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Ozono

L'ozono (O3, stato allotropico dell'ossigeno) e' un gas instabile composto da tre atomi di ossigeno; esso si produce principalmente sottoponendo l'ossigeno a scariche elettriche, a radiazioni ultraviolette ed anche ad alcuni processi chimici.
A temperatura ambiente l'ozono è un gas incolore, di odore acuto e penetrante. La soglia di percettibilità olfattiva per l'uomo è a concentrazioni tra 0.02 e 0.05 ppm, pari a circa 1/20 della soglia di concentrazione definita sicura per un tempo di esposizione di 15 minuti ed a circa 1/4 della soglia di esposizione definita sicura negli ambienti di lavoro.
Allo stato di formazione (effetto Corona), l'ozono si presenta di colore violetto, dimostra sempre una notevole instabilità e tende a decomporsi velocemente con l'aumento della temperatura. Per le ragioni sopra esposte, l'ozono deve sempre essere prodotto sul luogo di utilizzo, non potendo essere conservato allo stato gassoso che per brevissimi periodi.

L'ozono è un forte agente ossidante, capace di reagire con sostanze organiche dotate di doppio legame (insature) e questa sua caratteristica è stata prontamente utilizzata in molti processi di trattamento acqua ed aria. Il suo effetto battericida, funghicida e inattivante dei virus è noto da lungo tempo (Sonntag, 1890).
Dal 1906 esiste a Nizza il primo impianto di purificazione acque municipali con ozono. Attualmente grandi città come Amsterdam, Mosca, Parigi, Torino, Firenze, Bologna e Ferrara possiedono impianti che forniscono acqua potabile prelevata da fiumi e trattata con ozono. Il vantaggio dell'ozono sui prodotti che sviluppano cloro libero, utilizzati 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), e genera una minore quantità di sottoprodotti dannosi.

A convalida dell'assoluta compatibilità dell'ozono, nelle giuste misure, con le attività umane, dal 26 giugno 2001 la FDA ammette l'impiego di ozono anche nei processi produttivi dell'industria alimentare. L'ozono è impiegato per la disinfezione dell'acqua imbottigliata sin dal 1982 e dal 1984 tutte le piscine di nuoto dei giochi olimpici devono essere purificate con ozono. Nel luglio 1996 con protocollo n. 24482, il Ministero della Sanità ha riconosciuto l'ozono come "PRESIDIO NATURALE PER LA STERILIZZAZIONE DI AMBIENTI".



PROPRIETÀ CHIMICO- FISICHE DELL'OZONO
Formula molecolareO3
Principali caratteristichegas ossidante
Peso molecolare48,0
Concentrazioni in fase gasfino al 18% in peso in ossigeno
Punto di ebollizione-111,9 ºC
Punto di fusione-192,7 ºC
Temperatura critica-12,1ºC
Pressione critica54,6 atm.
Densità2,14 kg O3/m3 @ 0ºC 1013mbar
Densità relativa (sull'aria)1,7
Solubilità in acqua3 ppm a 20 ºC
DH di formazione144.7 kJ/mole
Angolo di legame116º
Potenziale elettrochimico-2,07 V
Infiammabilitànon-infiammabile nelle concentrazioni e pressioni di utilizzo comune
Prodotti pericolosi di decomposizionenessuno



La solubilità dell'ozono in acqua è superiore a quella dell'ossigeno e dipende dalla temperatura e dalla concentrazione dell'ozono in fase gas.

Temperatura dell'acqua(ºC)Concentrazione dell'ozono in fase gas (% peso)
0.1 %1.0 %1.5 %2.0 %3.0 %
Solubilità dell'Ozono (mg/l)
50.747.3911.0914.7922.18
10

9.7513.0019.5
15

8.4011.1916.79
20

6.438.5712.86
250.353.535.297.0510.58
300.272.704.045.398.09


L'ozono è un gas instabile e quindi risulta importante conoscerne i tempi di decomposizione. Per l'ozono in soluzione i tempi di dimezzamento (tempo necessario per dimezzare la concentrazione) dipendono da molti fattori. In particolare si può evidenziare la dipendenza dal pH (T=21ºC, D=1 bar):

  • A pH=6.0, circa 20 minuti
  • A pH=7.0, circa 15 minuti
  • A pH=8.0, circa 5 minuti

Nelle condizioni standard.

Anche la dipendenza dalla temperatura è significativa. A pH=7:

  • a T=15 ºC, circa 30 minuti
  • a T=20 ºC, circa 20 minuti
  • a T=25 ºC, circa 15 minuti
  • a T=30 ºC, circa 12 minuti

In fase gas la decomposizione è in teoria molto più lenta:

  • a T=-50 ºC, circa 90 giorni
  • a T=-35 ºC, circa 8 giorni
  • a T=-25 ºC, circa 18 giorni
  • a T=20 ºC, circa 3 giorni
  • a T=120 ºC, circa 1,5 ore
  • a T=250 ºC, circa 1,5 secondi

In pratica la decomposizione è normalmente molto più rapida per l'influenza di parametri quali umidità, presenza di sostante organiche, presenza di catalizzatori di decomposizione.

TEMPI DI ESPOSIZIONE PER DIFFERENTI CONCENTRAZIONI IN ARIA E CONSEGUENZE SULL'ORGANISMO UMANO

In ragione dell'elevato potere ossidante, l'ozono in fase gas ad alte concentrazioni può essere pericoloso per la salute, in particolare per quanto riguarda le vie respiratorie.

La concentrazione massima ammissibile per ambienti di lavoro con esposizione 8 h/g - 5 gg/settimana è pari a 0,1 ppm. Una concentrazione di 1 ppm può essere tollerabile per brevi esposizioni (es. 15'). Concentrazioni di 100-1000 ppm possono risultare fatali anche in breve tempo.
In ogni caso la sensibilità all'ozono dipende molto dalla singola persona e dai parametri ambientali, in primo luogo la temperatura. Si consiglia infatti di usare particolare cautela in ambienti a temperatura elevata.

Il grafico seguente esemplifica gli effetti dell'ozono sulla salute umana per diverse concentrazioni e diversi tempi di contatto.


Minore rischio è associabile all'esposizione della pelle ad ozono in soluzione, anche perché in tale caso le concentrazioni sono normalmente molto basse. Nelle situazioni in cui persone vengono esposte ad acqua contenente ozono (es. piscine), normalmente la principale preoccupazione resta la possibilità di un accumulo nell'ambiente sovrastante dovuto a fenomeni di degasazione.

PROPRIETÀ DISINFETTANTI DELL'OZONO NELL'ACQUA

L'ozono, grazie al suo grande potere ossidante, è in grado di danneggiare le pareti cellulari e di rompere i grossi componenti macromolecolari che sono alla base dell'integrità vitale di cellule batteriche, funghi, protozoi e virus. Questa sua potente azione disinfettante ad ampio spettro d'azione viene utilizzata sia nella disinfezione delle acque, per la potabilizzazione, che nel trattamento delle acque reflue.

Comparazione degli effetti generali dei disinfettanti nell'uso potabile

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