Waarom zoutelektrolyse als desinfectie in plaats van chloordosering?

Zoutelektrolyse is een opkomende technologie, dat steeds vaker wordt toegepast om water te desinfecteren in zwembaden, koeltorens, proceswater et cetera. Maar wat is eigenlijk het verschil met chloor, met welke factoren moet u rekening houden en hoe verandert de watersamenstelling bij gebruik van zoutelektrolyse ten opzichten van de huidige situatie? Dit artikel laat uitgebreid zien wat zoutelektrolyse is en hoe het werkt, hoe het u helpt bij bedrijfsbeleid en wat KWA voor u kan doen.

Wat is zoutelektrolyse?

In de praktijk wordt meestal gebruik gemaakt van chloor om het water te desinfecteren. Om meteen de eerste misverstand te ontkrachten: ook bij desinfectie met elektrolyse wordt gebruik gemaakt van chloor, alleen wordt dit nu op locatie gemaakt, in plaats van dat dit als vloeistof wordt aangeleverd. Een belangrijk voordeel van een zoutelektrolysesysteem is dat geen opslag of verplaatsing is van vloeistof. Dit is in de praktijk vaak erg prettig voor de betreffende operators en medewerkers. Een zoutelektrolysesysteem produceert chloor door elektrolyse van opgelost chloride en doseert dit in het water.

Hoe werkt het proces?

Bij een zoutelektrolyse wordt een generator geplaatst. Deze generator bewerkt chloride (Cl^-) ionen, waardoor chloor (Cl₂) wordt gevormd. Zoutelektrolyse is dus het omzetten van zout in chloor door middel van elektriciteit. Soms wordt gebruik gemaakt van chloride die al in water aanwezig is. Zo is in drinkwater in Nederland een chloridegehalte aanwezig variërend van circa 5 tot 150 mg/l, afhankelijk van de drinkwaterbron. Ook kan er een aparte zoutoplossing (natriumchloride, NaCl) worden gebruikt. In de praktijk bestaan verschillende type elektrolysegeneratoren. De verschillen zijn:

• Doorstroomgenerator: Elektrolyse wordt rechtstreeks toegepast in de waterstroom, hierbij wordt van in het water aanwezige chloride gebruikt. Zie generator 1 in figuur 1.
• Opencelgenerator: Gebruikt een separate zoutoplossing om na verdunning in de generator te reageren tot chloor en daarna in de hoofdstroom te worden geïnjecteerd. Zie generator 2 in figuur 1.
• Membraancelgenerator: Gebruikt ook een separate zoutstroom die zonder verdunning tot chloor wordt omgezet. Deze wordt daarna in de hoofdstroom geïnjecteerd. In de generator is een membraan aanwezig waardoor de verschillende gevormde stoffen gescheiden worden toegepast. Zie generator 3 in figuur 1.

Deze soorten generatoren zijn alle 3 anders geconfigureerd en hebben daarom alle 3 specifieke eigenschappen en effect op de uiteindelijke watersamenstelling. De 3 soorten zijn indicatief afgebeeld in figuur 1.

^{Figuur 1}

Tijdens het elektrolyseproces splitst ook water (H₂O) tot waterstof (H⁺) en hydroxide (OH^-). Bij een doorstroomgenerator reageert het waterstof en het hydroxide weer in de hoofdstroom zelf terug naar water.

Bij een opencelgenerator wordt dusdanig hoge waterstof concentratie gemaakt dat dit uit de vloeistof als gas ontsnapt. Het hydroxide reageert met het gegenereerde chloor en opgelost natrium tot natriumhypochloriet (NaOCl).

Bij de membraancelgenerator wordt door het aanwezige membraan het natrium afgescheiden. Dit natrium reageert met het hydroxide tot loog (NaOH), dat eventueel elders kan worden toegepast. Een gedeelte van het ontstane loog kan ook met het gegenereerde chloor tot NaOCl reageren. Dit NaOCl wordt naar het water verpompt. Sommige membraangeneratoren hebben de mogelijkheid om enkel het gegenereerde chloor (Cl₂) op te lossen in het water.

Verschillende effecten mogelijk 

Belangrijk is te beseffen dat de verschillende types elektrolyse verschillende effecten hebben op de waterkwaliteit. Zo kan bij de ene generator het water een hoger chloridegehalte hebben, terwijl dit bij een andere generator niet aan de orde is. Een ander voorbeeld is de aanwezigheid van chloraat in het gegenereerde chloor. Chloraat is een product wat gecreëerd wordt door verval of door oxidatie van chloor in de generator zelf. Bij de ene generator spoelt dit stofje mee met het gegenereerde chloor, bij de andere generator wordt het separaat afgevoerd. Enkele industrieën hebben te maken met chloraat-kwaliteitseisen van hun afnemers en door de juiste generatortype te gebruiken kan chloraat zoveel mogelijk worden gemeden.

Andere overwegingen die bij de selectie van zoutelektrolyse komen zijn: gewenst veiligheid bij deze decentrale productie. Bijvoorbeeld doordat de reactie van elektrolyse in water plaats vindt, wordt ook waterstof geproduceerd. Bij doorstroomgeneratoren lost dit waterstof op in de waterfase. Open- en membraamcelgeneratoren creëren een separate waterstofstroom die veilig moet worden behandeld.

Restproducten en verwerking hiervan

Bij membraancelgeneratoren wordt een geconcentreerde zoutstroom gebruikt. De hierin aanwezige chloriden worden zoveel mogelijk omgezet naar chloor. Na een bepaalde tijd is de concentratie van chloride in de zoutstroom dusdanig gezakt dat teveel tijd en energie nodig is om de resterende hoeveelheid chloride om te zetten naar chloor. De stroom is dan uitgeput en is een reststroom. Soms kan deze mee met het gegenereerde chloor in het water. Soms zijn bepaalde kwaliteitseisen aanwezig die het meespoelen van de reststroom verhinderen en is separate verwerking nodig. De verwerking van deze uitgeputte zoutstroom moet dan veilig gebeuren en mag geen problemen opleveren voor het ontvangende leidingwerk, afvalwaterzuivering of riool.

Toepassingsgebied en status van de wetgeving op het gebruik

Onder nationale en Europese wetgeving wordt het gebruik van biocides gereguleerd. Zoutelektrolyse bevindt zich in een overgangsfase tussen nationale naar Europese wetgeving. Dit houdt in dat (nog) niet elk apparaat wat verkrijgbaar is op de markt voor elke desinfectie toepassing ingezet mag worden. Als eindgebruiker wilt u hierbij een keuze maken die geen risico vormt hierin.

Beleid

Motiverende factoren om vanuit nationale wet- en regelgeving of plannen om voor desinfectie van het doseren van chloor over te stappen naar zoutelektrolyse zijn:

• Strategische doelen: gedreven vanuit de EU Green Deal om duurzame chemie in te zetten. Door chloor vers te produceren heb je minder verval, waardoor minder geproduceerd en minder afbraakstoffen in het water komen.
• Omgevingsdiensten stimuleren het verminderen van het gebruik van chemische stoffen in koelwater en vooral chloor. Zoutelektrolyse zelf niet zorgt voor minder afbraak.
• Waterbesparing: volgens het Plan van Aanpak (drink)waterbesparing moeten bedrijven aan de slag om 20% waterreductie te behalen. Circulerende waterstromen worden vaak gespuid op geleidbaarheid. Ingekocht chloor verhoogt de pH-waarde van het water en moet soms geneutraliseerd worden met zuur, wat verder de geleidbaarheid verhoogd. Sommige zoutelektrolyse-generatoren voorkomen dit doordat er geen pH-correctie meer nodig is. Daarmee hoeft minder snel gespuid te worden en kan water worden bespaard.
• Naast wet- en regelgeving kunnen eigen bedrijfsdoelen zoals verbeteren van veiligheid of vermindering van proceswaterbehandelingskosten en CO₂ emissies factoren zijn om een dergelijke technologie te overwegen.

Wat kan KWA u brengen?

Wanneer overwogen wordt hoe binnen uw bedrijf de chloorgebruik verminderd of anders kan, dan kan KWA u hierbij ondersteunen. Met een combinatie van aanwezige kennis op onder anderen bovenstaande factoren kan KWA u ondersteunen om te bepalen welke specifieke voor- en nadelen gebruik van zoutelektrolyse in het proces brengt. Neem contact op als u interesse of vragen heeft.

Bekijk ook: