Aplikace ozónových technologií

ZÁKLADNÍ INFORMACE

Když je kyslík ve vzduchu vystaven elektrickým výbojům, jeho dvojatomové molekuly se rozštěpí do jednotlivých atomů, které se znovu spojují. Některé z těchto znovu vytvořených molekul obsahují tři atomy místo dvou - toto nové seskupení se nazývá ozón (ze tří molekul O2 vznikají dvě molekuly O3). Vzhledem k nahromaděné energii v molekule je ozón méně stabilní a rozpadá se samovolně na O2.

Než dojde k rozpadu, rychle působí jako silný oxydant na bakterie, viry a plísně. Ozón je přibližně 3500-krát silnější okysličovadlo než samotný kyslík. Ozón tak i v malých a pro člověka neškodných úrovních, zabíjí výše uvedené anaerobní pathogeny. Oxiduje také všechny škodlivé znečišťující látky na mnohem méně nebo úplně neškodné sloučeniny. Například kysličník uhelnatý CO je možná nejznámější toxický plyn. Není ho vůbec cítit a váže se s lidskou krví 600-krát rychleji než kyslík. Je to skutečný zabiják. Ozón přidá jedovatému kysličníku uhelnatému jednu molekulu kyslíku a tím jej přemění na kysličník uhličitý CO2, což je neškodný plyn, který vdechujeme ve velkém množství. CO2 se již nedá více oxidovat. Rostliny CO2 vdechují během dne, přeměňují uhlík na své buňky a kyslík vydechují.

Ozón vyrobený přírodou působí na své okolí tak, že kontroluje přírodní znečišťující látky tak, aby nepřevládly na zemi a neučinili ji neobyvatelnou. Oblasti s vysokým znečištěním jako jsou města, postrádají v ovzduší ozón, protože je spotřebován všemi škodlivinami, které jsou vypouštěny do ovzduší z automobilů, továren apod. Když si vyjdete na venkov do hor, můžete vdechovat osvěžující vzduch, protože přírodního ozónu je tam dostatek a měl možnost odstranit škodlivé oxidační látky. Ujasněme si, co to znamená, řekneme-li svěží vzduch a co činí vzduch svěžím.

Vysoká úroveň kyslíku, nízké, ale měřitelné úrovně ozónu, velmi málo prachu a žádné okysličení schopné chemikálie. Po bouřce s blesky, déšť spláchne prach, blesky vytvářejí ozón a tím odstraňují všechny oxidace schopné plyny, zabíjejí pathogeny. A výsledek? S potěšením se můžeme zhluboka nadechnout. Bouřky doprovázené blesky jsou častější na horách, kde během slunečních dní vzniká sluneční činností ultrafi alové záření a přetváří tak malou část kyslíku na ozón. Nemocní lidé byli po staletí posíláni do speciálních vysokohorských středisek, často s vynikajícími výsledky. Ozón je desinfekční prostředek. Všimli jste si, že chřipkové období přichází na podzim a s obdobím dešťů? V tomto období mraky omezují UV záření a bakterie a viry se mnohem snáze udržují v ovzduší.

Když je ve vzduchu přebytek ozónu, zabíjí všechny bakterie, viry i plísně. Ozón v přirozené formě tvoří koncentrace ve vzduchu okolo 0.02ppm, ale může dosáhnout až 0.10ppm. Při této úrovni je schopen udržet pathogeny v přijatelné míře a přitom není ještě škodlivý vůči vyšším formám života jako jsou ryby, ptáci nebo člověk. Ozón nezpůsobuje přírodě žádnou škodu, pouze dlouhodobé vystavení nepřirozeně vysokým úrovním ozónu může vést k nevolnosti, později k bolestem hlavy a ke kašli, což nás přinutí opustit příslušný prostor a vyhledat lepší vzduch, aniž bychom utrpěli trvalou újmu.

Symptomy toxicity ovzduší jsou napadáni hlavně lidé, kteří jsou jí vystaveni. Zdravotní potíže se mohou ukázat okamžitě nebo až po létech vystavení špatnému vzduchu. Okamžité následky zahrnují podráždění očí, nosu a hrtanu, ucpání nosních dutin, bolení hlavy, horečku, krátkost dechu, točení hlavy, žaludeční nevolnost, neklid, alergické reakce, kýchání, suchý kašel a únavu. Dlouhodobé účinky vystavení těmto symptomům zahrnují: rozedmu plic, astma a jiné nemoci dýchacích cest, přecitlivělost, alergické reakce sliznice nosní, otravu kysličníkem uhelnatým, chřipku, zápal plic, srdeční nemoci a rakovinu. Všechny tyto potíže mají jednu společnou věc, a to, že jsou oxidační. Když jsou vdechovány, zvyšují požadavek na kyslík v lidském těle a tak zbavují tělo kyslíku. Většinu nemocí vytvářejí pathogeny jako jsou bakterie, viry, plísně atd., tj. které jsou anaerobní - nevyžadují vzduch nebo volný kyslík. To znamená, že mohou bujet pouze při snížené úrovni kyslíku. To vysvětluje, proč je důležité dýchat svěží vzduch.

Nové budovy jsou projektovány a stavěny s vysokým stupněm izolací. Snižování energetické náročnosti bohužel vede i k zamezení přirozené výměny vzduchu v objektech. Zároveň jsou pro vnitřní vybavení interiérů používány syntetické materiály, ze kterých se samovolně uvolňují ředidla a jiné nežádoucí látky. Jejich akumulace v budovách spolu se špatnou ventilací způsobuje tzv. „Syndrom nezdravých budov (SBS)“. Stejné problémy však můžeme nalézt i v soukromých domech. Pro své specifi cké vlastnosti se proto ozón používá již řadu let k úpravě vody, neutralizaci pachů, bakterií, různých druhů virů a plísní.

Univerzální dezinfekční činidlo na vodu

K dezinfekci tříatomovým kyslíkem (ozónem) dochází prasknutím buněčné stěny. Je to účinnější metoda než použití chloru, které závisí na difúzi do protoplazmy buňky a pasivování enzymů. Hladina ozónu 0.4ppm po dobu čtyř minut se ukázala jako dostatečná pro zabití všech bakterií, virů, plísní a hub.

Když byla měřena efektivnost ozónu jako dezinfekčního činidla, byla do určitého dávkování dezinfekce malá nebo vůbec žádná. Při vyšších dávkách účinek výrazně stoupal. Pro úplnou dezinfekci musí být v roztoku udržován nadbytek reziduálního ozónu, aby bylo zaručeno, že budou kontaktovány všechny živé organizmy.

Dosud nebylo nalezeno antibiotikum, které by bylo účinné v celé oblasti virů. Existují indikace, že viry DNA, jako např. „Herpes“, jsou zahrnuty v lidské rakovině, protože organizují genetický materiál hostitelské buňky, aby vyprodukovaly nové viry. Ozón bude deaktivovat viry i při velmi nízkých reziduálních koncentracích . V případě dětské obrny odstraní již pouhé 0.012ppm všechny virové buňky za méněnež 10 sekund.

Plísně a padlí jsou snadno kontrolovány ozónem přítomným ve vzduchu a ve vodě. Lamblie a cysty kryptosporidií jsou citlivé na ozón, ale nejsou ovlivněny normální úrovní chlóru.

Kontrola chuti a zápachu

Většina chutí a zápachů v dodávkách vody pochází z přírodní nebo umělé kontaminace organickým materiálem. Bakteriální rozklad humusového materiálu dodává chuť povrchovým vodám. Akce řas a aktynomycet dává vzniknout nežádoucím chutím. Chlorování humusových materiálůvede k chlorofenolům. Které mají mnohem silnější zápach a mnohem odlišnější chuť, než původní fenol a chlor, který nereagoval. Většina těchto pachů je úpravou ozónem odstraněna. Dokonce některé sloučeniny síry, jako například sirovodík, merkaptany nebo organické sulfi dy, lze pomocí ozónu okysličit na sírany.

Odstranění těžkých kovů

Ozón oxiduje přechodové kovy do jejich vyššího stavu oxidace, ve kterém obvykle tvoří méně rozpustné kysličníky, které je pak snadné odstranit fi ltrací. Např. železo je při rozpuštění ve vodě v železnatém stavu. S ozónem vytváří trojmocné železo, které je dále okysličeno ve vodě na hydroxid železitý - molekulu, která je velmi nerozpustná a sráží se. Další kovy, jako např. arzén (v přítomnosti železa), kadmium, chróm, kobalt, měď, olovo, mangan, nikl a zinek mohou být zpracovány podobným způsobem. Při úrovních ozónu nad 4ppm vznikne nicméně rozpustný hypermangan, který se projeví růžovou barvou.

Odstranění zabarvení

Povrchové vody jsou obvykle zbarveny přírodními organickými látkami, jako jsou huminové kyseliny, fulvokyseliny nebo taniny. Tyto sloučeniny vznikají při rozkladu vegetativních materiálů a obecně se vztahují ke kondenzačním produktům fenolových sloučenin, sdružily dvojatomové vazby mezi atomy uhlíku. Pokud se řada dvojných vazeb rozšíří na dvacet, objeví se absorpce vody ve viditelném spektru. Ozón obvykle ruší organické dvojné vazby. Když je zrušeno více těchto dvojných vazeb, barva zmizí. Povrchová voda může být obvykle odbarvena, když je upravována 2 - 4ppm ozónu.

Ozón versus chlor

Když se porovnává účinnost dezinfekce, je ozón 25-krát efektivnější než kyselina chloritá (HOCL), 2500-krát než chlornan (OCL) a 5000-krát než chloramin (NH2CL). Tyto výsledky jsou měřeny porovnáním konstant CT - koncentrace x čas, potřebný k zabití 99.99% všech mikroorganizmů. Chlor reaguje s organickými materiály a tvoří organické látky obsahující chlor, jako chloroform, tetrachlor, metylchlor a další, obecně známé jako trihalometany (THM). Ozón nereaguje významně s THM, neboť jsou odolnější k oxidaci - dosažení plné oxidace trvá velmi dlouho. Některé THM jsou odstraněny jako důsledek fyzikálního vystřelování v průběhu zavzdušňování směsí ozón/vzduch.

Odstraňování řas

Ozonizace vody kontaminované řasami oxiduje a nechá vyplavat řasy na povrch nádrže. Ozón také okysličí metabolické vedlejší produkty řas a odstraní nežádoucí zápach a chuť.

Zlepšená koagulace a odstranění zákalu

Oxidací rozpuštěných organických látek ozónem vznikají polární a nabité molekuly, které mohou reagovat s vícemocným hliníkem nebo vápníkem a tvořit usazeniny. Úprava povrchové vody pomocí až 0.05ppm ozónu má za následek snížení kalnosti, zlepšenou usazovací schopnost a snížení počtu částeček. Tato úprava, označovaná jako předozonizace, destabilizuje koloidní látky s výsledným snížením množství koagulantu, potřebného pro vytvoření čirého filtrátu.

Reakce ozónu s organickými látkami

Ozón reaguje rychle s většinou jednoduchých organických sloučenin a nenasycených mastných sloučenin, jako vinylchlorid, 1.1-dichlóretylén, p dichlorbenzen, benzen apod. Ale reaguje pomalu s komplexními aromatickými látkami a nasycenými mastnými sloučeninami. Ozón bude degradovat mnoho organických sloučenin, jako např. cukry, fenoly, alkoholy, a tím, jak tyto látky degraduje, proměňuje se opět na kyslík.

Sloučení ozónu s peroxidem vodíku vytvoří velmi aktivní hydroxylové ionty, které iniciují nukleofi lní útok na organické sloučeniny. To může mít za následek přemístění halogenů a dalších funkčních skupin jako aminů a sulfidů.

Rozpustnost ozónu

Rozpustnost ozónu [mg/l] závisí na teplotě vody a koncentraci ozónu v plynné fázi.
Plynný O3 5°C 10°C 15°C 20°C
1.5% 11.09 9.75 8.4 6.43
2.0% 14.79 11.19 11.19 8.57
3.0% 22.18 19.50 16.79 12.86

Pokud jsou ve vodě přítomné látky, které se mohou okysličit, rozpustí se a zvětší se požadavky na množství ozónu. Jedním z omezujících faktorů je účinnost použitého zařízení na přenos hmoty. Při použití Venturiho trubice větší turbulence a menší bublinky usnadňují přenos hmoty. Když se používají bublinkové difusory, měl by být vodní sloupec nejméně 5m.Vyšší koncentrace ozónu ve vodě způsobí prudší oxidaci i odolnějších organických sloučenin.