RELAZIONE TECNICA

PREMESSE GENERALI SULLA TECNOLOGIA

DISINFEZIONE CON OZONO

Stato fisico
gas
formula chimica
O3
caratteristiche chimiche
fortemente ossidante
colore
debolmente azzurro
odore
pungente
Punto di fusione
-192,5° C
Punto di ebollizione
-111,9° C

L'ozono è la molecola triatomica dell'ossigeno.

L'ozono è un organismo composto da tre atomi di ossigeno (O3) presente allo stato naturale nell'atmosfera.

E' il più potente tra gli ossidanti ( 10 volte il doro) e permette di distruggere batteri, virus e funghi e altri agenti organici con grande efficacia.
Essendo un gas molto instabile, viene prodotto in prossimità dell’utilizzo, utilizzando una scarica elettrica che separa gli atomi della molecola di ossigeno.
L’ozono si distingue per alcune importanti peculiarità quali:

  1. l'elevato potere ossidante
  2. l'energica azione disinfettante
  3. l'assenza di odore e sapore conferiti all'acqua
I VANTAGGI DELL'OZONO

I vantaggi fondamentali dell'ozono sono:

  • efficace su tutte le superfic
  • tempi di azione estremamente ridotti
  • nessuna formazione di residui tossici di qualsiasi tipo
ESEMPI DI IMPIEGO DELL'OZONO

IMPIEGO DELL'OZONO - PROPRIETÀ'

Le applicazioni dell'ozono si basano soprattutto sulle grandi capacità disinfettanti che questo gas dimostra di avere.
L'ozono, grazie al suo grande potere ossidativo, è in grado 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 si presta per i seguenti impieghi.
  1. Trattamento dell'aria
  2. Trattamento delle acque
  3. Applicazioni industriali e di laboratorio
    1. TRATTAMENTO DELL'ARIA
        1. Deodorazione /disinfezione degli ambienti confinati e con protocollo HACCP
          • Cucine,ristoranti, mense
          • Alberghi
          • Scuole
          • Ospedali
          • Vagoni ferroviari
          • Cabine di navi
          • Bagni pubblici
          • Trasporti pubblici


      1. Distruzione di ossido di carbonio in locali di prova motori
      2. Distruzione di funghi, trasmigrazione di odori
      3. Rallentamento della maturazione della frutta, deodorazione delle celle frigorifere
      4. Negli impianti di stabulazione e negli allevamenti di animali;
      5. Nella lavorazione della salumeria, carni, budella, formaggi e latticini in genere;
      6. Igienizzazione delle condotte di aria condizionata, trattamento aria impianti biologici, industrie, vasche di fermentazione e di compattazione fanghi;
      7. In abbinamento ai filtri elettrostatici per abbattere polveri, fumi, esalazioni oleose (lavorazioni con macchine utensili)


  1. TRATTAMENTO DELLE ACQUE (SECONDO DIRETTIVA CE 98.3 DEL 3/11/1998)

    Acque primarie
    1. Trattamento delle acque ad uso potabile per disinfezione, sterilizzazione anche con impianti mobili;
    2. Trattamento acque di piscine con disinfezione sul ricircolo;
    3. Trattamento acque di lavaggio delle bottiglie o contenitori in genere;
    4. Trattamento acque di stabulazione mitili (cozze ) ed acquacoltura;

    Acque secondarie
    1. Trattamento delle acque di scarico da biologico pubblico da riutilizzare per irrigazione ( disinfezione );
    2. Trattamento acque industriali contenenti: ferro fenoli, cianuro, cromo esavalente, tensioattivi, coloranti, etc.;
    3. Trattamento acque di scarico, cartiere, concerie, tintorie, stamperie, etc.
    4. Sulle acque di scarico dopo i trattementi biologici per acque di riciclo e di irrigazione, per distruggere o trasformare tensioattivi, fenoli, cianuri, cromo esavalente, per azione sui doppi legami in certi composti o essenze sulle acque di superficie da utilizzare come acque industriali o dirette alla potabilizzazione in azione, oltre che sui batteri, anche sui virus, ove necessario altro elemento (Cloro, ipoclorito) non potrebbero agire ed ove occorrono tempi brevi di azione e di contatto (0.3 mg/Ozono per litro di acqua sono in grado di inattivare i virus al 99.99%)
  1. APPLICAZIONI INDUSTRIALI E DI LABORATORIO
    1. Candeggio di tessuti, setole, olii, cere, etc.
    2. Trattamento delle essenze utilizzate per profumi, dolciumi, etc.
    3. Trattamento del malto nella produzione della birra;
    4. Ossidazione ferro e metalli ferrosi in genere
    5. Controllo della gomma e degli elastomeri alla ossidazione nel tempo
    6. Sterilizzazione dei contenitori alimentari;
    7. Sterilizzazione dei ferri chirurgici
    8. Sterilizzazione di ambienti sanitari, sale operatorie, ambulanze, ambulatori, etc.
RAFFRONTO CLORO - OZONO
Raffronto sull'azione del cloro e dell'ozono nella potabillizzazione delle acque
AZIONE CLORO OZONO
Odore Sgradevole Nessuno
Sapore Sgradevole Nessuno
Colore Tendente al giallo Incolore
Potente ossidante Buono Inferiore solo al fluoro
Attività antibatterica Molto variabile da specie a specie Spettro di attività batterica molto ampio
Attività antivirale Praticamente nessuna Elevata
Attività distruttiva sugli elementi Lieve Elevata
Attività distruttiva su alghe e protozoi Lieve Elevata
Attività distruttiva sui miceti Lieve Elevata
Attività distruttiva su spore e cisti Lieve Elevata
Attività distruttiva su microcontaminatori (idrocarburi, fenoli, detergenti, sostanze coloranti, pesticidi) Da nessuna a lieve Elevata
Attività su molecole organiche sgradevili (odore e sapore) Nessuna Elevata
Meccanismo reazione produzione intermedia Ossidazione indiretta con produzione di cloramine, clorofenoli ecc. Ossidazione diretta con ossigenazione dell'acqua

NB.

Inoltre l'ozono consente di eliminare dall'acqua potabile alcune sostanze quali ferro, manganese, trialometani, fenoli, composti organici vari che disturbano il corretto impiego dell'acqua o risultano dannosi per la salute.
Vengono inoltre migliorate le caratteristiche organolettiche dell'acqua (odore, colore e sapore) senza formazione di compositi secondari indesiderati.

Tempi per la distruzione di: 
microrganismi
batteri
protozoi
virus
protozoi
virus
muffe
fermenti

Tempi indicativi per la distruzione di microrganismi con ozono

Strep. Lactis
0'14''
Strep. Aureus
0'10''
Sarcina Lutea
0'44''
Escherichia coli
1'00''
Staphilococcus
10'00''
Pyogenes Aureus
10'00''
Vibrio Cholerae
20'00''
Salmonella Typi
3'00''
Paramecium
5'30''
Saccharomyces elipsoideus
0'22''
Saccharomices sp.
0'29''
Lievito per pane
0'14''
Morbo del Legionario
19'00''
Microbacterio Paratubercolosis
20'00'
Virus Ebola
20'00''
Mosaico del tabacco
12'15''

Tempi indicativi per la distruzione di BATTERI

Strep Lactis
0'14''
Strep. Hemollyticus (alpha Type)
0'09''
Staph aures
0'10''
Staph Albus
0'10''
Micrococcus sphaeroides
0'25''
Sarcma Lutea
0'44''
Pseudonomas Fluorescens
0'10''
Listeria Monocitogenes
0'11''
Proteus Vulgaris
0'13''
Serrala marcenses
0'10''
Bacillus subtilis
0'18''
Bacillus subtilis spores
0'36''
Spirillum rubrum
0'10''
Eschenchia coli
TOO''
Salmonella typj
3'OQ'1
Shigella dissenteryae
l'oo"

Tempi indicativi per la distruzione di PROTOZOI

Strep. Lactis 0'14''
Strep. Aureus 0'10''
Sarcina Lutea 0'44''

Tempi indicativi per la distruzione di VIRUS

Bacteriphage ( E. Coli )
0'10''
Tabacco mosaic
12'15''
Influenza
Q'10"

Tempi indicativi per la distruzione di MUFFE

Pencilim roqueforti 0'45''
Pencilim expansum 0'36''
Pencilim digitarum 2'26''
Aspergillus glaucus 2'26''
Aspergillus flavus 2'45''
Rhizopus nigricans 6W
Mucor racemosus (A) 0'58"
Mucor racemosus (B) 0'58''
Oospora lactis 0'18''

Tempi indicativi per la distruzione di FERMENTI

Saccriaromyces elipsoideus 0'22'
Saccharomyces sp. 0'29''
Saccharomyces cerevisiae 0'22''
Lievito di birra (Tir
Lievito di pane 0'14''

Tempi indicativi per la distruzione di ALCUNI AGENTI BIOLOGICI IMPIANTI CONDIZIONAMENTO

Morbo del legionario 19'
Legionella pneumophila  
Legionella SPP  
Microbacterio Paratubercolosis 20'
Virus eboia 20'
Virus respiratorio sincinuale 21'
Tabella esemplificativa
Tabella che esemplifica in modo eloquente i risultati di ottima disinfezione dell'acqua utilizzando l'ozono.
I microorganismi sono stati inoculati in quantità elevate, non riscontrabili in natura. 
(prova eseguita presso l'università di Padova)


SPECIE MICROBICA SPECIE MICROBICA TASSO DI MICROORGANISMI PER 1ml 

CONC O3 mg/l
TEMPI DI CONTATTO (minuti)
1 3 5 10
 
Escherichia Coli
700.000.000
2.600.000.000
0.24
0.30
0
2000
0
200
0
0
0
0
 
Salmonella Typhy
1.600.000.000
2.750.000.000
0.46
0.78
0
10
0
0
0
0
0
0
 
Shigella Dissenteryae
180.000.000
2.750.000.000
0.54
0.72
0
2000
0
700
0
500
0
400
 
Brucella Abortus 38.500.000 0.72 0 0 0 0
 
Staphylococcus Pyogenes Aures
130.000.000
4.000.000.000
0.24
0.18
10
40
0
30
0
20
0
0
 
Vibrio Cholerae
9.000.000
2.750.000.000
0.48
084
0
350
0
120
0
95
0
15
Relazione CNR - IRSA
Physico-chemical treatments

The present situation

Because of their higher costs with respect to biological treatments, physico-chemical water and wastewater treatments are essentially used to remove, degrade or recover non-biodegradable inorganic (e.g., metals) and organic (e.g., pesticides) pollutants.

From the environmental standpoint, the main problems associated with these pollutants are their increasingly frequent occurrence in groundwater resources used for drinking purposes and the growing difficulties that economically significant industries (e.g., tanneries, textiles, paper-mills, olive oil-industry) have in achieving the COD limits fixed by existing and expected future regulations at reasonable costs.

Of course, pollutants recovery and reuse represents the most desirable option. However, since, even when possible, such an option can be implemented only by means of rather expensive technologies such as ion exchange and membrane filtration, it is economically feasible only in the case of really valuable species that can be reused in industrial processes.

In all other cases - the majority - the technologies employed are aimed solely at removing the contaminants. Metals (ions), which cannot be degraded, are normally removed by chemical precipitation, although this produces large quantities of toxic sludge that must be disposed of in the environment. As non-biodegradable (recalcitrant) organic pollutants can be either physico-chemically removed or chemically degraded, several different options are available for controlling their concentration in water and wastewater (i.e., stripping, adsorption, membrane filtration, chemical oxidation, etc). The choice of the most appropriate option has to be made case by case, even taking into account the fact that each of them is characterized by specific drawbacks respectively related to air contamination, disposal of exhausted carbon and/or membrane concentrates and formation of toxic oxidation by-products.

It can be easily argued, then, that except for chemical-oxidation processes, using all the above technologies merely shifts pollution problems from one phase (the liquid) to another (solid, liquid or gaseous).

Current trends and related technological and scientific implications

According to the above considerations, the present need for more "environmentai~friendly" technologies is driving research in two main directions, i.e., in the case of metals, towards reducing the costs of removal and recovery technologies by seeking new and cheaper natural or synthetic ion-exchangers and membranes: in the case of organics, towards the development of new oxidation processes for transforming pollutants into C02 (Advanced Oxidation Processes = AOP) or into more biodegradable intermediates (integrated Physico-Chemical + Biological Processes).

From the scientific standpoint, the selectivity of the above new materials has to be compared with that of those currently available and any resulting differences need to be explained on a scientific basis. From the technological point of view, instead, the possibility of recovering the metals removed from exhausted materials by means of innovative processes (e.g., combustion) is a topic of great interest.

Referring to recalcitrant organic pollutants, one of the most interesting scientific issue is the analytical identification of oxidation by-products in order to assess whether their toxicity is greater or less than that of their parent compounds. In addition, much remains to be done in order to achieve a full understanding of the structural modifications caused by the oxidation processes leading to recalcitrant pollutant biodegradability enhancement.

From the technoiogical standpoint, one of the latest trends is that of trying to set up integrated processes by which nonbiodegradable effluents are partially oxidized in order to improve their biodegradability and then biologically treated in order to avoid the costs of full chemical oxidation treatment.

IRSA-CNR Research

The main IRSA-CNIR achievements in the field of metals removal and recovery include the set up of three processes named MEXICO (Metal Extraction Xanthate Inertization and Chemical Oxidation), IERECHROM (ion Exchange Recovery of CHROMium) and IERAL (ion Exchange Recovery of Aluminum). In particular, the MEXICO process can be used to remove metals such as Hg, Ag, Cu, Cd and Ni first removed by selective precipitation of insoluble metal-xanthate complexes which are then recovered for recycling by oxidative treatment of the precipitates. In the IERECHROM process), Cr(111) is selectively removed from segregated tannery industry streams by means of carboxylic ion-exchangers. The concentrated Cr(111) solution resulting from the regeneration of exhausted exchangers carried out using H202 at basic pH is recycled in tanning baths. By means of the IERAL process, after acid (pH 3.5) elution of sludge containing aluminium and iron ions (e.g., sludge resulting from the coagulation step carried out at potabilization plants) the metals are selectively removed and recovered by selective ion-exchange. The highly pure metal solutions obtained after ion-exchange resin regeneration can easily be recycled back to the potabilization plants.

In the field of non-biodegradable pollutants, the possibility to enhance the biodegradability of industrial wastewater by means of a partial oxidation has been demonstrated by treating with ozone real textile wastewater.

Some interesting recent results concerning micro-pollutants occurring in groundwater resources indicate that when methyi-thio-triazines (i.e., a class of herbicides widely used all over Europe) are present during water chlorination (i.e., disinfection) they are rapidly removed and sequentially transformed into by-products whose toxicity decreases progressively.

Herbicide (prometryne) degradation and associated by-products formation during groundwater disinfection by chlorine COD and BCOD trends during real textile wastewater ozonation

Toxicity reduction occurring during prometryne contaminated groundwater disinfection by chlorine

Herbicide (prometryne) degradation and associated by-products formation during groundwater disinfection by chlorine

COD and BCOD trends during real textile wastewater ozonation

Toxicity reduction occurring during prometryne contaminated groundwater disinfection by chlorine