naar top
Menu
Logo Print
Artikel - 29/11/2017

BEST BESCHIKBARE TECHNIEKEN VOOR DESINFECTIE VAN WATER

Desinfecteren met chloor kan leiden tot toxisch chloraat

De pesticidewetgeving maakt dat de regels rond de aanwezigheid van chloraat in levensmiddelen strenger geworden zijn. Wie traditioneel opteert voor chloor om water te desinfecteren, zal met argusogen zijn concentratie moeten opvolgen. Chloraat is een bijproduct van chloor. Zeker wie zijn blik op afzetmarkten over de grenzen werpt, kan het best een nultolerantie nastreven en andere beschikbare technieken in overweging nemen. We geven een overzicht van de verschillende mogelijkheden, met hun werkingsprincipes, troeven en mogelijke toepassingen.

WETTELIJK KADER

In de voedingsindustrie zijn er meestal verschillende types water voorhanden. Aan proceswater worden de minst zware eisen gesteld, aangezien dit niet noodzakelijk in rechtstreeks contact komt met het product. Denk bijvoorbeeld aan het water dat een brouwerij door zijn leiding laat passeren om eventueel resterende contaminaties weg te flushen. Daarnaast is er productwater, dat wel in rechtstreeks contact komt met de levensmiddelen en bijgevolg onder een strengere loep genomen wordt door de bevoegde instanties. Ten slotte is er ook nog drinkwater dat uit de kraan stroomt en dat gebruikt kan worden voor bijvoorbeeld de medewerkers.

Elk type water moet sowieso voldoen aan de drinkwaterkwaliteit. Volgens de definitie van het FAVV (Federaal Agentschap voor de Veiligheid in de Voedselketen) betekent dit dat het geen hoeveelheden of concentraties mag bevatten van micro-organismen, parasieten of andere stoffen die een potentieel gevaar voor de gezondheid van consumenten kunnen opleveren. Water dat rechtstreeks of onrechtstreeks in contact komt met levensmiddelen, moet de kwaliteit van drinkwater hebben in het aanvoerpunt. De specifieke eisen per watertype variëren in functie van enerzijds het type industrie en anderzijds de toepassing waarin het gebruikt wordt. Er bestaan onder andere wettelijke verplichtingen rond de hardheid van het water, de fractie ijzer die nog aanwezig is in het water, de fractie koper, de fractie lood ...

BELANG VAN JUISTE WATERKWALITEIT

Waterbehandeling is voor elke producent in de levensmiddelenindustrie een belangrijk item. De meeste machines zullen immers met water gereinigd worden. Wanneer het water de binnenkant van de machines ziet, mag het zelf geen risico op contaminatie meer herbergen. Om te voldoen aan de eisen inzake hygiëne en HACCP, en om de garantie op drinkwaterkwaliteit te behouden, opteren fabrikanten daarom resoluut voor waterbehandeling. Dat vermijdt niet alleen dat er problemen kunnen ontstaan door het water, maar ook dat een volledige reiniging nodig zou zijn, wat meer productiestilstand zou betekenen.

DESINFECTIE MET CHLOOR

Een veelgebruikt middel om een desinfectie van het water te realiseren, is het doseren van chloorhoudende producten bij het water. Het juist opslaan en doseren van chloor vraagt echter om de nodige expertise (zie kaderstuk). Zo niet, kan vanaf een bepaalde hoeveelheid chloor de toxische stof chloraat ontstaan. De WHO (World Health Organization) schrijft daarom een limiet van 0,7 ppm voor. Voor voedingsproducten is de maximale residuele limiet in Europa vastgelegd op 0,01 mg/kg. Dat kwam grotendeels door de strengere wetgeving voor pesticides. Deze norm is eigenlijk te streng, behalve dan voor babyvoeding.

De Europese Commissie koos daarom voor overgangswaarden die de lidstaten vrij konden volgen. In België is dat gebeurd en legt men de lat op 0,1 mg/kg (0,25 mg/kg voor groenten en 0,2 mg/kg voor wortelen, omdat deze van nature al chloraat bevatten). Niet alle buurlanden hebben echter dezelfde keuzes gemaakt. Zo houdt Duitsland nog vast aan 0,01 mg/kg. Dat betekent dat voedingsbedrijven die op export gericht zijn, heel veel aandacht moeten besteden aan de hoeveelheid chloraat in hun producten om recalls te vermijden. Dat kan door andere technieken voor waterdesinfectie in overweging te nemen.

Risico op chloraatvorming

Chloor is een moeilijk product om op te slaan. De stof verliest per dag 1% van haar efficiëntie. Al vanaf de eerste dag begint het chloraatgehalte op te lopen en zal de dosering dus voortdurend moeten worden aangepast. DIN EN 90116 legt de lat daarom op maximaal 5,4% chloraat in het desinfectiemiddel. Maak zelf maar de rekening wanneer er met grote voorraadvaten van chloor gewerkt wordt.

Het type van desinfectie is trouwens een van de belangrijkste oorzaken van chloraat in drinkwater. Chloraat is toxisch, zowel door inname als door inademing. Het vernietigt de membranen van rode bloedcellen, waar het hemoglobinegehalte ernstig kan dalen en er zich methemoglobine kan vormen. Dit vermindert de zuurstofopname en leidt tot een verhoogd risico bij baby's, omdat het enzym voor de reductie van methemoglobine bij hen nog niet aanwezig is. Daarom streven fabrikanten van babyvoeding dan ook het best een nultolerantie na.

ANDERE DESINFECTIETECHNIEKEN

Elektrochemisch geactiveerd water

Een eerste alternatief proces is elektrochemisch geactiveerd water, om er ter plaatse hypochloriet van te maken. Er zijn twee manieren om dit toe te passen: via een doorstroomcel of via een membraancel. Voor de voedingsindustrie komt vooral die laatste variant in aanmerking.

Hierbij zijn de anode en de kathode van elkaar gescheiden door een membraan. Er wordt gewerkt met een zoutoplossing (natriumchloride in onthard leidingwater) en twee elektroden waarop een elektrische gelijkspanning staat. Zo vindt er een elektrolyse plaats van het zoute water. In de kathoderuimte ontstaat daardoor een natronloog (chloridevrij) en waterstofgas; in de anoderuimte een zeer zuiver chloorgas en verarmde restsole. Door dit chloorgas meteen te scheiden en weer op te lossen in vloeistof, ontstaat er waterstofhypochloriet. Dit is een onderchlorig zuur dat in een concentratie gebracht wordt met natronloog. De verkregen oplossing is een bijzonder stabiel, neutraal, chloridevrij en chloraatarm desinfectiemiddel, waarvan de prestaties kunnen tippen aan zuiver chloorgas. Het resterende chloride en chloraat worden samen met het restsole afgevoerd. Via aparte doseerstations kan dit desinfectiemiddel dan zijn weg vinden naar verschillende toepassingen in het productieproces. Omdat chloraat tegenwoordig steeds strenger onder de loep genomen wordt, kan dit proces overal toepassing vinden waar een traditioneel chloorhoudend product gebruikt werd; zeker wanneer er rechtstreeks contact is met het eindproduct. Een bijkomend voordeel is dat het een compacte opstelling betreft en slechts die hoeveelheid hypocholoriet wordt aangemaakt die effectief nodig is. Bovendien zal het product alleen maar uiteenvallen in de grondstoffen waaruit het gemaakt is, en kan het niet ontgassen.

Deze techniek kan overigens ook gebruikt worden in het CIP-reinigingsproces, ter vervanging van perazijnzuurdesinfectie. Hierdoor kan men de temperatuur veel lager houden (15 tot 30 °C in plaats van 80 tot 85 °C), net als de concentratie (10 ppm in plaats van 1.000 ppm) en de tijdsduur (vijf minuten in plaats van dertig minuten). Dit maakt bijzonder mooie besparingen mogelijk: vanaf 30% tijd, vanaf 50% energie en vanaf 20% kosten.

Chloordioxide

Om chloordioxide te verkrijgen, worden twee chemicaliën in één unit gemengd. Het gaat enerzijds om verdund zuur (9%) en anderzijds om natriumchloride (7,5%). Wanneer die in de correcte verhouding vermengd worden, ontstaan chloordioxide, water en zout. Om dit te integreren in het productieproces, bestaan er drie verschillende varianten.

Allereerst kan men werken zonder opslag, wat ideaal is wanneer men nu en dan kleine tot medium volumes water wil desinfecteren met 1 à 2 g chloordioxide per liter. De twee elementen worden dan aangevoerd en in de reactiekamer gemengd en zo verdund naar het leidingnetwerk gevoerd. Ten tweede kan men werken met een opslagsysteem. Het chloordioxide wordt dan vanuit de reactiekamer opgeslagen in een opslagtank, zodat men altijd een desinfectiemiddel paraat heeft. Dit systeem is specifiek ontwikkeld voor het werken met meerdere injectiepunten vanuit één centrale module. Ten slotte bestaan er ook systemen die continu chloordioxde aanmaken, zowel voor kleine volumes als voor grote. In de speciale reactiekamer wordt chloordioxide direct gemengd met het te behandelen water. Dit stelt voedingsbedrijven in staat om volledig automatisch te werken en te allen tijde een minimale flow te garanderen.

Chloordioxide kan ingezet worden voor de desinfectie van alle types waters. Het is een oxidatief biocide, wat betekent dat het bacteriën kan afdoden en zo leidingen proper kan maken en houden door hardnekkige biofilms stelselmatig te verwijderen. De grote troef van deze technologie is dat ze in vergelijking met chloor wel stabiel blijft over langere periodes en ze een microbiologische bescherming van enkele uren tot enkele dagen biedt, ongeacht de pH-waarde. Verder is de techniek ver doorontwikkeld en levert ze vaak de economisch meest interessante oplossing op. Chloordioxide is ook een uiterst effectief middel om legionella te bestrijden. Het wordt dan ook vaak ingezet voor bijvoorbeeld waswater, irrigatietoepassingen of zelfs douches van het personeel. Het kan niet gebruikt worden als ontluchtwater.

Uv-licht

Wie het water zowel vrij wil houden van bacteriën als van chemicaliën, kan ultraviolet licht inzetten. Let wel: het gaat hier niet over elk uv-licht. Enkel uv-c beschikt met zijn stralingslengte van 254 nm over een bacteriedodend effect. Deze stralingslengte kan immers geabsorbeerd worden door het DNA van bacteriën en dit zodanig aanpassen dat ze inactief worden.

Voor een goed werkende installatie met uv-licht moet men voldoende aandacht besteden aan de dimensionering. Er moet rekening gehouden worden met het te behandelen debiet en de stralingsdosis, maar evenzeer met de transmissiewaarde van uv-licht (UVT). Daaronder verstaan we de hoeveelheid uv-licht die door het water passeert, ten opzichte van een referentiewaarde van uv-licht dat door zuiver water passeert. Het wordt uitgedrukt als %UVT. In combinatie met de intensiteit en de tijdsduur van de straal bepaalt de UVT-waarde hoe effectief de dosis uv-licht zal zijn. Voor de desinfectie van drinkwater moet men minimaal een straal van 250 J genereren. In functie van de aanwezige bacteriën of parasieten kan er nog hoger gegaan worden.

Een systeem op basis van uv-licht kan in het leidingnetwerk geïntegreerd worden. Het te behandelen water wordt door een plaat geperforeerd, zodat men ongeacht het debiet een mooie distributie verkrijgt. De uv-lampen staan in het verlengde van de stralingskamer, waarop ook een uv-c sensor is aangesloten. Deze capteert alles wat tot aan de binnenkamer komt, en zal in functie van het debiet en de temperatuur de lampen verhitten of afkoelen. De temperatuur zal immers het energetisch optimale rendement opdrijven of afbouwen. Daarom is de reactor ook steeds voorzien van een temperatuur- en een flowsensor.

Indien er geen voldoende waterdebiet is, loopt zonder ingrijpen de temperatuur in de reactor op, omdat de lampen te veel energie geven. Dat zou de lampen kunnen beschadigen. Om die reden is er ook een regeling van de lampintensiteit voorzien in functie van het debiet en de temperatuur.

De lengte van het systeem moet in functie zijn van het debiet en de stralingsdosis. De dimensionering kan uitgevoerd worden op basis van een computermodel. Dit zal echter altijd een theoretische benadering blijven. Met een gecertificeerd systeem komt de fabrikant ter plaatse kijken en testen welke dosis er nodig is. Hierbij zijn alle praktijkomstandigheden in rekening gebracht en zal het systeem dus de vooropgestelde waarden halen. Zodra dit niet meer het geval is, gaat er een alarm af. Dit is om meerdere redenen een zeer interessante oplossing voor desinfectie. Allereerst wordt er geen ander product meegevoerd in de leiding. Daarnaast geeft dit een goede ontsmetting en is dit qua exploitatiekost de goedkoopste oplossing.

De uv-lampen kunnen ongeveer 8.000 à 14.000 branduren mee. Uv-licht zal minder renderen in een volledig leidingnetwerk om overal een efficiënte afdoding te hebben, omdat het geen nawerking heeft. Organische partikels worden wel aangetast, maar niet volledig afgebroken. Recirculerend water moet daarom extra worden gefilterd om vervuiling en rendementsverlies in de uv-reactor te voorkomen. Afzetting en vervuiling zullen immers de emissie van de lampen aantasten.

Ozondesinfectie

Er zijn twee methodes voor ozonproductie. De eerste is elektrolytisch, waarbij er in een elektrolysecel zuiver water wordt gebruikt om waterstof en zuurstof te vormen. De H2 wordt afgegast en de O2 wordt verder omgezet tot O3. Uit deze cellen komt er dus ozon, rechtstreeks opgelost in water. Men kan onbeperkt cellen combineren om de gewenste hoeveelheid ozon te produceren. Dit ozonrijke water kan dan rechtstreeks of via een menging met ander water worden gebruikt. Deze methode is efficiënt, maar vrij duur. Ze wordt het vaakst toegepast in de farmaceutische industrie, voor afvulwater van flacons en andere bereidingen.

De meest gebruikte methode is echter via elektrische ontlading over een diëlektricum, de zogeheten 'corona discharge'-methode. Hierbij wordt vanuit het vertrekkende gas (lucht of zuivere zuurstof) ozon als gas gevormd. Dit gas moet dan in het water worden opgelost. Hiervoor zijn er ook verschillende methodes beschikbaar. De ozonconcentratie in water daalt in functie van de tijd. De snelheid waarmee dit gebeurt, is afhankelijk van de omstandigheden (temperatuur, turbulentie ...), maar voor toepassingen zoals de desinfectie van spoelwater of recirculerend water is de stabiliteit ruim voldoende om naast het product ook het volledige circuit en de leidingen te behandelen. Het bewijs hiervoor is dat in vele toepassingen de ozon na de desinfectiefase wordt vernietigd (door uv of warmte) om geen nawerking met de actieve bestanddelen te krijgen.

Ozon is het beste desinfectans wanneer we C.t-waarden vergelijken (zie tabel: concentratie x tijd) om een bepaalde afstervingsgraad te bereiken. Ozon zuivert bovendien alle organische stoffen, waarbij deze worden ontbonden tot CO2 en H2O. De ozonmolecule desintegreert na de werking tot O2. Er worden dan geen residu's of zouten in het water achtergelaten.

Er bestaan toepassingen waarbij ozon zestien uur per dag hetzelfde recirculerende spoelwater zuivert en desinfecteert, zonder dat er
buiten de verliezen
vers water aan wordt toegevoegd. Dit is onmogelijk te bereiken met chloorproducten. Ozon is dus uitermate geschikt voor de behandeling van recirculerend was- en spoelwater in de voedingsindustrie.

Bromaatvorming bij ozondesinfectie

Vele drinkwaterstations in de wereld gebruiken ozon voor desinfectie. Deze drinkwaterstations hanteren daarbij de uiterst strenge norm van maximaal 1 µg/l bromaat. Welnu, het is gebleken dat er bij een Br-gehalte van < 70 µg/l met ozon nooit waarden boven deze 1 µg/l worden gemeten. Enkel het originele Br-gehalte speelt dus een rol. Daarom is het van belang om een analyse uit te voeren alvorens een toepassing op te starten.

In de praktijk is er bij het gebruik van drinkwater nergens een probleem; enkel indien er eigen putwater wordt opgepompt, kan de Br-concentratie soms te hoog zijn.

Hoe dan ook is het niet juist om het gebruik van ozon automatisch aan kankerverwekkende concentraties bromaat te koppelen. De meerderheid van het drink- en mineraal water in de wereld zou dan immers onveilig zijn.

WELKE TECHNIEK UITKIEZEN?

Welke van de bovenvermelde technieken voor uw productieproces de beste is om uw water te desinfecteren, hangt van veel factoren af. De belangrijkste tip die we u kunnen meegeven, is dat u moet kijken naar het volledige plaatje. Er hangt niet alleen een prijskaartje vast aan de investering, maar ook aan de exploitatie. Hou daar voldoende rekening mee.

Daarnaast moet u uiteraard de concrete toepassing voor ogen houden. Ten slotte is dosering van cruciaal belang. Te weinig doseren zal ertoe leiden dat de desinfectie niet afdoende gebeurt. Dat brengt de voedselveiligheid en dus mogelijk ook uw merkreputatie in gevaar. Te veel doseren zal dan weer een negatief effect hebben op het budget, maar kan in bepaalde gevallen ook de bacteriedodende werking verhinderen. De integratie van de juiste meetapparatuur zal u dus helpen om het optimum te vinden.