Control de Olores con Ozono

¿Qué es el Ozono?

El Ozono (O3) es un fenómeno natural alotrópico del oxígeno molecular (O2) que está presente, como un constituyente gaseoso, en las altas capas de la atmósfera.

Forma un delgado escudo que rodea la tierra y la protege de los rayos del sol. Es la única sustancia en la atmósfera que puede absorber la radiación ultravioleta proveniente del sol. Este delgado escudo hace posible la vida en la tierra. La palabra ozono se deriva del vocablo griego “ozein” que significa oler. Puede notarse su aroma fosforado después de producidas descargas eléctricas en el aire y su símbolo es O3.

El ozono tiene un punto de ebullición de -111,9 °C, un punto de fusión de -192,5 °C y una densidad de 2,144 g/l.

Para su uso se obtiene, por síntesis, a partir de oxígeno y por medio de un proceso físico utilizando energía eléctrica en un aparato específico llamado “Generador de Ozono”; que emite Ozono.

Es decir, es una mezcla de dos gases en un medio plasmático en donde el Ozono efectúa una reacción en cadena sobre el oxígeno actuando como hiperoxigenante e hiperoxidante, es mucho más activo químicamente que el oxígeno ordinario y es mejor como agente oxidante.

Historia del Ozono

En 1785 el científico holandés Von Marum sometió oxígeno puro y aire atmosférico a intensas descargas eléctricas. Obtuvo como resultado una reducción de los volúmenes de los gases, por lo que concluyó que durante las descargas ocurrían reacciones químicas que daban como producto un gas de olor punzante característico.

A partir de esto, Von Marum describió al ozono científicamente, siendo el primero en hacerlo, aunque sin darle esta denominación.
Años después -en 1840- Christian Schonbein continuó con los experimentos del holandés Von Marum, dando el nombre de ozono al gas investigado, palabra que proviene del griego “ozein” cuyo significado es “oler”.

Características generales del Ozono

Debido a su inestabilidad y elevado poder oxidante, el ozono actúa rápidamente, rompiendo dobles enlaces y anillos aromáticos. Por ello se lo utiliza como agente desinfectante en distintas aplicaciones, siendo la más difundida, el tratamiento de aguas y la desinfección de aire en distintos tipos de ambientes cerrados (posee acción microbicida y desodorizante).

El O3 (Ozono) es un alótropo del oxígeno termodinámicamente inestable formado por tres moléculas de este elemento. Su energía libre estándar de formación (ΔG°f) es positiva, por lo que el proceso de descomposición en moléculas de oxígeno diatómicas (O2) es espontáneo.

En medicina se lo utiliza para desinfectar quirófanos y otras salas y para el tratamiento de distintas patologías (ozonoterapia), ya que posee numerosos efectos benéficos para el metabolismo y la salud.
En la industria de los alimentos se usa como desinfectante de superficies que estén en contacto con alimentos, conservación, desinfección y desodorización, entre otras.

El ozono es un oxidante muy fuerte y, literalmente, destruye las moléculas de sustancias orgánicas tales como bacterias y mohos, además de esterilizar el aire y eliminar los olores y gases tóxicos. Ha sido utilizado por la industria durante muchos años y en diferentes aplicaciones tales como el control de olores, la purificación del agua y como desinfectante. (Mork, 1993).

Es un gas a temperatura ambiente.
La estabilidad depende fuertemente de la temperatura y la presión.
Es un oxidante muy fuerte, pero su fuerza oxidante varía según el pH.
Es inestable.
Es 10 veces más soluble en agua que el oxígeno.
Oxida a través dos mecanismos: molecular (como O3) y radicalar (a través de radicales •OH)

¿Cómo se genera el ozono?

Un generador de ozono, u ozonizador, es capaz de producir ozono artificialmente, mediante la generación de una alta tensión eléctrica (llamada “Efecto corona”) que produce ozono, y, colateralmente, iones negativos.

Con el término “efecto corona” se quiere señalar al conjunto de fenómenos que llevan a la aparición de la conductividad del aire u otro gas alrededor de un conductor sometido a alta tensión. Siendo el origen de esta ionización la magnitud del campo eléctrico en la proximidad del conductor y en particular en las vecindades de las regiones de fuerte curvatura (efecto de puntas).

Estas descargas disruptivas generan luz, ruido audible, ruido de radio, vibración del conductor, ozono y otros productos que causan una disipación de energía que debe ser suministrada por el sistema de alimentación.

Control de olores con Ozono

El término VOCs (Compuestos Orgánicos Volátiles) se refiere a una amplia gama de diversos compuestos químicos. Todos los VOCs son productos químicos orgánicos (es decir, que contienen carbono) con una alta presión de vapor a temperatura ambiente normal.

Este grupo de compuestos se divide en categorías como aromáticos, aldehídos o hidrocarburos. Cada categoría tiene diferentes propiedades químicas, que posiblemente conducen a diversos problemas ambientales.

La emisión de VOCs en la atmósfera causa problemas ambientales.
Algunos VOCs pueden causar problemas de olor debido a su alta intensidad de olor. Tales casos a menudo se encuentran en industrias de procesamiento de alimentos y plantas de tratamiento de aguas residuales.

La toxicidad es otro problema relacionado con VOCs. Incluso si el uso de los compuestos más tóxicos ha sido estrictamente limitado, las emisiones de altas concentraciones pueden contribuir a un ambiente tóxico.
Por esta razón, existen regulaciones para reducir este peligro. Un ejemplo típico es la emisión de solventes de industrias como la farmacéutica, textil, pintura y revestimientos.

El principio del tratamiento de olores por ozonización implica la adición de Ozono (03) diluido en aire a un sistema de ventilación para evacuar los compuestos olorosos. El ozono es un oxidante poderoso y un químico muy reactivo e inestable.

El ozono trata los olores oxidando los compuestos de olor para formar productos químicos con olores menos ofensivos o posiblemente sin olor.

En largos tiempos de contacto o mezcla entre ozono y compuestos de olor y con niveles de dosificación de ozono suficientemente altos, los productos finales de la ozonización de hidrocarburos son dióxido de carbono y agua (ver Tabla 1), pero en la mayoría de los casos los productos de ozonización son productos químicos oxigenados menos olorosos. (Nebel y Gottschling, 1975).

Por ejemplo, la reacción entre el sulfuro de dimetilo, un componente conocido del olor a compost de hongos (Duns et al., 1997; Noble et al., 2001) y los compost municipales (Day et al., 1998) da como resultado la formación de olores inofensivos. dimetilsulfóxido y oxígeno:

CH3-S- CH3 + 03 a– CH3 -SO- CH3 + 02

El uso de ozono para el tratamiento exitoso de olores de varias fuentes ha sido documentado desde hace años.
El tratamiento del olor por ozonización se ha aplicado a muchas industrias o procesos, incluidas plantas de procesamiento, plantas de procesamiento de pescado, plantas de tratamiento de aguas residuales (Unangst y Nebel, 1971), plantas de compuestos de caucho e instalaciones de pulverización de pintura, así como muchas otras aplicaciones (Nebel y Gottschling, 1975).

La ozonización también se ha aplicado recientemente al tratamiento de olores de fuentes agrícolas, como la producción porcina (Van Sickle, 1999; Kim-Yang et al., 2002).

Finney (1999) informó sobre la eliminación exitosa de olores de los compost de hongos de hilera tradicionales de una granja de hongos en Columbia Británica, según lo determinado por un panel de olores, utilizando una instalación de tratamiento temporal.

La ozonización también tiene una ventaja como método de tratamiento de olores, ya que el ozono se puede generar en el sitio a partir del aire ambiente y, por lo tanto, solo requiere la inversión inicial de equipos de generación de ozono y un sistema de ventilación para recolectar gases para el tratamiento.

Hay dos tipos de demanda de ozono en una corriente de aire olorosa: demanda de ozono a corto plazo o “instantánea” y demanda de ozono “a largo plazo”, que, dado el suficiente tiempo de contacto y retención, provocaría la descomposición de todas las sustancias reactivas (ver Tabla 1) a no oloroso.

Los compuestos olorosos como los VOC (compuestos orgánicos volátiles), H2S y los ácidos grasos volátiles (VFA), se pueden encontrar en la ventilación de la cocina y en una amplia gama de industrias diferentes.

Aunque los olores no imponen necesariamente problemas de salud física, los malos olores perturban el entorno y generan quejas.

Los VOCs olorosos pueden originarse a partir de la descomposición microbiana o térmica de la materia orgánica, que es un proceso común en cervecerías, plantas de tratamiento de aguas residuales, industrias de cocina y alimentos.

Las fuentes de emisión de H2S son similares a las de los VOCs, con la principal diferencia de la presencia de compuestos de azufre en el sustrato fuente.

Por ejemplo, el material orgánico en las industrias alimentarias y plantas de tratamiento de aguas residuales contiene una concentración significativa de compuestos de azufre, lo que genera emisiones de H2S.
El H2S también es común en las cervecerías, plantas de producción de biogás, debido a la reducción anaeróbica de los compuestos de azufre en los biorreactores o digestores.

La nariz humana y la percepción del olor

La nariz humana ha ido evolucionando a lo largo de la generación del milenio desarrollando diferentes sensibilidades para diferentes compuestos. Por ejemplo, la nariz tiene una sensibilidad muy alta hacia los compuestos emitidos por la descomposición de la materia orgánica.

De esta manera, se podría evitar la ingestión de alimentos en descomposición durante el curso de la historia, previniendo las enfermedades asociadas. Los alimentos en descomposición emiten compuestos de azufre, como H2S y VOCs, como aldehídos y acetato de hexilo.

Por lo tanto, no es sorprendente que la nariz humana pueda detectar concentraciones traza de estos compuestos como se muestra en la tabla a continuación. Por otro lado, la nariz es menos sensible a los compuestos no emitidos naturalmente, como el tolueno.

Ejemplos de compuestos olorosos, carácter y umbral de olor en ppm.

CompoundCharacterOdor Threshold [ppm]
Methyl mercaptanDecayed cabbage, garlic0.002
H2SRotten egg0.01
AcetaldehydeFruity0.05
Hexyl acetateFruity green apple or banana sweet0.12
FormaldehydeAcrid, suffocating0.80
TolueneSweet, pungent2.90

Como se muestra en la tabla anterior, la concentración a la que los olores son un problema es del orden de magnitud de partes por millón (ppm) y, en algunos casos, incluso menor. Por lo tanto, las emisiones de olores son particularmente difíciles de tratar, ya que el sistema de purificación debe tener un rendimiento muy alto.

Además, cuando el olor se emite en un espacio abierto, el problema es más complejo, ya que los valores del olor se ven afectados por agentes externos como las condiciones atmosféricas.

Como el ozono es un poderoso medio de oxidación, reacciona rápidamente con las moléculas olorosas. Estas moléculas se oxidan de manera eficiente, lo que conduce a la formación de dióxido de carbono y agua, compuestos completamente inodoros e inofensivos.

Este mecanismo de oxidación es válido tanto para los olores de los compuestos orgánicos, como los VOCs, como de los compuestos de azufre, como el H2S, como se muestra a continuación.

Un conjunto de letras negras en un fondo blanco
Descripción generada automáticamente

La única diferencia es la formación de dióxido de azufre (SO2) en lugar de dióxido de carbono (CO2) cuando se elimina el H2S.

Sin embargo, el resultado final en términos de eliminación de olores es el mismo, ya que el umbral de olor de SO2 es 1000 más alto que el de H2S. Esto significa que el olor del SO2 no es significativo en comparación con el del H2S.