L’ozono è largamente utilizzato nei grandi impianti di potabilizzazione in alternativa ai prodotti a base di cloro per evitare la formazione di sottoprodotti dannosi, ma il suo impiego si allarga anche a piccoli impianti con difficoltà di approvvigionamento dei chimici
Applicazione Ozono – Potabilizzazione e trattamento acque primarie
L'utilizzo dell'ozono nel trattamento delle acque primarie può riguardare molteplici problematiche, ma, semplificando, riguarda tipicamente la fase di pretrattamento iniziale oppure la fase finale. A seconda di dove viene utilizzato conduce a due obiettivi diversi.
- Pretrattamento iniziale: predisinfezione, ossidazione dei composti organici;
- Trattamento finale: sanificazione e disinfezione.
Elenchiamo alcuni tra i vantaggi dell'uso dell'ozono:
- Degrada composti organici complessi;
- Ha un elevato potere ossidante;
- Svolge un'energica azione disinfettante;
- Non aggiunge odore e sapore all'acqua;
- Non forma alogeno derivati;
- Inibisce la crescita algale (degrada i microinquinanti organici quali acidi umici metaboliti delle alghe);
- Innalza il potenziale redox;
- Migliora la flocculazione.
L'efficienza del prodotto disinfettante è funzione del suo potere ossidante e della sua diffusività attraverso la parete cellulare. L'ozono, tra i prodotti impiegabili come disinfettanti, è quello che possiede il maggiore potere ossidante:
| Prodotto | Potenziale |
|---|---|
| Ozono | + 2,07 V |
| Biossido di cloro | + 1,50 V |
| Ipoclorito | + 1,49 V |
| Cloro | + 1,36 V |
Ozono come battericida
Condizione necessaria per la distribuzione centralizzata dell'acqua potabile è operare una disinfezione sicura. L'azione disinfettante dell'ozono si esplica attraverso l'ossidazione della parete cellulare dei microrganismi:
- Batteri: distruzione della membrana cellulare;
- Virus: inattivazione dei recettori virali specifici utilizzati per la creazione del legame con la parete della cellula da invadere.
L'ozono svolge un'azione disinfettante superiore a qualsiasi altro prodotto ossidante, unitamente alla proprietà di non rilasciare alcun odore e sapore all'acqua.
Ozono per pre-ossidazione
L'ozono ossida i composti organici e inorganici presenti nelle acque attraverso reazioni di ossidoriduzione.
Nel caso dei metalli, l'ozono tende ad ossidare anche quelli presenti sotto forma di complessi organici, che vengono decomposti e precipitano come idrossidi insolubili.
In figura si osserva un impianto che associa la fase di ossidazione preliminare con una filtrazione tangenziale ad osmosi inversa.
Ad esempio il ferro e il manganese, spesso naturalmente presenti nelle acque di falda, ne compromettono le caratteristiche organolettiche (colore, odore, sapore).
Di seguito le reazioni chimiche di ossidoriduzione del ferro e del manganese con l'ozono.
2Fe2+ + O3 + 2H+ ⇒ 2Fe3+ + O2 + H2O E0 = + 1,30 V
Mn2+ + O3 + H2O ⇒ MnO2 + 2H+ + O2 E0 = + 0,84 V
L'ozono è un gas molto instabile in condizioni ambientali normali, perciò non può essere immagazzinato ma deve essere "creato" nel luogo e nel momento in cui serve. Questo risultato viene conseguito con apparecchiature che trasformano una parte dell'ossigeno dell'aria in ozono e che vengono installate in abbinamento alle altre apparecchiature di filtrazione.
Impianto GEOmix
Il principio di funzionamento è molto semplice:
- Il macchinario verrà alimentato ad aria compressa (l'aria è formata dal 20% di O2) oppure da ossigeno;
- Il generatore trasforma l'ossigeno O2 attraverso una scarica elettrica in ozono O3;
- L'ozono prodotto viene iniettato nell'acqua attraverso dei miscelatori dinamici;
- Nel serbatoio di contatto l'ozono ossida gli agenti patogeni o i composti inorganici; l'ozono reagito si trasforma in ossigeno;
- Un sistema di degasazione permette la rimozione totale delle bolle presenti (ossigeno e ozono);
- L'ozono residuo presente negli off-gases potrà essere eliminato da un distruttore catalitico.
Ozono per disinfezione finale
Informazioni sull'azione battericida dell'ozono
L'effetto battericida, fungicida e inattivante dei virus da parte dell'ozono è noto ed è stato studiato da lungo tempo (Sonntag, 1890): queste proprietà sono state ampiamente quantificate fino ad ottenere una dimostrazione ormai inconfutabile (Helse, 1915 e 1918; Payr, 1935; Sykes, 1968; Gould, 1981).
Kleinmann già nel 1921 dimostrò che nell'interazione dell'ozono con l'acqua il grado di purezza dell'acqua è un elemento molto importante: la maggior purezza garantisce un miglior effetto antisettico dell'ozono; questo si spiega con la perdita di una parte dell'ozono che reagisce con i componenti dell'acqua impura anziché con i germi.
L'ozono è considerato un ottimo disinfettante e sterilizzante dell'acqua e questo effetto è stato ampiamente utilizzato nella potabilizzazione delle reti idriche (Bingmann, 1954).
Il vantaggio dell'ozono sul cloro, utilizzato spesso per la potabilizzazione dell'acqua, è che il primo sterilizza nettamente meglio sia nei confronti dei batteri che dei virus; inoltre l'ozono non altera le caratteristiche dell'acqua, in particolare il sapore (Viebahn, 1977).
Strategie di disinfezione
Sia nei confronti dei virus che dei batteri, si dimostra importante determinare il corretto dosaggio di ozono necessario per ottenere la sterilizzazione. L'inattivazione di virus e batteri avviene con una reazione di tipo "tutto o nulla", nel senso che al di sotto di un "dosaggio soglia" non si osserva alcun effetto.
Nei sistemi di disinfezione finale dell'acqua occorre quindi garantire che la quantità di ozono disciolta in acqua sia coerente con il superamento di questo valore di soglia.
Normalmente si garantisce un piccolo residuo immediatamente a valle del trattamento, che, vista l'instabilità della molecola O3, tende a sparire prima di raggiungere i punti di distribuzione dell'acqua.
Per questo motivo, nei sistemi di potabilizzazione è necessario dare una copertura della rete di distribuzione con un dosaggio di prodotto persistente.
Tecnologie complementari
Per produrre un'acqua con caratteristiche di qualità elevata, anche partendo da fonti di scarsa qualità, si può associare l'ozono a molte altre tecnologie, utilizzando il criterio dei sistemi a multipla barriera.
Diamo nel seguito alcuni esempi.
Per ridurre i solidi sospesi e alcuni carichi inquinanti
- Chiariflocculatori;
- Filtrazione a sabbia in pressione o a gravità;
- Filtri autopulenti in pressione o a gravità;
- Impianti a membrana di ultrafiltrazione a fibra cava.
Per ridurre la salinità
- Impianti a membrane di osmosi inversa a spirale avvolta.
Per produrre acqua demineralizzata dove sono richiesti elevati standard specifici (alimento caldaia, PW, WFI, …)
- Impianti a resine;
- Elettrodemineralizzazione.
Norma sulle acque minerali
Riportiamo solo per uso esemplificativo alcune parti delle direttive legislative attualmente presenti sull'ozono e le acque minerali.
Direttiva 80/777/CEE: in materia di ravvicinamento delle legislazioni degli Stati membri sull'utilizzazione e la commercializzazione delle acque minerali naturali.
Articolo 4 – Paragrafo 1: "Le acque minerali naturali, quali si presentano alla sorgente, possono subire unicamente i trattamenti o le aggiunte seguenti: a) separazione degli elementi instabili, quali i composti del ferro e dello zolfo, mediante filtrazione o decantazione, eventualmente preceduta da ossigenazione, …"
In seguito è stata pubblicata sulla gazzetta europea la seguente direttiva:
Direttiva 2003/40/CE: utilizzo di ozono per il trattamento delle acque minerali.
Articolo 5 – Paragrafo 2: "Il trattamento delle acque minerali naturali con aria arricchita di ozono … c) il trattamento non provoca la formazione di residui a una concentrazione superiore ai limiti massimi stabiliti all'allegato III o di residui che possono presentare un rischio per la salute pubblica;"
ALLEGATO III – Limiti massimi per i residui di trattamento delle acque minerali naturali e delle acque sorgive con aria arricchita di ozono.
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