De milieueffecten van koelwaterchemicaliën

Industriële koelsystemen spelen een cruciale rol bij het afvoeren van warmte uit productieprocessen. In veel sectoren, zoals de chemische industrie, energieopwekking en voedingsmiddelenindustrie, circuleren grote hoeveelheden koelwater om installaties op een veilige temperatuur te houden. Om de kwaliteit van dit water te beheersen worden in veel systemen chemicaliën toegevoegd.

Deze stoffen zijn bedoeld om microbiologische groei te beperken, corrosie van metalen te voorkomen en afzettingen van mineralen tegen te gaan. Hoewel deze chemicaliën een belangrijke technische functie hebben, kunnen ze ook milieueffecten veroorzaken wanneer ze via spuiwater in het oppervlaktewater terechtkomen. Hierdoor staat het gebruik van koelwaterchemicaliën steeds vaker ter discussie binnen waterbeheer en milieuwetgeving.

Gebruik van chemicaliën in koelwatersystemen

In open recirculerende koelsystemen worden doorgaans verschillende soorten chemicaliën toegepast. De meest voorkomende groepen zijn biociden, corrosieremmers en dispersanten.

Biociden worden gebruikt om microbiologische groei te controleren. Koelwater kan namelijk een gunstige omgeving vormen voor bacteriën, algen en schimmels, vooral bij temperaturen tussen ongeveer 20 en 35 graden Celsius. Veelgebruikte biociden zijn oxidatieve middelen zoals chloor en broomverbindingen, maar ook niet oxidatieve biociden zoals isothiazolinonen, DBNPA of glutaraldehyde.

Daarnaast worden corrosieremmers toegevoegd om metalen onderdelen van het systeem te beschermen tegen aantasting. Veel gebruikte stoffen zijn bijvoorbeeld fosfaten, molybdaatverbindingen of organische inhibitoren. Dispersanten en antiscalants worden toegepast om de vorming van minerale afzettingen te beheersen door kristallisatieprocessen te beïnvloeden.

Deze combinatie van chemicaliën maakt het mogelijk om koelwatersystemen stabiel te laten functioneren onder uiteenlopende omstandigheden.

Interacties tussen verschillende chemicaliën

Hoewel afzonderlijke koelwaterchemicaliën vaak uitgebreid worden getest op hun veiligheid en milieueffecten, kan de situatie in een koelsysteem complexer zijn. In de praktijk worden namelijk vaak meerdere chemicaliën tegelijk toegepast. Hierdoor kunnen interacties ontstaan tussen verschillende stoffen.

Sommige chemicaliën kunnen elkaar bijvoorbeeld neutraliseren of juist versterken. Zo kunnen oxidatieve biociden reageren met organische inhibitoren of dispersanten, waardoor afbraakproducten ontstaan die andere eigenschappen hebben dan de oorspronkelijke stoffen. Ook kunnen reacties optreden met stoffen die al in het water aanwezig zijn, zoals organisch materiaal of ammonium.

Deze interacties kunnen de effectiviteit van de behandeling beïnvloeden, maar ook gevolgen hebben voor de chemische samenstelling van het spuiwater. In sommige gevallen kunnen reactieproducten ontstaan die moeilijker afbreekbaar zijn of andere ecotoxicologische eigenschappen hebben.

Daarom wordt bij de beoordeling van waterlozingen niet alleen gekeken naar afzonderlijke stoffen, maar ook naar de totale samenstelling van het water en de mogelijke interacties tussen componenten.

Emissieroutes naar het milieu

In open koelsystemen wordt regelmatig een deel van het water gespuid om de concentratie van opgeloste zouten en verontreinigingen te beheersen. Dit proces wordt blowdown genoemd. Het gespuid water kan restconcentraties bevatten van de chemicaliën die in het systeem worden gebruikt.

Wanneer dit water wordt geloosd op oppervlaktewater kunnen deze stoffen in het aquatisch milieu terechtkomen. De daadwerkelijke impact hangt af van verschillende factoren, zoals de concentratie van de stoffen, de verdunning in het ontvangende water en de snelheid waarmee de stoffen biologisch of chemisch worden afgebroken.

Volgens Rijkswaterstaat worden hulpstoffen in open koelsystemen daarom meegenomen in de beoordeling van industriële lozingen en vergunningverlening (Rijkswaterstaat, Hulpstoffen in open koelsystemen, 2020).

Onderzoek naar emissies van koelwaterbiociden

De emissie van koelwaterchemicaliën naar het milieu is onderwerp van verschillende studies. Het RIVM heeft bijvoorbeeld onderzoek gedaan naar de mogelijke emissies van koelwaterbiociden naar oppervlaktewater.

In dit onderzoek wordt gekeken naar hoeveel van deze stoffen via industriële koelsystemen in het milieu kunnen terechtkomen en hoe deze emissies kunnen worden geschat. De studie laat zien dat biociden uit koelsystemen een relevante emissieroute kunnen vormen naar het aquatisch milieu, afhankelijk van het gebruik en de toepassing van de stoffen (RIVM, Environmental emission estimation of cooling water biocides, 2019).

Dit soort onderzoeken helpt overheden bij het beoordelen van risico’s en bij het ontwikkelen van regelgeving rond het gebruik van deze stoffen.

Ecotoxicologische effecten

Veel koelwaterbiociden zijn specifiek ontworpen om micro organismen te doden of te remmen. Hierdoor kunnen deze stoffen ook effecten hebben op andere organismen in het water, zoals algen, plankton en kleine waterdieren.

De mate van toxiciteit varieert sterk per stof en per organisme. Sommige biociden breken relatief snel af in het milieu, terwijl andere stoffen langer aanwezig kunnen blijven. Daarnaast kunnen ook afbraakproducten ecologische effecten hebben.

Om deze risico’s te beheersen worden biociden in Europa beoordeeld volgens de Biocidal Products Regulation (BPR). In dit kader worden onder meer toxiciteit, afbreekbaarheid en bioaccumulatie onderzocht voordat een stof op de markt mag worden gebracht (European Chemicals Agency, Biocidal Products Regulation).

Vergunningverlening en de ABM beoordeling in Nederland

In Nederland worden industriële lozingen beoordeeld met behulp van de Algemene Beoordelingsmethodiek (ABM). Deze methode wordt toegepast door vergunningverleners om te bepalen hoe schadelijk een stof kan zijn voor het aquatisch milieu.

Binnen de ABM worden stoffen ingedeeld op basis van hun eigenschappen, zoals toxiciteit, persistentie en bioaccumulatie. Op basis van deze beoordeling wordt bepaald of een stof acceptabel is voor lozing en welke maatregelen nodig zijn om emissies te beperken.

Wanneer koelwaterchemicaliën worden gebruikt, moet een bedrijf vaak aantonen welke stoffen worden toegepast en welke concentraties mogelijk in het oppervlaktewater terecht kunnen komen. Indien een stof als milieubelastend wordt beoordeeld, kan de vergunningverlener aanvullende eisen stellen, zoals emissiebeperkende maatregelen of onderzoek naar minder schadelijke alternatieven.

Deze systematiek stimuleert bedrijven om kritisch te kijken naar de gebruikte hulpstoffen in hun koelsystemen.

Waterkwaliteit en Europese regelgeving

Binnen Europa speelt de Kaderrichtlijn Water een belangrijke rol bij het beschermen van oppervlaktewater. Deze richtlijn stelt als doel dat alle Europese waterlichamen een goede ecologische en chemische toestand bereiken.

Uit analyses van de European Environment Agency blijkt dat veel Europese wateren nog niet aan deze doelstellingen voldoen. Chemische stoffen, nutriënten en andere verontreinigingen blijven een belangrijke drukfactor voor aquatische ecosystemen (EEA, Europe’s Waters, 2021).

Daarom kijken overheden steeds kritischer naar industriële emissies en naar de aanwezigheid van potentieel schadelijke stoffen in waterlozingen.

Alternatieven voor chemische waterbehandeling

De groeiende aandacht voor milieueffecten heeft geleid tot een toenemende belangstelling voor alternatieve methoden voor koelwaterbehandeling. In plaats van het toevoegen van chemicaliën kan waterkwaliteit in sommige gevallen ook worden beheerst met fysische of mechanische technieken.

Voorbeelden hiervan zijn geavanceerde filtratiesystemen, deindustrial vorex generator, oxidatieprocessen, ultrafiltratie en andere technologieën die gericht zijn op het verwijderen van deeltjes, biofilm of micro organismen zonder chemische toevoegingen. Deze technieken worden steeds vaker onderzocht en toegepast, vooral in situaties waar waterhergebruik of circulair waterbeheer een rol speelt.

De verschuiving naar duurzamer koelwaterbeheer

Naast regelgeving speelt ook een bredere maatschappelijke ontwikkeling een rol. Veel bedrijven proberen hun productieprocessen te verduurzamen en hun impact op het milieu te verminderen.

In dat kader groeit de belangstelling voor koelwatersystemen die minder afhankelijk zijn van chemicaliën en beter passen binnen circulaire waterstrategieën. Door waterstromen efficiënter te beheren en emissies te beperken kunnen industriële installaties bijdragen aan een betere bescherming van oppervlaktewater.

De manier waarop koelwater wordt behandeld en beheerd verandert daardoor langzaam maar zeker. Waar chemische waterbehandeling lange tijd de standaard was, wordt tegenwoordig steeds vaker gekeken naar oplossingen die zowel technisch betrouwbaar als ecologisch verantwoord zijn.

Bronnen

Rijkswaterstaat. Hulpstoffen in open koelsystemen. 2020
RIVM. Environmental emission estimation of cooling water biocides. 2019
European Environment Agency. Europe’s Waters: Status and Pressures. 2021
European Chemicals Agency. Biocidal Products Regulation (BPR)

‍