Che cos'è l'ozono?
Che cos'è l'ozono?
L’ozono è un allotropo dell’ossigeno.
Cos'è un allotropo dell'ossigeno?
Allotropo significa: “un’altra forma”. Per dirla correttamente, l’ozono è ossigeno triatomico. Una molecola di ozono, O3, contiene tre atomi di ossigeno. È una molecola altamente instabile con un’emivita molto breve (in media 22 minuti) e preferisce tornare al suo stato più stabile, l’O2. Per tornare allo stato biatomico O2, deve rilasciare un atomo di ossigeno. Il desiderio dell’ozono di rilasciare una molecola solitaria di ossigeno viene definito dai chimici come il suo potere di ossidazione. Questa naturale tendenza all’ossidazione è ciò che lo rende un disinfettante industriale così interessante.
Perché l'ozono è un disinfettante industriale così potente?
L’atomo di ossigeno non appaiato che l’ozono rilascia si attacca ad altri composti presenti nell’acqua, ossidandoli in composti diversi. Questo singolo atomo di ossigeno ossida praticamente tutti i composti organici e molti composti inorganici. Una volta ossidati, precipiteranno fuori dall’acqua.
Poiché l’ozono decompone e ossida quasi tutto ciò che entra in contatto con esso, è un disinfettante e ossidante estremamente potente. In effetti, l’ozono è più forte del cloro in termini di potenziale di ossidazione ed è la seconda sostanza chimica più forte disponibile in commercio nel settore del trattamento delle acque, dopo il radicale libero idrossile. L’ozono uccide organismi e virus attraverso la lisi cellulare, ovvero la rottura della parete della cellula, un processo, secondo l’EPA, “a cui i microrganismi non possono sviluppare immunità”. D’altra parte, alcune specie parassitarie hanno mostrato resistenza a basse dosi di cloro, tra cui le ococisti di Cryptosporidium parvum, le cisti di Endamoeba histolytica e Giardia Lamblia e le uova di vermi parassiti. Al contrario, “concentrazioni di ozono residuo di appena 0,1 mg/L riducono all’80% le popolazioni di Legionella pneumophilia nelle torri di raffreddamento”.
Perché usiamo l'ozono?
Utilizziamo l’ozono perché è uno strumento sicuro ed ecologico per trattare e disinfettare l’acqua. Essendo un ossidante così potente, non è necessario altro per pulire l’acqua dei condensatori, l’acqua refrigerata, le torri di raffreddamento, i fasci di tubi e le tubature. Rispetto ai costi di stoccaggio e alla manodopera necessaria per l’applicazione di prodotti chimici, per non parlare dei pericoli, l’ozono è un’alternativa relativamente più economica.
A parte il suo eccezionale potere ossidante, uno dei motori più forti che spingono l’ozono ad essere utilizzato è il fatto che non danneggia il nostro pianeta come il cloro. Il cloro è un cancerogeno, cioè provoca il cancro, mentre l’ozono non è un cancerogeno. Infatti, la presenza cancerogena del cloro nell’acqua potabile è, secondo l’EPA, una delle maggiori cause di cancro in America. Il cloro è diventato così popolare anni fa per la sua capacità di disperdersi in quasi il 100% di un corpo idrico e, quindi, di uccidere molti microrganismi. Questa stessa capacità di diffondersi così completamente ne rende quasi impossibile la rimozione, il che significa che l’acqua di scarico di una torre di raffreddamento trattata con cloro o di un impianto di acque reflue contiene ancora cloro quando torna nell’ambiente, dove continua a uccidere gli organismi nei nostri ecosistemi e ad accumularsi nei pesci e nei mammiferi: dai gamberi ai salmoni, agli orsi, ecc. e infine negli esseri umani. In effetti, il cloro e gli organoclorurati sono riusciti a contaminare persino mammiferi artici come le renne che vivono a migliaia di chilometri dal più vicino impianto idrico trattato con cloro. Il cloro persiste nel nostro ambiente, dove, ironia della sorte, non si trova nemmeno in natura. L’ozono, invece, è il disinfettante della natura. L’ossigeno puro è il suo unico ingrediente e quando ha finito di disinfettare ritorna ad essere ossigeno puro, in media dopo soli 22 minuti. In altre parole, non ci sono residui nocivi. È l’alternativa più ecologica e responsabile.
La generazione di ozono è una tecnologia nuova di zecca?
No. Anzi, è piuttosto antica. Wener von Siemens, un tedesco cofondatore dell’odierno gigante tecnologico Siemens AG, scoprì un metodo per produrre ozono artificialmente nel XIX secolo. La sua tecnica portò al primo utilizzo della disinfezione con ozono nel trattamento dell’acqua nel 1906. Grazie alla sua forza ed efficacia superiore come ossidante, virucida e biocida, l’ozono è diventato una delle tecnologie di trattamento dell’acqua dominanti in Europa. La sua popolarità e il suo utilizzo stanno aumentando in America, poiché gli americani sono sempre più consapevoli del suo superiore potere disinfettante e ossidante e degli effetti dannosi del cloro sulla salute pubblica, sull’ambiente e sulla qualità dell’aria. La ricerca approfondita sulla generazione di ozono ha prodotto una serie di sistemi validi, molti dei quali producono grandi quantità di ozono gassoso da iniettare nell’acqua. Il suo utilizzo è diventato così diffuso che oggi tratta l’acqua del più grande acquario del mondo a Hualien, Taiwan, e l’acqua potabile della città di Los Angeles.
PROPRIETÀ FISICHE DELL'OZONO
L’ozono (O3) è la forma triatomica e allotropica dell’ossigeno (O). È un gas instabile dall’odore pungente.
Poiché l’ozono è instabile, deve essere generato nel punto di applicazione.
La molecola dell’ozono, che ha un peso molecolare di 48, è composta da tre atomi di ossigeno legati da legami uguali ossigeno-ossigeno con un angolo ottuso di 116°49′. Questa struttura è intrinsecamente instabile ed è il motivo della potente capacità ossidante dell’ozono. L’ozono ha un potenziale ossidante pari a circa il 150% di quello del cloro. Le proprietà fisiche dell’ozono e i potenziali ossidanti comparati con quelli di altri ossidanti chimici sono riportati rispettivamente nella Tabella 1 e nella Tabella 2.
COSTI DEL SISTEMA DI OZONO
Un sistema di ozono è una tecnologia avanzata che si adatta alle esigenze di produzione. I costi del processo possono variare in base a fattori quali il volume di produzione, la concentrazione di gas, il tempo di funzionamento annuale del sistema, il metodo di alimentazione e altro ancora. Insieme ad altri autori, abbiamo preparato un’analisi approfondita su questo argomento. Leggi lo studio dettagliato qui*.
*Articoloper Ozono: Science & Engineering scritto da: Bill Mundy, Ben Kuhnel, Glenn Hunter, Robert Jarnis, Denise Funk, Susan Walker, Nick Burns, Joseph Drago, William Nezgod, Joseph Huang, Kerwin Rakness, Saad Jasim, Ron Joost, Robert Kim, James Muri, Joseph Nattress, Mike Oneby, Al Sosebee, Craig Thompson, Mickey Walsh (Fin-tek Ozone USA), Chris Shulz
TABELLA 1: COSTANTI FISICHE DELL'OZONO
| Peso molecolare | 48.0 |
| Punto di ebollizione, °Celsius | 111.9 |
| Punto di fusione, °Celsius | -193 |
| Densità del gas, 0°C grammi/litro | 2.144 |
| Temperatura critica, °C | -12.1 |
| Pressione critica, atm | 54.6 |
| Volume critico, cm3/mole | 111 |
TABELLA 2: POTENZIALI DI OSSIDAZIONE COMPARATIVI, 25°C
| COMPOUND | Volt |
| Farina (F2) | 2.87 |
| Ozono (O3) | 2.07 |
| Perossido di idrogeno (H2O2) | 1.78 |
| Permanganato di potassio (KMnO4) | 1.70 |
| Acido ipobromoso (HOBr) | 1.59 |
| Acido ipocloroso (HOCl) | 1.49 |
| Cloro (Cl2) | 1.36 |
| Biossido di cloro (ClO2) | 1.27 |
| Ossigeno (O2) | 1.23 |
| Acido cromico (H2Cr2O4) | 1.21 |
| Bromo (Br2) | 1.09 |
| Acido nitrico (HNO3) | 0.94 |
| Iodio (I2) | 0.54 |
1. Agenzia degli Stati Uniti per la Protezione dell’Ambiente, aprile 1999, EPA Guidance Manual: Disinfettanti e ossidanti alternativi. http://www.epa.gov/safewater/mdbp/alternative_disinfectants_guidance.pdf
2. Strategic Environmental Research and Development Program, febbraio 1995, Ozone Treatment for Cooling Towers – New Energy and Water Saving Technology for Reducing Cooling Tower Operating Costs, US Department of Energy. http://www.eere.energy.gov/femp/prodtech/pdfs/FTA_OTCT.pdf
3. United States Environmental Protection Agency, settembre 1999, Wastwater Technology Fact Sheet: Disinfezione con cloro. http://www.epa.gov/owm/mtb/decent/download/chlorine.pdf
4. Strategic Environmental Research and Development Program, febbraio 1995, Ozone Treatment for Cooling Towers – New Energy and Water Saving Technology for Reducing Cooling Tower Operating Costs (Trattamento con ozono per torri di raffreddamento – Nuova tecnologia di risparmio energetico e idrico per ridurre i costi operativi delle torri di raffreddamento).