med CO₂- og bundet klor konsentrasjonen, og at kullfiltrene som ble testet reduserte ikke konsentrasjonen av THM. Det kan være en mulighet å installere CO₂ sensorer, og la frisklufts mengden styres av CO₂ konsentrasjonen i tillegg til temperatur og relativ fuktighet, for å senke THM konsentrasjonen. For å teste om kullfilter kan redusere eksponeringen av THMer er det nødvendig med en utbedret testmetode. Dette kan for eksempel gjøres ved å gjenskape et svømmebasseng-klima i et laboratorium og teste ulike kulltyper, eller å gjennomføre parallelle målinger med og uten kullfilter i et svømmebasseng.

Swimming pool is today used for both sports, recreation, therapy and swimming training for users of all ages. In Norway, the climate allows only a few months of outdoor swimming and indoor swimming pools are therefore built. To keep the water in the swimming pool free of microorganisms such as viruses, mould, bacteria and protozoa, it is essential that the water is disinfected. In Norway, chlorine is used as a disinfectant alone, or together with UV radiation. When chlorine reacts with organic and inorganic material from the bathers, undesirable disinfection by-products (DBPs) are formed. Some of these DBPs are volatile and are therefore present in the air that the bathers inhale. Today, more than 700 DBPs have been identified, and they have been suspected of causing health effects such as irritated eyes, respiratory problems, skin disorders and in the worst case, cancer. One of the most important groups of volatile DPBs is trihalomethane (THM). THM has also been found to correlate with several other types of DBPs.

The purpose of this thesis is to understand how DBPs forms and look for opportunities to lower the exposure. This was done by taking air samples of THM and at the same time test a type of carbon filter. In addition to THM, measurements of parameters such as CO₂, free chlorine, combined chlorine, temperature, pH, air change per hour and number of bathers were conducted and obtained to look at correlations to THM. To look at the effect of the carbon filter, two air purifiers with carbon filter was used. The air samples and measurements were made in a swimming pool in Pirbadet in Trondheim. The pool is disinfected using chlorine in the form of NaOCl and UV radiation. All the samples and measurements were taken at the same place in the four weeks. Sampling of THM was performed by pumping air for approx. 40 ml / min through a tube filled with Tenax TA for 20 minutes. Sampling and analysis were performed according to US EPA Method TO-17 and ISO 16017 and the analyses were performed with automatic thermal desorption (Markes int) connected to Agilent Technologies 5975T LMT-GC / MSD.

During one day of measurements, the THM concentration varied from around 90 μg/m3 to over 200 μg/m3 and the CO₂ concentration varied from around 500 ppm to over 700 ppm. The other parameters that were measured/obtained; RH, water temperature, temperature, free chlorine, combined chlorine and air change per hour were stable throughout the day. The CO₂ concentration was found have a significant correlation with the THM concentration.

If the results are seen in a longer time-perspective, it turned out that the concentration of combined chlorine, which was measured two times a day, varied from day to day and there were found a significant correlation between combined chlorine and the average value of THM concentration.

The results of the carbon filter testing in the swimming pool showed no sign of reduction in the THM concentration. It was a hypothesis that the carbon would absorb some of the THM gases, but the results showed that the THM concentration was on average higher when the air purifiers were turned on. This is believed to be due to increased visitor load which led to increased THM concentration.

The conclusion of this thesis is that THM correlates with CO₂- and combined chlorine concentration, and the carbon filter tested did not reduce the THM concentration. It can be an option to install CO₂ sensors, and let the fresh air supply be controlled by the CO₂ concentration in addition to the air temperature and relative humidity to reduce the THM concentration. To test whether carbon filters can function as a suitable absorbent to reduce the exposure of DBPs, an improved test method is required. This can be, for example, to recreate a swimming pool climate in a laboratory and test different types of carbons, or to carry out parallel measurements with and without carbon filters in a swimming pool.