Lenntech Waterbehandeling en luchtbehandeling Lenntech Waterbehandeling en luchtbehandeling

Desinfectiemiddelen Waterstofperoxide

ontdekking eigenschappen productie toepassingen drinkwater zwembad koeltoren

werking desinfectie gezondheidseffecten voor- en nadelen regelgeving

Waterstofperoxide
Waterstofperoxide is niet alleen een uitstekend middel om haar te blonderen, het kan ook gebruikt worden voor de desinfectie van water.

Wanneer is waterstofperoxide ontdekt?
Louis Jacque Thenard ontdekte in 1818 waterstofperoxide.

Waar wordt waterstofperoxide gevonden?
Waterstofperoxide bestaat uit de elementen zuurstof en waterstof. Deze kunnen overal op aarde gevonden worden. Het ontstaat door twee zuurstofatomen en twee waterstofatomen met elkaar te verbinden.
Waterstofperoxide komt van nature in zeer lage concentraties in het milieu voor. Gasvormig waterstofperoxide is een van de producten van fotochemische reacties in de laagste lagen in de atmosfeer rondom de aarde. Het komt ook van nature voor in water. In oppervlaktewater zijn concentraties van 51-231 mg/L gevonden.

Wat zijn de eigenschappen van waterstofperoxide?
Peroxide is een chemische verbinding die het peroxide ion O22- bevat.
Het peroxide ion bevat een enkele binding tussen twee zuurstofatomen: (O-O)2-. Het is een vrij sterke oxidator.
Waterstofperoxide (H2O2) is een verbinding van waterstof en zuurstof. Het heeft de chemische formule H2O2 en structuurformule H-O-O-H.
Het waterstofperoxide molecuul heeft één zuurstofatoom meer dan het veel stabielere watermolecuul. De binding tussen de twee zuurstofatomen, de zogenaamde peroxidebinding, laat vrij makkelijk los, onder vorming van twee H-O radicalen. Omdat deze radicalen makkelijk reageren met andere stoffen onder vorming van nieuwe radicalen, en zo een soort kettingreactie kunnen ontketenen, is een oplossing van waterstofperoxide uiterst reactief.
Waterstofperoxideoplossingen lijken op water en zijn onbeperkt oplosbaar in water. Bij hoge concentraties heeft het een prikkelende of zure geur. Waterstofperoxide ontbrandt niet. Het gaat bij lage temperaturen over in vaste stof. De hoeveelheid waterstofperoxide in oplossing wordt uitgedrukt in het gewichtspercentage. Voor drinkwaterbehandeling wordt meestal gebruik gemaakt van oplossingen met 35 of 50% waterstofperoxide.

Selectiviteit
Waterstofperoxide kan voor verschillende toepassingen gebruikt worden, omdat het selectief is. Door de omstandigheden van de reactie aan te passen (de temperatuur, pH, dosering, reactietijd en de toevoeging van een katalysator), kan men ervoor zorgen dat waterstofperoxide de ene verontreiniging aanpakt boven de andere.

Corrosiviteit van waterstofperoxide
De corrosiviteit die proceswater verkrijgt door de toevoeging van waterstofperoxide is afhankelijk van de hoeveelheid opgeloste zuurstof die geproduceerd wordt. Zuurstof is corrosief voor ijzerhoudende metalen. Uit onderzoek blijkt dat het ijzergehalte en de pH van grotere invloed zijn op de corrosiviteit dan de dosering van waterstofperoxide.

Afbraak van waterstofperoxide
Waterstofperoxide kan tijdens het transport uit elkaar vallen. Hierbij komen zuurstof en warmte vrij. Waterstofperoxide zelf ontbrandt niet, maar het vrijkomen van zuurstof kan wel de ontbranding van andere stoffen veroorzaken. In verdunde oplossingen wordt de vrijgekomen warmte geabsorbeerd door het water. In meer geconcentreerde oplossingen, wordt de temperatuur van de oplossing verhoogd, waardoor de afbraak van waterstofperoxide wordt versneld. De mate van afbraak wordt 2,2 keer versneld bij elke 10 °C verhoging in temperatuur tussen 20 en 100 °C. Naast een verhoging van de temperatuur zorgen de alkaliniteit en de aanwezigheid van verontreinigingen er ook voor dat de afbraak van waterstofperoxide wordt versneld.
Bij de productie van waterstofperoxide worden speciale katalysatoren toegevoegd, die er voor zorgen dat waterstofperoxide niet afgebroken wordt als gevolg van verontreinigingen waar het mee in aanraking komt.

Hoe wordt waterstofperoxide geproduceerd?
Waterstofperoxide is sinds de jaren 1880 een commercieel product. Het werd voor het eerst geproduceerd in het Verenigd Koninkrijk door bariumzout (Ba) te verbranden, waardoor bariumperoxide (BaO2) ontstond. Dit werd vervolgens opgelost in water, waardoor waterstofperoxide ontstond. De productie van waterstofperoxide is sinds het einde van de negentiende eeuw rap toegenomen. Tegenwoordig wordt er meer dan een half miljard kilo waterstofperoxide per jaar geproduceerd.

Productieproces waterstofperoxide
Het productieproces bestaat uit de volgende stappen:
Grondstofproductie: Een werkbare oplossing van gealkalyseerde anthraquinonen (koolwaterstoffen die verkregen worden door de oxidatie van anthraceen) worden om en om door middel van nikkel of paladium katalysatoren met waterstof verbonden. Daarna worden ze met lucht geoxideerd, waarbij waterstofperoxide wordt afgesplitst.
Scheiding: De werkzame oplossing wordt van waterstofperoxide gescheiden door middel van extractie (een methode waarbij mengsels gescheiden worden op basis van de verschillen in oplosbaarheid van de bestanddelen.). de ruwe waterstofperoxide bevat 40% waterstofperoxide.
Zuivering: Vervolgens wordt de ruwe waterstofperoxide door middel van destillatie gezuiverd tot 60% zuiver waterstofperoxide.
Stabilisatie: De afbraak van waterstofperoxide wordt versneld door de aanwezigheid vanverontreinigingen, daarom worden stabiliserende middelen, an- en organische fosfaten, toegevoegd alvorens waterstofperoxide wordt vervoerd.

Hoe wordt waterstofperoxide vervoerd en opgeslagen?
Waterstofperoxide moet vervoerd worden in polyethylene, roestvrijstalen of aluminium containers. Wanneer waterstofperoxide in contact komt met ontvlambare materialen, zoals hout, papier, olie en katoen (cellulose) en dergelijke, kan er spontaan verbranding plaatsvinden. Als het gemengd wordt met organische materialen als alcoholen, aceton en andere ketonen en aldehyden en glycerol, kunnen krachtige explosies ontstaan. Komt waterstofperoxide in contact met stoffen als ijzer, koper, chroom, lood, zilver, mangaan, natrium, kalium, magnesium, nikkel, goud, platina, en metaallegeringen, metaaloxiden of metaalzouten, dan kunnen tevens krachtige explosies onstaan. Waterstofperoxide wordt daarom doorgaans in verdunde vorm vervoerd.

Welke toepassingen van waterstofperoxide zijn er?
De eerste toepassing van waterstofperoxide was het bleken van strooien hoeden, die rond 1900 op dat moment in de mode waren. Van de jaren 1920 tot de jaren 1950 werd waterstofperoxide via elektrolyse geproduceerd. Hiermee kon puurder waterstofperoxide gevormd worden. Naarmate de vraag naar waterstofperoxide toenam ging men op zoek naar processen die op grotere schaal waterstofperoxide konden produceren. Tegenwoordig wordt voor alle productie van waterstofperoxide gebruik gemaakt van auto-oxidatie processen, waarbij waterstof de grondstof is.

Veelzijdigheid waterstofperoxide
Waterstofperoxide is een veelzijdig middel, het wordt voor een groot aantal toepassingen gebruikt. Waterstofperoxide kan gebruikt worden voor alle mogelijke media; zoals lucht, water, afvalwater en bodems. Soms wordt het gebruikt in combinatie met andere middelen, om de processen sneller te laten verlopen. Waterstofperoxide wordt vooral gebruikt om afvalwater- en luchtverontreinigingen te verwijderen. Het kan micro-biologische groei tegengaan (bijvoorbeeld bij de biofouling in watersystemen) maar ook biologische groei bevorderen (zoals bij de bioremediatie van verontreinigde grond en grondwater) door zuurstof in te brengen. Daarnaast kan het ingezet worden voor de behandeling van makkelijk oxideerbare verontreinigingen (zoals ijzer en sulfiden) en moeilijk oxideerbare verontreinigingen (zoals oplosmiddelen, benzine en pesticiden).
Het wordt niet alleen gebruikt om verontreinigingen te bestrijden, maar ook om papier en textiel, tanden en haren te bleken, en voedsel, mineralen, petrochemische stoffen en wasmiddelen te produceren. In zuivere vorm wordt waterstofperoxide gebruikt als zuurstoftoevoer voor de voortstuwing van bijvoorbeeld Russische onderzeeërs.

Wordt waterstofperoxide gebruikt als oxideermiddel?
Waterstofperoxide is een krachtig oxideermiddel. Het is sterker dan chloor (Cl2), chloordioxide (ClO2) en kaliumpermangaat (KMnO4). Door middel van katalyse, kan waterstofperoxide omgezet worden in hydroxyl radicalen (OH). Wat betreft oxidatiepotentieel zit waterstofperoxide net onder ozon.

Tabel 1. Oxidatiepotentiëlen van verschillende oxidatiemiddelen.

Oxideermiddel Oxidatiepotentieel
fluor 3,0
hydroxylradicalen 2,8
ozon 2,1
waterstofperoxide 1,8
kaliumpermangaat 1,7
chloordioxide 1,5
chloor 1,4

Welke processen zijn er?
Hoe wordt waterstofperoxide gedoseerd?
De meeste waterstofperoxidetoepassingen bestaan uit de injectie van waterstofperoxide in een waterstroom. Hierbij zijn verder geen andere chemicaliën of gereedschap vereist. Het gaat hier om de controle van biologische groei (slijmvorming), de toevoeging van extra zuurstof, de verwijdering van chloorresiduen en de oxidatie van sulfiden en sulfieten, metalen, en andere makkelijk oxideerbare stoffen. De activering van waterstofpoxide voor deze toepassingen kan beïnvloed worden door de pH, temperatuur en reactietijd.
Catalytisch waterstofperoxide
Verontreinigingen die moeilijker te oxideren zijn, vereisen dat waterstofperoxide geactiveerd wordt met behulp van katalysatoren als ijzer, koper, mangaan of andere metaalverbindingen. Deze katalysatoren kunnen ook ingezet worden om waterstofperoxide reacties te versnellen, die anders uren of zelfs dagen zouden duren.

Wat zijn geavanceerde oxidatieprocessen?
Geavanceerde oxidatieprocessen zijn de nieuwste ontwikkeling op het gebied van waterstofperoxide. Bij deze processen worden zeer reactieve zuurstofradicalen geproduceerd, zonder dat daarbij metaalkatalysatoren gebruikt worden. Voorbeelden hiervan zijn de combinatie van waterstofperoxide met ozon (peroxone) of ultraviolet licht. Het resultaat van deze methodes is de vergaande oxidatie van moeilijk afbreekbare stoffen, zonder dat daarbij slib of residuen worden geproduceerd. Deze methoden worden wereldwijd gebruikt om verontreinigd grondwater te behandelen, drink- en proceswater te zuiveren en te desinfecteren en sporen van organisch materiaal in industrieel afvoerwater te verwijderen.

Wordt waterstofperoxide gebruikt voor desinfectie?
Waterstofperoxide wordt onder meer gebruikt als desinfectiemiddel. Het wordt gebruikt bij ontstekingen in de mondholte en de desinfectie van drinkwater. Daarnaast wordt het gebruikt om buitensporige microbiologische groei in watervoorzieningen en koeltorens tegen te gaan.
In de Verenigde Staten wordt waterstofperoxide steeds meer toegepast bij de behandeling van individuele watervoorzieningen. Het wordt gebruikt om kleur en smaak, kalkaanslag en corrosie te voorkomen door verontreinigingen als ijzer, mangaan, sulfaten en micro-organismen af te breken. Waterstofperoxide is een veel sterker oxideermiddel dan bijvoorbeeld chloor. Het reageert snel en vervalt vervolgens tot zuurstof en water, zonder bijproducten te vormen. Hierbij wordt het gehalte zuurstof in het water verhoogd.

Hoe desinfecteert waterstofperoxide?
De desinfecterende werking van waterstofperoxide is gebaseerd op de afgifte van vrije zuurstofradicalen.
H2O2 H2O + O2.
De verontreinigingen worden door de vrije zuurstofradicalen afgebroken, waarbij water als restproduct achterblijft. De vrije zuurstofradicalen hebben zowel een oxiderende als een desinfecterende werking. Waterstofperoxide maakt membraaneiwiten en enzymen door middel van oxidatie onwerkzaam.
Peroxide-verbindingen zoals waterstofperoxide (H2O2), perboraat, peroxifosfaat en persulfaat, zijn goede desinfectie- en oxidatiemiddelen. Peroxides hebben een goede algemene werking tegen micro-organismen. De verbindingen zijn meestal echter weinig stabiel.
Perboraten hebben een hoge giftigheid (en een lage norm voor boorverbindingen in drinkwater). Perazijnzuur (PAA) is sterk zuur en in onverdunde oplossing zeer agressief. Gestabiliseerde persulfaten kunnen gebruikt worden als mogelijke vervanger van chloor in de behandeling van afvalwater.

Wordt waterstofperoxide gebruikt voor de desinfectie van drinkwater?
Waterstofperoxide werd in de jaren 1950 in Oost-Europa voor het eerst gebruikt voor de desinfectie van drinkwater. Het staat bekend om zijn hoge oxidatieve en biocidale effectiviteit. Waterstofperoxide wordt weinig gebruikt voor de desinfectie van drinkwater, maar lijkt in populariteit toe te nemen. Het wordt vaak gebruikt in combinatie met andere middelen, zoals bijvoorbeeld zilver of UV.
In Nederland gaat het PWN (Waterleidingbedrijf Noord-Holland) vanaf 2004 ultraviolet licht in combinatie met waterstofperoxide gebruiken om drinkwater te zuiveren. Hierbij worden organische afvalstoffen en microbiologische verontreinigingen (zoals bestrijdingsmiddelen) afgebroken. Voordeel van deze methode is dat er geen schadelijke stoffen gevormd worden. Men heeft voor de combinatie van deze middelen gekozen, omdat hierbij ook organische micro-verontreinigingen worden afgebroken. Voorheen dacht men dat deze alleen met behulp van membraanfiltratie verwijderd konden worden. Daarnaast is UV effectief tegen protozoë parasieten als Giardia en Cryptosporidium.

Wordt waterstofperoxide gebruikt voor de desinfectie van zwembaden?
De toepassing van peroxides voor desinfectie en waterzuivering is nog beperkt. Recent zijn er stabielere vormen ontwikkeld, die geschikt zijn voor toepassing in zwemwater.
Waterstofperoxide vereist een vrij hoge dosis. Het grootste nadeel is de te geringe desinfecterende en oxiderende werking van waterstofperoxide bij de behandeling van zwembadwater vereiste werkconcentraties (in de orde van enige tientallen milligrammen per liter). Het proces is hierdoor vooralsnog moeilijk stuurbaar. Een bijkomend probleem bij het gebruik van waterstofperoxide als desinfectiemiddel is de snelle ontleding van waterstofperoxide in water en de aanwezigheid van zuurstofradicalen. Door toevoeging van stabilisatoren aan het waterstofperoxide wordt de ontleding vertraagd, waardoor het mogelijk is gedurende de gehele rondgang door het circulatiesysteem een zeker desinfecterend vermogen te handhaven. Met het oog hierop worden momenteel experimenten met waterstofperoxide uitgevoerd dat met een anorganische verbinding is gestabiliseerd.
Waterstofperoxide is zelf, in vergelijking met chloor, broom, ozon en andere veelgebruikte desinfectiemiddelen geen krachtig desinfectiemiddel. Daarom is het niet toegestaan om het voor zwembaden als het enige desinfectiemiddel te gebruiken. Er zijn echter een aantal desinfectiemethoden, waarbij waterstofperoxide gebruikt wordt in combinatie met andere desinfectiemiddelen, bijvoorbeeld met UV, ozon, zilverzouten en ammoniumkwartszouten. Waterstofperoxide verbetert de desinfecterende werking van de gebruikte methode.

Kan waterstofperoxide gebruikt worden voor de desinfectie van koeltorenwater?
Waterstofperoxide kan voor de desinfectie van koeltorenwater gebruikt worden in combinatie met andere desinfectiemiddelen. Daarnaast maakt men voor koeltorens ook gebruik van perazijnzuur (CH3COOH, PAA).

Verwijdert waterstofperoxide chloor?
Waterstofperoxide kan ook worden ingezet om dechlorering toe te passen om residuaal chloor te verwijderen. Residuaal chloor vormt corrosieve zuren wanneer het condenseert op processystemen en door de lucht geoxideerd wordt.
Na de reactie vervalt het waterstofperoxide dat overblijft tot water en zuurstof. Het chloorgas in het water hydroliseert tot onderchlorig zuur (HOCl), dat vervolgens tot hypochlorietionen (OCl) ioniseert.

Cl2 + HOCl + H+ + Cl
HOCl + H+ + Cl

Het waterstofperoxide reageert vervolgens met hypochloriet:
OCl- + H2O2 (g) Cl- + H2O + O2

De reactie tussen waterstofperoxide en hypochloriet vindt zo snel plaats, dat geen andere organische of anorganische verbindingen met hypochloriet kunnen reageren.

Wat zijn de voor en nadelen van het gebruik van waterstofperoxide?
Voordelen
In tegenstelling tot andere chemische stoffen, zijn er bij het gebruik van waterstofperoxide geen residuale stoffen of gassen die vrijkomen. Aangezien waterstofperoxide volledig mengbaar is met water, is de veiligheid afhankelijk van de concentratie.

Nadelen
Waterstofperoxide is een krachtig oxideermiddel. Het reageert met een groot aantal stoffen. Uit veiligheidsoverwegingen wordt het daarom doorgaans in verdunde vorm vervoerd. Voor desinfectie zijn echter hoge concentraties nodig.
Waterstofperoxide valt langzaam uit elkaar in water en zuurstof. Een verhoging van de temperatuur en de aanwezigheid van verontreinigingen versnellen deze reactie.
De concentratie van waterstofperoxide in een oplossing wordt langzaam lager. Dit wordt veroorzaakt door het optreden van de volgende ontledingsreactie:
2H2O2 2H2O + O2
Deze ontledingsreactie is een redoxreactie. Een deel van de waterstofmoleculen fungeert als reductor en een ander deel als oxidator.

Is waterstofperoxide effectief?
De effectiviteit van peroxide is afhankelijk van een aantal factoren, zoals de pH, catalysatoren, de temperatuur, de concentratie peroxide en de reactietijd.

Wat zijn de gezondheidseffecten van waterstofperoxide?
Blootstelling aan waterstofperoxide vindt plaats door inademing van de damp of mist, voedselopname en contact met de huid of de ogen. Waterstofperoxide is irriterend voor de ogen, huid en slijmvliezen. Bij contact van de ogen met concentraties van meer dan 5% kan permanente beschadiging plaatsvinden. Uit proefdierstudies van het Amerikaanse International Agency on Cancer Research, IARC, blijkt dat waterstofperoxide kankerverwekkend kan zijn voor dieren. Uit laboratoriumproeven met bacteriën blijkt dat waterstofperoxide mutageen is en het DNA verandert en beschadigt.
Als mensen waterstofperoxide inademen, irriteert dat de longen. Bij contact van de huid met waterstofperoxide verbleekt de huid en kunnen pijnlijke blaren en brandwonden ontstaan. De organen die extra gevoelig zijn voor de blootstelling aan waterstofperoxide zijn de longen, de darmen, de thymus, de lever en de nieren. Er zijn voor mensen geen effecten bekend van chronische blootstelling aan waterstofperoxide. Er zijn ook geen effecten gevonden voor de ontwikkeling en voortplanting.

Wat is de regelgeving voor waterstofperoxide?
Nederland
In het Nederlands Drinkwaterleidingbesluit staan geen normen voor waterstofperoxide. Desinfectiemiddelen voor drinkwater met waterstofperoxide staan geregistreerd bij het College voor de toelating van bestrijdingsmiddelen.
EU
In de Europese drinkwaterrichtlijn 98/83/EC staat waterstofperoxide niet vermeld.
USA
Waterstofperoxide staat sinds 1977 in de Verenigde Staten bij de EPA geregistreerd als pesticide.

Welke desinfectiemethodes zijn er nog meer met waterstofperoxide?
Waterstofperoxide kan voor desinfectie gebruikt worden in combiantie met andere middelen. Twee van deze middelen worden hier besproken. Het betreft perazijnzuur en peroxone.

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

Over Lenntech

Lenntech BV
Distributieweg 3
2645 EG Delfgauw

tel: +31 152 755 703
fax: +31 152 616 289
e-mail: info@lenntech.com


Copyright © 1998-2017 Lenntech B.V. All rights reserved