Otsonikoulu
Otsonista
Tämä on johdatus otsoniin, yhteenveto sen ominaisuuksista, raja -arvoista ja sääntelystä, terveysvaikutuksista sekä kaupallisesta käytöstä.
Otsonia syntyy luonnollisesti, osittain suojaavana kalvona ultraviolettia säteilyä vastaan stratosfäärissä, ja osittain maantasalla olevassa ilmakehässä. Otsoni liitetään usein ympäristövaaroihin, ilmakehän ohenemiseen sekä maantasalla olevan otsonin korkeisiin pitoisuuksiin.
Tosiasia on että otsoni toimii ilman ja veden desinfiointiaineena useissa teollisissa prosesseissa, kuten esimerkiksi paperimassan valkaisussa. Otsoni on nopeasti reagoiva molekyyli, ja se on haluttu aine, koska sillä on hyvät hapetusominaisuudet. Otsonin käyttö on testattu ja hyväksikoettu keino puhdistuksessa
Otsonaattoreita käytetään poistamaan hajuja ravintoloissa, keittiöissä, jätehuoneissa ja saniteettitiloissa, kuin myös raikastamaan ilmaa autoissa, hotellihuoneissa ja asuintiloissa.
“Erilaiset” otsonityypit
On tärkeää erottaa toisistaan teollinen otsoni, alailmakehän otsoni ja stratosfäärin otsoni.
Stratosfäärin otsoni is muodostuu ilmakehässä energialähteenä toimivan auringon avulla. Jos puhutaan otsonikerroksen reiästä, se tarkoittaa että auringon säteilyn vaikutuksesta ilmakehään muodostunut otsoni on vähentynyt. Suurin syy stratosfäärin otsonikerroksen ohenemiseen on kloorifluorihiilivetyjen ( CFC – yhdisteiden) käyttö. Ne hapettavat eli hajottavat otsonia saavuttaessaan stratosfäärin.
Maanpinnan otsonin muodostuminen on osittain luonnollinen tapahtuma. Otsonia muodostuu ukkosen sähkövarauksissa myrskyjen aikana, ja luonnollisissa fotokemiallisissa reaktioissa, esim. havumetsistä vapaututuva terpeeni. Ympäristöongelmana pidetty maanpinnan otsonin kohonnut taso muodostuu auringonvalon ja kaasujen, kuten typen oksidien ja hiilivety – yhdisteiden välisestä reaktiosta. Tästä käytetään usein termiä Nox tai VOC (Volatile Organic Compounds).
Ilmakehässä esiintyy luonnostaan typen oksideja, hiilivetyjä ja otsonia. Ilman typen oksidi – ja hiilivetypitoisuudet ovat lisääntyneet nykypäivän korkeiden saastepäästöjen vuoksi. Tämä on aiheuttanut maanpinnantason ilmakerroksen otsonipitoisuuden nousua. Se on lähes kaksinkertaistunut Euroopassa 1800 – luvun lopun jälkeen. 1970 – luvulta lähtien otsonipitoisuus kasvoi noin prosentin vuodessa. Vasta viime vuosina kasvu näyttää pysähtyneen.
Terveysvaikutukset
Otsoni on voimakkaasti hapettava aine, jota täytyy terveesti kunnioittaa, mutta ei pelätä. Niinkuin kaikki hapettavat aineet, kuten kloori ja vetyperoksidi, otsoni on myrkyllistä tietyt arvot ylitettyään. Otsonia esiintyy myös ympäristössämme, noin 0.01 - 0.15 ppm ( ~ .0.3 mg/m3). Kaupunkialueilla pitoisuus voi olla jopa 1, 0 ppm. Voidaan siis sanoa että sähkökäyttöiset koneet, moottorit ja muuntajat tuottavat 0. 5 ppm otsonipitoisuuden.
Otsonin erityishajun hyöty
Otsonin hajun voi tunnistaa jo kauan ennenkuin se saavuttaa 0.1 arvon. Haju on siis tunnistettavissa jo ennen kuin astuu tilaan jossa on korkea otsonitaso, ja näinollen sen voi välttää.
Oireet ihmisillä jotka ovat altustuneet kohonneelle otsonitasolle:
- 0.1-1 ppm: päänsärkyä, kurkun kuivumista, silmien ärsytystä.
- 1-100 ppm: astmankaltaiset oireet, väsymys, ruokahaluttomuus.
Jos henkilö altistuu lyhyen aikaa kohonneelle otsonitasolle, seurauksena on usein kurkunärsytystä ja yskää. Vaivat eivät kuitenkaan ole kroonisia, ja häviävät muutaman tunnin kuluttua.
Otsonia on käytetty kaupallisesti yli 100 vuotta, eikä otsonille altistumisesta ole raportoituja kuolemantapauksia.
Otsonin käyttöön asetettuja lakeja ja määräyksiä tulee noudattaa. Yksinkertainen tapa välttää raja – arvojen ylittyminen, on käyttää valvontalaitetta jota kutsutaan myös otsoniohjaimeksi. Se voidaan yleensä asettaa niin että että se varoittaa kohonneista tasoista. Se on yksinkertainen varotoimenpide, joka takaa turvallisuuden työpaikalla.
Otsonin hygieeniset raja -arvot:
Kynnysraja (8 tuntia) = 0,1 ppm
Yläraja (15 minuuttia) = 0,3 ppm
(ppm = miljoonasosaa)
Faktoja otsonista
Otsoni on molekyyli, jota kutsutaan nimellä 03. Se koostuu kolmesta happiatomista, ja niitä esiintyy luonnon kiertokulussa. Stratosfäärin korkeudessa, 10 - 50 km maanpinnan yläpuolella, osa ilmassa olevista happimolekyyleistä (02) muuttuu auringonvalon vaikutusta otsoniksi, jolloin muodostuu luonnollinen otsonikerros joka imee itseensä ultraviolettivaloa, niinsanottuja UVB - säteitä. Niiden aallonpituus on on 280 - 315 mm. Tämä otsonikerros on elämän edellytys maan päällä.
Teollisesti valmistettua otsonia tuotetaan otsonaattoreissa UV – valon tai koronapurkauksen avulla. Kuiva ilma tai happi (02) toimii pohjana johon lisätään energiaa.
Happimolekyyli on jaettu kahdeksi happiatomiksi. Happiatomit sitoutuvat toiseen happimolekyyliin, muodostaen molekyylin joka muodostuu kolmesta happiatomista, otsonista.
Otsonimolekyylissä on voimakas hapetuspotentiaali, joka tarkoittaa että se reagoi herkästi muiden molekyylien kanssa jakaen tai muuntaen niitä. Otsonimolekyyli on epävakaa yhdiste. Tämä tarkoittaa että jos otsonimolekyyli ei joudu kosketukseen minkään muun hapettumaan kykenevän yhdisteen kanssa, otsonin happimolekyylit kutistuvat. Otsonin elinikä vaihtelee muutamasta minuutista tuntiin, riippuen paineesta, kontaminaatioasteesta jne.
On olemassa määräyksiä ja lakeja joiden tarkoituksena on suojella ympäristöä otsonialtistukselta, niin ettei teollinen otsoni jota käytetään veden ja ilman puhdistamiseen ja muihin prosesseihin, pääse ympäristöön. Teollisissa prosesseissa vältetään teollisesti tuotetun otsonin vapautuminen luontoon. Useimmissa otsonin teollisen tuotannon järjestelmissä käytetän katalysaattoreita, jolloin otsoni muuttuu hapeksi sekunneissa. Tässä prosessissa energia palautetaan lämmön muodossa. Katalyysi tapahtuu erityisesti katalyyttisen muuntumisen kautta, jolloin ylimääräinen otsoni kulkee tuhoajan läpi ( esim. mangaanioksidi, aktiivihiili), tai tapahtuu lämpöhajoamisessa eli pyrolyysissa. Jäännöstuotteena on happea.
Koska otsoni on epävakaa molekyyli, ja hajoaa itsestään, se on tuotettava ’paikallisesti’. Tästä on etua, koska kaasujen varastoinnin ja kuljetuksen aikana ilmenevät ongelmat voidaan välttää. Otsonin käyttö on osoittautunut ympäristöystävällisemmäksi vaihttoehdoksi verrattunu muihin kemikaaleihin kuten klooriin. Vaikka otsoni on useimmissa tapauksissa huomattavasti parempi ratkaisu kuin kemikaalit, sitä täytyy silti kunnioittaa. On tärkeä muistaa että veden desinfiointiin käytettävä otsoni saavuttaa usein jopa 200 000 ppm:n pitoisuuden. Jos otsoni joutuu kosketuksiin veden kanssa, tämä pitoisuus pienenee muutamaan ppm: ään. Myöhemmin uudelleen ilmaan päästettynä arvo on harvoin yli 0, 1 ppm. Lyhyen vedessä olon jälkeen siinä ei ole enää otsonia.
Raja – arvot/ sääntely
Vuonna 1997 amerikkalainen FDA (Food and Drug Administration) antoi otsonille GRAS – luokituksen (Generally Recognized As Safe) käytettäväksi elintarviketeollisuudessa.Tämä luokitus tarkoittaa että otsoni on sallittu elintarvikkeiden puhdistukseen ja desinfiointiin, jos sitä käytetään GMP:n (Good Manufacturing Practises) mukaisissa määrissä ja käyttötarkoituksiin. Ympäristöä, ihmisiä ja laatua koskevien lakien ja määräysten mukaisesti monet elintarvike – ja lääkevalmistajat soveltavat GMP: tä nykyään. Jo ennenkuin otsonille myönnettiin GRAS – luokitus, sitä käytettiin elintarviketeollisuudessa. Syynä on, että otsonilla on selkeitä etuja verrattuna vaikkapa klooriin. Otsoni ei jätä käytön jälkeen vaarallisia sivutuotteita, joita voi syntyä klooria käytettäessä. Otsonin käyttöä säätelee raja -arvo, eli kuinka paljon otsonia saa vapautua ympäröivään ilmaan. Otsonin hygieeniset raja – arvot ovat tasorajana 0.1 ppm, ja ylärajana 0.3. Yläraja ottaa huomioon otsonialtistuksen työpäivän aikana, korkein raja otsonialtistuksen 15 minuutin sisällä.
Otsonin ominaisuudet
- Kemiallinen nimi: Otsoni
- Ulkomuoto: väritön kaasu huoneenlämmössä
- Haju: terävä ja kloorinkaltainen
- Kaava: O3
- CAS numero: 10028-15-6
- Molekyylipaino: 48.0 g/mol
- Tiheys
– Kaasu: 2.144 kg/m3 (NTP)
– Neste: 1574 kg/m3 (-183ºC asteessa)
– Kiinteä: 1728 kg/m3 - Vesiliukoinen: 4.9 ml/l (at 0ºC asteessa)
- Kiehumispiste:-111.9ºC (1 atm)
- Sulamispiste: -192.5ºC (1 atm)
- Kriittinen lämpötila: -12.1ºC
- Kriittinen paine: 5460 kPa
- Lämpimän höyryn muodostus: 681 kJ/m3 (NTP)
Ammattikäyttö
Esimerkkejä otsonin käytöstä:
- Tulipalonjälkeiset korjaukset: hajunpoisto
- Kiinteistöt: hajunpoisto asuintiloissa ja jätehuoneissa
- Kalateollisuus: hajunpoisto ja vedenkäsittely
- Ajoneuvot: savun-, homeen-, ja eläintenhajujen poisto
- Kumi – ja synteettisten aineiden teollisuus: hajunpoisto
- Hotellit: Tupakansavun -, hajuveden- ja hienhajunpoisto
- Elintarviketeollisuus: hajujen vähentäminen, bakteerien poisto
- Merenkulku: poistoilman-, jäte-, ja pesuvedenkäsittely käsittely
- Paperiteollisuus: paperimassan valkaisu, hajunpoisto
- Pumppaamot: hajunkäsittely
- Ravintolat: hajujen poisto jätehuoneissa ja poistoilman käsittely
- Jätehuoneet: kestävä hajujen eliminointi, bakteerien tuhoaminen
- Navetat: Hajunpoisto, ammoniakin ja sulfaattien vähentäminen
- Vesivahinkojen hoito: hajujen-, ja homeenpoisto
- Vesistö: juomaveden käsittely
