Il trattamento dell’ozono è un metodo ampiamente adottato nella purificazione dell’acqua, pregiato per le sue potenti capacità di disinfezione e capacità di migliorare qualità estetiche come il gusto e l’odore. Tuttavia, la sua forte natura ossidativa introduce complesse interazioni con la matrice chimica dell’acqua, in particolare influenzando il contenuto minerale e il potenziale di corrosione.

Come il trattamento dell'ozono influisce sui contenuti minerali

Ozone (O3[]) è uno dei più potenti ossidanti disponibili per il trattamento dell'acqua, con un potenziale di ossidazione di 2.07 volt, significativamente più alto del cloro (1.36 V) o diossido di cloro (1.57 V). Quando introdotto in acqua, l'ozono si dissolve rapidamente con una vasta gamma di composti inorganici e organici di concentrazione.

Ossidazione del ferro e del manganese

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Impatto sul calcio e sul magnesio (Hardness)

L'ozono non può essere utilizzato direttamente dall'ozono, ma può influenzare indirettamente la durezza attraverso i cambiamenti di pH e la formazione di specie carbonate. L'ozono non altera significativamente il pH nelle acque ben tamponate, ma se l'acqua contiene acidi organici o diossido di carbonio, l'ozono può ossidarli, un po' più importante, la rimozione della scala di ferro

Sulfide e altre specie ridotte

Il solfato, responsabile del caratteristico odore di "uovo cotto", è rapidamente ossidato dall'ozono al solfato (SO42-]) o lo zolfo elementare, a seconda del dosaggio e del pH.

Elementi di trazione e metalli pesanti

L’ozono può mobilitare o immobilizzare i metalli tracciati a seconda dell’elemento specifico e della chimica dell’acqua. Ad esempio, la solubilità del piombo e del rame sono altamente dipendente dal pH; la tendenza dell’ozono ad aumentare l’ORP può spostare la speciazione di questi metalli verso forme ossidizzate meno solubili, potenzialmente riducendo la loro concentrazione nell’acqua di massa.

Impatto sul Potenziale di Corrosione

La corrosione nei sistemi idrici è un processo elettrochimico influenzato dal pH, ossigeno disciolto, temperatura, velocità di flusso e potenziale di riduzione dell'ossidazione (ORP). Il trattamento dell'ozono aumenta notevolmente l'ORP, spesso superiore a 600–800 mV, creando un ambiente fortemente ossidante.

Meccanismi della Corrosione Indotta dall'Ozono

L'alto grado di ozono aumenta la forza di guida per le reazioni di riduzione cattoliche, in particolare la riduzione dell'ossigeno o dell'ozono stesso su superfici metalliche. In presenza di ozono, la reazione catodica si sposta dalla riduzione dell'ossigeno alla riduzione dell'ozono, che ha un potenziale elettrochimico molto più elevato.

pH e Alcalinity Considerazioni

L'ozono stesso non cambia direttamente il pH, ma le sue reazioni con materia organica e specie ridotte possono consumare o produrre acidi. In acque a bassa alcalinità (oltre 50 mg/L come CaCO3]]]), l'ossidazione dei composti di traccia può portare a una caduta di pH, minimizzando i cambiamenti di corrosivi.

Effetti materiali-Specifici

L'acciaio galvanizzato:[] Il rivestimento in zinco su acciaio zincato può essere rapidamente consumato dall'ozono, soprattutto in presenza di cloruri. Gli strati di carbonato di zinco protettivo non sono stabili in condizioni di alto grado di ORP, con conseguente corrosione localizzata e guasto prematuro.

Acciaio inossidabile:[ I gradi 304 e 316 mostrano generalmente una buona resistenza all'attacco dell'ozono, ma la corrosione del fessura del fessura e della corrosione dello stress può verificarsi in presenza di cloruri e alte temperature. La stabilità del film passivo è migliorata da alto contenuto di cromo, ma è consigliato il monitoraggio regolare della condizione superficiale.

Copper:[] La tubazione del rame è suscettibile di corrosione uniforme e di pitting in condizioni ozonizzate. La formazione di ossido di rame protettivo (Cu2[]O e CuO) è interrotta a valori ORP molto elevati, portando ad elevati livelli di rame in acqua.

Materiali plastici e polimerici:[] Materiali come PVC, CPVC e polietilene sono generalmente resistenti all'ozono, anche se le guarnizioni in gomma e gli elastomeri possono degradare. I tubi polimerici non corrodono nel senso elettrochimico, ma possono subire degradazioni ossidative nel tempo, soprattutto sotto residui ad alta ozono e esposizione UV.

Formazione di ossidi protettivi contro corrosione aggressiva

In alcuni casi, l'ozono può promuovere la formazione di strati di ossido più stabili e meno solubili su superfici metalliche. Ad esempio, su ferro, l'ozono può accelerare la conversione della lepidocrocite (γ-FeOOH) a goethite (α-FeOH), che è più protettivo. Tuttavia, questo equilibrio è delicato.

Gestione degli effetti del trattamento dell'ozono

La gestione efficace dell’impatto dell’ozono sul contenuto minerale e sul potenziale di corrosione richiede un approccio proattivo e multiforme che comprende la progettazione del sistema, il monitoraggio operativo e la regolazione chimica.

Monitoraggio completo della qualità dell'acqua

I test regolari dei parametri critici sono essenziali: al minimo, gli operatori dovrebbero monitorare pH, ORP, alcalinità, durezza, ferro, manganese e il metallo primario di preoccupazione (ad esempio, rame, piombo, ferro) sia prima che dopo l'ozonazione.

Regolazione del pH e dell'alcalinità

Mantenere un pH neutro a un pH leggermente alcalino (7.5-8.5) riduce la corrosività dell'acqua ozonizzata. Se l'acqua grezza à ̈ acida o bassa in alcalinità, aggiunta di soda caustica (NaOH), cenere di soda (Na]2]][FLT: pH alto]

Inibitori della corrosione

Gli inibitori a base di ortofosfato sono comunemente utilizzati per formare un film protettivo su superfici di piombo e rame. Gli orto-polifosfati misti possono essere più efficaci in acqua ozonata perché la frazione di polifosfato può sequestrare ferro e manganese, impedendo la deposizione.

Selezione dei materiali e progettazione di sistema

Per la progettazione o la retròfitting di un sistema di trattamento dell'ozono, le scelte materiali sono critiche. Evitare l'acciaio zincato a contatto diretto con l'acqua ozonata. Utilizzare PVC, CPVC, o acciaio inossidabile (316L o superiore) per la tubazione principale. Per i sistemi di distribuzione, il ferro residuo di tubazione o l'acciaio legato al cemento-lineato offrono una buona protezione.

Filtrazione per minerali precipitati

Poiché il trattamento dell'ozono precipita il ferro, il manganese e talvolta il calcio, è essenziale un passo di filtrazione post-ozono. I filtri di cartuccia, i filtri multimediali o i sistemi di membrana (ad esempio, microfiltrazione) catturano i particolati. Senza filtrazione, i solidi precipitati possono accumularsi in tubi, causano la crescita del biofilm e creano cellule di corrosione localizzate.

Controllo dosaggi dell'ozono

Il controllo preciso del dosaggio dell'ozono impedisce l'overdose, che aumenta inutilmente l'energia dell'ORP e dei rifiuti. Utilizzare i loop di controllo a base di flusso e residui. Per le applicazioni tipiche dell'acqua potabile, il dosaggio dell'ozono raramente supera 2-4 mg/L, ma le acque di terra con alta domanda (iron, manganese, solfati) possono richiedere dosaggi più elevati.

Miscela e post-trattamento

Se l'acqua ozonata viene miscelata con acqua di sorgente non ozonata, l'ORP può essere moderata. La miscelazione dilui anche la concentrazione di minerali e inibitori precipitati, quindi i calcoli devono tenere conto della chimica dell'acqua miscelata.

Ispezioni di sistema regolari

Per i grandi sistemi, l'installazione di scivoli di prova di corrosione con flusso regolabile e temperatura consente una valutazione continua. Qualsiasi cambiamento improvviso di scolorimento dell'acqua, metalli elevati o gocce di pressione dovrebbe innescare un'indagine immediata.

Conclusioni

Il trattamento dell’oLT offre notevoli vantaggi per la purificazione dell’acqua, tra cui la disinfezione superiore, la rimozione dei composti del gusto e dell’odore, e l’ossidazione del ferro, del manganese e dei solfuri. Tuttavia, la sua forte potenza ossidante altera fondamentalmente il potenziale di equilibrio minerale dell’acqua e di corrosione.