Afvalwater in laboratoria en analyse en bespreking van de beschikbare lozingsgegevens voor laboratoria

Bronnen van afvalwater in laboratoria

Voor ‘laboratoria’ als geheel gelden de volgende activiteiten als mogelijk afvalwaterproducerend:

• analyse,
• filmverdamping,
• extractie,
• organische synthese,
• anorganische synthese,
• koeling van apparatuur,
• verwarming van apparatuur,
• gaswasser,
• spoelen/schoonmaken,
• morsen,
• weggooien van monster via de afvoer.

Afvalwater afkomstig van eigenlijke labactiviteiten wordt vaak samen geloosd met sanitair- koel- en afvalwater van overige processen. Koelwater (meestal in gesloten koelsystemen) kan chemicaliën tegen algengroei bevatten die aanleiding kunnen geven tot vorming van AOX. Indien dit het geval is dient dit koelwater ook als bedrijfsafvalwater beschouwd te worden. 

Indien het sanitair water gemengd wordt (samen geloosd) met het bedrijfsafvalwater wordt de hele stroom volgens VLAREM beschouwd als bedrijfsafvalwater. Aangezien het volume sanitair water meestal een aanzienlijk deel is van het totale volume dient hier dus de nodige aandacht aan besteed te worden. Er treedt tevens een verdunningseffect op. Een probleem dat veelvuldig gemeld wordt is dat er via het sanitair water een zekere hoeveelheid P (fosfor) geloosd wordt. Als de lozing van het sanitair water samen met het bedrijfsafvalwater gebeurt, kan het voorkomen dat er meer dan 1 kg P per maand in het totaal geloosd wordt (Du Laing, et al., 2005). Dit kan ervoor zorgen dat een labo dat anders in de 3^de klasse wordt ingedeeld daardoor in de 2^de klasse volgens de VLAREM indelingslijst wordt ingedeeld aangezien P op de lijst I van bijlage 2C staat.

Een eventuele oplossing voor het probleem is een gescheiden opvang en afvoer (of staalnamepunt) van het bedrijfsafvalwater en het sanitair water. In nieuwe gebouwen is het vaak het geval dat deze circuits apart zijn uitgevoerd zodat een aparte lozing mogelijk is. Toch werd tijdens de bedrijfsbezoeken vastgesteld dat vaak deze aparte circuits toch eenzelfde lozingspunt (en staalnamepunt) hebben, en dus samen geloosd worden. Bij oudere gebouwen wordt zowel het bedrijfs- als het sanitair water samen opgevangen en is gescheiden lozing niet mogelijk.

Voor inrichtingen van de 3^de klasse kan het bedrijfsafvalwater volgens VLAREM gelijkgesteld worden aan huishoudelijk afvalwater indien er aan een aantal voorwaarden wordt voldaan. 

Er wordt een onderscheid gemaakt tussen incidentele lozingen en structurele lozingen. Incidentele lozingen zijn lozingen die eenmalig voorkomen en waar meestal een menselijke fout of een ongeval de oorzaak van is. Een typisch voorbeeld is het weggooien van een oplossing via de afvoer. Structurele lozingen gebeuren meermaals in de tijd en hebben een welomschreven oorzaak. Voorbeelden zijn spoelwater van de vaatwasmachines, water van de pompbakken, slecht afgestelde machines, lekken, verkeerd aangesloten leidingen.

In de dagelijkse werking van een laboratorium wordt de mate van emissie van stoffen naar het water grotendeels bepaald door het gedrag van de laboranten. De afvalstromen kunnen op verschillende plaatsen binnen het laboratorium vrijkomen. Ook in de tijd kan het afvalwater van laboratoria sterk verschillen. Onderzoekers kunnen ook voor en na de kantooruren in een laboratorium actief zijn. Hierbij kunnen een veelheid aan experimenten/testen plaatsvinden waarbij weer een veelheid aan chemicaliën gebruikt kunnen worden.

Door de veelheid aan gebruikte chemicaliën is het eenvoudiger dat bij deze bedrijfstak gesproken wordt van groepen verbindingen en niet van afzonderlijke verbindingen in het afvalwater. De volgende groepen van verbindingen komen regelmatig voor in het afvalwater afkomstig van laboratoria:

• metalen, metalloïden en verbindingen daarvan;
• niet gehalogeneerde, matig tot slecht biologisch afbreekbare verbindingen;
• niet gehalogeneerde, goed biologisch afbreekbare verbindingen;
• overige gehalogeneerde verbindingen;
• zuren;
• basen.

Specifieke bronnen van (zware) metalen en AOX in afvalwater

(De Proft, 2010) (Begeleidingscomité van de BBT studie laboratoria, 2010-2011)

Als aanvulling op de bespreking van de meetresultaten en trends (zie hieronder) worden hier de bronnen van (zware) metalen en AOX in het afvalwater van laboratoria in kaart gebracht.

In het algemeen kan gesteld worden dat de bronnen van deze parameters in laboratoria heel divers zijn en meestal zeer specifiek zijn voor het type labo. Bij onderzoek worden er (per definitie) veel verschillende stoffen gebruikt en is niet altijd even duidelijk welke reactieproducten er gevormd worden. Bij routineuze processen kunnen de randvoorwaarden beter in kaart worden gebracht.

Een algemene bron van (zware) metalen in het afvalwater van laboratoria zijn stock- en kalibratieoplossingen. Deze oplossingen worden standaard gebruikt bij analyse van chemicaliën of het ijken van machines en analysetoestellen. In dit opzicht brengt een laboratorium dat analyses uitvoert naar gevaarlijke stoffen ook mogelijk afvalwater voort die deze gevaarlijke stoffen bevat. Voor alle metalen geldt dat ze standaard als katalysator of als initiator bij een reactie gebruikt worden.

Bronnen van specifieke (zware) metalen en AOX in afvalwater zijn zeer verscheiden en meestal kenmerkend voor een bepaalde parameter. Een echte oplijsting van alle bronnen maken is onmogelijk. Hieronder worden enkele gekende voorbeelden van het gebruik van de verschillende parameters gegeven:  

• zilver: Bij een CZV bepaling wordt gebruik gemaakt van zilvernitraat (AgNO₃). Ook bij de coulometrische of titremetrische chloridebepalingen kan Ag vrijkomen. Ook eventueel bij BZV-bepalingen om aanwezigheid van jodide op te sporen;
• cadmium: Cadmium kan vrijkomen bij de behandeling of analyse van verontreinigde bodem- of slibstalen. Cadmium komt vaak voor in de buurt van zinkverwerkende en ertsverwerkende bedrijven. Ook bij de productie van lood en koper komt Cd vrij. Een groot deel komt via luchtverontreiniging in het milieu en hecht goed aan bodem en slib. Cadmium komt ook in het milieu via verf,  (kleurpigmenten), verkeer, zinken dakgoten, meststoffen en pesticiden, uit verwering van plastics (Cd is stabilisator in PVC) en bij de vervaardiging na NiCd-batterijen;
• chroom: Bij een CZV bepaling kunnen dichromaatoplossingen of chromaatoplossingen gebruikt worden. Ook Chroomzuuroplossingen worden nog steeds gebruikt in een labo. Vroeger werden die veel gebruikt om glaswerk grondig te ontvetten;
• koper: Koper is een metaal dat veelvuldig gebruikt wordt in en rond het labo. Koperen dakgoten kunnen (via regenwater) uitlogen in het afvalwater. Kopersulfaatoplossingen (CuSO4) worden veelvuldig gebruikt. Koper wordt soms ook gebruikt om algengroei in koelwatersystemen te voorkomen. Ook wordt het gebruikt in reagentia bij organische syntheses/analyses (bvb fehling reagens). In het oppervlakte water in Nederland is 18% van al het koper afkomstig van vuurwerk;
• kwik: Kwiksulfaat (HgSO₄) wordt gebruikt bij CZV-bepalingen. De voornaamste bronnen van kwik in een laboratorium zijn kwikhoudende thermometers en elektrodes. Een andere bron zijn de polarometrische (voltametrische) bepalingen op zware metalen waar een vloeibare kwikelektrode wordt gebruikt. Kwik is ook aanwezig in sommige frequent gebruikte reagentia (bv Nessler reagens);
• lood: Lood is in glas aanwezig en kan uitlogen uit loden leidingen (waterleiding). Lood wordt regelmatig gebruikt in organische chemische syntheses en komt ook nog voor in verf (sinds 1990 verboden in EU) als soldeermiddel, smeltkleppen (sprinklerinstallaties) en als verwarmingsvloeistof bij hoge temperatuur verwarmingsbaden. Voor 1999 was lood aanwezig in de EU in brandstoffen. Momenteel is lood door langdurig gebruik zeer verspreid in alle milieucompartimenten;
• zink: Zink kan uitlogen uit zinken dakgoten. Zink komt ook in frequent gebruikte reagentia voor (bv Lucas reagentia). Zinkacetaat wordt gebruikt als bewaarmiddel in recipiënten voor de bepaling van sulfides;
• AOX: AOX zijn voornamelijk afkomstig uit de reactieproducten van chloroform en dichloormethaan. Bewaarmiddelen, detergenten en ontsmettingsmiddelen (Detol) zijn ook een mogelijk bron.

Situering en omschrijving van de dataset

Om de milieu-impact van laboratoria inzake afvalwater in te schatten, worden de beschikbare lozingsgegevens van de laatste zeven jaar (i.e. 2004-2010) van laboratoria per parameter bekeken. Uit de databank van VMM werd een lijst van exploitaties opgesteld die vergund zijn of een vergunningsdossier lopende hebben voor een laboratorium (rubriek 24 uit de indelingsrubriek uit bijlage 1 van VLAREM I) en/of moeten voldoen aan de overeenkomstige sectorale lozingsvoorwaarden (punt 21 [1] van bijlage 5.3.2 van VLAREM II).

Bij het invoeren van gegevens in de VMM databank zijn de velden ‘rubriek’ en ‘sector’ geen verplichte velden. Bedrijven die tot één van beide behoren, maar waarvoor deze velden niet werden ingevuld, konden niet uit de databank geselecteerd worden. De lijsten kunnen dus onvolledig zijn. Daarom werd de lijst verder aangevuld met andere lijsten van laboratoria (bronnen: OVAM, EMIS, AMV, VITO). De uiteindelijke lijst telde 1405 exploitaties, de zogenoemde ‘long-list’ .

Het overgrote deel van deze lijst bestaat uit bedrijven waarin een laboratorium is geïntegreerd in het productieproces, bv voor proces- of kwaliteitscontrole. In deze bedrijven wordt het afvalwater van dit laboratorium samen met het bedrijfsafvalwater van de andere activiteiten afgevoerd. Het volume van het afvalwater afkomstig van het laboratorium vormt vaak een kleine fractie van het totaal volume afvalwater. Analyse van de lozingsgegevens van deze bedrijven geven  voornamelijk informatie over de overige bedrijfsactiviteiten en niet over de labactiviteiten.

Uit de long-list werden enkel die bedrijven weerhouden waarvan het afvalwater afkomstig is van de eigenlijke labactiviteiten (zonder noemenswaardige bijmenging van afvalwater van andere bedrijfsactiviteiten) en apart bemeten werd. Het betreft dus voornamelijk bedrijven die als hoofdactiviteit een laboratorium uitbaten. De lijst van 1405 exploitaties werd daardoor herleid tot een 90-tal bedrijven, de zogenoemde ‘short-list’. Eventuele verdunning met sanitair of koelwater kan niet uitgesloten worden. In geval van twijfel over de activiteiten van een bedrijf of de samenstelling van een afvalwaterstroom werd een conservatieve houding aangenomen en werd het bedrijf niet mee opgenomen in de analyse. Slechts 1 bedrijf (dat loost op oppervlaktewater) heeft een waterzuiveringsinstallatie in gebruik, nl. een secundaire waterzuivering (aerobe reactor). De rest van de bedrijven past geen waterbehandeling toe.

Uit de short-list waren voor 8 bedrijven lozingsgegevens beschikbaar. Er waren geen gegevens voor afvalwater van laboratoria uit ziekenhuizen beschikbaar. Voor AOX zijn er slechts gegevens beschikbaar van 2 bedrijven. De selectie van 8 bedrijven werd nog verder opgesplitst in twee groepen: zij die op oppervlaktewater lozen (3) en zij die op riolering lozen (6), 1 bedrijf loost deels op riolering en deels op oppervlaktewater.

Overzicht van de resultaten

De meetresultaten worden in onderstaande tabellen samengevat:

Tabel: Meetgegevens van laboratoria die lozen op oppervlaktewater (bron: meetgegevens afkomstig van VMM en bedrijven)

Tabel: Meetgegevens voor laboratoria die lozen op riool (bron: meetgegevens afkomstig van VMM en bedrijven). 

Naast de bovenstaande recente data  verwijzen we ook naar een studie over de afvalwaterproblematiek aan Vlaamse universiteiten uitgevoerd door Universiteit Gent, Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen, Labo voor Analytische Chemie en Toegepaste Ecochemie en Labo voor Fytofarmacie (Du Laing en Claeys, 2005). In deze studie werden 800 bemonsteringen van afvalwater uitgevoerd op 34 universitaire sites en dit tussen 1993 en 2004. De besluiten worden besproken onder titel 2.4.1 milieuvergunningsvoorwaarden.

Bespreking van de meetresultaten en trends

Van de 8 beschouwde bedrijven past 1 bedrijf een aerobe waterzuiveringtechniek toe om de concentratie van polluenten in het afvalwater te beheersen. Alle bedrijven passen preventieve maatregelen toe en hebben een systeem in gebruik om (vloeibare) afvalstoffen selectief in te zamelen. De specificaties van het inzamelsysteem verschillen van bedrijf tot bedrijf. 

Parameters BZV, CZV, ZS, Nt, en Pt

Deze polluenten komen voornamelijk uit het sanitaire afvalwater dat in de meeste gevallen samen met het bedrijfsafvalwater geloosd wordt.

Voor lozing op riool zijn er geen sectorale normen. Voor lozing op oppervlaktewater worden enkele overschrijdingen van de sectorale norm vastgesteld. De invloed van de afvalwaterzuivering is door de beperkte gegevens niet vast te stellen.

(Zware) Metalen en AOX

Algemeen dient opgemerkt te worden dat de meetresultaten een ogenblikkelijke meetwaarde (als schepstaal of debietsproportioneel monster) aangeven terwijl de sectorale normen voor zware metalen gedefinieerd worden als een voortschrijdend gemiddelde.

Hieronder worden de trends voor de verschillende parameters besproken:

• Ag: Het indelings criterium ligt op 0,0004 mg/l. Alle meetwaardes liggen boven deze norm of de rapportagegrens van de meetmethode (0,025 of 0,01) ligt boven de norm zodat deze datapunten niet met het indelings criterium vergeleken kunnen worden.  Voor het 6^de bedrijf zien we een dalende trend in functie van de tijd. Bij de eerste 60% van de meetgegevens voor dit bedrijf zijn er veelvuldige overschrijdingen. De laatste 40% (vanaf waarneming 285) blijven onder de bijzondere milieuvergunningsvoorwaarde van 0,1 mg/l. Het bedrijf geeft aan dat dit komt doordat het glaswerk extra gespoeld werd, waarna het spoelwater werd ingezameld;
• As: Voor 90% van de meetresultaten ligt de rapportagegrens hoger dan het indelings criterium. Er  kan dus niet beoordeeld worden of het indelings criterium voor deze parameter gehaald wordt. Er zijn geen sectorale lozingsnormen van toepassing;
• Cd: Aangezien de sectorale norm een gemiddelde waarde is wordt de sectorale norm gehaald door 5 van de 8 bedrijven in de gegevensset. Het indelings criterium wordt door geen enkel bedrijf gehaald. Voor een 30tal metingen is het indelings criterium kleiner dan de rapportagegrens en kan de effectieve waarde niet ingeschat worden;
• Cr: 4 van de 8 bedrijven blijven onder het indelings criterium (op 1 uitschieter na). 1 bedrijf heeft een bijzondere lozingsvoorwaarde van 0,2 mg/l en haalt deze norm vlot (op 1 uitschieter na). De drie resterende bedrijven halen het indelings criterium niet en zijn er een aantal hoge uitschieters;
• Hg: 5 van de 8 bedrijven halen de sectorale norm. De andere bedrijven vertonen hoge uitschieters. Geen enkel bedrijf haalt het indelings criterium, de rapportagegrens van de analysemethode van bedrijf 2 is gelijk aan het indelings criterium. De uitschieters en verhoogde waardes zijn vermoedelijk te wijten aan het gebruik (eventueel in het verleden) van kwikhoudende thermometers en elektrodes;
• Cu: voor lozing op oppervlaktewater is de sectorale norm kleiner dan het indelings criterium. De meetresultaten van bedrijf 3 voor lozing in oppervlaktewater overschrijden zowel de sectorale norm als het indelings criterium. Voor lozing op riool halen 2 bedrijven de sectorale norm. Het indelings criterium wordt door geen enkele rioollozer gehaald. Bedrijf 6 heeft een bijzondere lozingsvoorwaarde die het niet haalt omwille van een 20tal uitschieters;
• Ni: alle meetresultaten blijven onder het indelings criterium, met uitzondering van bedrijf 6;
• Pb: alle meetresultaten (op enkele uitschieters na) blijven onder de sectorale norm en 6 van de 8 bedrijven blijven onder het indelings criterium. Voor bedrijf 6 zijn er 3 duidelijke perioden van verhoogde waardes waarvoor tot op heden geen verklaring voor gevonden is;
• Zn: De eerste twee bedrijven die op oppervlaktewater lozen halen het indelings criterium (die gelijk is aan de sectorale norm), het derde bedrijf niet. Bij de rioollozers wordt de sectorale norm door alle bedrijven gehaald, met uitzondering van bedrijf 6. Door 1 bedrijf wordt ook het indelings criterium gehaald;
• AOX: De meetgegevens voor AOX zijn van slechts 2 bedrijven afkomstig, daardoor kunnen er geen conclusies worden getrokken voor de ganse sector. Het merendeel van de meetwaarden blijft wel onder de sectorale norm, op enkele uitschieters na.