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Aplicações Industriais do OZÔNIO

Orlando França Jr., M.Sc.47 99199665orlando@o3r.com.brwww.o3r.com.br

• 1840 - Schoenbein nomeia o ozônio e aponta suas propriedades

• 1857- O primeiro gerador de ozônio foi desenvolvido por Werner von

Siemens na Alemanha

• 1881-a primeira evidencia do uso do ozônio com função desinfetante é

atribuída ao Dr. Kellogg no seu livro sobre difteria

TIMELINE ‐ HISTORIA DO OZÔNIO

• 1893 - O primeiro tratamento de água com uso de ozônio. Foi instalado na

cidade de Ousbaden na Holanda

• 1982: FDA declaração GRAS (gererally recognized as safe) para uso em

água engarrafada

• 2001- O FDA atribuiu o titulo GRAS para o ozônio

• 2008 O FDA permite o uso do ozônio como aditivo direto em alimentos

OZÔNIO NA NATUREZA

Na natureza existe um ciclo do

oxigênio assim como existe um ciclo da

água. O oxigênio é liberado dos vegetais

durante fotossíntese. O O2 é mais leve que

ar e flutua na parte mais elevada da

atmosfera. Na região de 20-30 km de

altura, forte radiação ultravioleta (185-200

nm) bombardeia o oxigênio convertendo-o

em ozônio. O ozônio gerado desta forma

existe como uma camada muito fina na

atmosfera e bloqueia a porção do espectro

do UV que ele absorve durante a

conversão O2-O3.

Ozônio forma-se durante tempestades elétricas

É o terceiro oxidante mais potente na natureza;

O que é Ozônio ?

É o terceiro oxidante mais potente na natureza;

Solubilidade (20ºC, água): cerca de 3 mg/L;

Altamente instável, logo se recompõe como oxigênio;

Odor detectável em concentrações muito baixas, 0,02 ppm;

Decompoe-se naturalmente em complexo mecanismo que envolve a formação de radical hidroxila.

Velocidade de dissociação do Ozônio é dependente da temperatura e da concentração. 

Tempo de decomposição do Ozônio na água  depende diretamente do pH.

Tempo de decomposição do Ozônio na água  Depende diretamente da temperatura e da pureza da água

Temperatura do gás Tempo de meia via (min)

30°C 26

25°C 35

20°C 44

15°C 58

Propriedades fisico-químicas

pureza da água.

Mais denso ( 2,14  g/l) que o ar (1,28 g/l)

0 °C, ozone solubility is 0.640 l ozone/L water, whereas at 60 °C it is insoluble in water

10°C 76

5°C 101

Boiling point -111,9 ºCMelting point -192.5 ºCCritical temperature -12.1 ºCCritical pressure 54.6 atm

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O3

Nova tecnologia?

Christian Frederick Schönbein1840 – Basiléia, Suiça

Werner Von Siemens1857 – Alemanha

Primeiro gerador de Ozônio

a) Fornecimento de O2a) Secador de arb) Concentrador de O2

b) Geração de O3

c) Difusão de O3a) Venturib) Mi b lh

O que compõe um sistema industrial de ozonização ?

b) Microbolhasc) Tanques de contato

d) Controle – ORP / Espectrofotométrico

e) Eliminação de O3 (caso necessário)a) O3 Difundidob) O3 Gasoso

Preparação do  gás de alimentação

PSA – pressure swing adsorption

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PSA – pressure swing adsorption

Descarga CoronaPlasma Frio

Eletroquímico

DIFUSÃO

Membranas geradoras de microbolhas

Difusores de microbolhas

Difusores de microbolhas - material sinterizado

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Injetores Balanceamento do sistema

Injetores by‐pass Injetores tipo Venturi

Misturadores estáticos Misturadores estáticos

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Misturadores estáticos

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Aproveitamento “ Nobre” da água da chuva – Construção Civil

Aproveitamento “ Nobre” da água da chuva – Construção Civil

Edifício Costa Rica _ Itajaí/SC ‐ 2012

Diagrama esquemático  com os vários passos para geração, aplicação e controle de ozônio.Processo  típico de  uma industria de alimentos

Diagrama esquemático

Ozone gasGlassTeflonStainless steel (series 300)

Diluted ozone (in solution)Stainless steel (series 300)PVCPoliethilenConcrete

MATERIAIS COMPATÍVEIS COM OZÔNIO

ConcretePlexiglass (glass)Teflon Glass

Sealing materialsStainless steel (series 300)Kynar ®TeflonViton ®LDPE

• Odor• Cor• Biocida

– Vírus– Bactérias– Fungos,– Algas

• Metais (Fe Mn etc)

Solução ambientalmente apropriada para:

Metais (Fe, Mn, etc)• Cloraminas e THM’s• DQO / DBO• Cianeto e Tiocianato• Pesticidas• Fármacos• BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno, xileno)

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• Pesquisa e desenvolvimento ( câmara de teste)• Águas de processo • Águas de superfície• Águas de condensados• Efluente sanitário• Efluentes industriais• Lavador de gases• Aquacultura

Potenciais usos da tecnologia

q• Lavanderias• Torres de resfriamento• Sistemas Sanitização

– CIP (clean in place) / Sistemas WIP (wash in place)• Agricultura (limpeza, de tanques com pesticidas)• Substituto da fosfina em fumigação• Limpeza de tubulações e redes• Reduzir/ Controlar biofilme

• Desinfecção• Detoxificação• Descoloração • Desodorização• Melhora da biodegradabilidade

O id ã

Potenciais usos da tecnologia

• Oxidação• Degradação de substâncias orgânicas• Preservação de vegetais e alimentos

•Amplia a vida de prateleira “organicamente” •O uso de ozônio aumenta a segurança de alimentos frescos•Alternativa ambientalmente apropriada para os biocidas químicos.•Pode ser utilizado em todas as etapas da cadeia de alimentos, da limpeza das instalações, no processo, ar, águas de abastecimento e

VANTAGENS DO USO DO OZÔNIO

gefluentes.•Melhora shelf life, textura e padrão sensorial de pescados.•Solução livre de produtos químicos para: aquacultura, frigoríficos.•Extremamente eficiente no controle microbiano em temperatura ambiente, reduzindo ou eliminando o uso de água quente.•O FDA permite/recomenda o uso de ozônio no processamento de alimentos.•O FDA permite/recomenda o uso de ozônio como aditivo direto em alimentos.•Apropriado para produção orgânica.

• FDA – 2001 Food and Drug Administration 21 CFR Part 173Secondary Direct Food Additives Permitted in Food for Human Consumption Sec. 173.368 Ozone.

– Ozone (CAS Reg. No. 10028-15-6) may be safely used in the treatment, storage, and processing of foods, including meat and

MARCO REGULATÓRIO

t eat e t, sto age, a d p ocess g o oods, c ud g eat a d poultry

• On June 23, 2001, the U.S. Food and Drug Administration officially granted GRAS (Generally Recognized As Safe) status to ozone for use in food contact applications. While there was already interest among food processors in the use of ozone for killing microorganisms and sanitizing equipment, the FDA approval opened up the opportunity for food processors to begin putting this exciting technology to use in their plants.

FDA - 2008 Players

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Players

Players

Players Players

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Players Players

• APLICAÇÕES• APLICAÇÕES

TRATAMENTO DE “ÁGUAS”Água Purificada para uso farmacêuticoÁgua para injetáveisPotávelAproveitamento eficiente da água da chuvaAproveitamento eficiente da água da chuvaRemoção de Fe e MnOxidação de fármacos e pesticidasProcedimentos de CIP e WIPTorres de resfriamento

• Franca (+ de 700 cidades),• Leningrado - Rússia 1905• Wiebaden - Alemanha 1901 • Nice - Franca 1906 • Chartres - Franca 1908

SISTEMAS MUNICIPAIS DE ABASTECIMENTO DE AGUA

C a es a ca 908• Madri - Espanha 1910 • Lausanne - Suíça 1967 • Quebec - Canadá 1956 • Torino - Itália 1983 • Bologna - Itália 1983• Bilbao - Itália 1987• Califórnia - USA, o ozônio é usado atualmente em 44 WTP

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TRATAMENTO DE ÁGUA DE PISCINAS

Escopo:1. Captar água da piscina;2. Direcionar por meio da

bomba de transferência para Venturi;

3. Fazer passar por sistema de Venturi de 1 polegada (responsavel pela sucção e difusão do O3);

4. Encaminhar para misturador estático;

5. Retornar água para piscina pelo sistema de retorno.

Aproveitamento “ Nobre” da água da chuva – Construção Civil Aproveitamento “ Nobre” da água da chuva – Construção Civil

Edifício Costa Rica _ Itajaí/SC ‐ 2012

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Esterilização (baixa temperatura) de dispositivos médicosControle de contaminação de materiais e superficiesAr e sistemas de climatizaçãoAumento de “ vida de prateleira”

Controle de contaminação e esterilização

Remoção de Biofilme com Ozônio

Fonte: Cláudia Cardoso

Microrganismo Tempo de exposição (min) log / % de redução

Salmonella choleraesuis (ATCC 10708) 3 6 log / 99.9999%Staphylococcus aureus (ATCC 6538) 10 6 log / 99.9999%Pseudomonas aeruginosa (ATCC 15442) 5 6 log / 99.9999%Trichophyton mentagrophytes (ATCC 9533) 0,5 6 log / 99.9999%Listeria monocytogenes (ATCC 7644) 3 4 log / 99.99%

Dados de desinfecções por ozônio

EPA - Alternative desinfectants -

Fonte: (NCFST) Illinois EUA. O NCFST foi fundado através de um acordo cooperativo entre o Center for Food Safety and Applied Nutrition, U. S. Food and Drug Administration, Illinois Institute of Technology e . Os microoganismos estudados tiveram a aplicação de uma concentração de ozônio de 1.85 ppm a 2.25 ppm, com exceção da onde foi utilizada uma concentração de 2.1 ppm.

The National Center For Food Safety and Technology

E. coli membros

Listeria monocytogenes (ATCC 7644) 3 4 log / 99.99%Campylobacter jejuni (ATCC 33250) 3 4 log / 99.99%Aspergillus flavus (ATCC 9296) 5 4 log / 99.99%

Brettanomyces bruxellensis (ATCC 10560) 3 3 log / 99.99%Escherichia coli (ATCC 11229) 0,5 5 log / 99.999%

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Unifenas (1999) 200 Cadeiras Odontológicas

Fonte: Cláudia Cardoso

TSO3

Ciclo

LAVANDERIASIndustriaisHospitalaresProcessamento de jeans (controle de migração de corante)Processamento de jeans (controle de migração de corante)

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PROCESSAMENTO DE ALIMENTOS

O ozônio “bom”

O ozônio recebeu do FDA, em 1982, a classificação “GRAS”(Generally Recognized As Safe).

OZÔNIO NA INDÚSTRIA DA PESCA

Águas de processoO ozônio entra como uma etapa adicional de purificação de águas para processo, permitindo:- controle de carga microbiana.- oxidação de alguns compostos inorgânicos como ferro.- oxidação compostos orgânicos como pesticidas e cloraminas.- Redução dos níveis de cloro da água.

Gelo - Processamento O ozônio pode ser empregado em toda a cadeia de processamento do pescado. Ex. enxágüe e

lavagem do pescado, lavagem e desinfecção dos equipamentos e ate mesmo na produção de gelo.

Lavagem de desinfecção de equipamentos

Lavagem e desinfecção de pescado.

Ar ambiental InternoControla a carga microbiana do ar ambiental, onde a contaminação pode trazer sérias complicações, também reduz nesse caso odores do ambiente.

EfluentesO ozônio é indicado pela FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations) como substancia a ser utilizada na desinfecção de efluentes, também diminuindo níveis de DBQ e DBO.

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Ozone – an Emerging Technology for the Seafood IndustryAlex Augusto Gonçalves

Ozone – an Emerging Technology for the Seafood IndustryAlex Augusto Gonçalves

Ozone – an Emerging Technology for the Seafood IndustryAlex Augusto Gonçalves Ozone – an Emerging Technology for the Seafood Industry

Alex Augusto Gonçalves

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Ozone – an Emerging Technology for the Seafood IndustryAlex Augusto Gonçalves

• Oxidação de efluentes químicos– Fármacos– Pesticidas– Cianeto, – Ferro– Manganes– BTEX– Fenóis– Cromóforos– etc

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5‐FluorouraciloC4H3FN2O2

VincristinaC46H56N4O10∙H2SO4

CitarabinaC9H13N3O5

MetotrexatoC20H22N8O5

DoxorrubicinaC27H29NO11∙HCl 

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Métodos analíticos

USA‐ Compressed Gas Association – 2001

Aspectos de segurança

Canada ‐Workers Compensation Board of British Columbia ‐ 1991

OSHA regulations is 0.1 ppm, over an 8-hour work day,5 days per week.y pThis level is rather high considering the fact that the olfactorysenses of an average human being can detect ozone gas at levels as low as 0.01 ppm

The OSHA also has a short-term exposure limit (STEL) to ozone of 0.3, defined as a 15-minute exposure to ozone, not to beexceeded more than four times per day

A: neutrófilo em repousoAMP: polipeptideos

Science 298, Dez. 2002

OZÔNIO - BIOMOLÉCULAproduzida por neutrófilos ativados e catalisada por anticorpos específicos

AMP: polipeptideosantimicrobianos

MPO: mieloperoxidasePhox: complexo oxidase

do fagócito

Rac : Phox associado a membrana

B: neutrófilo ativadoC: reação catalisada por anticorpo

Próximos passos

Processos oxidativos avançados: O3/UV/H2O2 (AOPs)Oxidação catalítica (homogênea ou heterogênea)BiomoléculaIncrementar a eficiência da conversão O2 O3Incrementar a eficiência da conversão O2 O3Incrementar a eficiência da transferência de massa difusãoMedição, Controle e monitoramentoMateriais