El ozono es un gas que se forma cuando el oxígeno es expuesto a una alta intensidad de luz ultravioleta (como sucede en nuestra estratósfera) o a un campo de alta energía (llamado descarga corona) capaz de disociar los dos átomos que lo componen y dar lugar a una nueva molécula triatómica de oxígeno. Basándose en este principio se han desarrollado generadores artificiales de ozono, para poder ser usado en la desinfección del agua en diferentes áreas industriales y agroindustriales. En la figura 1 se puede observar un esquema simplificado de un generador de ozono.
El ozono es un potente oxidante, desinfectante y desodorizante. Entre los compuestos químicos de desinfección de uso común el ozono ocupa el primer lugar en lo que respecta a potencial de oxidación. En la tabla 1 se observa una lista de los desinfectantes más usados y su fuerza de oxidación.
Posee un olor muy característico a quien debe su nombre (del griego ozon = olor). Este olor es particularmente evidente en tormentas eléctricas o descargas eléctricas puntuales. La alta inestabilidad de la molécula de ozono hace que sea necesario generarlo in situ.
Figura 1: Esquema de un generador de ozono, se observa el flujo del aire a través de la cámara de ionización, donde un campo eléctrico genera el potencial requerido para la producción de ozono
Tabla 1: Potencial de oxidación de los desinfectantes más comunes.
Después de su potencial de oxidación, las propiedades de mayor interés del ozono son su solubilidad en agua y su estabilidad en medio líquido y gaseoso, ya que son las que permiten llevar adelante su aplicación como desinfectante.
Cuando se habla de solubilidad del ozono en agua es muy importante distinguir entre la solubilidad de saturación y la que operativamente puede lograrse en un sistema de tratamiento de agua. Lo importante, en definitiva, será alcanzar una concentración suficiente para el tratamiento buscado. Este valor estará generalmente muy por debajo de la saturación.
La solubilidad es función de la concentración en fase gas, la presión del gas y la temperatura del agua. La primera depende de la tecnología empleada en la generación y el gas portador (aire u oxígeno), la temperatura normalmente no es modificada y la presión sí puede ser controlada mediante diferentes sistemas como son el empleo de tanques presurizados o torres de contacto presurizadas. Estos sistemas deben transferir el ozono desde el gas en donde es generado al líquido en donde debe ser aplicado; y junto con ello proporcionar el tiempo de contacto para que ocurra la desinfección.
Las concentraciones usuales en sistemas de tratamiento de agua van desde 0,3 a 1,5 ppm. La descomposición del ozono en agua (considerando ausencia de contaminantes) se produce por recombinación consigo mismo para transformarse nuevamente en oxígeno. Dicha descomposición será en función de la temperatura ambiental, incidencia de rayos UV y pH del agua.
La vida media del Ozono en el agua es de alrededor de 30 minutos, lo que significa que cada media hora, su concentración se verá reducida a la mitad de su concentración inicial. Por ejemplo, cuando se tienen 8 g/l, la concentración se reduce cada 30 minutos como sigue: 8; 4; 2; 1; etc.
El átomo extra de oxígeno se acopla (=oxidación) en menos de un segundo a cualquier componente que se ponga en contacto con el Ozono.
En la práctica, la vida media del Ozono es más corta porque existen muchos factores que pueden influir sobre él. Los factores son la temperatura, pH, concentración y algunos solutos. Debido a que el Ozono reacciona con todo tipo de componentes, la concentración de Ozono se reducirá rápidamente. Cuando la mayor parte de los componentes sean oxidados, el Ozono residual permanecerá, y su concentración se reducirá más despacio.
Hay que tener en cuenta que el Ozono, disuelto en agua, resulta completamente inocuo para el ser humano, dado que su acción sobre la materia orgánica provoca su rápida descomposición. La efectiva disolución en agua dependerá de muchos factores, entre los que destacan la temperatura (a partir de 40º C se degrada rápidamente), el tiempo de exposición y de servicio, el tamaño de la burbuja de Ozono a disolver en el medio líquido. La concentración aplicada siempre se verá rebajada en el momento que el agua sea empleada mediante algún dispositivo, servida al vaso de tratamiento, proyectada con una lanza o difusor, etc.
El ozono es altamente efectivo a muy bajas concentraciones. Por ejemplo en ensayos con E.coli se midieron en 1 min y con 9 microgramos/L reducciones del 99,99% (4 logs). Resultados muy similares fueron obtenidos con Stafilococus sp. y Pseudomonas fluorescentes. Para Streptococus fecalis se requirieron 2 minutos para el mismo efecto; y para Mycobacterium tuberculosis se requirieron 6 minutos.
El efecto desinfectante puede ser cuantificado en función de los valores C x t (concentración en ppm por tiempo de contacto ozono – agua en minutos). Aunque dichos valores son afectados por la temperatura, la presión, el pH, etc. podemos decir que en general un valor de Cxt = 2 ppm.min para ozono logra el mismo efecto que un valor de 500 ppm.min para cloro, 100.000 para ácido peracético en la eliminación de organismos de alta resistencia. Puntualmente para el caso de las endotoxinas el ozono ha demostrado excelentes reducciones (> 99 %) con valores de Cxt = 6. Esto constituye una rotunda ventaja ya que otros agentes de desinfección no tienen ni siquiera la capacidad de eliminar las endotoxinas
El uso del ozono se ha extendido ampliamente a diferentes industrias, a continuación una lista breve de algunas aplicaciones:
- Desinfección de agua en procesos agrícolas
- Desinfección de tanques y cañerías
- Tratamiento de efluentes
- Agua para consumo humano
- Agua en torres de enfriamiento
- Piscinas de natación
- Agua ultrapura para procesos farmacéuticos
- Tratamiento del agua para hemodiálisis
En el esquema tradicional de tratamiento de agua en diferentes industrias, el ozono comienza a ocupar un lugar importante por presentar diversas ventajas, no sólo químicas sino también operativas:
- Elimina hongos, algas y esporas
- Tiene una velocidad de desinfección muy superior al cloro
- Oxida compuestos orgánicos y biológicos sin dejar subproductos indeseados.
- Elimina eficientemente virus y endotoxinas
- Es muy fácil de eliminar por enjuague de los sistemas tratados.
- Evita el manejo de otros productos químicos peligrosos
El Ozono, al ser un gas, puede administrarse en el ambiente de dos maneras: directamente en el aire o bien mezclándolo con agua para luego pulverizar, vaporizar o nebulizar en el ambiente.
Hay que tener en cuenta que el Ozono, al ser mucho más soluble en el agua que el oxígeno, resultará más estable en el agua que en el aire.
Cuando se administra en el agua, pueden emplearse difusores para producir «burbujeo», colocándolo en el fondo de un depósito de agua, que hará las funciones de torre de contacto. Aunque resultará mucho más efectivo succionar el Ozono a través de una corriente de agua de baja presión negativa creada mediante un sistema de inyección Venturi tal como se observa en la figura 2. Estos sistemas aseguran más de un 98% de transferencia del ozono al agua de forma más controlada y constante en el tiempo, trabajan muy bien en sistemas presurizados y son de mínimo mantenimiento.
La concentración de ozono dependerá del equipo que lo genera, del sistema que lo mezcla con el agua y de los aspectos mencionados previamente como lo son el pH, la temperatura, la presión del agua y los contaminantes presentes. Para conseguir una dilución de 1 ppm de Ozono en agua, será necesario generar, como mínimo, 1 mg de Ozono por cada litro de agua.
Por tanto, 1 g de O3 = 1 m3 a 1 ppm Si se tiene un equipo que produce 30 g/hora de ozono, y un sistema que inyecta este ozono en un caudal de 7 galones/minuto (1,9 m3/h) esto sería aproximadamente equivalente a 15 ppm de ozono en el agua, bajo las condiciones anteriormente descritas. Lo cual es muy superior a lo requerido para una desinfección efectiva tal como se observa en la tabla 3. En dicha tabla se observa el elevado potencial desinfectante del ozono, que ya a bajas dosificaciones se logra. Valores mayores de ozono disuelto aceleran el proceso de desinfección que ya se logra con 0.6 ppm.
Tabla 3: Valores de concentración de Ozono para lograr diferentes estados de desinfección y su impacto en la vida acuática.
Por lo tanto, un aspecto importante del potencial REDOX es su interrelación con el concepto de esterilización, habiéndo establecido el efecto esterilizante a 750 mV. Así, el potencial redox es un indicador del grado de contaminación de un agua y del poder germicida de la misma.
Un potencial redox de 200 mV, indica que toda la gama de gérmenes posibles está presente en dicha agua. Sin embargo, simplemente pasando de 200 a 300 mV, los gérmenes se reducen del 90% al 10%. Si se aumenta el potencial a 400 mV, únicamente persiste un 1% de estos. Hay que tener en cuenta que para valores mayores de ozono disuelto, no es tan lineal el aumento en ORP y que la relación no mantiene la misma tendencia, por ejemplo entre 1,25 y 2,25 ppm de ozono el ORP en condiciones de laboratorio, aumenta sólo de 900 mV a 1000 mV.
También se puede utilizar medidores de ozono disuelto en agua, lo cual dan una medida directa de la concentración de ozono, aunque estos, suelen ser dispositivos de mayor costo económico con procedimientos complejos de ejecutar, por lo cual a la hora de determinar las concentraciones de ozono en agua, se suele trabajar con la medida del redox.
Esto explica porqué el valor redox es utilizado normalmente como medida indirecta de la cantidad de ozono disuelto que puede tener un agua, y según aumenta el potencial redox, el agua posee mayor capacidad desinfectante, ya que los microorganismos no pueden vivir en un medio tan oxidante.
Sin embargo, a la hora de saber cuánto ozono realmente tenemos en un agua, debemos tener en cuenta las condiciones que afectan a la solubilidad de ese gas, ya que no tienen porqué coincidir las dosis de ozono que se inyectan en un depósito con las cantidades de ozono que finalmente se encuentran disueltas en el agua de ese depósito.
Adaptado de “Módulo 2. La ozonización del agua” Curo profesional del Ozono. Universidad a Distancia de Madrid-UDIMA – en colaboración con Cosemar Ozono. 2020.
Adaptado de “El ABC del ozono” FG Ingeniería. https://www.nefrohospbritanico.org.ar/pdfs/abc_ozono.pdf
Referencia documental. https://topozono.com/ozono/difusion-y-efectos-del-ozono-en-el-aire-y-el-agua/