Desinfectiemiddelen

De wanneer is broom ontdekt?
In 1825 onderzocht C. Löwig, een Duitse scheikundestudent, (naar achteraf bleek magnesiumbromiderijk) water afkomstig van moerassen. Nadat hij bij een van zijn proeven chloride had verwijderd, leidde hij chloorgas in de verkregen oplossing. Hierbij ontstond een nieuwe stof, broom, die hij isoleerde door extractie met ether en destillatie. Een Franse scheikundige, A. Ballard ontdekte broom door chloorgas in een extract van zeewier waaruit het chloride was verwijderd te leiden. Ook verkreeg hij broom door chloorgas te leiden in de moederloog die hij verkreeg na verwijdering van chloride uit zeewater. Balard werkte industriële methodes uit om verschillende zouten uit zeewater te isoleren.
De naam broom is afgeleid van het Griekse woord bromos (= stank) in verband met de onaangename, prikkelende geur van broom.

Wat zijn de eigenschappen van broom?
Broom heeft atoomnummer 35. Het hoort net als chloor tot de halogenen en reageert makkelijk met andere elementen. Broom wordt in de natuur daarom alleen gevonden in combinatie met een andere stof. Deze verbindingen worden bromides genoemd. Bromides worden gebruikt om puur broom te verkrijgen en broombevattende producten te maken. Broom is op fluor na het meest reactieve halogene element. Het reageert met veel verschillende stoffen en is zeer corrosief en destructief voor organische weefsels.
Broom is het enige niet-metaal dat vloeibaar is bij kamertemperatuur en standaard druk. Het is dan een rode vloeistof, die makkelijk verdampt en stinkt. Broom is ongeveer 3,12 keer zwaarder dan water. Het wordt gas bij een temperatuur van 58,8 °C en vaste stof bij –7,3 °C.

Broom is een bleekmiddel. Als vloeistof en damp is het giftig en schadelijk voor de menselijke huid, de ogen en de luchtwegen. Het veroorzaakt ernstige brandwonden. Bij een concentratie van 1 ppm gaan de ogen tranen en bij inademing van concentraties onder 10 ppm gaat men hoesten en krijgt men last van irritaties aan de luchtwegen.

Broom is zeer goed oplosbaar in water (35 g per L water) en koolstofdisulfide en andere organische oplossingen. Als het aan water wordt toegevoegd, vormt broom onderbromig zuur. Onderbromig zuur is een zwak zuur, dat deels uit elkaar valt om waterstofionen en hypobromietionen te vormen. De verhouding onderbromig zuur en hypobromietionen wordt bepaald door de pH en de temperatuur. Tussen een pH van 6,5 en 9 vindt de dissociatiereactie gedeeltelijk plaats en komen er zowel hypobromietionen als onderbromig zuur voor in het water.

Als zich in het water ammoniakstikstof bevindt, worden er broomamines (NH₂Br, NHBr₂ en NHBr₃) gevormd. Broomamines zijn bij desinfectie even effectief als onderbromig zuur, maar niet zo effectief als vrij broom in het doden van ziektekiemen. Door de pH te veranderen, vinden er reacties plaats, waardoor uit monobroomamine, dibroomamine of tribroomamine onstaan of deze reacties omgekeerd worden en er monobroomamine ontstaat.

Waar vindt men broom?
Broom komt in de natuur voor in de vorm van bromidezouten of organobroomverbindingen, die gevormd worden door verschillende zee-organismen. Broom komt het meeste voor als oplosbare zouten in zeewater, zoutmeren, binnenzeeën en pekelbronnen.
Zeewater bevat ongeveer 65 ppm broom, maar de concentratie broom die gevonden wordt in binnenzeeën en pekelbronnen is veel hoger, tussen 2500 en 10.000 ppm.
Broom wordt gewonnen uit pekelbronnen in de Verenigde Staten en China, de Dode Zee in Israël en Jordanië en oceaanwater in Wales en Japan. Andere wingebieden liggen in Frankrijk, Italië, Turkmenistan, Oekraïne, Azerbeidzjan en Duitsland. Broom kan ook gevonden worden in rotsen en de aardkorst.

Broom komt het meeste voor als bromidezouten in de zee.

Hoe wordt broom geproduceerd?
Broom is weliswaar al in 1825 ontdekt, pas vanaf 1860 ging men op grotere schaal broom produceren. Vroeger produceerde men broom door bromiden, afkomstig uit afvalloog van zoutlagen waaruit men natriumchloride gewonnen had, met bruinsteen en zwavelzuur te laten reageren.
Reactie:
MnO₂ + 4 H⁺ + 2 Br^- → Mn²⁺ + 2 H₂O + Br₂

Men verkreeg ook kleine hoeveelheden broom door de reactie van vast natriumbromide (NaBr) met geconcentreerd zwavelzuur (H₂SO₄). Hierbij wordt eerst het gas waterstof broom (HBr) gevormd. Dit gas wordt door het zwavelzuur geoxideerd tot broom en zwaveldioxide.
NaBr (s) + H₂SO₄ (l) → HBr (g) + NaHSO₄ (s)
2HBr (g) + H₂SO₄ (l) → Br₂ (g) + SO₂ (g) + 2H₂O (l)

Een andere methode was de elektrolyse van bromideoplossingen, waarbij aan de positieve elektrode broom wordt gevormd:
Reactie:
2 Br^- → Br² + 2 e-

Tegenwoordig wordt broom meestal bereid door chloor in bromiderijke waterige oplossingen te leiden bij een pH van 3,5.
Men behandelt zeewater met chloorgas en spoelt er lucht doorheen. Hierbij wordt het bromide door het chloorgas geoxideerd tot broom. Als men gechloreerd water toevoegt aan een waterige oplossing met bromides, wordt de oplossing bruin door de vorming van broom.
Reactie:
2Br^- + Cl₂ → 2Cl^- + Br₂

Wat zijn de toepassingen van broom?
De eerste bekende toepassing van een broombevattend product is het gebruik van purper, een door purperslakken geproduceerde stof, om kleding paars te verven, door de Romeinen. Dit was een arbeidsintensief karwei en alleen de rijkste Romeinen konden zich het dragen van deze kleding veroorloven.
Tegenwoordig kent broom vele toepassingen. Elementair broom wordt in de industrie en landbouw op grote schaal toegepast voor het maken van broomhoudende verbindingen. Vroeger werd broom veel gebruikt voor het fabriceren van ethyleen dibromide; een toevoeging aan loodhoudende brandstof. Vanwege de schadelijke effecten hiervan op het milieu wordt dit tegenwoordig vrijwel niet meer gebruikt. Broom wordt wel veelvuldig gebruikt in brandwerende, brandvertragende en brandblussende middelen, medicijnen, in de fotoindustrie, bij oliewinning, als verf, en als pesticide. In de waterzuivering wordt broom in zwembaden en koeltorens gebruikt als alternatief desinfectiemiddel voor chloor.

Hoe werkt de desinfectie met broom?
Broom wordt in de Verenigde Staten sinds de jaren 1930 gebruikt voor de behandeling van water.

Wordt voor de desinfectie van zwembaden broom gebruikt?
Broomverbindingen werken desinfecterend en kunnen gebruikt worden als alternatief voor chloor. In zwembaden wordt broom gebruikt om de vorming en groei van algen, bacteriën en geur tegen te gaan. Men maakt in de Verenigde Staten sinds 1936 gebruik van broom voor de behandeling van zwembadwater. Ten tijde van de Tweede Wereldoorlog werd chloor steeds schaarser, waardoor steeds meer zwembaden voor de desinfectie overstapten op broom.
Broom kan op verschillende manieren worden toegevoegd, namelijk in de vorm van vloeibaar broom of als een verbinding van broom. Bij toediening van vloeibaar broom, stelt zich het volgende evenwicht in:
Br₂ + 2H₂O « HOBr + H₃O⁺ + Br^-
HOBr + 2H₂O « OBr^- + H₃O^-

Dit evenwicht is sterk pH-afhankelijk. Bij de pH van zwembadwater komt broom vooral voor in de vorm van onderbromigzuur (HOBr). Broom wordt alleen als desinfectiemiddel gebruikt en moet dus altijd gebruikt worden in combinatie met een oxiderend middel (zoals chloor of ozon).

Tabel 1. De invloed van de pH op de vorming van de pH op onderbromig zuur.

Omdat het gebruik van vloeibaar broom gevaarlijk is, heeft men in 1958 een stick ontwikkeld. Deze bestaat uit broom-chloor-dimethylhydantoin (Dihalo, DMH), waarbij chloor en broom ieder vastzitten aan een stikstofatoom, dat dient als organische ondersteuning voor de halogenen. Wanneer DHM in het water komt, hydroliseert het en wordt er onderchlorig zuur gevormd. Daarnaast komt er ook wat HOCl vrij. Dat reageert met de bromides tot onderbromig zuur. Broomchloordimethylhydantoine (BCDMH) is een organische stof, bij de desinfectie en oxidatie blijft er vrij broom over. BCDMH lost op in water en laat onderbromig zuur en onderchlorig zuur vrij, die reageren met bromides (Br^–), waarbij nog meer onderbromig zuur wordt geproduceerd. Daarom kan het zowel gebruikt worden als oxideermiddel als als desinfiemiddel. De concentratie aan BCDMH in het water mag niet hoger zijn dan 200 mg/l, omdat dan het evenwicht tussen het residu van het desinfectiemiddel en de organisch stoffen verstoord is. Een voordeel van BCDMH is dat het onschadelijk is als het is opgeslagen, makkelijk te doseren is en zelden pH correctie hoeft te worden toegepast.
BCDMH wordt geleverd als tabletten of patronen. Het blijft lang goed en lost langzaam op.
Ook kan een systeem gebruikt worden waarbij broomzout (natriumbromide) opgelost wordt in water en geactiveerd wordt door toevoeging van een oxidator (hypochloriet of ozon). Eerst wordt het zout in het water gebracht en vervolgens wordt de oxidator toegevoegd om het broom te activeren en wordt onderbromig zuur gevormd.

Bij de desinfectie vervalt onderbromig zuur tot bromide ionen, die weer opnieuw geactiveerd kunnen worden.
Broom reageert met andere stoffen in het water tot gebonden broom. Gebonden broom is werkzaam als desinfectiemiddel en stinkt niet. Broom oxideert geen ammoniak en stikstofverbindingen. Onderbromig zuur reageert met zonlicht.

Bij een pH tussen 7 en 8,5 is dibroomamine de meest voorkomende vorm van broom. Dibroomamine doodt micro-organismen bijna net zo goed als vrij werkzaam chloor. Dibroomamine is zeer actief en vervalt meestal snel tot een bromide ion. Hierdoor blijft er geen broom achter in het water.

Figuur 1. Verschillende vormen van broom bij verschillende pHwaarden en concentraties ammoniak.

De belangrijkste bromideverbindingen die als biocide gebruikt worden zijn natriumbromide en BCDMH.

Kan drinkwater gedesinfecteerd worden met broom?
Vrij broom (Br₂) wordt niet toegepast in de bereiding van drinkwater. Daarvoor reageert het te snel met organische verbindingen, waardoor er geen resiuduaal effect is. Daarnaast laat het een nare medicijnachtige smaak achter in het water. Het zou eventueel in noodgevallen toegepast kunnen worden.

Wordt broom gebruikt voor de desinfectie van koeltorenwater?
Broom kan ook ingezet worden voor desinfectie van koeltorenwater. Onderbromig zuur is net iets minder effectief dan onderchlorig zuur in het doden van micro-organismen. De pH van het koeltorenwater bepaalt welke broomvorm het meeste aanwezig is. Tot een pH van 8,7 wordt er meer onderbromig zuur (HOBr) gevormd dat effectiever is dan hypobromietionen, die de overhand hebben boven een pH van 8,7. Hierdoor is broom beter toepasbaar voor basisch koeltorenwater dan chloor, omdat bij een pH van 7,6 of meer er voornamelijk hypochlorietionen gevormd worden, die minder effectief zijn dan onderchlorig zuur, dat bij een lagere pH meer aanwezig is. Broom reageert met ammoniak tot broomamines. Deze zijn in tegenstelling tot chlooramines onstabiel en vervallen tot onderbromig zuur. De meeste micro-organismen in koeltorens kunnen met behulp van broom behandeld worden, zolang er voldoende broom aanwezig is.

De dissociatie van onderbromig zuur en onderchlorig zuur bij verschillende pHwaarden.

Wat zijn de voor- en nadelen van het gebruik van broom?
Voordelen
Broom lost drie keer zo goed op in water als chloor. Bij de productie van broom zijn geen gevaarlijke gassen nodig. Broom is minder lang actief in water, omdat de bindingsterkte niet sterk is. Een voordeel hiervan is dat het residuaal gehalte laag is en er geen middelen toegevoegd hoeven te worden om broom te verwijderen.

Nadelen
Broom is zeer reactief. Voor een goede desinfectie moet de concentratie toegevoegd broom hoog zijn.
Broom reageert makkelijk met metalen en is corrosief.
Bij het transport, opslag en gebruik van broom moeten veiligheidsmaatregelen worden genomen.

Wat is de effectiviteit van broom?
De broomamines die gevormd worden wanneer broom aan ammoniumrijk water wordt toegevoegd, zijn even effectief als vrij chloor in het doden van ziekteverwekkende organismen.

Wat zijn de gezondheidseffecten van het gebruik van broom?
Concentraties broom van ongeveer 0,5 mg/l in zwembadwater kunnen leiden tot irritaties aan de ogen en slijmvliezen en tot geuroverlast.
Broom komt van nature voor in anorganische verbindingen. In de twintigste eeuw hebben mensen organisch broom geproduceerd voor verscheidene toepassingen. Organisch broom komt niet van nature voor in het milieu en kan ernstige schade toebrengen aan het milieu. Mensen kunnen organisch broom via de huid, het voedsel en de ademhaling binnenkrijgen. Organisch broom wordt wijdverspreid gebruikt als spray om insecten en andere ongewenste plagen te doden. Het is ook schadelijk voor mensen en dieren, de belangrijkste effecten zijn beschadigingen van het zenuwstelsel en de schildklier en verstoring van genetisch materiaal.

Wat zijn de milieu-effecten van het gebruik van broom?
Omdat organisch broom schadelijk is voor micro-organismen, wordt het gebruikt als desinfectiemiddel. Wanneer organisch broom in oppervlaktewater terecht komt, heeft het negatieve effecten op de gezondheid van waterorganismen als watervlooien, vissen, kreeften en algen.
Broom beschadigt het zenuwstelsel van mensen en zoogdieren als het in grote hoeveelheden wordt geabsorbeerd.

Als broom gebruikt wordt voor desinfectie van het drinkwater, reageren broomamines en onderbromig zuur met organisch materiaal in het water tot gebromeerde desinfectiebijproducten. Deze desinfectiebijproducten kunnen schadelijk zijn voor de gezondheid.

Wat is de regelgeving voor het gebruik van broom?
Nederland
Het gebruik van broomverbindingen voor de zuivering van drinkwater en zwembadwater is in Nederland verboden. Het wordt alleen gebruikt voor koeltorenwater.

EU
In Frankrijk wordt broom toegepast voor de desinfectie van zwembaden. De Franse richtwaarde voor een desinfecterende werking in het zwembadwater is 0,7 mg/l. Concentraties van 0,5 mg/l leiden tot irritaties aan slijmvliezen en ogen en geuroverlast.

USA
In de Verenigde Staten worden voor broom de volgende MACwaarden gehanteerd:
Bij langdurige blootstelling 0,1 ppm, bij kortdurende blootstelling 0,2 ppm. Een concentratie van 3 ppm is gezondheids- en levensbedreigend

Meer weten over de desinfectie van water?:

Inleiding waterdesinfectie Noodzaak behandeling water Geschiedenis waterbehandeling

Drinkwaterbehandeling Nederland

Wat is water desinfectie? Noodzaak desinfectie van water Geschiedenis desinfectie Ziektes Voorwaarden voor desinfectie Factoren van invloed op desinfectie Regelgeving desinfectie drinkwater Nederland EU USA WHO

Zwembadbehandeling Zwembadverontreinigingen Zwembaddesinfectie Zwembaddesinfectie en gezondheid Zwembad regelgeving

Koeltorenwater Koeltorenverontreinigingen Koeltorendesinfectie Koeltorenregelgeving

Chemische desinfectiemiddelen Chloor Natriumhypochloriet Chlooramines Chloordioxide Koper-zilver ionisatie Waterstofperoxide Broom

Ontstaan desinfectiebijproducten Soorten desinfectiebijproducten Onderzoek gezondheidseffecten desinfectiebijproducten

Vergelijking desinfectiemiddelen