Ozono: realidad y perspectivas

Las perspectivas de uso del ozono están relacionadas sobre todo con su utilización en los procesos de oxidación avanzada (AOP) y como inhibidor del crecimiento de lodos biológicos en las instalaciones para el tratamiento de las aguas residuales con sistema de lodos activados.

Realidad: las aplicaciones consolidadas

Hoy en día el ozono se utiliza principalmente en la pre-ozonación del agua potable, en la remoción del color, de los tensioactivos y del COD residual de las  aguas industriales, en la desinfección del agua para uso farmacéutico, electrónico y alimentario y en la reutilización industrial o agrícola de las aguas depuradas. Las principales ventajas que derivan del uso de este gas se deben a su fuerte poder oxidante; a la falta de producción de lodos o concentrados; a la capacidad de degradar los contaminantes; a la ausencia de contaminantes secundarios; a la capacidad de mejorar las características generales de las aguas, aumentando su biodegradabilidad; a la anulación de la salinidad del agua tratada; a la posibilidad de obtener también un agua residual desinfectada (en los tratamientos que tienen por objetivo la oxidación de sustancias orgánicas); a la capacidad de evitar fenómenos corrosivos y de fermentación gracias a su fuerte acción desinfectante y de oxigenación; a la flexibilidad de dosificación y a la sencillez de las instalaciones, que  minimizan los costes de gestión y el control operativo.
Las perspectivas de uso del ozono están relacionadas sobre todo con su utilización en los procesos de oxidación avanzada (AOP) y como inhibidor del crecimiento de lodos biológicos en las instalaciones para el tratamiento de las aguas residuales con sistema de lodos activados.

AOP, sistemas de oxidación avanzada

Por procesos de oxidación avanzada se entienden esos procesos que, gracias a la combinación de la luz ultravioleta con particulares oxidantes como el O3 y el H2O2 en presencia o no de catalizadores, generan radicales hidroxilicos. El potencial de oxidación del radical hidroxilico, que es de 2,8 V, es más elevado de cada uno de los potenciales de los distintos oxidantes que han participado a su formación. Este compuesto oxidante tiene una vida extremadamente corta y es capaz de oxidar compuestos orgánicos mediante extracción de hidrógeno.
HO.  +  RH    >>>    R.  +  H2O
dando así lugar a radicales orgánicos que reaccionando con el oxígeno molecular presente llevan a la formación de radicales de peróxido.
R.  +  O2    >>>  RO.2
Estos intermedios de reacción inician una propagación de radicales oxidativa orgánica que da como productos de reacción finales anhídrido carbónico y sales inorgánicas.
HO.  +  RX >>>  RX.+  OH-
Los AOP que utilizan el acoplamiento O3/UV y O3/H2O2 son los procesos de oxidación avanzada utilizados con más frecuencia para la efectiva destrucción de sustancias tóxicas y refractarias, bacterias y virus en el agua, el blanqueo y la decoloración en la industria papelera. Su eficiencia de reacción es superior a la de cada uno de los procesos que los componen, a condición de que en el proyecto de los reactores se tenga en cuenta el hecho de que el ozono es un gas escasamente soluble y que por lo tanto es extremadamente importante su contacto con los demás oxidantes. Estos procesos se aplican a la remoción de: fenoles, clorofenoles, ácidos húmicos y fúlvicos, halógeno-compuestos, aldehído y oxiácidos, compuestos aromáticos y heterocíclicos complejos, BTX, VOC, etc. Estos últimos mediante sistemas de oxidación en fase catalítica en seco.

Destrucción de lodos biológicos

En los últimos 20 años, se han hecho muchos progresos en el ámbito de la depuración de las aguas residuales y, en particular, en la gestión de los lodos  biológicos. Sin embargo, actualmente los costes del tratamiento de los lodos todavía representan un concepto particularmente relevante en el ámbito de la gestión de las aguas residuales, alcanzando en algunos casos el 50%, y a veces el 60% de los costes totales de tratamiento de las aguas. Por lo que concierne la eliminación final de los lodos, las soluciones actualmente utilizadas (principalmente el confinamiento en vertederos controlados, pero también incineración en instalaciones de termodestrucción de residuos o fábricas de cemento o también el uso en agricultura) deben respetar los límites restrictivos impuestos por la normativa vigente en materia, con costes elevados. Por lo tanto, la gestión de los lodos de depuración no puede considerarse solucionada. Una contribución útil a la resolución de dicho problema la da seguramente el estudio de tecnologías de tratamiento alternativas que sean más  eficientes y menos costosas, pero también la aplicación de esas estrategias que permitan reducir la producción de lodo y en particular del biológico, algunas de las cuales ya se utilizan con éxito en aplicaciones de instalaciones reales. Dichas estrategias pueden agruparse en dos clases principales: las que operan por desintegración y las que tienen por objetivo la disminución del rendimiento del crecimiento bacteriano. En el ámbito de la primera clase, se han hecho varias experiencias, principalmente en escala piloto o de laboratorio, acerca del uso del ozono para la oxidación parcial del lodo biológico sacado de la corriente de recirculación desde el depósito de decantación secundario o directamente desde la cuba de oxidación de la línea aguas o también de la línea lodos. La aplicación de dicha tecnología ha permitido reducir la producción de lodo biológico en porcentajes significativos (del 30 al 70% en media), variables en relación a las condiciones operativas de la instalación y a la dosificación de ozono. Al mismo tiempo, se han detectado mejoras apreciables en las características de sedimentabilidad del lodo, con particular atención a la reducción del problema del abultamiento filamentoso y de las espumas biológicas. El efecto del ozono sobre la biomasa es, en primer lugar, un estrés químico a nivel celular que lleva a la lisis de las bacterias más débiles o ya parcialmente dañadas que forman sustrato orgánico para los organismos más fuertes o de clase superior. Además, las bacterias dañadas necesitan regenerar sus estructuras celulares funcionales (por ejemplo, ARN y ADN); la energía necesaria para dicha reconstrucción se consigue de la oxidación de las materias orgánicas con consiguiente disminución de la disponible para la duplicación. Dicho estrés químico se ejerce más intensamente sobre algunas poblaciones bacterianas con estructura mayormente ramificada (filamentosas). Esto genera una consiguiente reducción de los fenómenos de abultamiento y una mejora de la calidad de los lodos residuales. La selección de colonias bacterianas con estructura más compacta (floccus), mejora el SVI (Sludge Volume Index), o sea la sedimentabilidad, y la deshidratabilidad de los lodos residuales producidos. Una parte de los lodos en exceso o de recirculación se somete a un breve pero intenso tratamiento con ozono. El alto potencial oxidativo del ozono lleva a la ruptura del material celular, que por lo tanto queda metabolizado por la biomasa más fuerte. La actividad depurativa biológica no queda mermada en su complejo por este proceso, puesto que éste tiene la finalidad precisa de remover la fracción más débil de los lodos biológicos y volver así más eficiente la fracción realmente activa en la remoción de los contaminantes. Puesto que el material celular procedente de la lisis de las bacterias oxidadas se vuelve disponible como sustrato orgánico, de todas formas hay que tener en cuenta un ligero aumento de la carga orgánica en entrada a la fase biológica, normalmente compensado por el mejor rendimiento de la instalación. Por lo tanto el uso del ozono permite: dañar las estructuras celulares de los organismos más fuertes de manera que la energía derivada del consumo de los nutrientes pueda utilizarse para el restablecimiento de la célula y no para la reproducción; provocar una lisis en los organismos más débiles; favorecer la sobrevivencia de los “depredadores” (protozoarios - metazoarios) que metabolizan  las células lisas o dañadas. Por lo tanto, el uso con miras de la tecnología con Ozono para la degradación químico-biológica del lodo secundario tiene los  siguientes beneficios: reducción de la cantidad de lodo a eliminar; mejores características drenantes; reducción de los costes de las sustancias químicas; eliminación de las bacterias filamentosas; mejor sedimentabilidad.