Vattenrening & Vattenbehandling

Avjoniserat vatten

Blekning

BOD och COD reduktion med ozonbehandling

COD, kort för ”Chemical Oxygen Demand”, är ett mått på vattenkvalitet som mäter mängden kemiskt oxiderbart material i vattnet. Med COD mäts med andra ord syrebehovet i vattnet vid total oxidation av vatteninnehållet och ger därför en god indikation på t ex mängden organiskt material som vattnet innehåller. Det är därför ett effektivt verktyg för att skapa sig en bild av miljöpåverkan vid ev. utsläpp av exempelvis avloppsvatten i miljön. BOD, kort för ”Biological Oxygen Demand”, mäter också syrebehovet i vattnet men baserar syrebehovet på den mängd syre som förbrukas då mikroorganismer står för oxidationsprocessen (istället för ett kemiskt oxidationsmedel som i fallet med COD-måttet). BOD-värdet på ett typiskt vatten är vanligtvis lägre än COD-värdet beroende på att allt COD ofta inte är helt biologiskt oxiderbart. Typiska COD-värden för industriella avloppsvatten varierar från 200 – 40 000 mg/L. Typiska COD-värden för kommunalt avloppsvatten ligger på ca 100 – 450 mg/L. I figuren nedan visas en enkel kategorisering av vatten utifrån COD-begreppet och även i vilken utsträckning ozon kan användas för att behandla vattnet.

COD and BOD industrial water ozone treatment

Vissa industriella avloppsvatten innehåller särskilt höga halter på uppemot 1000 ppm (COD). Exempel på sådana industrier är t.ex. bryggerier, mejerier, gruvindustri, och pappersmassaindustri. Enligt figuren ovan kan COD vidare delas in i biologiskt nedbrytbart och biologiskt icke-nedbrytbart COD. Se kommande avsnitt för en mer detaljerad beskrivning.

Biologiskt icke-nedbrytbart COD

Denna typ av COD kan av olika anledningar inte brytas ned biologiskt och släpps därför igenom. Några exempel är kemiskt stabila bekämpningsmedel, industriella processkemikalier (som halogenerade organiska ämnen) och hormoner. Tabellen nedan visar ozonbehovet för några typiska ämnen av denna typ.

Biologiskt nedbrytbart COD

Denna typ av COD kan vidare delas in i biologiskt lättnedbrytbara ämnen och biologiskt svårnedbrytbart COD. Den svårnedbrytbara kategorin består typiskt sett av svårlösliga partiklar, kolloider eller mer komplexa strukturer (t ex polymera material). I tabellen nedan visas ozonbehovet för några typiska ämnen av denna typ.

I tabellen nedan visas även typiska COD- och BOD5-värden för denna typ av ämnen.

Ozon

Ozon är ett kraftfullt oxidationsmedel som är lättlösligt i vatten. Det ger möjligheten att bryta ned/oxidera/deaktivera potentiellt farliga kemiska ämnen utan att addera mer till vattnet än syreatomer som tagits direkt från luften vi andas. Eventuella återstående mängder ozon som inte konsumeras under behandlingen återgår till syrgas, naturligt eller genom en katalyserad process. Mer detaljerad information kan läsas på följande sida. I följande avsnitt beskrivs några av alla de möjligheter som man kan dra nytta av med ozonbaserade behandlingsmetoder för att behandla organiska ämnen i olika typer av avloppsvatten.

Avancerade oxidationsprocesser (AOP) med ozon

AOP-processer använder sig av mycket reaktiva kortlivade ämnen kallade radikaler för att bryta ned särskilt svårnedbrytbara ämnen. Dessa radikaler är starkare oxidationsmedel än t ex ozon och reaktionshastigheten är ca en miljon gånger snabbare. Detta leder till snabbare reaktionstider, kortare processer och i slutändan mer kompakt processutrustning och effektivare nedbrytningsprocesser. AOP kan även användas för att nå total oxidation då renhetskravet är särskilt högt. En kemisk beskrivning av reaktionsmekanismen för några typer av AOP:er visas i tabellen nedan.

Andra AOP-metoder inkluderar t.ex. en kombination av titandioxid och UV för att skapa hydroxylradikaler.

I figuren nedan visas resultat från försök i Ozonetechs pilotprocess med och utan AOP för behandling av ett industriellt avloppsvatten.

Ozone and AOP treatment industrial water BOD/COD

En ozonbaserad AOP-behandling är fördelaktig i situationer där enbart ozonbehandling inte uppnår total oxidation av föroreningen i fråga. I dessa fall kan AOP-behandling användas för nedbrytning av även de mest motståndskraftiga kemikalier. Detta visas tydligt i exemplet i figuren ovan.

Desinfektion av processutrustning och CIP-system

I hela process- och livsmedelsindustrin, inklusive bryggerier, mejerier och läkemedelsindustrin, förbrukas stora mängder vatten, energi och kemikalier för att bebehålla hygienisk och ren miljö, framför allt i sluten processutrustning. Utrustning såsom tankar, rör, ventiler och värmeväxlare behöver hållas fria från mikroorganismer, biofilm, avlagringar och kemiska restprodukter för att kvalitetssäkra produktionen. Oaktsam rengöring och sanering kan leda till följande:

• Förstörd slutprodukt – stora volymer kan behöva slängas
• Låg verkningsgrad på värmeväxlare – ökade driftkostnader
• Hög grad av underhåll
• Ökat behov av kemikalier, vatten och energi

Clean-in-Place

Grundläggande CIP

Clean-in-Place (CIP) är en av de vanligaste enhetsoperationer inom den industriella sektorn och är viktig för att bibehålla ren processutrustning och oförstörd produkt. Idag är dessa processer till stor del automatiserade med centrala CIP-stationer som används för en hel anläggnings rengörings och desinfektionsbehov. Systemen möjliggör rengörings- och seneringscyklar i sluten utrustning som annars är oåtkomliga genom manuell rengöring. En typisk CIP-cykel består av följande steg:

Typical CIP phases in process equipment cleaning and sanitation.

Ozon-CIP

Ozonteknik erbjuder ett ny typ av saneringsprocess som förbättrar och minskar många av de utmaningar som nämns i tabellen ovan. Detta inkluderar lägre vattenförbrukning, kemikalier och dess hantering samt energiförbrukning. Ozon eliminerar användandet av desinfektionskemikalier och hetvatten. Det lämnar inga restprodukter vilket innebär att slutskölj kan uteslutas från CIP-processen. Det är även möjligt att skölja med ozon i CIP-steg nr 3 (tabell ovan) vilket innebär att en 5-stegs CIP kan reduceras till tre (3) eller fyra(4) steg. De övergripande möjligheterna med att använda ozon för att sanera processutrustning illustreras i figurerna nedan.

Ozon CIP bryggeri

Hetvattensanering är även mycket vanligt inom många industrier där kemikalier undviks på grund av dess restprodukter eller för att hetta upp hela processutrustningen massa. I många fall kan ozon ersätta även hetvattendesinfektion vilket spar stora mängder energi och kostnader. Detta koncept illustreras nedan.

Ozon-CIP hetvatten

Ozon produceras in-situ (det vill säga på plats) och vid behov. Detta är en av de viktigaste egenskaperna vid ozonanvändning jämfört med traditionell kemikalie- eller hetvattendesinfektion. Ozon produceras kontinuerligt över saneringscykeln och regleras mot ett riktvärde. Ett exempel på hur ozonproduktionen går till visas i figuren nedan. Det gröna bandet representerar ozonkoncentrationen i processutrustningen som saneras. Sanering kan uppnås inom några minuter tack vare ozonets starka desinficerande egenskaper och vid mycket låga koncentrationer. Beroende på vilka mikroorganismer som ska inaktiveras kan komplett desinfektion på 3 log-nivå uppnås inom 5-15 minuter vid 0,5-1 ppm då erforderliga CT-värden är 10-1000 gånger lägre jämfört med kemikalier och hetvatten.

Ozon-CIP: tid mot koncentration

Clean-out-of-Place (COP)

Medan CIP avser desinfektion i sluten processutrustning innebär COP desinfektion av öppna ytor såsom transportband, rör och golv. I traditionella metoder används desinfektionsmedel med skummande egenskaper för att avgöra om ytor har sanerats eller inte. Saneringen sker ofta för hand. Ozon kan användas även för dessa ändamål genom att använda ozonerat vatten i exempelvis en buffertank. Även denna ozonproduktion sker vid behov vilket eliminerar hantering av kemikalier.

Behandling av biofilm

Tack vare ozonets starka desinficerande egenskaper kan existerande biofilm behandlas med ozonteknik. I många fall kan det kräva en längre saneringsperiod under vilken ozonet bryter ner de lager av mikroorganismer som fått fäste vid en yta i processutrustningen. Dessa ytor kan uppstå om rengöring eller sanering inte varit tillräckligt under produktion. I dessa fall är ozon et utmärkt alternativ till behandling men även långsiktigt förebyggande av biofilm. Slutna vattensystem och kylsystem är typiska exempel där biofilm är vanligt förekommande i form av bakterier eller alger.

Kyltorn och slutna vattenkretsar

Dessa typer av applikationer skiljer sig något från rengöring av processutrustning via CIP. I dessa system circkulerar stora mängder vätska under långa hydraliska uppehållstider. En mycket låg ozonkoncentration, under 0.2 ppm, förebygger effektivt tillväxt av bakterier och andra mikrober som kan ge uphov till legionellautbrott eller biofilm.

Applicerbara branscher

Dricksvatten

Användning av ozon vid behandling av dricksvatten är inte någon ny teknik. Man beräknar att ozon idag används i drygt 3 000 kommunala dricksvattenanläggningar runt om i världen. Behandlingen erbjuder en rad fördelar jämfört med den traditionella användningen av klor, framför allt när det gäller att förbättra smak, lukt och utseende. Kopplat till detta är förmågan att döda bakterier och avaktivera virus på ett effektivare sätt än något kemiskt ämne.

Flasksköljning och tappmaskiner

Flaskskölj med ozon

I de fall där icke sterilizerade flaskor används för att fylla öl, läsk eller vatten behöver flaskans inre ytor saneras före fyllningsprocessen. Det är särskilt viktigt för returglasflaskor att saneras noggrannt innan de fylls med ny produkt då de inte kommer steriliserade från leverantören.

Desinficering av tappmaskiner

Ozone treatment in bottled water production

Flaskvattentillverkning med ozon

Ozonbehandling i flaskvattenprocesserna

Figuren nedan visar de övergripande enhetsoperationerna i tillverkning av vatten på flaska och vanliga ozonapplikationer.

Ozonrening i förbehandling

Ozon kan användas i förbehandlingsprocesser för att eliminera järn, mangan, färg, bakterier, smak och lukt. Förozonering reducerar utvecklingen av biofilm som kvalitetssäkrar vattnet samt minskar underhållskostnaderna nedström i processen. I många fall används ozon tillsammans med annan teknik men är alltid en grundläggande del av reningprocessen. Ozon används som ersättning av klorbaserade desinfektionsmedel i förbehandlingen.

Desinfektion med ozon

Ozon är ett exeptionellt kemikaliefritt desinfektionsmedel och en kraftfull oxidant. Mer information om mekanismerna kring ozondesinfektion finns på denna sida. Under ozonering av flaskvatten, regleras noggrannt ozonnivåerna för en specifik kontakttid, vilket sanerar vattnet innan fyllningsprocessen. Typisk koncentration är cirka 0,2-0,5 ppm för en kontaktid på cirka 5-20 minuter, beroende på övrig vattenkvalitet och temperatur. Våra ozonsystem når snabbt rätt nivåer av inlöst ozon och oxidationspotential tack vare vårt inbyggda styr- och reglersystem som är en del av våra RENA Vivo-system. Under ozonering skapas en ogästvänlig miljö för mikroorganismer att växa i, såsom parasiter, Cryptosporidium och Guardia cysts. Förutom detta uppnås en slutgiltig kvalitetssäkring av vattnet helt fritt från oänskad lukt och smak inför fyllningssteget.

Ozon jämfört med kemisk desinfektion

Trots att ozon är en vanlig teknik för vattenbehandling innan fyllningslinjerna använder vissa anläggningar fortfarande kemikalier såsom hypoklorit (NaClO) för att hålla vattnet mikrobfritt. Tabellen nedan sammanfattar skillnaden mellan dessa två metoder.

Kyltorn

Kyltorn har länge använts som kylapplikation pga. en hög verkningsgrad och kostnadseffektivitet. Användandet av vatten som kylmedel kan dock leda till problem allteftersom halten föroreningar i vattnet ökar. Detta leder bland annat till förkalkning, korrosion, uppbyggnad av biofilm, samt tillväxt av patogener som t.ex. Legionella. Dessa problem leder till ökade kostnader pga. minskad verkningsgrad, förslitning av utrustningen, samt hälso- och miljörisker.

Traditionellt sett har man använt sig av olika sammansättningar av kemikalier för att behandla vattnet och motverka ovan nämnda problem. Det handlar dels om att deaktivera biologisk tillväxt och dels att minska förkalkning- och korrosionsproblem. Ozon har emellertid visats kunna utgöra ett slagkraftigt alternativ med både ekonomiska och effektivitetsvinster som följd.

Det ozonbehandling tillför processen är att lösa det ursprungliga problemet och avsevärt minska de sekundära kostnaderna och problemen. Ozon är en kraftfull biocid, som dödar virus och eliminerar bakterier samt har visat sig ha en positiv effekt på avlagringar. Det minskar också mängden och kostnaden av vatten som blöds ut avsevärt tack vare ozonets specifika egenskaper. Till detta tillkommer den besparing som beror att man inte har något behov av att hantera kemiska ämnen då ozonet produceras på plats. Detta gör det betydligt enklare att följa lagstiftningens krav.

Nya fördelar och möjligheter med ozontekniken upptäcks hela tiden och huvudfördelarna ligger i besparingar av vatten, kemikalier, energibesparingar, samt ökad miljövänlighet.

Varför ozonbehandling?

Genom att implementera ozonteknik i kyltorn kan följande positiva effekter uppnås:

• Ökad verkningsgrad i kylprocessen (vilket minskar energikonsumtionen)
• Minskade utsläpp av kylmedia (vilket minskar utsläppskostnader samt kostnader för komplementvatten)
• Minskade underhållskostnader till följd av kontaminering av systemet. Dessutom är kostnaderna för ozonsystemets kontinuerliga underhållsarbete låga.
• Obetydlig uppbyggnad av kemikalier (som desinfektionsmedel och dess biprodukter)
• Mycket effektiv desinfektion
• Ingen hantering av hälsovådliga kemikalier
• Låg korrosion
• Miljövänlig behandling, vilket underlättar efterlevnad av regler gällande miljöpåverkan

Nedan visas även några konkreta fördelar med ozoneringsteknik för anläggningar med eget reningsverk:

• Minskad energianvändning för pumpning av komplementvatten till kyltornet.
• Minskad energianvändning för pumpning av avtappningsvatten till reningsverket.
• Minskad energianvändning för pumpning av vatten från reningsverket.
• Minskade utsläppskostnader för avtappningsvatten
• Minskade kostnader för kemikalier, filtrering, samt underhåll.

En annan stor fördel med ozonbehandling är det faktum att det inte sker någon uppbyggnad av desinfektionsmedel eller dess biprodukter. Detta är pga. ozonmolekylens korta halveringstid och att ozonet kontinuerligt återbildas till syrgas.

Potentialen med ozonbehandling

Ozon är ett mycket kraftfullt oxidationsmedel och produceras in-situ. Det möjliggör därför en reduktion eller elimination av användandet av miljö- och hälsovådliga kemiska behandlingsmetoder. Det underlättar även efterlevnad av lagstiftning gällande hälsa- och miljöskydd.

Ozonbehandling kan öka kyltornets verkningsgrad avsevärt genom att möjliggöra drift vid högre koncentrationscykler vilket även ger driftkostnadsbesparingar, energibesparingar, samt minskade utsläpp (se ”Fallstudie” nedan).

Följande citat är hämtat från en utredning genomförd av U.S. Department of Energy:

In a properly installed and operating system, bacterial counts are reduced, with subsequent minimization of biofilm buildup on heat exchanger surfaces. The reduction in energy demand, the increased operating efficiency, and the reduced maintenance effort provide cost savings as well as environmental benefits and improved regulatory compliance with respect to discharge of wastewater from blowdown.

Ozonets verkan

Ozon deaktiverar och dödar mikroorganismer på ett effektivt sätt genom att oxidera deras organiska beståndsdelar och bryta ned cellväggar. Det är därför en desinfektionsmetod som mikroberna inte kan utveckla resistans mot till skillnad från vissa andra biocider. Exempelvis leder en koncentration på 0.4 mg/L till 100 % avdödning inom 2 – 3 minuter för Pseudomonas fluorescens vilken är en känd orsak till biofilmproblem. En koncentration på 0.1 mg/L avlägsnar ca 80 % av biofilmen inom 3 timmar.

Ozonbehandlingen motverkar även problem med förkalkning. Genom att avlägsna biofilm som annars accelererar kalkuppbyggnad kan förkalkningseffekter kraftigt reduceras.

Ozonmolekylen

Låga korrosionseffekter

Farhågor rörande korrosionsproblem är vanligt förekommande i samband med användandet av ozon. I själva verket blir korrosionseffekterna av ozon små (till och med hälften av korrosionseffekterna från kloranvändning). Dessutom minimeras korrosionseffekter som orsakas av biologisk tillväxt. Vidare har ozonbehandling en något pH-höjande effekt vilket ökar skyddet mot korrosion.

Fallstudie

Fallstudier har visat att typiska nyckelfärdiga ozonanläggningar för att behandla kyltorn med kapaciteter på 3.5 MW kostar mellan 300000 och 400000 kronor. En fallstudie gjord av U.S. Department of Energy 1994 vid en anläggning för Lockheed Martin i Florida visade en 90 % reduktion av avtappningsvatten och förhållande mellan besparing och investering på 31.2. Dessutom visade studien att korrosionseffekterna kunde halveras jämfört med klorbehandling. En jämförelse mellan de årliga kostnaderna för de olika behandlingsmetoderna visas nedan i tabellen.

Kostnadsjämförelse mellan traditionell kemisk behandling och ozonbehandling för Lockheed Martin studien

Viktiga parametrar vid ozonbehandling

Följande aspekter är viktiga att beakta när man utformar, installerar, och använder ozonteknik för behandling av kyltornsvatten:

Förbehandling, avfuktning, och syrgaskoncentrering av matargas till ozongeneratorn. Detta ökar livslängden och kapaciteten på generatorn avsevärt.

Lämplig dosering och capacitet på ozongeneratorn.

Effektiv& stabil kylning till ozongeneratorn. Även detta ökar generatorns livslängd och kapacitet.

Svårare implementering då höga COD/BOD-halter införs till kylmediet från komplementvatten och omgivande luften. Detta kan i vissa fall konsumera en stor del av ozonet.

Då komplementvattnet har en hårdhet på över 150 ppm calcium kan ett filter behövas. Är hårdheten (CaCO₃) över 500 ppm eller sulfathalten över 100 ppm är ozonbehandling inte lämplig.

Ozonbehandling är heller inte lämpligt vid vattentemperaturer över 45 ⁰C pga. den låga lösligheten av ozon vid högre temperaturer.

Långa rörsystem. Pga. ozonets relativt korta halveringstid på ca 10 – 15 minuter kan ozonbehandling bli något mer komplicerad då kylmedievolymen överstiger ungefär 400 m³. Detta problem löses dock genom att tillföra ozon till flera punkter i systemet.

Skadeverkningar från förorenat kylvatten

Som redan nämnts ovan uppstår i huvudsak fyra problemtyper i kyltornsvattnet, nämligen korrosion, förkalkning, biofilm, och tillväxt av patogener.

Visuell beskrivning av skadeverkningar som kan uppkomma pga. korrosion och/eller förkalkning

Antibakteriell behandling – biocider

Biocider (för behandling av både biofilm och patogener) har en viktig roll i kyltorn då det hela tiden utsätts för luft- och vattenburet organiskt material och mikroorganismer. Biocider kan delas in i två kategorier: oxiderande och icke-oxiderande.

Oxiderande biocider

Generellt sett kan oxiderande biocider anses vara effektiva desinfektionsmedel som oxiderar och därmed dödar mikrober vid relativt låga doser. Vanliga nackdelar med dessa ämnen är bl.a. att de ofta minskar pH, ökar korrosionseffekter, samt att dess effekt påverkas av pH-förändringar. Det visar sig för övrigt att ozon (som är en oxiderande biocid) inte följer mönstret när det gäller någon av dessa nackdelar.

Icke-oxiderande biocider

Icke-oxiderande biocider deaktiverar mikrober genom att utsätta dem för stress och störa deras metabolism. En fördel är att behandlingen kan riktas specifikt mot vissa organismer. I vissa fall kan dock mikroberna utveckla resistans mot denna typ av behandling vilket leder till att mer resistenta organismer tar över. Andra nackdelar är t.ex. att det krävs höga doser, lång desinfektionstid, samt högt pris.

Exempel på biocidtyper

I tabellen nedan visas några oxiderande och icke-oxiderande biocider som används eller har använts.

Hårdhet, förkalkning, och koncentrationscykler

Förkalkningsproblem uppkommer genom att mineralkoncentrationen av huvudsakligen calcium, magnesium, och karbonater ökar i kylvattnet. En del av förkalkningsprocessen kan beskrivas genom följande kemiska jämviktsreaktion:

Jämviktsreaktion

Genom jämviktsreaktioner som denna kan man se att högre mineralkoncentrationer leder till utfällning av exempelvis kalciumkarbonat vilket leder till förkalkningsproblem.

Förkalkning av rörsektion

En andra förkalkningsmekanism är genom uppbyggnad av kalkavlagringar på biofilm. Mikrokristaller adsorberas till biofilmen och bygger snabbt upp kalklager.

Koncentrationscykler

När mineralkoncentration ökar och överstiger lösligheten inträffar utfällning av mineralsalt vilket leder till kalkavlagringar. Detta regleras genom att blöda av en del av flödet samtidigt som man tillför komplementvatten. Samtidigt ökas lösligheten genom kemiska behandlingsmetoder.

Koncentrationscykler är ett begrepp som är ett relativt mått som jämför mineralkoncentrationen i kylsystemet relativt komplementvattnets koncentration. Till exempel, om koncentrationen i kylvattnet är fyra gånger högre än koncentrationen i komplementvattnet är koncentrationscyklerna fyra.

Tabellen nedan visar tydligt kostnadsfördelarna med drift vid höga koncentrationscykler. Något som också kan utläsas är att bara lägre cykler är möjliga då mineralhalten i komplementvattnet är högt.

Att mäta koncentrationscykler

Koncentrationscykler kan mätas antingen genom kemisk analys eller genom att utföra en massbalans över systemet. I den kemiska analysmetoden kan man använda sig av följande samband:

Kemisk bestämning av antalet cykler

Om man istället använder ser till den totala massbalansen kan följande samband användas:

Bestämning av cykler genom massbalans

Där:

Övervakning och justering av mineralhalten

Det är mycket viktigt att bestämma den högsta tillåtna mineralhalten innan förkalkningseffekter uppkommer. Detta värde används sedan för att justera avtappningsflödet och antalet koncentrationscykler.

Langelier saturation index (LSI)

LSI-metoden baseras på kalciumkoncentrationen, konduktiviteten (i TDS), och vattentemperaturen för att bestämma det högsta stabila pH-värdet med avseende på kalcium. Kemisk behandling används sedan för att möjliggöra drift vid högre cykler. Vanligtvis tillåter den kemiska behandlingen en drift vid ca LSI +3 utan signifikanta förkalkningseffekter.

Practical Ozone Scaling Index (POSI)

För att övervaka och kontrollera förkalkningseffekter vid ozonbehandling kan POSI användas. Det är ett index som utvecklades av Pryor och Fischer 1993 och anger den maximala konduktiviteten vid drift för att undvika förkalkning. Det tar hänsyn till den reducerade calcium-mängden i vattnet till följd av ozonering. Indexet förklaras i nedanstående formel:

POSI-formeln

För att förtydliga hur POSI kan användas ges ett exempel på kvaliteten hos ett komplementvatten i tabellen nedan med vilket POSI beräknas:

Detta ger följande resultat i detta fall:

Med andra ord, då ozonbehandling används för ovanstående vattenkvalitet får konduktiviteten nå upp till knappt 3000 µS för att undvika förkalkning. Detta möjliggör en process vid ca 23 koncentrationscykler. Kemisk behandling hade vid samma vattenkvalitet uppnått drift vid ca 10 koncentrationscykler.

Processdesign och ozondosering

I följande avsnitt presenteras några förenklade matematiska samband för uppskatta designen och kapacitetsbehovet hos ozonsystemet. Ozonbehovet baseras på kylmedieflödet genom kyltornet. Detta flöde kan fås genom följande samband:

Cirkulationsflöde

Typiska rekommenderade värden på ozonkoncentrationen för olika delar av systemet presenteras nedan i tabellen.

En ozondosering på motsvarande 0.2 ppm i relation till totala cirkulationsflödet kan tillföras ett sidoflöde. Inlösningsmetoden har en inlösningsgrad på ca 90 % men här används ett värde på 80 % för extra marginal. I övrigt räknas också en viss effektivitetsminskning in över tid. För att återigen få extra marginal används ett effektivitetsminskningsvärde på 10 % över två års tid. För att uppskatta ozonproduktionskapaciteten, “ṁO₃”, kan sedan följande samband användas:

Ozonproduktionskapacitet

Detta medför att en systemvolym på 500 m³ och omsättningsperiod på 30 min har ett behov av ett ozonsystem med en kapacitet på ca 280 g/h.

Notera även att doseringsbehovet också beror av temperatur och vattenkvaliteten. Dessutom borde ozondoseringen inte överstiga 10 g/m³ komplementvatten.

Mäta ozondoseringen

ORP-mätningar skall göras kontinuerligt för att säkerställa att en korrekt ozondos tillförs systemet. ORP-sensorns funktion kan dock försämras över tid pga. av t.ex. kalkavlagringar. Det är därför nödvändigt och också enkelt att rengöra den. Ett väldoserat system minskar energikostnaden och minimerar dessutom skadeverkningar som t.ex. korrosion från för hög ozonhalt.

Ozonkompatibla material

Nedan listas några vanliga material som kan användas I ozonbehandlade system.

Ozonkompatibla kemikalier

Beroende på vattenkvalitet och typ av process kan det vara fördelaktigt att använda sig av kemikalier i kombination med ozonbehandling i viss utsträckning. Det är dessa fall viktigt att utvärdera vilka kemikalier som kan bibehålla sin funktion och stabilitet i kombination med ozon. Nedan listas ett antal sådana kemikalier:

PBTC, motverkar korrosion och förkalkning.
Molybdat, motverkar korrosion vid användning av mjukt vatten.
Silikat, motverkar korrosion vid kalciumkoncentrationer under 200 ppm.

TTA/BTA, skydd för koppar- och mässinglegeringar.
Zinkbaserade kemikalier, motverkar korrosion.

Rening av läkemedelsrester med ozon

Avloppsvattnet innehåller kluster av mikroföroreningar (dvs. farmaceutiska aktiva substanser) som är resistenta mot befintliga avloppsbehandlingsprocesser
Sjukhus är en av huvudkällorna för utsläpp av resistenta patogener
Strikta regler om avloppsvattnets utsläppsgränser

I följande text kommer fokus att ligga på några centrala läkemedelssubstanser som typexempel för allmän rening av läkemedelsrester. Dessa substanser inkluderar: paracetamol, kodein, diklofenak, och propofol.

Ovanstående läkemedel är komplexa molekyler som inte lätt behandlas i traditionella kommunala och industriella biologiska reningsverk.

Översikt av ytterligare läkemedelsrester

Här listas några andra läkemedelsföroreningar som är vanligt förekommande i avloppsströmmen:

Paracetamol – nedbrytningsexempel

Internt utförda pilotskaletester i samarbete med industrin påvisade > 99 % borttagande av paracetamol direkt från en produktionsanläggning med hjälp av ozonbehandling. En av reaktionsmekanismerna för nedbrytning av paracetamol under behandlingsprocessen med ozon är radikalrekationer på den aromatiska ringen med efterföljande hydroxylering. Farmaceutiska föreningar har en reaktionshastighet som är direkt beroende av koncentrationen av aktiv substans som är närvarande i blandningen. En schematisk figur presenteras nedan, där oxidationsvägen och reaktionsordningen visas.

Kort information om reaktionsordning

Det finns olika typer av kemiska reaktioner. Ordningen för alla kemiska reaktioner definieras som reaktionshastighetens beroende av koncentrationen av reaktanter i lösningen. Representativa grafer för 1:a, 2:a, och 3:e ordningens reaktion visas här nedan:

Det är viktigt att bestämma reaktionskinetik för att skala ett fullskaligt ozonsystem. Ozonetech erbjuder konsulttjänster inom rening på pilot- och fullskala för att

Desinficering

Ozonetech tillhandahåller produkter med premiumteknologi för desinfektion. Det kan vi göra bl.a. för att alla våra produkter utformas och produceras i våra lokaler i Hägersten, några kilometer söder om Stockholm. Ozonsystemen kan på ett enkelt sätt installeras på ett sidoflöde till det befintliga vattenreningssystemet. Därför är vi även bekanta med andra desinfektionstekniker som t.ex. UV och klorering. De följande avsnitten kommer att behandla desinfektion mer generellt för att ge en ökad förståelse för desinfektionsproblematiken samt beskriva vilka tekniker som lämpar sig bäst i olika fall, om än på ett översiktligt plan.

Fördel med ozonbehandling vid vattenrening

Det finns många fördelar med att använda sig av ozon vid desinfektion jämfört med mer traditionella tekniker, såsom klorering och UV. Ozon är mer kraftfullt som desinfektionsmedel mot mikroorganismer och virus. Detta gör bl.a. att det krävs små mängder desinfektionsmedel samtidigt som den erforderliga uppehållstiden för att uppnå fullständig desinfektion minskar.

Ozonets styrka ligger till största delen i dess höga oxidationspotential. Detta leder till biologisk stress för de skadliga mikroberna bl.a. genom en sönderdelning av mikroorganismernas cellmembran samt nedbrytning av livsnödvändiga biomolekyler inom bakterierna. I bilden nedan visas ett exempel på hur ozonet reagerar (oxiderar) ett kolväte på samma sätt som vid en eventuell desinfektionsprocess.

Som med alla desinfektionsmedel bör man ha respekt även för ozonet som desinfektionsmedel. Därför har Ozonetech utvecklat styr- och övervakningssystem för att kontrollera ozondoseringen samt garantera säkerheten i den omgivande arbetsmiljön. En stor fördel med ett ozonsystem är att inte krävs någon kemikaliehantering efter att systemet installerats och driftsatt.

En annan stor fördel med ozon är att det inte kommer att lämna några restprodukter i den behandlade vattenmassan. Eventuella ozonresidualer efter desinfektionsprocessen sönderfaller naturligt inom minuter till några timmar beroende på vattenkvaliteten (temperatur, pH, COD/BOD-mängd). Ozonbehandlingen förebygger också effektivt tillväxt av organsikt material, givet att övriga delar av desinfektionsprocessen t.ex. har minskat partikelmängden i vattnet. Ozonet produceras in-situ och kräver enbart matning med atmosfäriskt syre. Detta gör att man slipper transport och hantering av kemikalier, vilket i sin tur ger en säkrare, miljövänligare, och i slutändan billigare process.

Desinfektionseffektivitet

Som nämnts ovan uppnås effektiv desinfektion med ozon. Desinfektionseffektiviteten mäts vanligtvis med det s.k. CT-värdet (koncentration multiplicerat med tid för ett desinfektionsmedel). Ozonbehandling av vatten skyddar mot alla typer av skadliga och sjukdomsframkallande mikrober. I tabellen nedan visas CT-värden för ozon för en rad olika mikroorganismer.

Nedan visas en jämförelse mellan olika desinfektionsmetoder mot typorganismer som används av EPA och WHO:

Jämförelsetabell CT-värden (mg.min/L)* för olika desinfektionsmetoder.

Generellt kan sägas att sporer är betydligt motståndskraftigare. De uppvisar CT-värden som är 10 till 15 gånger större än för organismernas aktiva form. Det är även viktigt att nämna att i de flesta fall förekommer en desinfektionströskel vad gäller koncentrationen på desinfektionsmedlet. Innan denna koncentration uppnås fås dålig eller ev. liten desinfektionsverkan. Men då koncentrationen höjs över tröskeln fås i princip total desinfektion för organismen i fråga. Med andra ord krävs i vissa fall en minimikoncentration för att uppnå effektiv desinfektion.

Typiska desinfektionstekniker

Det finns en stor bredd av tekniker och metoder för att desinficera vätskor och ytor. Ozonetech tillhandahåller flertalet alternativ med fokus på miljövänliga alternativ. Här är en översiktlig lista över de vanligaste metoderna för att desinficera vatten:

• Ozonering – Inlösning av en låg ozonkoncentration i vatten, vilket ger snabbt och effektivt resultat.
• Ultraviolett strålning – Bestrålning av vattnet i UV-spektrumet.
• Klorering – Dosering av klor till vattnet vilket kan ge en långvarig residual i vattnet, men det kan också leda till bildning av betydliga mängder skadliga biprodukter.
• Bland andra tekniker kan nämnas t.ex. behandling med, brom, perättiksyra, jod, koppar och silverjoner, kaliumpermanganat, fenoler, tvättmedel, väteperoxid, ultraljud, och värmebehandling.

Alla tekniker har sina egna respektive fördelar och tillämpningsområden. I tabellen nedan visas fördelar och nackdelar för några vanliga tekniker. Nyckel-egenskaper för varje teknik rankas från 1 (svag) till 5 (stark) och summeras längst ned.

Det är svårt att göra en generell jämförelse som gäller för alla applikationer och vattenkvaliteter. Emellertid, som kan utläsas ur tabellen ovan, när jämförelsen görs mellan dessa typiska tekniker under normala förhållanden sticker ozoneringsteknik ut genom att vara miljövänlig, robust, kompatibel, och mycket effektiv som desinfektionsmetod.

I tabellen nedan visas några typiska applikationer för olika tekniker:

Förutsättningar för desinfektion

Exempelvis dricksvattenrening är direkt kopplad till andra reningssteg. Erforderlig desinfektion kan bara uppnås om vattnet är tillräckligt förbehandlat. I många fall ligger desinfektionssteget som ett av de sista stegen i reningsprocessen. I t.ex. dricksvattenrening föregås desinfektionssteget ofta av förfiltrering, sedimentation, flockning, och sandfiltrering. Först efter det sista filtreringssteget är vattnet lämpat för slutlig desinfektion.

Främst lösta och olösliga partiklar skall avskiljas från vattnet eftersom de kan leda till bildning av biprodukter vid desinfektionsprocessen (särskilt vid klorbehandling). Dessutom kan partiklar innehålla substrat (näring) för patogener. Partiklar kan även tjäna som en grogrund och ett skydd för tillväxt av mikrober. Partikelinnehållet skall vara reducerat till under 1 mg/l för att nå bästa desinfektionsresultat.

Övrigt kemiskt innehåll i vattnet påverkar även desinfektionsprocessen. Kemiska ämnen kan reagera med desinfektionsmedlet vilket kan ge oönskade biprodukter. Det kan även leda till att det krävs en större mängd desinfektionsmedel för att uppnå erforderlig desinfektion eller att man får problem med att hålla en tillräcklig residual i vattnet.

Arombehandling och smakborttagning med ozon

I dessa fall kan exempelvis naturellt vatten smaka apelsin eller blåbär och öl kan smaka cider. Aromämnen kan absorberas eller fastna i tätningsmaterial eller värmeväxlare som finns som en del av all processutrustning. I anläggningar där vatten på flaska produceras kan även källan vara aromberedningstankar och omrörare.

Aromämnenas egenskaper

Smakämnen (synonymt med aromer) är vanligtvis estrar eller cykliska föreningar med flertalet kovalenta dubbel- eller trippelbindingar. Det kan finnas hundratals olika aromämnen i frukt eller syntetiska smaker som tillsätts inom dryckesindustrin idag. Tabellen nedan ger en överblick av några typiska smakämnen.

En av de mest påfallande likheterna mellan alla smakämnen, inklusive ovan, är att de innehåller minst en kovalent dubbelbindning. Ozon reagerar omedelbart vid dessa kemiska bindingar och sätter igång en kedjereaktion som involverar radikaler och biprodukter från oxidation av aromämnena. Reaktionen går vanligtvis helt till koldioxid och vatten, men den enkla oxidationen av aromämnena gör att smakeffekten försvinner. Denna process liknar den som sker vid desinfektion med ozon i vatten.

Ozonrening av aromämnen

Som nämnt ovan tenderar aromämnen att stanna kvar i processutrustningen mellan de olika produktionscyklarna av olika smaksatta drycker. Ozonbehandling av systemet sker på samma sätt som när ozon används i CIP. En typisk ozonkoncentration som kan användas för att behandla smakrester är 3 ppm i CIP-vätskan. En typisk

applicering är att använda ozonerat vatten för att skölja processutrustningen. Läs mer om ozon-CIP och rengöring av processutrustning eller flaskskölj med ozon.

Övriga applikationer med ozonbehandling

Akvarier och vattenparker

Används för anläggningens interna reningssystem där ozon ger en kraftfull desinficerande effekt i det cirkulerande vattnet. Läs mer här!

Ballastvatten

Ozon är ett tillämpbart alternativ för att rena förbrukat ballastvatten för det släppps ut. Tack vare ozonets höga oxidationspotential säkerställer det inaktivering av mikroorganismer som bakterier och virus. Läs mer här!

Biltvättar

I restvatten från biltvättar bidrar ozonrening med en starkt desinficerande effekt med bredspektrumavdödning av mögel, virus och bakterier. Läs mer här!