Zwembaden zijn een briljante manier om af te koelen tijdens een hete zomer. Natuurlijk is dit geen bijzonder origineel idee, en misschien maken honderden mensen per dag gebruik van een bepaald zwembad. Chemische stoffen kunnen helpen voorkomen dat we zwemmen in water dat infecties kan veroorzaken. Zij kan ook helpen bij de hoofdzonde van het plassen in het zwembad, maar niet zonder gevolgen. Het doet dit, zoals u waarschijnlijk al weet, door het chloreren van zwembadwater – hoewel het minder eenvoudig is dan u zou denken!
Ten eerste, hoe wordt water gechloreerd? Je zou verwachten dat dit gebeurt met chloor, maar het is eigenlijk vrij zeldzaam geworden om zwembaden te chloreren met chloor zelf. Dit komt door de giftige aard van chloorgas, waardoor het moeilijk op te slaan is, en potentieel gevaarlijk voor de gezondheid als er een ongeluk zou gebeuren. In plaats daarvan worden andere chemicaliën gebruikt, die het water ook kunnen chloreren.
De belangrijkste zijn de hypochlorieten, waarvan de meest gebruikte natriumhypochloriet en calciumhypochloriet zijn. Deze verbindingen hebben ten opzichte van chloor het voordeel dat zij bij kamertemperatuur een vaste stof zijn en in water kunnen worden opgelost, waardoor zij veel gemakkelijker kunnen worden opgeslagen en gebruikt. Natriumhypochloriet is een verbinding die u waarschijnlijk ook in uw huishouden bent tegengekomen, omdat het een bestanddeel is van bleekmiddelen op basis van chloor. Het wordt verkocht in oplossingen met een iets hogere concentratie om zwembaden te chloreren, en kan ook in tabletvorm worden verkregen. Als het eenmaal in het water zit, is de concentratie natuurlijk veel lager dan in bleekwater, dus het feit dat het daar ook zit, is niet zorgwekkend.
Zowel chloor als hypochlorietzouten reageren met water tot een andere verbinding, hypochlorig zuur genaamd. Dit is een relatief zwak zuur, maar ook een sterk oxidatiemiddel, en in feite grotendeels verantwoordelijk voor de bacteriedodende effecten van waterchlorering. Hoe het precies bacteriën helpt doden, is omstreden; men denkt dat het een aantal factoren in het celmembraan van de bacterie beïnvloedt, waaronder het onderdrukken van de metabolische functie van de cel, het verhinderen van de DNA-replicatie, en het verhinderen dat eiwitten in de cellen zich kunnen groeperen.
Hypochlorig zuur dissocieert (splitst) gedeeltelijk in water, waarbij het hypochloriet-ion wordt gevormd. Dit is een oxidant dat ongeveer 60 keer zwakker is dan onderchlorigzuur, dus het is niet zo goed in het helpen verwijderen van bacteriën uit water. Gelukkig is de dissociatie van onderchlorigzuur omkeerbaar, en kunnen we het in ons voordeel bijsturen door de zuurtegraad van het zwembad te controleren. We willen de pH-waarde zo houden dat het voor ons nog aangenaam is om in te zwemmen, maar door de waarde tussen 7,2-7,8 te houden, zorgen we ervoor dat het meeste onderchlorigzuur op zijn plaats blijft, in plaats van dat het uiteenvalt en het hypochloriet-ion vormt. De gecombineerde concentraties van de twee worden vaak “vrij beschikbaar chloor” (FAC) genoemd.
Een ander probleem, vooral bij buitenbaden, is dat van de UV-fotolyse. Dit is de afbraak van chemische verbindingen in aanwezigheid van UV-licht. Zoals bekend geeft de zon UV-licht af, waartegen we ons met zonnebrandmiddelen proberen te beschermen. Dit UV-licht kan ook de afbraak van hypochloriet-ionen (en in mindere mate van onderchlorigzuur) veroorzaken. Dit veroorzaakt 90% van het FAC-verlies uit buitenbaden en betekent dat buitenbaden vaker moeten worden gechloreerd. Er kunnen ook andere chemicaliën aan het zwembadwater worden toegevoegd om dit te helpen voorkomen, iets wat we zo dadelijk zullen bespreken.
Een veel voorkomende bijwerking van een dag zwemmen in een gechloreerd zwembad zijn prikkende ogen. Vaak wordt dit toegeschreven aan het chloorgehalte in het zwembad dat ’te hoog’ is; in feite is het tegendeel waar, zoals we zullen ontdekken. Ten eerste zijn het niet de onderchlorige zuren of hypochloriet-ionen die deze pijnlijke ogen veroorzaken. In feite is het het resultaat van verbindingen die ontstaan door de reactie van deze ionen met chemische verbindingen in uw zweet – of in uw urine.
Zowel uw zweet als uw urine bevatten ammoniak of verbindingen die van ammoniak zijn afgeleid. Ureum is een verbinding die we associëren met urine, maar het wordt ook in zeer lage concentraties aangetroffen in zweet. Urinezuur is een andere verbinding die in beide voorkomt. Wanneer deze verbindingen reageren met het onderchlorigzuur in gechloreerd water, ontstaat een reeks verbindingen, waaronder enkele die bekend staan als chlooramines.
Chlooramines zijn de verbindingen die verantwoordelijk zijn voor de oogirritatie die alle frequente zwemmers die dit lezen ongetwijfeld op een of ander moment hebben ervaren. Ze zijn ook verantwoordelijk voor de geur die we associëren met zwembaden. Hoewel we hier vaak naar verwijzen als de geur van chloor, zijn het eigenlijk deze bijproducten die het produceren, dus als een zwembad sterk naar ‘chloor’ ruikt, duidt dit op een hoger niveau van deze verbindingen in het water – wat natuurlijk geen goede zaak is!
Het percentage mensen dat bereid is om toe te geven dat ze in het zwembad plassen is eigenlijk hoger dan je zou verwachten: maar liefst 19% van de Amerikanen die in 2012 in een enquête werden ondervraagd, gaven toe dat ze op een bepaald moment in zwembadwater hebben geplast. 79% van de ondervraagden in hetzelfde onderzoek vermoedde dat andere mensen in het water plassen. Dit is geen goed nieuws, want urine verhoogt de hoeveelheid trichlooramine die in het zwembadwater aanwezig is. Trichlooramine wordt ervan beschuldigd ademhalingssymptomen te veroorzaken bij regelmatige zwemmers en zwembadpersoneel, met discussie over de vraag of het verantwoordelijk zou kunnen zijn voor het opwekken van astma bij sommigen.
Een andere chemische stof die vrijkomt als gevolg van plassen in het zwembad is cyanogeenchloride, een chemische stof die ook behoorlijk onaangename effecten kan hebben – hoewel men zich bij de concentraties die in zwemwater worden geproduceerd afvraagt of er wel sprake zou zijn van schadelijke effecten. Er is natuurlijk een eenvoudige manier om de productie van deze verbindingen te voorkomen, en dat is natuurlijk niet in het zwembad plassen. Als je een toegewijde zwembad plasser bent, wil je misschien je standpunt heroverwegen! Michael Phelps, let op.
Het chloor in deze bijproducten van chlorering wordt “gecombineerd chloor” (combined chlorine, CC) genoemd. De totale hoeveelheid chloor in het zwembad is de som van de vrij beschikbare chloor (FAC) en de gecombineerde chloor, en het wordt aanbevolen dat het FAC-niveau tussen 1-4 delen per miljoen blijft. Een Olympisch zwembad bevat 2.500.000 liter water, dus dit is eigenlijk een ongelooflijk kleine hoeveelheid.
Er kunnen ook andere verbindingen worden toegevoegd, naast die welke worden toegevoegd met het oog op chlorering. Eén zo’n verbinding is calciumchloride. Dit wordt toegevoegd om te voorkomen dat het enigszins oplosbare calciumsulfaat, een bestanddeel van de voegen tussen de tegels in zwembaden, langzaam oplost. Het voorkomt dit via iets dat bekend staat als het gewone ioneneffect. Het komt erop neer dat de calciumionen in calciumchloride de concentratie calciumionen in het water verhogen, waardoor een groot deel van het calciumsulfaat niet oplost.
Een andere verbinding die kan worden toegevoegd is isocyanuurzuur. Dit is een onkruidverdelger, waarvan het gehalte onder de 200 delen per miljoen moet blijven; meestal is het gehalte veel lager. De reden waarom isocyanuurzuur wordt toegevoegd is dat het kan helpen het chloorgehalte te stabiliseren, vooral in buitenbaden waar het chloorgehalte door de inwerking van UV-licht uitgeput raakt. Isocyanuurzuur reageert met hypochloriet-ionen, waarbij dichloor(iso)cyanuurzuur ontstaat. Ook dit is echter een omkeerbare reactie, en wanneer de hypochlorietionen door de UV-fotolyse worden uitgeput, wordt de afbraak van deze verbinding tot isocyanuurzuur en hypochlorietionen bevorderd. Het fungeert dus als een soort chloor-‘reservoir’, dat de verloren hypochloriet-ionen aanvult.
Het is in de loop van dit artikel waarschijnlijk duidelijk geworden dat er heel wat scheikunde achter het schoonhouden van een zwembad schuilgaat. De chemische landschap in een zwembad is een voortdurend veranderende, en zorgvuldig beheer van het is vereist voor het behoud van een veilige, schone pool.
Enjoyed dit bericht & grafiek? Overweeg Compound Interest te steunen op Patreon, en krijg previews van komende posts & meer!
De afbeelding in dit artikel is gelicenseerd onder een Creative Commons Naamsvermelding-NietCommercieel-GeenAfgeleideMiddelen 4.0 Internationale Licentie. Wilt u het elders delen? Zie de richtlijnen voor het gebruik van de inhoud van de site.
Referenties & Further Reading
- Zwembadchemie – D De Le Matter
- Chlooramines – het begrijpen van zwembadgeur – American Chemistry Council
- Zwembadchemie werkbladen – Royal Society of Chemistry
- Vluchtige desinfectie bij-producten van chlorering van urinezuur – L Lian & anderen
- UV-fotolyse van vrij chloor – T L Brooks & anderen
- Resultaten van de hygiëne-enquête onder zwemmers – Water Quality & Health Council
- Blootstelling aan trichlooramine en ademhalingssymptomen bij zwembadpersoneel – J H Jacobs & anderen
Geef een antwoord