Ozon: belangrijke toepassingen 

• Corrosie van leidingen en onderdelen van de warmtewisselaar
• Vorming van ketelsteen (scaling) in leidingen met name in de warmte wisselaars
• Ontstaan van micro-biologische groei (bacteriën, algen)

Deze drie aspecten zijn niet los van elkaar te zien. Zo voorkomt bijvoorbeeld een lagere pH de vorming van ketelsteen terwijl het corrosie van metalendelen in de hand werkt. Door middel van een ozonbehandeling is het mogelijk al deze aspecten gelijktijdig het hoofd te bieden zonder toevoeging van extra chemicaliën.

Conventionele behandelingsmethoden bestaan veelal uit het toepassen van van chemische biocides, corrosie inhibitors en scale inhibitors. Ozon is een betrouwbaar alternatief die effectief bovenstaande problemen kan beheersen [45]. Op deze pagina zal een overzicht worden gegeven van de werking van ozon m.b.t de verwijdering van ketelsteen, corrosie en microbiologische verontreinigingen in koelwater.

Ketelsteen (scaling)

Ketelsteen ontstaat doordat in oplossing aanwezige ionen zoals calcium en magnesium zich afzetten op delen van het koelsysteem. Hierdoor ontstaat een harde korst die een isolerende laag in de warmte wisselaars vormt wat een negatief effect heeft op de warmteoverdracht. Door waterverlies in de vorm van verdampen neemt de concentratie aan deze zouten en ionen in het koelwater toe. Dit proces wordt indikking genoemd. Op een gegeven moment wordt de maximale oplosbaarheid voor deze zouten bereikt waarna deze zullen neerslaan. Dit beperkt het aantal keren dat het koelwater gerecirculeerd kan worden.
De indikkingsfactor N is een maat voor de toename van de zout- en ionenconcentratie in het koelwater. Zodoende is het een indicatie voor de frequentie waarin water gespuid en ververst moet worden om het neerslaan van zouten te voorkomen. 

Op het koelwater systeem kan er ook een biofilm worden gevormd, doordat micro-organismen zoals algen zich aanhechten. Een biofilm werkt als een aanhechtingsplaats voor de ionen die normaal gesproken microkristallen vormen, en versterkt dus de vorming van ketelsteen. Op den duur zal onorganisch en organisch materiaal deze korst steeds dikker maken.
Behandelen met ozon beperkt de vorming van ketelsteen. Aangezien ozon ontsmettend werkt en deze biofilms afbreekt kunnen de ionen zich niet meer goed vasthechten. Hierdoor ontstaat aanzienlijk minder ketelsteen. Dit betekent dat water met hogere concentraties aan opgeloste ionen gerecirculeerd kan worden waardoor er aanzienlijk minder koelwater geloosd wordt. Voorwaarde is wel dat door het gehele systeem in het koelwater een kleine restconcentratie ozon gehandhaafd blijft, anders treedt alsnog biologische groei op, waarbij de kans op ketelsteenvorming vergroot wordt.

Corrosievorming

Elk materiaal heeft een beperkte levensduur. De lengte van deze levensduur is naast het soort materiaal afhankelijk van omgevingsfactoren. De beste methode om corrosie te voorkomen is in eerste instantie een goede materiaalkeuze en een goede constructie van het koelsysteem. Eenmaal in gebruik kan corrosie in een koeltoren worden voorkomen door de waterkwaliteit aan te passen. Dit gebeurt in de praktijk door het instellen van de zuurgraad en de concentratie opgeloste zouten in het water. Wanneer dit niet het gewenste resultaat oplevert, kan men corrosie-inhibitoren aan het koelwater toevoegen. Een nadeel hiervan is dat het gebruik van corrosie-inhibitoren kostbaar is, mede vanwege het toezicht dat nodig is om de methode effectief te laten zijn. 

Een andere methode om de corrosiesnelheid te verlagen is het gebruik van ozon. Veel corrosie hangt samen met micro-organismen, die corrosie condities bevorderen [66]. Ozon beperkt deze microbiologische groei. Bovendien zorgt ozon ervoor dat er in het water een bepaalde elektrische spanning wordt opgebouwd. Deze spanning zorgt ervoor dat het metaal, uit zijn eigen oxiden, een passieve, corrosiebeschermende film vormt op de materialen. Een dergelijke passiverende roestfilm treft men ook aan bij roestvaststaal en aluminium. Het vormen van deze film vindt alleen plaats bij bepaalde stroomsnelheden van het water in het systeem en bepaalde materialen. In verscheidene experimenten is aangetoond dat de corrosiesnelheid bij het gebruik van ozon altijd afneemt; doorgaans met meer dan 50%.

Er is maar weinig ozon nodig om de corrosie beschermende film op het metaal te vormen. Te hoge doseringen ozon in het water tasten sommige metalen aan. In de praktijk doseert men ongeveer 0,1 gr/m3 ozon in recirculerend water. Het deel ozon dat niet met organische stoffen reageert valt terug tot zuurstof. Er is geen sprake van giftige residuen. 

Microbiologische groei

Biologische groei in een watersysteem kan men niet voorkomen. Men werkt immers altijd met omgevingslucht en water, dat door bacteriën besmet is. Ook vanuit het proces kan besmetting plaatsvinden. Ozon is een sterkere desinfectant dan andere chemicaliën. In het afdoden van de bacterie Legionella is ozon het meest efficiënt. Bij een waterbehandeling met organische waterbehandelingspreparaten kan men normaliter het water niet meer dan 3-5 maal indikken. Dit betekent dat men van elke 1000 liter suppletiewater minimaal 200 liter afspuit (spui 20%). 

Bij een waterbehandeling met ozon kan men het water meer dan 5 maal indikken. Dit betekent dat men van elke 1000 liter suppletiewater niet meer dan 200 liter hoeft af te spuien. In de praktijk kan een indikking tot bijv. 20 maal haalbaar zijn, waarbij men per 1000 liter niet meer dan 50 liter in het riool hoeft te spuien; men vult alleen verdampings- en spatverliezen aan met vers water.

Voor- en nadelen

Het gebruik van ozon in de koelwaterbehandeling biedt een goede optie voor het beheersen van de waterkwaliteit in een koelwatersysteem. Ozon leidt tot een besparing op [66]:

• Anti-scaling / anti-corrosie middelen;
• Zuur dosering;
• Watergebruik;
• Opslag / handelingskosten chemicaliën biocides;
• Pompvermogen door efficiëntere warmteoverdracht en dus een lager energieverbruik en een hoger rendement van de warmtewisselaar.

Punten waarmee rekening gehouden moet worden bij gebruik van ozon:

• Waterkwaliteit, suppletie water voor koeltorens met een hoge hardheid en / of een hoog COD gehalte is minder geschikt voor koeltorens met ozon. 
• Verblijftijd in het systeem. De halfwaardetijd is normaal gesproken minder dan 10 minuten in koeltorens. Om een voldoende residuale hoeveelheid ozon te behouden, is het noodzakelijk om een voldoende hoge begin concentratie het systeem in te gaan. 
• Temperatuur van het koelwater. De oplosbaarheid van ozon en de halfwaarde tijd van ozon nemen af bij hogere koelwater temperaturen. Dit stelt een limiet aan de temperatuur van het koelwater om effectief ozon toe te kunnen passen. Deze limiet ligt in de meeste gevallen bij een koelwater temperatuur van ongeveer 45°C.
• Materiaal keuze. Het materiaal in de koeltoren dient ozon resistent te zijn.