wemwater UltraVioletstralen (UV) en het gebruik bij afbraak van in zwemwater [ ZWEMBAD ] 15 INLEIDING WAT IS UV-STRALING?

Transcriptie

1 [ ZWEMBAD ] 15 wemwater UltraVioletstralen (UV) en het gebruik bij afbraak van ongewenste chemische verbindingen in zwemwater INLEIDING Het gebruik van UV-lampen komt meer en meer opzetten. Men weet al lang dat UV-licht een zeker desinfecterend vermogen heeft. Decennia lang is men bezig om deze eigenschap te perfectioneren en toe te passen op allerlei gebieden. Voor sommige pathogenen kan UV een redmiddel zijn, daar waar chloor en andere ontsmettingsmiddelen falen. Naast dit aspect is men de laatste jaren gestoten op het fenomeen, dat ook bepaalde chemische verbindingen kunnen afgebroken worden. Voor het zwembadwater merkte men op, dat bepaalde nevenproducten van het chloorgebruik kunnen afgebroken worden. Dit opent uiteraard perspectieven, die een vooruitgang zouden betekenen in de zwembadwaterbehandeling. Het is een evolutie, die positief bijbrengt tot een beter zwembadklimaat. micro-organismen worden dus als dusdanig getroffen in hun huishouding zodat ze niet meer kunnen functioneren en afsterven. WAT IS UV-STRALING? UV-stralen zijn energierijke elektromagnetische stralen, die in het natuurlijke spectrum van het zonlicht voorkomen. Ze liggen in het bereik van het onzichtbare kortegolf-licht, met een golflengte tussen 100 en 400 nm (1 nanometer = 10-9m). DESINFECTIE VIA ULTRAVIOLETSTRALEN Drinkwater of ook zwemwater kan worden gedesinfecteerd door het water te bestralen met ultraviolet-licht (UV). Deze bestraling veroorzaakt een fotochemische reactie (een chemische reactie met licht) in het erfelijk materiaal, het DNA, van micro-organismen. Deze uitgelokte DNA-wijziging maakt dat de verdere celvermeerdering en stofwisseling onderbroken wordt. De levende De UV-stralen worden naargelang van hun golflengte als volgt ingedeeld: UV A : tussen 315 en 400 nm (herkenbaar aan hun 'bruinend' effect op de huid) UV B : tussen 280 en 315 nm UV C : tussen 200 en 280 nm UV-Vacuüm: tussen 100 en 200 nm.

2

3 [ ZWEMBAD ] 17 WAT IS DE JUISTE UV-DOSIS? De energie, die het DNA ontvangt van het UV-licht, moet voldoende groot zijn en een gepaste golflengte hebben om een onomkeerbare wijziging in de DNAstructuur te veroorzaken. De gevoeligheidscurve heeft een spectrum dat ligt tussen 250 en 260 nm, met een maximum rond 254 nm. Dit spectrum ligt in het gebied van het UV C -licht. De benodigde UV-dosis wordt dus gedefinieerd als de hoeveelheid energie voor de golflengte van 254 nm toegepast per oppervlakte-eenheid gedurende een bepaalde tijd. Dit geeft volgende formule: {H = I x t} waarbij 'H' staat voor de UV-dosis, 'I' voor de intensiteit en 't' voor de blootstellingstijd. De gebruikte eenheid is Joule (J) per vierkante meter (m 2 ) of millijoule (mj) per vierkante centimeter (cm 2 ) waarbij 1 mj/cm 2 gelijk is aan 10 J/m 2. In Duitsland wordt gesteld dat een minimale UV-dosis van 250 J/m 2 (25 mj/cm 2 ) op het einde van de levensduur van de lampen gegarandeerd moet worden. Veelal hanteert men de waarde van 400 J/m2 (40 mj/cm 2 ). Deze dosis veroorzaakt een veelvoud van beschadigingen aan het erfelijk materiaal van de micro-organismen zodat een herstel nagenoeg uitgesloten is. De UV lamp, met hoge efficientie, zit in een kwarts glaskoker die de lamp tegen het water beschermt, maar die de UV-straling doorlaat. Dit geheel is ondergebracht in een hygienische roestvast stalen reactor. UV EN TRIHALOMETHANEN (THM) Binnen deze groep wordt hoofdzakelijk chloroform gevormd als reactie op het ontsmettingsmiddel en de organische elementen (zie figuur 1). THM kunnen in het zwembadwater en in de lucht boven het water aangetroffen worden. Zwemmers worden hieraan blootgesteld door absorptie door de huid, door inslikken en inademen. HOCL (desinfectie chloor) + R-CH 2 -CH 3 (TOC,..) _ R-CH 2 -CH 2 _ RCOOH + HCCl 3 (chloroform) Figuur 1: vormingsproces van THMs Voor wedstrijdbaden heeft de FINA (Federation Internationale de Natation Amateur, de wereldorganisatie voor competitie zwemmen) een maximale aanwezigheid voor THM van 20µg/l aanbevolen. In onze drinkwaterreglementering is een hoeveelheid van 100 µg/l toegestaan. Het voorkomen van hoge niveaus van THM in het zwemwater kan hoofdzakelijk worden bereikt door een combinatie van chloor en ozon als ontsmettingsmiddel. Metingen verricht op het PIH geven aan dat concentraties van 0 tot 100 µg/l werden gemeten in gewone zwembaden (25 m-bad met instructiebad). Over het reduceren van THM met UV is vandaag de dag nog niet veel bekend. UV EN CHLOORAMINEN Chlooraminen ontstaan in zwembaden als een reactie tussen ammoniakverbindingen en op chloor gebaseerde ontsmettingsmiddelen. Analytisch worden ze gemeten als gebonden chloor (totaal chloor vrije chloor = gebonden chloor ). Afhankelijk van het aantal waterstofatomen, dat vervangen wordt door chloor kan of mono -, d - of trichlooraminen ontstaan. HOCL + NH 3 > NH 2 Cl (monochlooramine) + H 2 O NH 2 Cl + HOCL > NHCl 2 (dichlooramine) + H 2 O NHCl 2 + HOCl > NCl 3 (trichlooramine) + H 2 O Figuur 2: vorming van Chlooraminen. Chloraminen zijn verantwoordelijk voor de zogenaamde "chloorgeur" in een zwembad, oog- en huidirritaties. Ten gevolge van deze gezondheidseffecten, zijn door diverse gezondheidsorganisaties richtlijnen vastgesteld voor gebonden chloor. De Swimming Pool Advisory Group (UK) beveelt aan de gebonden chloor op 0,5 mg/l te houden, terwijl de WHO (World Health Organization) een richtlijn aanbeveelt van 3 mg/l voor monochlooramine (als desinfectiemiddel). De Vlarem II stelt, dat de gebonden chloor onder de 1 mg/l moet gehouden worden. In tegenstelling tot THM zijn diverse technologieën reeds beschikbaar voor het reduceren van chlooraminen. REDUCTIE VAN CHLOORAMINE Vandaag de dag worden er 4 verschillende technologieën toepast om de chlooraminen te reduceren: Verdunning. Hydro-anthraciet of Actieve Kool Ozon. UV-oxidatie. Verdunning Verdunning van het zwembadwater kan worden gedaan door toevoeging van vers water. Een vrij simpele en gemakkelijk toepasbare techniek. Echter, hoge kosten ontstaan voor verwarming en behandeling van het verse water. Verder loopt de prijs van water en de lozing van water steeds meer op. Hydro-anthraciet of Actieve Kool Door gebruik te maken van dergelijke kolen, gevolgd door een zandfilter kunnen de meeste organische bestandsdelen uit het water worden verwijderd.

4 AQUADOMO maatwerk tot op de druppel Op zoek naar advies voor werken na de rooilijn? LEGIONELLAPREVENTIE: Onze medewerker Luc Mouton zetelde in de redactieraad van het Legionellabesluit. Reeds 500 gebouwen hebben wij voorzien van een beheersplan.» analyse van watermonsters tegen voordelige prijs» van begeleiding tot volledig opstellen van een beheersplan» audit van bestaande beheersplannen» opvolging van beheersmaatregelen en logboek HERGEBRUIK VAN WATER» regenwater» leidingwater LEKDETECTIE Meer info? Contacteer ons: Aquadomo-TMVW Tom Vanlerberghe of Luc Mouton Stropkaai Gent 09/ website:

5 [ ZWEMBAD ] 19 Nadelen van deze technologie hangen voornamelijk samen met de hoge organische belasting van het terugspoelwater van het filter en de mogelijkheid van biologische groei op de geactiveerde kool. Verder moet het kool regelmatig worden vervangen en de gebruikte kool moet worden afgevoerd. Ozon Door toevoeging van ozon aan het water worden niet alleen organische substanties in het water gereduceerd maar het leidt ook tot aanvullende desinfectie. Omdat ozon een giftig gas is, moeten alle ozonsporen uit het water zijn verwijderd voordat het water in het zwembad komt. Normaal gesproken wordt dit gedaan door actieve kool hetgeen dus een aanvullende behandelingsmaatregel is. Als gevolg van de combinatie van 2 behandelingsmaatregelen komen vergelijkbare hoge kosten voor met deze technologie. UV-oxidatie Recentelijk wordt UV gebruikt om voor de afbraak van chlooraminen en andere organische vervuilers door foto-oxidatie te zorgen. Door de emissie van UVC licht wordt niet alleen een inactivering van bacteriën, virussen en parasieten bereikt, maar ook de moleculaire verbindingen van de chlooraminen kunnen worden opengebroken. Door de nadelen van de klassieke reductie technologieën (verdunning, poederkool en ozon) speel UV-oxidatie in toenemende mate een belangrijke rol. UV alleen gebruiken als desinfectie in een zwembad is ontoereikend. UV heeft net zoals ozon geen depotwerking. AFBRAAK VAN CHLOORAMINEN DOOR UV-LICHT Als zwembadwater blootgesteld wordt aan UV-licht ontstaan er twee verschillende processen, die resulteren in de reductie van het chlooraminengehalte in het water: Directe reductie van chlooraminen door het openbreken van de N-CI binding in de chlooraminemoleculen veroorzaakt door de energie van het UV-licht. Indirect via hydroxyl radicalen, welke worden gevormd door het UV-licht en welke chlooraminen en andere componenten oxideren. Om via de directe reductie chlooramine af te breken moet de N-CI binding worden blootgesteld aan de dissociatie energie om de binding open te kunnen breken. Deze waarde is een theoretische parameter welke berekend en uitgedrukt kan worden in golflengten. Voor N-CI komt de maximale golflengte, om de verbinding te kunnen openbreken, op 633 nm. Langere golflengten zullen niet resulteren in een verbindingsbreuk. Een andere belangrijke parameter is de specifieke absorptiecurve van de moleculen. De absorptiecurve is afhankelijk van de temperatuur, het medium waarin de moleculen zich bevinden en de concentratie. Maximale absorptie van de verschillende chlooraminen vindt plaats bij de volgende golflengten: Monochlooramine (NH2CI) 245 nm Dichlooramine (NHCI2) 297 nm Trichlooraminen (NCI3) 340 nm Sommige vergelijkbare gegevens, gemeten onder diverse condities (medium, temperatuur, etc.) kunnen in de literatuur gevonden worden. Een complete absorptiecurve is tot op heden nog niet bekend. De door het UV-licht geïnitieerde reductieprocessen kunnen als volgt worden beschreven: Figuur 3: afbraak chlooramine door UV-licht Door de vorming van hydroxyl radicalen worden niet alleen chlooraminen afgebroken maar ook andere koolwaterstoffen met lange ketens. Dus de totale waterkwaliteit verbetert. Een bijkomend heilzaam aspect van de toepassing van UV is niet alleen de reducerende werking op chlooramine, maar ook de desinfectie eigenschappen op (chloor resistente) pathogenen. Dit betekent dat er minder chloor gedoseerd behoeft te worden, omdat UV een deel van de functie van het chloor overneemt. Verlaging van de chloordosering heeft ook een verlaging van de vorming van chlooraminen en THM tot gevolg. Lagedruk (LP) ten opzichte van Middendruk (MP) lampen Op de markt zijn twee, commercieel beschikbare, lamptypen te verkrijgen, namelijk Lagedruk (LP) lampen en Middendruk (MP) lampen. Lagedruk lampen hebben een hoog rendement, waardoor energiebesparing mogelijk is. Ze reduceren effectief de monochlooraminen en hebben minder last van vervuilingen dan Middendruk lampen. Middendruk lampen hebben een breder spectrum dan Lagedruk lampen. Middendruk lampen reduceren di- en trichlooraminen effectiever

6 [ ZWEMBAD ] 21 dan Lagedruk lampen. Zij verspreiden licht van meerdere golflengtes, waarbij mogelijk nevenproducten worden gevormd (zoals bvb. nitriet). Bij LP lampen heb je dit niet. Tevens bestaat circa 80% van de aanwezige chlooraminen uit monochlooraminen, die effectief door LPlampen worden gereduceerd. Lagedruk lampen zijn economischer en flexibeler. Ten eerste, zowel Midden als Lagedruk lampen, produceren de golflengten die nodig zijn om de bindingen in chlooraminen te breken. Ten tweede, monochlooraminen, waarvan de absorptiepiek dichtbij de golflengte van 254 nm van een lage druklamp ligt, zijn de meest gevormde chlooraminen bij de normale ph-waarden van zwembadwater. Als het niveau van de monochlooraminen laag gehouden wordt, wordt ook de vorming van di- en trichlooraminen gereduceerd; aangezien deze alleen worden gevormd uit de mono-chloraminen. Verder zijn di- en trichloraminen instabiele componenten welke ontbinden in het water bij normale ph-waarden in zwembaden. Ten derde, de meest gunstigste golflengten voor bi- en trichloraminen zijn respectivelijk 297 en 340 nm. Deze golflengen zitten in het spectrum van de Middendruk lamp. Dit wil echter niet zeggen dat een golflengte van 254 nm geen effect heeft, alleen het absorptierendement ligt lager. Een Lagedruk lamp heeft een 3x hoger UVC rendement dan Middendruk lampen. Hiermee compenseert de Lagedruk lamp het verlies van een lager absorptierendement op bi- en trichlooraminen. Ten vierde, verreweg de grootste hoeveelheid van de aanwezige chlooraminen zijn mono-chlooraminen. Deze worden effectief bestreden door Lagedruk lampen waarmee het grootste deel van de problemen al is opgelost. Reinigingssysteem: vanwege de hoge bedrijfstemperatuur van een Middendruk lamp is het een vereiste om een mechanisch wissysteem toe te passen om aanslag op de kwartsbuizen te voorkomen. Lagedruk lampen werken op een lage bedrijfstemperatuur. Daarom is periodiek chemisch reinigen (3-6% citroenzuuroplossing) voldoende. Chemicaliën worden reeds toegepast in zwembaden, waardoor het toepassen van een chemische reinigingsmethode op Lage druksystemen geen aanvullend onderhoud vergt en worden de kosten laag gehouden. Lager energieverbruik: gezien het hoge rendement van Lagedruk lampen ten opzichte van Middendruk lampen, kan een beduidend lager energieverbruik bij dezelfde UV-dosis worden bereikt. INTEGRATIE VAN HET UV-SYSTEEM IN HET ZWEMBADWATER BEHANDE- LINGSSYSTEEM De beste plaats om het UV-systeem te installeren in de waterbehandeling is na de filtratie en voor de chloordosering. Chloordosering zou plaats moeten vinden na het UVsysteem om twee redenen: De chloordosering kan verminderd worden, want de UV-installatie heeft het water al gedesinfecteerd. Het gedoseerde chloor is daardoor grotendeels beschikbaar als vrij chloor; Het chloorverbruik kan verminderd worden wegens de foto-oxiderende werking van UV-licht (Pool water Treatment Advisory Group: Zwembadwater, 1999). Filtratie van zwevende stof dient vóór de UV-installatie plaats te vinden. Op deze manier kan worden voorkomen dat een eventuele micro-biologische doorbraak van het filter in het zwembad terechtkomt. Met betrekking tot het systeemontwerp kunnen verdere geavanceerde aspecten van de lage druksystemen een relevant rol spelen: Reactormateriaal: gezien de corrosieve aard van het gechloreerde zwemwater bestaan de leidingen in het zwembad uit PE-leidingen. Zwembadbeheerders hebben een voorkeur voor een kunststof behuizing van UV-systemen. Ze zijn gewend met kunststof te werken en kunnen de installatie eenvoudig integreren in het bestaande leidingsysteem. Gezien de hoge lamptemperatuur en hoge intensiteit kunnen Middendruk lampen niet worden toegepast in een PE-reactor kamer, terwijl dat met Lagedruk lampen wel kan. Figuur 4: UV systeemintegratie in een typisch zwembadwater behandelingssysteem (hier in bypass) Het UV-systeem kan worden geïnstalleerd in het volledige debiet of in een deelstroom. Om de efficiëntie van het UV-systeem te optimaliseren wordt aanbevolen

7 de speel(r)evolutie...van Boer Techno Play is een nieuwe revolutie in speeltoestellen. Keer op keer leggen wij de lat weer net iets hoger, zodat de kleintjes zich nog meer kunnen uitleven op onze tot de verbeelding sprekende speeltoestellen. Al met al is het Stoere, Sterke maar ook Speelse Techno Play een goede keuze voor de jonge eigentijdse gebruiker. Boer b.v. Postbus 10 NL-4255 ZG Nieuwendijk Tel.: Fax: Boer Belgium b.v.b.a. Postbus 35 B-2990 Wuustwezel Tel.: Fax:

8 [ ZWEMBAD ] 23 dat het volledige debiet behandeld wordt door de UVinstallatie. Figuur 6: metingen van vrije chloor en gebonden chloor op whirlpool. (metingen PIH) Deelstroom installaties zijn alleen interessant voor zwembaden met een grote inhoud en lage bezoekers aantallen, waardoor ook relatief lage chloramine concentraties in het water voorkomen. Er dient rekening te worden gehouden met het feit dat het systeem trager reageert dan een installatie geïnstalleerd in het volledige debiet. METINGEN OP EEN WHIRLPOOL. Een dergelijk UV-systeem werd geplaatst op een whirlpool, waarbij telkens vrije hoge waarden gebonden chloor werden gemeten. Men ziet dat na enkele weken, waarden worden bekomen, die tussen 0.15 en 0.4 mg/l zich situeren (eigen metingen PIH, 2003). Bijkomende analyse zoals nitrietvorming werd gemeten, maar geen verhoogde waarden konden worden vastgesteld. Trefwoord(en): zwembaden, waterzuivering, desinfectie, onderzoek Figuur 5: foto van een UV-systeem. BESLUIT OVER UV Ultraviolet met het nieuwe procédé van lampen heeft een toekomst in zwembadwaterbehandeling. Het wegnemen van chlooramines, die hinderlijk kunnen zijn, is een feit, dat niet onopgemerkt kan blijven. REFERENTIES Ijpelaar G.F., van der Veer B., Medema G.J., Kruithof J.C., By-products formation during UV disinfection of pre-treated surface water. Rudy Calders Provinciaal Instituut voor Hygiëne