Το όζον στην επεξεργασία υγρών αποβλήτων

Η επεξεργασία νερού και λυμάτων με αέριο όζον (Ο3), κερδίζει συνεχώς έδαφος τα τελευταία 20 χρόνια ειδικότερα στις βιομηχανικές εφαρμογές, αντικαθιστώντας σταδιακά και σταθερά το χλώριο. Το όζον είναι ένα ισχυρό οξειδωτικό μέσο και ασφαλέστερο στην χρήση συγκρινόμενο με άλλα οξειδωτικά μέσα.

Στην φύση το όζον - ένα άχρωμο αέριο με αποπνικτική οσμή - σχηματίζεται κατά την έκθεση του οξυγόνου είτε σε ηλεκτρικές εκκενώσεις υψηλής τάσης, είτε από την υπεριώδη ακτινοβολία. Στην στρατόσφαιρα, όπου συναντώνται οι προαναφερθείσες συνθήκες παραγωγής του, το όζον υπάρχει σε πολύ μεγάλες ποσότητες.

Στο επίπεδο της θάλασσας, είναι πολύ δύσκολο να βρεθεί όζον και σε περίπτωση που ανιχνευθεί είναι πολύ ασταθές. Έτσι οι συνήθεις συγκεντρώσεις ανίχνευσης όζοντος είναι γύρω στα 0.1ppm και το αέριο έχει χρόνο ζωής γύρω στα 30 λεπτά, από εκεί και πέρα μετατρέπεται σε οξυγόνο. Σαν αποτέλεσμα όλων των ανωτέρω είναι το γεγονός ότι οι βιομηχανικοί χρήστες παράγουν όζον από τον αέρα ή από αποθηκευμένο οξυγόνο. Λόγω του μικρού χρόνου ζωής το όζον χρησιμοποιείται αμέσως μετά την γέννηση του.

Η οσμή που εκλύει το όζον το καθιστά αμέσως αναγνωρίσιμο. Από υγιεινολογικής άποψης η έκθεση σε 1.000 ppm όζοντος για 30 δευτερόλεπτα μπορεί να προκαλέσει έναν ελαφρύ ερεθισμό, ενώ η ισοδύναμη έκθεση σε αέριο χλώριο συχνά αποβαίνει μοιραία.

Η μη σταθερότητα του όζοντος συντελεί στο να βρίσκει εφαρμογή στην επεξεργασία λυμάτων. Το δυναμικό οξείδωσης του όζοντος είναι 2,07 V. Αυτό επιτρέπει να διασπά τις οργανικές ενώσεις τις οποίες άλλα οξειδωτικά αδυνατούν να οξειδώσουν.

Σε θερμοκρασίες αέρα περιβάλλοντος, 30°-35°C, το όζον αποσυντίθεται σε οξυγόνο και ρίζες υδροξυλίου, κάθε ένα από τα οποία έχει ένα δυναμικό οξείδωσης υψηλότερο από αυτό του όζοντος. Αν και οι ομάδες ελεύθερων ριζών έχουν χρόνο ζωής πολύ μικρό, η δράση τους συντελεί στην ολική δράση του όζοντος.

Παραγωγή όζοντος

Το όζον παράγεται από ατμοσφαιρικό αέρα που έχει υποστεί κατάλληλη επεξεργασία, ή από καθαρό οξυγόνο. Το αέριο όζον παράγεται με ηλεκτρική εκκένωση ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια τάσης 10 έως 20 κιλοβόλτ.

Η αντίδραση παραγωγής όζοντος λαμβάνει χώρα σε κατάλληλο αντιδραστήρα που καλείται οζονιστήρας. Ο οζονιστήρας αποτελείται από ένα οριζόντιο ή κατακόρυφο κυλινδρικό δοχείο εντός του οποίου υπάρχει ένας ορισμένος αριθμός ανοξείδωτων σωλήνων προσαρμοσμένων σε μία συμπαγή κατασκευή και κολλημένων στα δύο σταθερά άκρα του δοχείου.

Από την εξωτερική πλευρά των ανοξείδωτων σωλήνων και εντός του δοχείου ρέει το υγρό ψύξης (νερό) με σκοπό την αποκομιδή της αναπτυσσόμενης θερμότητας κατά την παραγωγή του όζοντος. Αυτή η μέθοδος κατασκευής αποκλείει οποιανδήποτε επαφή του υγρού ψύξης με τα ηλεκτρόδια ψηλής τάσης.

Οι μεταλλικοί σωλήνες παίζουν τον ρόλο θηκών εντός των οποίων εισέρχονται οι ειδικά βαθμονομημένοι γυάλινοι σωλήνες, των οποίων η εσωτερική μεταλλική επιφάνεια αποτελεί τα ηλεκτρόδια ψηλής τάσης.

Στο διάκενο μεγάλης ακριβείας το οποίο σχηματίζεται μεταξύ της εσωτερικής μεταλλικής επιφάνειας των σωλήνων και της εξωτερικής γυάλινης επιφάνειας, παράγεται η ακριβής ποσότητα του όζοντος. Σε κάθε μεταλλική θήκη εισέρχεται ένας γυάλινος σωλήνας.

Το υψηλό δυναμικό που εφαρμόζεται ανάμεσα στο μέταλλο και στην μεταλλική επιφάνεια των γυάλινων σωλήνων (ηλεκτρόδια ψηλής τάσης), παράγει μία αθόρυβη ηλεκτρική εκκένωση κατά μήκος των σωληνώσεων. Κάτω από αυτές τις συνθήκες παράγεται το αέριο όζον το οποίο εξέρχεται από το δοχείο στην ζητούμενη συγκέντρωση.

Συμπερασματικά το όζον παράγεται «επιτόπου», με μοναδικές απαιτήσεις ηλεκτρική ενέργεια και νερό ψύξης.

Απολύμανση υγρών αποβλήτων

Όπως το χλώριο, έτσι και το όζον αποτελεί ένα από τα πιο διαδομένα απολυμαντικά μέσα. Έχει πολύ ισχυρότερη και ταχύτερη απολυμαντική δράση από το χλώριο (300-3000 φορές), επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα αποτελεσματικότερη καταστροφή των ιών.

Στην περίπτωση του χλωρίου ο οξειδωτικός φορέας είναι το υποχλωριώδες οξύ και απαιτείται η διάχυση του μέσα από την κυτταρική μεμβράνη για την καταστροφή του κυτταρικού υλικού. Αντίστοιχα η υπεριώδης ακτινοβολία, ουσιαστικά δρα ως «στειρωτικό» των μικροοργανισμών, επιδιώκοντας να εμποδίσει τον πολλαπλασιασμό τους. Αντίθετα το όζον δρα απευθείας και καταστρέφει την ίδια την κυτταρική μεμβράνη, ενώ δεν επηρεάζει ουσιαστικά το pH με αποτέλεσμα να μην απαιτούνται πρόσθετα για τη διόρθωση του.

Η γενοκτόνος δράση του όζοντος για την καταστροφή των κυτταρικών δεσμών ακόμη και στην περίπτωση των ιών, απαιτεί υπολειμματικές συγκεντρώσεις μεταξύ 0,2 και 0,5 mg/l με χρόνο επαφής 6 min (4 στο καθαρό νερό), ενώ η συνήθης δοσολογία είναι περίπου 5 mg/l.

Αντίστοιχα αποτελεσματική είναι και η χρήση όζοντος για την απολύμανση πόσιμου νερού, τομέας στον οποίο εφαρμόζεται εδώ και 80 χρόνια στην Ευρώπη και την Αμερική.

Απόσμηση

Οι οργανικές ενώσεις που περιέχουν θείο και άζωτο είναι κύριες αιτίες των οσμών. Μικρές ποσότητες όζοντος της τάξης των 1-2 mg/l, προστιθέμενες στο νερό είναι ικανές να οξειδώσουν αυτές τις ενώσεις.

Παράλληλο όφελος της ικανότητας απόσμησης του όζοντος είναι ότι εμποδίζει την επανεμφάνιση των οσμών. Σημειώνεται ότι η ροή αερίου αποτελεί κατά 95% από ατμοσφαιρικό αέρα με αποτέλεσμα οι αερόβιες συνθήκες που δημιουργούνται κατά την επεξεργασία με όζον να αποκλείουν το σχηματισμό οσμών.

Η δράση του όζοντος στην αφαίρεση οσμών στηρίζεται αφενός στην αντιμικροβιακή δράση μέσω οξείδωσης των πρωτεϊνικών δομών (βακτηρίων ή ιών) και αφετέρου στην οξείδωση των οσμηρών ενώσεων, ή το σχηματισμό ασταθών ενώσεων με τους φορείς των οσμών (π.χ. ουρία, φαινόλες).

Αποχρωματισμός υγρών αποβλήτων

Τα χρωμοφόρα είναι γενικά οργανικές πολυκυκλικές ενώσεις με εναλλασσόμενους απλούς και διπλούς δεσμούς που μπορούν να χρωματίσουν τα λύματα. Η επεξεργασία με όζον διασπά, με οξείδωση, τους διπλούς δεσμούς με αποτέλεσμα τη διαύγαση του νερού.

Το απόβλητο επεξεργάζεται με όζον μετά την έξοδό του από την εγκατάσταση βιολογικής επεξεργασίας και η συνήθης δοσολογία ποικίλει από 50-150 mg/l, ανάλογα με την προέλευση του αποβλήτου, τη θερμοκρασία του και το βαθμό της προηγούμενης επεξεργασίας.