Antaño los equipos de generación de ozono eran el único método para el tratamiento de agua en las torres de refrigeración. Aunque hoy existen más procedimientos, también persisten ideas erróneas acerca de la utilidad de esta sustancia, que podrían resolverse si aclaramos cuáles son sus capacidades y limitantes como oxidante, así como su potencial benéfico en la higienización de los sistemas de enfriamiento
Eleazar Rivera
El ozono es una molécula que simbólicamente se representa como O3, debido a que se conforma por tres átomos de oxígeno. El aire (02) es un gas que contiene dos átomos de oxígeno, pero cuando se le aplica energía suficiente, como la descarga eléctrica de un trueno o una fuerte radiación ultravioleta (UV), se divide en átomos individuales. Cuando éstos se juntan con otra molécula de oxígeno, se forma el ozono (O3), el cual es una sustancia inestable y que fácilmente se revierte en oxígeno.
El ozono también es fungicida, esporicida, desinfectante, esterilizador y un biocida oxidante sumamente efectivo. Es capaz de provocar la muerte instantánea de microorganismos al entrar en contacto con la pared celular. A diferencia del cloro que oxida las enzimas de la bacteria, una vez que entra por difusión en la pared celular.
Este gas es amigable con el medioambiente, pues su tiempo de vida media es de aproximadamente 20 minutos en agua limpia, mientras que en agua contaminada es más corta, debido a que es consumido por microorganismos, VOC y otros compuestos.
Producción comercial
El ozono es producido de la misma forma como lo hace la naturaleza, es decir, por medio de descargas eléctricas y radiación ultravioleta. A este método se le denomina “descarga de corona”, ya que el aire seco u oxígeno pasa a través de un campo electrificado (corona) generado por un alto voltaje entre terminales positivas y negativas. A su vez, el alto voltaje divide el oxígeno molecular en atómico para posteriormente reaccionar entre sí.
Cuando se usa aire del medioambiente se produce entre uno y dos por ciento de ozono en peso del aire alimentado, mientras que al emplear oxígeno puro, este porcentaje se incrementa de 6 a 12 por ciento.
La radiación natural es simulada a través de lámparas UV. El aire pasa a través de una cámara formada por un escudo (espejo) y las lámparas; la luz ultravioleta puede crear o destruir el ozono, dependiendo de su longitud de onda, pero generalmente ésta es de 185 nanómetros (nm), mientras que la destrucción se lleva a cabo a 254 nm. Este método produce bajos niveles de ozono y es utilizado en aplicaciones pequeñas.
También puede producirse por medio de reacciones electrolíticas y químicas, como se observa en la figura 1.
Figura 1. Formación de ozono
¿Cómo es inyectado el ozono?
Típicamente se inyecta al agua a través de un venturi, con un mezclador estático instalado inmediatamente para asegurar una adecuada disolución entre el ozono y el agua. Otra alternativa habitual es la difusión, método que consiste en la inyección de O3 a presión a través de difusores, para crear una columna de burbujas similar a las de un difusor de aire en un acuario.
Figura 2. Instalación típica de un ozonificador en línea
Aplicaciones iniciales
En sistemas de enfriamiento de agua, los problemas más comunes son incrustación, depósitos, corrosión y bioensuciamiento. Actualmente, hay una amenaza aún mayor: la aparición de bacterias patógenas como la Legionella Pneumophila. Una de las soluciones a este problema se encuentra en la actualización del estándar ANSI/ASHRAE 188-2015, que alude a la gestión de riesgos de esta bacteria con potencial mortal para el ser humano. El crecimiento microbiológico es una preocupación porque contribuye y amplifica la deposición y la corrosión, ya que actúa como núcleo o catálisis de estos problemas.
En un inicio, la aplicación de ozono demostró que removía depósitos de minerales, pero sólo cuando se presentaba crecimiento biológico (el cual actúa como un pegamento que mantiene unidos los depósitos). Cuando la capa de O3 destruyó la capa microbiológica, los cristales que estaban ahí depositados fueron dispersados. En sus inicios, algunos fabricantes comercializaron el ozono como inhibidor de incrustaciones y corrosión. Desgraciadamente el gas falló en la prevención de depósitos minerales, tales como sobresaturación, dureza y alcalinidades excesivas. Además, tampoco sirvió como preventivo de bioensuciamiento en condiciones no biológicas.
Los biocidas oxidantes y no oxidantes eran utilizados para controlar el crecimiento microbiológico. Los primeros son hipoclorito, dióxido de bromo y cloro, mientras que los segundos son compuestos órgano-sulfurados.
La mayoría de los biocidas tiene un impacto negativo sobre el medioambiente, por tal motivo hay una presión cada vez mayor para reducir su aplicación en el agua de purga, especialmente si ésta es descargada a redes fluviales.
Figura 3. Micrografía de la bacteria Legionella Pneumophila
Limitaciones
Debido a su corta vida, el ozono tiende a desaparecer rápidamente con el paso del tiempo. A medida que se aleja del punto de inyección, su eficacia desinfectante decrece.
En sistemas con largas tuberías, el ozono no puede viajar lo suficiente, lo que las deja vulnerables al crecimiento microbiológico en las zonas más lejanas. Esta situación puede remediarse con la inyección de O3 en varios puntos estratégicos del sistema. Adicionalmente, puede aplicarse un biodispersante para penetrar y remover bacterias sésiles (que crecen en superficies), de modo que puedan convertirse en planctónicas (flotando en el agua). Esto permite que sean transportadas hasta el o los puntos de inyección para su destrucción.
No es recomendable aumentar los niveles de ozono para elevar el residual en el agua, ya que una alta concentración puede afectar los productos químicos para el tratamiento. Asimismo, incrementa la corrosión en áreas cercanas a los puntos de inyección, destruye sellos, juntas u otros componentes del sistema.
El ozono no discrimina en términos de qué es lo que va a oxidar. Si es utilizado como desinfectante en agua que contiene otro tipo de materia no biológica, ésta también consumirá ozono para oxidarse, por lo que podría no haber suficiente gas residual para lograr la desinfección prevista. Para contrarrestar esta situación, debe generarse mayor cantidad de ozono; sin embargo, esto elevará los costos de operación.
Medidas de seguridad
Según la Agencia de Protección del Medio Ambiente (EPA, por sus siglas inglés), las mismas propiedades químicas que permiten a la alta concentración de ozono reaccionar con la materia orgánica, también le dan la capacidad de hacerlo con el material orgánico que forma parte del cuerpo. Cuando es inhalado, el ozono puede dañar los pulmones. Cantidades relativamente bajas son capaces de causar dolor en el pecho, tos, dificultad para respirar e irritación de garganta. El O3 puede empeorar enfermedades crónicas respiratorias como el asma y disminuir la capacidad del organismo para combatir infecciones respiratorias.
La EPA hace una clara distinción entre el ozono que se encuentra en la atmósfera superior e inferior. El primero es denominado estratosférico, y ayuda a filtrar la dañina radiación ultravioleta proveniente del sol. El segundo puede ser dañino para nuestro sistema respiratorio.
La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA, por sus siglas en inglés) ha establecido un umbral y valor límite (11V) para la exposición al ozono de 0.1 miligramos por litro (mg/L), más de ocho horas por día, cinco días a la semana; o bien, 0.3 mg/L por 15 minutos continuos de exposición. Así, en lo que respecta a la calidad de aire interior, el reporte del Comité de Salud Ambiental (EHC, por sus siglas en inglés) de ASHRAE recomienda manejar niveles de ozono menores a las 10 partes por billón.
Eleazar Rivera. Presidente de ASHRAE Capítulo Monterrey 2017-2018. Químico Industrial egresado de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León y maestro en Finanzas por la Escuela de Graduados en Administración e Ingeniería Industrial de la misma facultad. Cuenta con orientación en Ciencias de los Materiales, además de experiencia en el área de Investigación y Desarrollo en Electroquímica, Aplicaciones en Química del Agua y en la comercialización de proyectos HVAC.
