Introducción al uso del ozono en la desinfección de agua. Descripción de los avances tecnológicos en la fabricación de Ozonizadores y en las Instalaciones de los mismos. Ventajas del uso de la ozonización en la desinfección y mantenimiento del agua de Acuarios Marinos
INTRODUCCIÓN A LA OZONIZACIÓN
¿EL OZONO?
El ozono (O3) es una variante del oxígeno que
existe en la atmósfera y que es absolutamente imprescindible para que se
mantenga la vida en nuestro planeta. El ozono se crea a partir del oxígeno
mediante descargas eléctricas, similares a las producidas durante las tormentas
(recuerde el olor característico que se percibe después).
Se halla en la naturaleza en mayor o menor proporción,
dependiendo del grado de purificación del ambiente, por lo que el ozono es el
mejor y mayor descontaminante natural que disponemos para renovar el aire que
respiramos.
En el año 1.758, M. VON MARUM, investigando con máquinas
electrostáticas, observó la presencia de un olor característico, fenómeno que
hizo constar en sus conclusiones.
Igual le sucedió en el año 1.801 a CIUKSHANK, al efectuar
la electrólisis del agua.
Hasta 1.840 no se logró clasificarlo, siendo el científico
SCONBEIN quien lo bautizó, llamándolo "OZONO", nombre que proviene
del griego y que significa "Olor".
Desde 1.840 a 1.863 se pensó que se trataba de un peróxido
del hidrógeno, hasta que
SORET confirmó el hecho de que se trataba de un compuesto
en donde aparecen solamente átomos de oxígeno y además dio la fórmula.
Si bien fueron muchos los científicos que trataron de
determinar sus características, sólo M.P. OTTO fue el que logró determinar su
densidad, peso molecular, etc., logrando además producirlo y controlarlo
artificialmente.
SIEMENS, en 1.857, construyó el primer generador de ozono
por efluvio eléctrico.
¿QUÉ ES POR TANTO EL OZONO?
El ozono es una forma alotrópica del oxígeno. Su molécula,
O3, se produce a partir de la activación de la molécula de oxígeno, según la
reacción endotérmica:
64.800 cal + 2 O3
⇔
3 O2 H
= 68 KCalorías.
Observamos, que para formar dos moléculas de ozono se
necesitan tres moléculas de oxígeno.
La fórmula propuesta por LAURY y LEWIS, basada en los
llamados enlaces semipolares, permite entender las propiedades atribuidas al
ozono, en su acción frente a otros compuestos químicos.
Bastan concentraciones pequeñas de ozono, (del orden de
los 0,2 mg O3/m3 de aire) para poder comprobar las
ventajas que ofrece y que iremos enumerando en sucesivas separatas, desglosando
su utilidad en los distintos campos, a saber: Ambientes públicos,
esterilización y tratamiento de aguas, cámaras frigoríficas, etc.
En el agua presenta gran solubilidad, medida ésta por el
coeficiente de equilibrio entre la fase líquida y la fase gaseosa para unas
mismas condiciones de presión y temperatura.
No obstante, el equilibrio sólo se alcanza en el momento
en que todas las materias reductoras existentes en dichas fases se han oxidado.
Queda siempre una parte de ozono en el agua, siempre que nosotros estemos
aportando ozono para neutralizar la acción de materias reductoras que se puedan
ir formando, y el agua esté purificada y apta para el fin a la cual se ha
destinado.
En condiciones normales de presión y temperatura, el ozono es inestable; aumentando dicha inestabilidad por aumento de temperatura y humedad, llegando a ser total por encima de los 200 ⁰C.
- Después de lo anteriormente expuesto podemos decir que el ozono es:
- Después del flúor, el compuesto más oxidante, debido a su facilidad de captar electrones.
- De fácil descomposición.
- En estado gaseoso es ligeramente azul; azul oscuro en fase líquida y rojo oscuro en fase sólida.
- Presenta estructura molecular típicamente angular entre los tres átomos de oxígeno que componen su molécula.
- A igualdad de condiciones, es más estable en el agua que en el aire.
CARACTERISTICAS DEL OZONO
Peso
molecular. 48
Temperatura de
condensación. 112
⁰C
Temperatura
crítica. 12.1 ⁰C
Temperatura de fusión. 192.5 ⁰C
Presión
crítica. 54 atm.
Densidad (líquido a -182 ⁰C). 1,572
gr/cm3
Peso del litro de gas (a 0 ⁰C y 1
atm.). 2,144 gr
Es 1,3 veces más pesado que el aire.
EL OZONO COMO DESINFECTANTE DE AMBIENTES
El ozono, en el ámbito industrial, está siendo cada vez
más utilizado como agente desinfectante, gracias a su fuerte poder bactericida
y fungicida.
En tratamiento del ambiente, el ozono es un eficaz
desodorizante, y sus aplicaciones son tantas y tan variadas que sería
innumerable su relación, siendo su campo habitual solucionar problemas de
olores producidos por aglomeración de personas, humedad, tabaco, animales, etc.
Su poder desinfectante queda fuera de toda duda al ser
utilizado desde hace varias décadas como elemento indispensable en la
conservación de alimentos perecederos, y de forma más actual en sistemas de
aire acondicionado conducido, cría de animales en granjas estabuladas y, en
fin, todos aquellos lugares susceptibles de contaminación bacteriológica o
riesgo de contagio (vestuarios, colegios, hospitales, gimnasios, etc.).
EL OZONO EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA
El ozono ha sido utilizado desde principios de siglo como
agente desinfectante para el tratamiento del agua de grandes ciudades.
Por la filosofía de trabajo TRIOZON, el ozono se aplica en
la desinfección de agua en la desinfección de agua en el ámbito doméstico, y a
nivel industrial en granjas, depósitos de azotea, industria alimentaria,
pequeñas piscinas, hostelería, ...
El ozono es hasta 3000 veces más rápido en su actuación
que el cloro, y no forma compuestos que puedan ser perjudiciales para la salud.
Con ozono aseguramos la perfecta potabilidad del agua de consumo sin alterar su
riqueza mineral ni producir olores o sabores desagradables. Es, simplemente,
agua pura.
Para la aplicación en tratamientos de aguas de todo tipo y
de elevados caudales se necesitan equipos de elevadas concentraciones de ozono en el fluido portador.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EFICACIA DE LA OZONIZACIÓN
Es conveniente aquí considerar los diferentes factores
propios de cada instalación de ozono, bien por sus condiciones de estabilidad,
bien por sus condiciones de aplicación.
Temperatura
La relación entre la concentración de ozono y la
temperatura es inversa; a mayor temperatura, menor concentración de ozono
disuelto en el agua, para volumen de agua de aportación y tasa de ozono
constantes. Es lo que se conoce como índice CxT, muchos autores lo utilizan
para valorar las instalaciones.
La estabilidad del ozono disminuye con la temperatura de
tal modo que, en sistemas en los que la temperatura sea cercana a los 50 ⁰C no
se esperan buenas eficiencias de tratamientos con ozono debido a dos fenómenos:
- la rápida descomposición de ozono en oxígeno a
dicha temperatura.
- la reducción de la solubilidad en agua, tanto del ozono como de cualquier otro gas, al aumentar la temperatura (Ley de Henry).
pH y salinidad
Tanto el pH como el contenido de sales TDS del agua son
muy importantes a la hora de diseñar los programas de desinfección de los distintos
sistemas usando los desinfectantes habituales (cloro, yodo, permanganato
potásico, agua oxigenada, etc.).
En el caso del ozono, se ha demostrado que tanto la
conductividad como el pH, no influyen significativamente en su efectividad
desinfectante.
Estos hechos sitúan al ozono en una situación favorable
respecto a otros germicidas debido a que la legislación vigente para la
prevención de legionelosis, por ejemplo,
se recomienda el uso de desinfectantes cuya eficacia no dependa del pH.
Presencia de contaminantes
La presencia de contaminantes en el agua reduce la efectividad biocida del ozono, ya que éste se consume en la eliminación de dichos contaminantes. Los más habituales son la DQO, que puede estar presente de forma natural o bien incorporarse con el aire de entrada al generador, y la dureza del agua (se recomienda ablandar y/o filtrar previamente el agua de aporte si ésta supera los 500 mg/L de CaCO3).
Diseño o configuración de la instalación de riesgo
Hay que tener en cuenta varios aspectos:
Contacto con el agua
La aplicación de ozono por inyección directa en el seno
del agua, se verá condicionada por la columna de agua existente entre el punto
de inyección y la superficie del agua, así como por la temperatura de la
interfase. (Ley de Henry).
Instalación propiamente dicha (Tuberías)
Forma en que están dispuestos y conectados entre sí los
distintos elementos que componen la instalación.
En general, a mayor número de elementos que generen
turbulencia (codos, cambios de sección, irregularidades, etc.) mayor será la
disolución de ozono en agua, pero de la misma forma mayor será también la
velocidad de descomposición en oxígeno y menor será el tiempo de la acción de
desinfección.
EL USO DEL OZONO EN ACUARIOS
INTRODUCCIÓN
El uso del ozono para el tratamiento de agua de en los
acuarios era muy limitado en la década de los años 60 y principios de los 70.
Pero esto es igualmente una realidad para el uso del ozono
en la desinfección de aguas potables, en este caso, nos interesa hablar de
grandes ciudades.
Una vez demostrado el poder desinfectante, los ingenieros consultores en las construcciones de grandes acuarios, tanto de agua dulce, como salada, se planteaban como una posible solución a los problemas clásico de los acuarios y de los acuarios de arrecife que son de agua salada.
No fue hasta mucho más tarde década de los 90 donde los
expertos en construcción de acuarios estaban convencidos de los magníficos
resultados.
Por muy importante y efectivo que sea un proyecto, si
resulta más caro que la propia instalación donde se proyecta, será prohibitivo
utilizarlo.
Y es objeto de otro estudio diferente pero la evolución de
la tecnología de la fabricación de ozono ha hecho que a finales de los 90 ya los
costes eran menos de la mitad que a principios, y ahora aún se sigue
investigando para abaratar los costes de inversión.
Y como resumen de todo lo anterior el gráfico adjunto muestra que en 1990 el rendimiento de producción, medido en peso, sobre el fluido portador era, como máximo del 5%, y a finales de los 90 estaba ya en el 15%. Es otro de los campos importantes dentro de la investigación de la tecnología de producción de ozono.
VENTAJAS DEL OZONO EN ACUARIOS
Las exhibiciones de vida marina o dulce en los acuarios y
parques de atracciones representan un reto para los biólogos encargados de la
operación y que cuidan la calidad del agua.
Debido a los grandes volúmenes de agua que fluyen dentro de
este sistema, el reemplazo continuo del agua no es económico ni práctico.
Por lo tanto, las aguas de la exposición se deben reciclar
continuamente a través de sistemas que comprenden
filtración y ozonización para proteger a los animales, así como mantener la calidad
de agua adecuada para fines estéticos.
COMPARTIMENTACIÓN
Todos los grandes acuarios, en realidad son un conjunto de acuarios diferentes y es muy importante que cuando se diseña un acuario se tenga muy en cuenta el concepto de compartimentación, por las siguientes razones:
- Se manejan millones de litros de agua salada.
- Miles de ejemplares diferentes.
- Centenares de especies diferentes.
- Procedencia de diferentes océanos en el mundo.
Todo lo anterior obliga a construir decenas de acuarios
diferentes, con aguas “diferentes”, en temperatura, especies, etc…
No estamos entrando en las diferencias de las distintas
especies y/o ejemplares frente al ozono, que exigirá un control férreo de la
concentración de ozono por m3 de agua, e incluso habrá que ozonizar
el agua para obtener los beneficios y reducirle el ozono a trazas para
aportarla al acuario.
Cuando el estudio de ozonización es una parte del proyecto
del acuario todo será más fácil, que cuando un acuario ya en funcionamiento
desee utilizar ozono para mejorar el agua.
Pero eso será objeto de un estudio-informe diferente a éste.
VENTAJAS
En líneas generales, hoy en día los ingenieros, biólogos, etc... Consultores, están de acuerdo en las siguientes ventajas:
- Oxida la materia orgánica tales como las deyecciones de los peces.
- El agua llevará un TDS (Total de Sólidos Disueltos) algunos de los cuales son susceptibles de precipitación por el efecto coagulante-floculante débil del ozono.
- Provocará una microfloculación de materia orgánica.
- Desestabilizará las partículas coloidales.
- Desinfecta el agua
Pero esta enumeración se puede detallar mucho más, entre los beneficios que presenta el uso del ozono tenemos:
- Depuración de amoniaco.
- Eliminación de olores desagradables.
- Destrucción de microorganismos patógenos: bacterias, hongos e incluso algunos virus, elevando la calidad microbiológica del agua, evitando contagios y enfermedades en las especies.
- Oxigenación del agua circulante, por lo que vamos más allá de la mera desinfección.
- Eliminación de algas.
- Ahorro en reactivos purificadores.
- Reducción de la turbidez del agua gracias a que facilita la coagulación de la materia coloidal que normalmente no es retenida.
- Acción decolorante, que unido a lo anterior proporciona al agua un aspecto de transparencia y cristalinidad.
- Eliminación hormonas, vitaminas, medicinas y compuestos químicos nocivos en el agua.
- Oxidación de la materia orgánica que se acumula en del agua, restos de alimento degradado, incluyendo toxinas y metales pesados, reduciendo la acumulación.
- Aumento en el potencial Redox.
- La descomposición de los nitritos tóxicos aumenta a la vez que baja el recuento de bacterias, disminuyendo así el riesgo de enfermedades para los peces.
- Los componentes que producen el color amarillo en el agua son eliminados, permaneciendo el agua cristalina.
- Disminuye el estrés en las especies y por ende disminuyendo la agresividad de algunas especies.
- Hay compuestos que los filtros convencionales no eliminan, debido a su tamaño pequeño o a su estructura molecular tan fuerte, sin embargo el ozono rompe estas cadenas haciéndolas biodegradables.
- Se reduce entre ello el contenido de nitritos y amoniacos.
Lo principal es que el ozono acelera de forma espectacular
la cadena:
AMONIACO → NITRITOS → NITRATOS
En las grandes instalaciones de acuarios es más fácil, ya
que se puede insuflar el ozono en la zona de succión de agua de las bombas, y ya
que la distancia para llegar al acuario suele ser bastante, se garantiza que el
ozono se convierta en oxígeno en ese recorrido.
Se debe intentar conseguir una lectura del potencial Redox de 250 - 350 mV, en el caso de acuarios solo para peces; y de 350 - 450 mV para los invertebrados más sensibles. En ningún caso se debe mantener niveles cercanos o superiores a 500 mV.
Para obtener las lecturas entes señaladas se utiliza como
máximo 1 gr O3/h de ozono por cada m3 de agua marina a
tratar, y de 3 a 5 g/hr por cada m3 de agua dulce.
Siempre hay que observar detalladamente peces, plantas,
invertebrados y algas, ya que todos los acuarios son distintos y la naturaleza
no sigue reglas matemáticas.
En un Gran Acuario, siempre habrá excesos de ozono, que
habrá que destruir con un destructor de ozono. Instalado en la cámara de
mezcla.
El ozono, con un potencial de óxido-reducción de 2,07 V, es un gas tremendamente oxidante que destruye con eficacia cualquier agente patógeno, siempre que se utilicen las dosis adecuadas.
Al igual que con la esterilización UV, la dosis es una función entre la concentración de ozono aplicada y el tiempo de contacto. Las dosis de ozono utilizadas varían mucho en función de las necesidades de cada sistema.
Las instalaciones de ozonización cuentan de manera general
con un generador de ozono, un sistema de inyección, una cámara o columna de
contacto, un destructor de ozono sobrante y un control totalmente automatizado.
Antes de que el aire entre en el reactor, suele filtrarse y
secarse para reducir la humedad y aumentar la eficiencia del generador.
Hoy en día, se consigue doblar la producción útil de un
ozonizador alimentándolo con oxígeno, y se puede hacer con facilidad gracias al
desarrollo de los Concentradores de Oxígeno, que producen el oxígeno “in
situ"
A menudo se instala una cámara de contacto que aumenta el tiempo de contacto entre el agua a tratar y el ozono inyectado.
De esta manera se incrementa la eficiencia del tratamiento.
En aquellos casos donde se utiliza ozono para los Protein Skimmers (Fraccionadores de Proteínas), éstos actúan como cámara de contacto. En la cámara de contacto es necesario instalar un destructor de ozono para evitar que pueda llegar ozono al aire. Además es recomendable un detector de ozono en aire que pueda advertir de cualquier fuga.
La cantidad de ozono en el agua se mide de manera directa
(en mg/L) mediante sondas específicas, o indirectamente (en mV) a partir del
potencial Redox (oxido-reducción) del agua. Los valores de Redox recomendados
oscilan entre 200 y 400 mV en el agua, según el tipo de instalación.
Otra ventaja de la utilización del ozono en los circuitos de
recirculación reside en la claridad del agua que resulta del tratamiento, por
ello su aplicación es más frecuente en instalaciones de grandes acuarios y
otras exhibiciones públicas donde la transparencia del agua es fundamental.
CONCLUSIONES
La ozonización ya es rentable y ofrece una relación
eficiencia - precio muy importante, y tiene
que proyectarse de acuerdo con los sistemas de filtración tradicionales. Para
conseguir sinergias entre ambos sistemas.
Siempre será más eficaz una ozonización descentralizada por
acuarios que ozonizar a la entrada del agua al complejo.
Los sistemas de control que ofrecen, hoy en día, los
sistemas de ozonización, permiten una perfecta regulación de aportaciones y/o
concentraciones. Pudiendo variar las concentraciones en el agua de cada acuario
a voluntad.
En acuarios en funcionamiento habrá que estudiar las
diferentes posibilidades que se nos darán para instalar la ozonización.
Las tecnologías de ozonización son las mismas para agua
dulce que para agua de mar, lo que cambiará será las concentraciones en el aire
portador, las concentraciones en el agua (residuales), y por supuesto las
aportaciones de ozono se ajustaran según se trate de agua de mar, o agua dulce
y también si son acuarios de arrecife o no.
Zaragoza, Mayo 2022
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