Ozon: belangrijke toepassingen 

Vanwege de goede desinfectie en oxidatie eigenschappen wordt ozon steeds meer toegepast voor de behandeling van drinkwater. Ozon kan op verschillende punten worden ingezet in een drinkwatersysteem, zoals: preoxidatie, tussenoxidatie of als einddesinfectie. In het algemeen wordt aanbevolen om ozon in te zetten voor een zand of actief koolfilter (preoxidatie). Deze filters kunnen na het ozoniseren d.m.v adsorptie of biologische afbraak de overblijvende organische verbindingen verwijderen, wat van belang is voor de einddesinfectie. De belangrijkste voordelen van deze combinatie zijn hieronder weergegeven:

• Verwijdering van organisch-, anorganisch materiaal en micro vervuilers zoals pesticiden

• Verbeterde werking coagulatie/flocculatie middel

• Reductie van desinfectiebijprodukten verbetering desinfectie

• Geur en smaak eliminatie. 

Verwijdering van organisch materiaal en anorganisch materiaal

Elk soort water bevat van nature een hoeveelheid natuurlijk organisch materiaal (NOM), in een concentratie van ca. 0.2 – 10 mg/L [6]. Om zuiver drinkwater te kunnen produceren, is het zeer belangrijk dat NOM (vaak gemeten in DOC, dissolved organic carbon) uit het water wordt verwijderd. NOM geeft o.a. een slechte smaak en geur aan het drinkwater, is voedsel voor micro-organismen en kan leiden tot de vorming van desinfectie produkten (DBP). 
In principe geeft de toepassing van ozon zelden een complete mineralisatie van organisch materiaal. Verbindingen worden deels geoxideerd wat leidt tot een groter gehalte BDOC (biodegradable DOC) en is beter biologisch afbreekbaar. Met name om deze reden blijkt ozon de werking van filters aanzienlijk te verbeteren (33,39,40). In een vergelijkend onderzoek van Siddiqiui et al. [40] is gebleken dat ozon in combinatie met biofiltratie het gehalte DOC kan verlagen met 40-60 %. Bij gebruik van biofiltratie zonder ozon was dit 13 %. De verwijdering is nog groter bij een combinatie van ozonisatie en coagulatie. Dit komt omdat ozon de werking van een coagulant kan versterken (zie ozon in zwemwater). De combinatie coagulatie – ozon - biofiltratie gaf een reductie van 64 % van het DOC gehalte. De optimale waarde om organisch materiaal te verwijderen d.m.v. preoxidatie – biofiltratie was bij een ozondosering O3/DOC = 1 mg/mg.
De meeste anorganisch soorten worden vrij snel geoxideerd door ozon [15,39]. Zie voor reactiesnelheden ook reactiemechanismen ozon. Ook hierbij geldt dat filtratie gewenst is na oxidatie. Door oxidatie worden namelijk onoplosbare soorten gevormd die moeten worden afgevangen in een volgende stap. 

Pesticiden

Met name in oppervlakte water, maar ook steeds meer in grondwater kunnen microvervuilers als pesticiden voorkomen. De drinkwaternormen voor pesticiden in Nederland en europa zijn streng: 0.1 µg/l per afzonderlijke pesticide [38,62]. Meerdere onderzoeken hebben aangetoond dat ozon effectief kan zijn voor de oxidatie van bepaalde pesticiden. Bij een waterzuivering in Zevenbergen (Waterzuiveringsmaatschappij voor Noordwest Brabant) is aangetoond is dat de drie barrières: opslag - ozoniseren - aktieve koolfiltratie (bij een ozondosering van O3/DOC = 1 g/g) effectief en veilig genoeg zijn voor de verwijdering van pesticiden. Van de 23 geteste pesticiden werden er 50 % voldoende afgebroken (afbraak > 80 %). Tabel 1 geeft een overzicht van een aantal pesticiden die goed werden afgebroken. Voor zeer resistente pesticide soorten werd een hogere ozondosis geadviseerd of ozon in combinatie met waterstofperoxide (Advanced Oxidation Process) [38]. 

Reductie desinfectie bijprodukten en verbetering desinfectie Desinfectie bijprodukten (DBP) ontstaan grotendeels door de reactie van organisch materiaal met de desinfectant. De reactie van chloor met organisch materiaal kan leiden tot gechloreerde organische DBP’s zoals trihalomethanen (THM). Ozon kan ook reageren met organisch materiaal. Hierbij worden voornamelijk aldehydes gevormd die schadelijk zijn en ook worden gerekend tot DBP’s [33]. Organische DBP’s van ozon zijn goed af te breken in een biologisch filter (90-100%) [40]. In het algemeen vormen deze organische bijprodukten van ozon dan ook geen probleem indien ozon wordt toegepast als preoxidant (voor een filter), of wanneer het gehalte organisch materiaal in de oplossing laag is. Om het aantal DBP’s bij conventionele desinfectie (met chloor produkten) te beperken is het belangrijk dat de potentie om DBP’s te vormen laag blijft, vaak uitgedrukt in: DBP formation potential (DBPFP). De potentie om DBP’s te vormen kan worden beperkt door het gehalte NOM (grotendeels) te verwijderen, bijvoorbeeld d.m.v. preoxidatie met ozon – filtratie. Deze combinatie kan de DBPFP beperken met 70 – 80 %, wanneer chloor als einddesinfectant wordt gebruikt [40]. Hierbij gaat het gaat om de desinfectiebijprodukten THM’s, HAA’s en chloorhydraat.  Voor desinfectie is ozon effectiever dan chloor, chlooramine en zelfs chloordioxide EPA (zie desinfectie met ozon). Een ozondosering van 0,4 mg/l voor 4 minuten is vaak al effectief voor voorbehandeld water (lage concentratie NOM) [39]. Onderzoek heeft aangetoond dat in tegenstelling chloor(produkten), ozon bepaalde resistente m.o’s (o.a. Cryptosporidium) wel voldoende kan inactiveren, zie resistente micro-organismen. Voor residuale einddesinfectie (lang distributiesysteem) is ozon desondanks in de meeste gevallen minder geschikt. Ozon heeft een relatief korte halfwaardetijd waardoor de residuconcentratie (belangrijk i.v.m. hergroei micro-organismen) in het systeem snel afneemt. Hierdoor is ozon voor einddesinfectie alleen geschikt bij een kort distributiesysteem en weinig organisch materiaal in het systeem (bijvoorbeeld bij drinkwaterbottelarijen). Vaak wordt chloor of chloordioxide gebruikt voor de einddesinfectie. Als primaire desinfectant (bijvoorbeeld voor een zandfilter) kan ozon goed worden toegepast. Dit leidt tot een completere desinfectie en verminderde concentratie einddesinfectant. Geur en smaak eliminatie Geur en smaak in drinkwater kunnen verschillende oorzaken hebben. Ze kunnen al aanwezig zijn in het te behandelen water of gevormd worden tijdens de behandeling. In de meeste gevallen zijn het zeer kleine organische verbindingen, die afkomstig zijn van de afbraak van (plantaardig) organisch materiaal door bepaalde micro-organismen [5]. Anorganische stoffen zoals ijzer, koper en zink kunnen soms ook een bepaalde smaak genereren. Een andere mogelijkheid is dat door chemische oxidatie een ongewenste geur en smaak ontstaat, zoals bijvoorbeeld bij de behandeling met chloor.  Doordat de verbindingen die geur en smaak veroorzaken vrij resistent zijn, is eliminatie een intensief proces [33]. Voor de eliminatie van smaak en geur kunnen verschillende processen geschikt zijn, zoals oxidatie, aeratie en aktieve kool- en zandfiltratie. Meestal worden combinaties van technieken toegepast. Ozon kan verbindingen oxideren in een gebied 20 – 90 % (afhankelijk van soort verbinding) [6]. Ozon is effectiever voor de onverzadigde verbindingen. Net als bij de oxidatie van pesticiden geldt dat ozon in combinatie met peroxide (AOP proces) effectiever is. Geosmin en 2-methylisoborneol (MIB) zijn voorbeelden van geurcomponenten vaak voorkomen in drinkwater en vrij resistent zijn. Deze worden geproduceerd door algen en hebben een lage geur en smaakdrempel [15]. Desondanks is ozon nog vrij effectief in de verwijdering hiervan, zie figuur 1. Figuur 1: Verwijdering van MIB en Geosmin  van Colorado rivier water (US) De effectiefste manier om smaak en geurcomponenten te verwijderen blijkt in het algemeen de d.m.v. preoxidatie en filtratie [5]. Tabel 2 geeft verschillende combinaties van technieken om smaak te verbeteren. Ozon in combinatie met zand en actieve kool is het meest efficiënt (82 %).  Tabel 2: effect van ozon en daaropvolgende behandeling op geurdrempel en (geur reductie) bij Saint-Maur pilot zuivering (Frankrijk)