Legionallabesmetting via waterzuiveringsinstallaties

Pure zuurstof vermindert risico’s met 90%

Waterzuiveringsinstallaties maken al sinds de jaren ’50 van de vorige eeuw gebruik van een biologische zuiveringstechniek op basis van het zogenaamde ‘actief slib’. Hierbij wordt het afvalwater vermengd met een populatie van specifieke micro-organismen. Deze micro-organismen vervullen een reinigende functie, doordat ze het organisch materiaal in het water gebruiken als voedsel. Nadien wordt het slib van het deels gezuiverde water gescheiden, en wordt het water verder gezuiverd door middel van bijkomende zuiveringstechnieken.

Alarm in Boxtel en Son

Tot voor kort waren er geen redenen om aan te nemen dat de zuiveringstechniek met actief slib risico’s voor de volksgezondheid met zich zou kunnen meebrengen, maar uit een aantal recente gebeurtenissen blijkt dat wel degelijk het geval te zijn. In de Nederlandse plaatsen Boxtel en Son werden een aantal mensen – die in de omgeving van een waterzuiveringsinstallatie wonen – namelijk het slachtoffer van een legionellabesmetting. Nader onderzoek heeft aangetoond dat de bacterie in beide gevallen verspreid werd door aerosolen die afkomstig waren uit het actief slib van een waterzuiveringsinstallatie in de buurt.

Verspreiding door de lucht

De aanwezigheid van de legionellabacterie in het slib kan dus inderdaad mogelijk problematisch worden als deze – door de vorming van aerosolen – in de lucht terecht komt. Want de bacterie kan dan worden ingeademd door het personeel en/of door omwonenden, wat kan leiden tot ziekte, en in uitzonderlijke gevallen nadien zelfs tot het overlijden van de patiënt. Bijgevolg is het van het grootste belang dat de verspreiding van de legionellabacterie via de lucht maximaal wordt ingeperkt.

Besmettingsrisico stijgt door overvloedige emissies aerosolen

Hoe dan ook kan het actief slib kan zijn reinigende werking slechts uitvoeren op voorwaarde dat er zich voldoende zuurstof in het water bevindt. In traditionele waterzuiveringsinstallaties wordt daarom zuurstof onttrokken aan de buitenlucht en vervolgens door middel van injectoren toegevoegd aan het water. Maar omdat de buitenlucht niet meer dan 20% zuurstof bevat, is dat een inefficiënt proces. Veruit het grootste volume (80%) van de geïnjecteerde lucht – stikstofgas – is namelijk overbodig. En precies omdat het geïnjecteerde luchtvolume vijf keer groter is dan nodig, ontstaan er overvloedige emissies van aerosolen. Het proces is niet alleen weinig duurzaam – de injectoren verbruiken nodeloos veel energie door gasvolumes te injecteren die geen nut hebben –, maar brengt door de sterke toename van de aerosolen dus ook bijkomende risico’s voor de volksgezondheid met zich mee.

Meer efficiëntie, minder aerosolen

Air Liquide heeft een vernieuwende methode ontwikkeld – die intussen, alleen al in de Benelux, in 16 waterzuiveringsinstallaties wordt toegepast – waarbij pure zuurstof wordt geïnjecteerd in het bassin. Dit resulteert in een aerosolemissie die minimaal een factor 100 lager ligt vergeleken met traditionele installaties. De wet van Henry – over de oplosbaarheid van een gas in een vloeistof -  helpt te verklaren hoe dat komt: “Bij een constante temperatuur is de hoeveelheid van een gas die opgelost kan worden in vloeistof evenredig aan de partiële druk van dat gas in verhouding tot die vloeistof.” De oplosbaarheid van een gas hangt af van meerdere factoren, zoals het soort gas dat we proberen op te lossen (de oplosbaarheidscoëfficient), de viscositeit van de vloeistof, de temperatuur, de contacttijd en het contactoppervlak (kleine gasbellen vergroten het oplossend vermogen).

Bij de injectie van (buiten)lucht bedraagt de partieeldruk 0,20 voor O2 gedeelte. Maar wanneer we 100% zuivere O2 injecteren, loopt de partieeldruk op tot 100%. Met andere woorden: als er buitenlucht wordt gebruikt, dan ontstaat er competitie tussen de 20% O2 en de 80% N2, zodat er – bij 1 bar en een temperatuur van 28°C – slechts 8 mg/l O2 kan opgelost worden. Bij het gebruik van pure zuurstof kan – eveneens bij 1 bar en een een temperatuur van 28°C – echter 40 mg/l opgelost worden, vijf keer zoveel.

Stripping effect

“Het verschil tussen het gebruik van lucht en pure zuurstof voor deze toepassing wordt het ‘stripping effect’ genoemd”, verduidelijkt Rudy Lamond, Water treatment growth & innovation leader bij Air Liquide. “Bij gebruik van pure zuurstof wordt 80 tot 97% van de bellen geabsorbeerd door het actief slib. Maar wanneer buitenlucht wordt gebruikt, zal de daarin aanwezige N₂ zo snel mogelijk een evenwicht zoeken met de atmosfeer. Daarbij zal de N₂ ook O₂ bellen meenemen naar het vloeistofoppervlak, evenals VOC’s, legionella en H₂S-deeltjes. De verhoogde aerosolvorming resulteert in een aanzienlijk grotere kans op een legionellabesmetting en leidt – door de H₂S – ook tot geurproblemen en schuimvorming.”

“Als we uitgaan van een transferefficiëntie van 10%, dan is er 42 kg buitenlucht nodig – tegenover slechts 1 kg pure zuurstof – om een bepaald volume O₂ te transfereren naar de bacteriën in het actief slib. Bijgevolg kunnen we stellen dat de toepassing op basis van pure zuurstof resulteert in een optimalisering van 90% voor wat de uitstoot van aerosolen betreft.” 

“Door het gebruik van pure zuurstof kan een dure bassinoverkapping allicht worden voorkomen. Tenzij er een nultolerantie wordt opgelegd, natuurlijk. Maar in dat geval zal de kost van het afzuigsysteem significant lager zijn dan wanneer er buitenlucht zou gebruikt worden. Bovendien kan pure zuurstof omgezet worden in ozon om de afgezogen legionella te bestrijden.”

Bijkomende voordelen

Naast de onmiskenbare voordelen omtrent legionella, biedt een installatie op basis van pure zuurstof nog heel wat andere sterke punten. Zo is het energieverbruik veel lager (> 14 kg O2/kWh) en kunnen de oxy-injectoren niet alleen gebruikt worden voor zuurstofinjectie, maar kunnen ze tevens dienst doen als dynamische mengers. Daarbij functioneren de ondergedompelde oxy-injectoren geluidloos.