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Ozono
Amor, odio y odio por el ozono
El efecto protector de la capa de ozono en la atmósfera sobre la vida en la Tierra ahora es bien conocido: absorbe la energía liberada por el sol La mayoría de los rayos UV, protegiendo a los animales y plantas de este rayo. Para compensar la capa de ozono cada vez más fina e incluso el agujero de la capa de ozono, la gente está haciendo todo lo posible, como promover el uso de refrigerantes sin flúor y reducir el daño al ozono causado por el freón y otras sustancias. El mundo también celebra un día internacional para proteger la capa de ozono. Esto da la impresión de que cuanto más protegido sea el ozono, mejor. De hecho, no es así. Si se acumula demasiado ozono en la atmósfera, especialmente cerca de la tierra, la concentración excesiva de ozono será un desastre para los humanos.
El ozono es un gas traza en la atmósfera terrestre. Se forma al descomponer las moléculas de oxígeno de la atmósfera en átomos de oxígeno mediante la radiación solar y luego combinar los átomos de oxígeno con las moléculas de oxígeno circundantes. . Más del 90% del ozono de la atmósfera se encuentra en la atmósfera superior o estratosfera, entre 10 y 50 kilómetros sobre el suelo. Esta es la capa de ozono de la atmósfera que necesita protección humana. Todavía hay una pequeña cantidad de moléculas de ozono flotando cerca del suelo, que aún pueden desempeñar un cierto papel en el bloqueo de los rayos ultravioleta. Sin embargo, en los últimos años se ha descubierto que la concentración de ozono en la atmósfera cerca del suelo tiende a aumentar rápidamente, lo que no es bueno.
¿De dónde viene el ozono? Al igual que la contaminación por plomo y los sulfuros, también provienen de las actividades humanas. Los automóviles, los combustibles y los petroquímicos son fuentes importantes de contaminación por ozono. Al caminar por las concurridas calles, a menudo vemos que el aire es ligeramente marrón claro con un olor acre, lo que comúnmente se conoce como smog fotoquímico. El ozono es el componente principal del smog fotoquímico. No se emite directamente, sino que se convierte. Por ejemplo, los óxidos de nitrógeno emitidos por los coches pueden producir ozono siempre que estén expuestos a la luz solar y en condiciones meteorológicas adecuadas. A medida que aumentan las emisiones industriales y de vehículos, la contaminación por ozono a nivel del suelo se ha convertido en un fenómeno común en muchas ciudades de Europa, América del Norte, Japón y China. Según los datos de que disponen actualmente los expertos, se espera que en 2005 la capa de ozono de la atmósfera cercana a la superficie se convierta en el principal contaminante que afectará a la calidad del aire en el norte de China.
Las investigaciones muestran que cuando la concentración de ozono en el aire es de 0,012 ppm, que también es un nivel típico en muchas ciudades, puede causar picazón en la piel, irritación de los ojos, nasofaringe y tracto respiratorio y deterioro de la función pulmonar. Puede verse afectado, provocando síntomas como tos, dificultad para respirar y dolor en el pecho. El nivel de ozono en el aire aumentó a 0,05 ppm y el número de hospitalizaciones aumentó de 7 a 10 en promedio. La razón es que, como oxidante fuerte, el ozono puede reaccionar con casi cualquier tejido biológico. Después de que el ozono se inhala en el tracto respiratorio, reaccionará rápidamente con las células, fluidos y tejidos del tracto respiratorio, provocando un debilitamiento de la función pulmonar y daño tisular. Para las personas con asma, enfisema y bronquitis crónica, el daño del ozono es más evidente.
Por la naturaleza del ozono, puede tanto ayudar como dañar a las personas. No es sólo un paraguas protector del cielo y de la humanidad, sino que a veces es como un veneno feroz. En la actualidad, la gente comprende perfectamente los efectos positivos del ozono y las medidas que los seres humanos deben tomar para proteger la capa de ozono, y se ha trabajado mucho al respecto. Sin embargo, aunque se conoce el impacto negativo de la capa de ozono, no existe una forma realmente factible de abordarlo más allá del monitoreo atmosférico y el pronóstico de la contaminación del aire.
El principio de desinfección con ozono se puede considerar como una reacción de oxidación.
(1) El mecanismo de inactivación de bacterias por el ozono:
La inactivación de bacterias por el ozono siempre ocurre muy rápidamente. A diferencia de otros bactericidas, el ozono puede reaccionar con los dobles enlaces lipídicos de la pared celular bacteriana, penetrar en las bacterias, actuar sobre proteínas y lipopolisacáridos, cambiar la permeabilidad de las células y provocar la muerte bacteriana.
El ozono también actúa sobre sustancias nucleares de las células, como las purinas y pirimidinas de los ácidos nucleicos, para dañar el ADN.
(2) El mecanismo de inactivación de los virus por ozono:
El primer efecto del ozono sobre los virus es que las cuatro cadenas polipeptídicas de la proteína de la cápside del virus se destruyen y el ARN se destruye. destruidos, especialmente los que lo forman. Después de que el bacteriófago se oxida con ozono, la epidermis del bacteriófago se rompe en muchos fragmentos bajo un microscopio electrónico, de los cuales se libera una gran cantidad de ácido ribonucleico, lo que interfiere con su adsorción en los sedimentos.
No hay duda de la minuciosidad de la esterilización con ozono.
La destrucción de la capa de ozono nos pone en peligro a todos.
Los rayos ultravioleta afectan la salud humana de muchas maneras. Las personas pueden desarrollar quemaduras solares, enfermedades oculares, cambios en el sistema inmunológico, cambios en la luz y enfermedades de la piel (incluido el cáncer de piel). El cáncer de piel es una enfermedad persistente y una mayor exposición a los rayos ultravioleta aumenta el riesgo. Los fotones ultravioleta tienen suficiente energía para romper los dobles enlaces. Los rayos ultravioleta de onda media y corta pueden penetrar profundamente en la piel humana, causar inflamación de la piel humana, dañar el material genético humano, el ADN (ácido desoxirribonucleico), convertir células que crecen normalmente en células cancerosas y continuar creciendo hasta convertirse en una pieza completa de cáncer de piel. . Otros dicen que la luz del sol penetra la capa superficial de la piel. La radiación ultravioleta bombardea las unidades básicas de ADN en los núcleos de las células de la piel, derritiendo muchas unidades en fragmentos inútiles. El proceso de reparación de estos defectos puede ser anormal y provocar cáncer. La epidemiología confirma que la incidencia de cánceres de piel no melanoma en las fábricas está estrechamente relacionada con la exposición al sol. Personas de todo tipo de piel corren riesgo de desarrollar cáncer de piel no melanoma, pero las personas de piel clara tienen tasas más altas. Los experimentos con animales han demostrado que la región de longitud de onda ultravioleta B es la región de longitud de onda con el efecto cancerígeno más fuerte.
Se espera que la cantidad total de ozono disminuya en 1 (es decir, el ultravioleta B aumentará en 2) y la tasa de cáncer de células básicas aumentará en aproximadamente 4. Investigaciones recientes han descubierto que los rayos UVB pueden alterar la función del sistema inmunológico. Algunos resultados experimentales sugieren que las enfermedades infecciosas de la piel también pueden estar relacionadas con la mejora de la radiación ultravioleta B causada por la reducción del ozono. Se espera que la cantidad total de ozono disminuya en 1, la incidencia de cáncer de piel aumente entre 5 y 7 y el número de pacientes con cataratas aumente entre 0,2 y 0,6. Desde 1983, la incidencia del cáncer de piel en Canadá ha aumentado en un 235%, llegando a 47.000 pacientes en 1991. El jefe de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos dijo que en los próximos 50 años morirán de cáncer de piel en Estados Unidos 200.000 personas más de lo previsto anteriormente. A los australianos les gusta tomar el sol y broncearse. A pesar de las repetidas advertencias de los científicos de que una mayor exposición al sol puede provocar cáncer de piel, todavía favorecen la piel más oscura. Como resultado, la gente no se despertó hasta que la tasa de incidencia de cáncer de piel en Australia fue el doble que la del resto del mundo. Las personas que padecen cáncer de piel representan 1/3 del número total de pacientes con cáncer en el mundo.
El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente advierte que si la capa de ozono de la Tierra continúa disminuyendo y adelgazando al ritmo actual, para el año 2000, la proporción de cáncer de piel aumentará un 26% hasta alcanzar las 300.000 personas en todo el mundo. Si la capa de ozono disminuye un 10% a principios del próximo siglo, el número de personas que padecen cataratas cada año en todo el mundo podría alcanzar entre 16.000 y 17.500.
La exposición a la luz ultravioleta también puede provocar sarampión, varicela, malaria, sarna, enfermedades fúngicas, tuberculosis, lepra y linfoma.
El aumento de los rayos ultravioleta provocará también la muerte masiva de plancton marino, larvas de camarones y cangrejos y mariscos, llevando a la extinción de algunos organismos. Como resultado de la radiación ultravioleta, las bandadas de conejos se volverán miopes y miles de ovejas quedarán ciegas.
La radiación ultravioleta B debilita la función de la plataforma luminosa. Según experimentos realizados en zonas costeras de África, se especula que bajo una irradiación ultravioleta B mejorada, la fotosíntesis del plancton se debilita en aproximadamente un 5%. Los rayos UVB mejorados también pueden alterar los ecosistemas de agua dulce al destruir los microorganismos en el agua, debilitando así la capacidad del agua para purificarse. La radiación ultravioleta B mejorada también puede matar peces juveniles, camarones y cangrejos. Si el plancton original del Océano Antártico disminuye drásticamente, la vida marina en general sufrirá enormes cambios. Sin embargo, algunos plancton son sensibles a los rayos ultravioleta, mientras que otros no. El grado de daño al ADN de diferentes organismos por la luz ultravioleta varía 100 veces.
Dificultando gravemente el crecimiento normal de diversos cultivos y árboles. Algunas plantas, como el maní y el trigo, son muy resistentes a los rayos UVB, mientras que otras, como la lechuga, los tomates, la soja y el algodón, son muy sensibles. Tremola, del Centro de Biotecnología Agrícola de la Universidad de Maryland, utilizó luces solares para observar seis variedades de soja.
Los resultados mostraron que tres variedades de soja eran extremadamente sensibles a la radiación ultravioleta. Específicamente, la intensidad fotosintética de las hojas de soja disminuye, lo que resulta en una disminución del rendimiento, mientras que el contenido de proteína y aceite del cultivo de soja disminuye. La capa de ozono de la atmósfera se perderá en 1, y la producción de soja también se reducirá en 1.
Tremola también pasó cuatro años observando los efectos de altas dosis de radiación ultravioleta en el crecimiento de los árboles. Los resultados mostraron que la acumulación de madera se redujo significativamente y se obstaculizó el crecimiento de las raíces.
Efectos adversos sobre el clima global: Las grandes reducciones de ozono en la estratosfera superior y los correspondientes aumentos de ozono en la estratosfera inferior y la troposfera superior pueden tener efectos adversos sobre el clima global. La redistribución vertical del ozono puede calentar la atmósfera inferior, exacerbando el efecto invernadero causado por el aumento de dióxido de carbono.
Contaminación fotoquímica del aire El exceso de rayos ultravioleta hace que los materiales poliméricos, como los plásticos, sean propensos al envejecimiento y la descomposición, creando un nuevo tipo de contaminación: la contaminación fotoquímica del aire.
Oxígeno
....
:O::O:
Ozono
... .
:O::O::O:
Eso es todo.
La electronegatividad del ozono se puede obtener cambiando la electronegatividad del dióxido de carbono:
....
:O::C::O:
Pero cabe señalar que aunque el ozono y el dióxido de carbono tienen electrones similares, tienen estructuras moleculares diferentes. El ozono es lineal, el dióxido de carbono es lineal. La explicación de esto requiere conocimientos universitarios de química inorgánica.
Los científicos de la NASA descubrieron recientemente que el enorme agujero de ozono sobre la Antártida de la Tierra cambió significativamente en septiembre, desde su forma de vórtice original a una forma de "ameba" con dos extremos grandes y un centro pequeño.
Aunque el agujero de ozono parece estar reduciéndose en los últimos dos años, los científicos advierten que es demasiado pronto para decir que la capa de ozono se está "reparando y disminuyendo". Los expertos en ozono de la NASA, incluido Newman, dicen que el aumento de las temperaturas atmosféricas está provocando que el agujero de la capa de ozono se reduzca. En 2000, la superficie del agujero de ozono en la Antártida alcanzó los 2,8 millones de kilómetros cuadrados, equivalente a la superficie de tres continentes americanos. A principios de septiembre de 2002, los científicos de la NASA estimaron que el vacío se había reducido a 6.543.850 kilómetros cuadrados.
Un equipo australiano de investigación del ozono ha informado al mundo de una buena noticia: debido a la implementación efectiva de medidas de protección ambiental a lo largo de los años, el agujero de ozono sobre la Antártida se está reduciendo y se espera que esto sea "notorio". El enorme agujero desaparecerá en 2050 y se "llenará" por completo.
Según informes, el agujero de ozono sobre la Antártida ha sido uno de los problemas que más ha preocupado a los ambientalistas de todo el mundo. En su peor momento, el agujero de la capa de ozono era tres veces mayor que el de Australia. Los científicos han descubierto que el culpable de "tragar" el ozono son los clorofluorocarbonos de la atmósfera: compuestos orgánicos que contienen cloro, flúor y carbono (comúnmente conocidos como "freón").
Para evitar una mayor exacerbación del agujero de la capa de ozono y proteger el medio ambiente ecológico y la salud humana, el país formuló en 1990 el Protocolo de Montreal, que imponía restricciones estrictas a la emisión de clorofluorocarbonos. Ahora, años de incansables esfuerzos por parte de grupos ambientalistas finalmente han dado sus frutos: ¡el ozono ha vuelto! Paul Frescher, experto en investigación atmosférica de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth de Australia (CSIRO), dijo con entusiasmo: "Esta es una gran noticia. Hemos estado esperando este día durante mucho tiempo. ¡Aunque todavía quedan muchos!" factores Factores que afectan el proceso de reducción del agujero de ozono, como el efecto invernadero y el cambio climático, "Concluimos que, teniendo en cuenta todos los factores, el agujero de ozono sobre la Antártida desaparecerá por completo en menos de 50 años".
Se informa que desde la década de 1950, con el uso generalizado de refrigeradores y acondicionadores de aire (la principal fuente de clorofluorocarbonos), el contenido de clorofluorocarbonos en la atmósfera ha aumentado año tras año, alcanzando un máximo en 2000. Posteriormente, con el nacimiento de nuevos frigoríficos sin flúor, el contenido de clorofluorocarbonos empezó a disminuir significativamente.
Los científicos han descubierto que el ozono en el suelo inhibe el crecimiento de las plantas.
Un estudio conjunto realizado por científicos europeos encontró que la capa de ozono es una barrera natural que protege a los organismos de la superficie de los rayos ultravioleta del sol, pero el ozono en el suelo es el enemigo del crecimiento de las plantas, inhibiendo el crecimiento de varias plantas. y traer grandes desafíos a la agricultura. La producción trae enormes pérdidas.
El ozono es un gas incoloro que se produce naturalmente y que tiene un olor especial en la atmósfera. La mayor parte del ozono existe en la estratosfera, a unos 25 kilómetros sobre el suelo, lo que comúnmente se conoce como capa de ozono. La cantidad de ozono a menudo cambia con la latitud, la estación y el clima.
Investigadores franceses dijeron que la capa de ozono en el cielo puede absorber más del 99% de los rayos ultravioleta del sol, proporcionando una barrera protectora natural para la vida en la Tierra, pero cuando el ozono existe en el suelo, es un contaminación grave. Los últimos resultados de las investigaciones muestran que cuanto más intensa es la luz, mayor es la pérdida provocada por el ozono en el suelo, especialmente en los cultivos.
Investigadores franceses creen que la principal razón del aumento de los niveles de ozono en el suelo son los óxidos de nitrógeno producidos durante la combustión de combustibles fósiles como los productos derivados del petróleo. Estos óxidos de nitrógeno flotan en el aire y algunos de ellos se combinan lentamente con el oxígeno del aire para formar ozono, que está compuesto por tres átomos de oxígeno. Destacan que la luz solar puede acelerar esta reacción química, por lo que el ozono en el suelo tiene diferentes efectos sobre el crecimiento de las plantas en diferentes áreas con diferentes climas. En el sistema de tratamiento de agua, los tanques de agua, las columnas de intercambio, varios filtros, membranas y tuberías seguirán criando bacterias. Aunque los métodos de desinfección y esterilización brindan la capacidad de eliminar bacterias y microorganismos, ninguno de estos métodos puede eliminar todas las bacterias y contaminantes orgánicos solubles en agua en los sistemas de tratamiento de agua de múltiples etapas. Actualmente, el mejor método para la eliminación constante de bacterias y virus en sistemas de agua de alta pureza es el uso de ozono.
El ozono se utiliza en el tratamiento del agua desde 1905. Es superior al tratamiento del agua con cloro y elimina los haluros del agua. La aplicación de este método en sistemas de agua domésticos apenas ha comenzado. En el extranjero, este método de desinfección se ha vuelto muy común porque el ozono no produce residuos nocivos.
Usar desinfección con ozono e instalar lámparas ultravioleta frente al punto de agua para reducir los residuos de ozono es uno de los métodos de desinfección comúnmente utilizados para los sistemas de agua farmacéuticos, especialmente los sistemas de agua purificada.
Propiedades químicas y efectos de (1)
El ozono (O3) es un alótropo del oxígeno. Es un gas de color azul claro con un olor especial. La estructura molecular es triangular, el ángulo de enlace es 116, la densidad es 1,5 veces la del oxígeno y su solubilidad en agua es 10 veces la del oxígeno. El ozono es un oxidante fuerte. Su potencial redox en el agua es de 2,07 V, solo superado por el flúor (2,5 V), y su capacidad oxidante es superior a la del cloro (1,36 V) y al dióxido de cloro (1,5 V). Puede destruir la pared celular de las bacterias, difundirse rápidamente hacia las células y oxidar la glucosa oxidasa, etc. , que es necesario para oxidar la glucosa en las bacterias y también puede combinarse directamente con el dióxido de cloro. Destruye las células, el ácido ribonucleico (ARN), descompone el ácido desoxirribonucleico (ADN), el ARN, las proteínas, los lípidos, los polisacáridos y otras macromoléculas, y destruye el metabolismo y el proceso de reproducción de las bacterias. El ozono mata las bacterias debido a la rotura de las membranas celulares. Este proceso se llama disipación celular y es causado por la compresión del citoplasma en el agua. En caso de disipación, las células no pueden regenerarse. Cabe señalar que, a diferencia de los desinfectantes con ácido hipocloroso, la capacidad esterilizante del ozono no se ve afectada por los cambios en el valor del pH y el amoníaco. Su capacidad esterilizante es 600-3000 veces mayor que la del cloro, y el efecto esterilizante y desinfectante se produce casi. instantáneamente. Cuando la concentración de ozono en el agua es de 0,3 a 2 mg/L, las bacterias pueden morir en 0,5 a 1 minuto. Para lograr el mismo efecto de esterilización (por ejemplo, la tasa de destrucción de E. coli alcanza 99), la dosis de agua con ozono es solo 0,0048 de la de cloro.
El ozono también es activo contra levaduras y parásitos, por ejemplo, puede utilizarse para eliminar los siguientes tipos de microorganismos y virus.
①Los virus demuestran que el ozono tiene un efecto letal muy fuerte sobre los virus. Por ejemplo, cuando la concentración de ozono es de 0,05 a 0,45 mg/L, el virus Poloy perderá actividad en 2 minutos.
② Después de 2,4 minutos de ozono a una concentración de 0,3 mg/L, los quistes fueron completamente eliminados.
③ Debido a la protección de la capa de esporas, la resistencia al ozono de la cantidad de esporas es mayor que la de las esporas en crecimiento, entre 10 y 15 veces mayor.
④Puede matar los hongos Candida albicans y Penicillium.
El parásito Schistosoma mansoni muere después de 3 minutos.
Además, el ozono también puede oxidar y descomponer contaminantes en el agua, y tiene efectos significativos en el tratamiento del agua en términos de eliminación de olores, decoloración, esterilización, eliminación de fenol, eliminación de cianuro, eliminación de hierro, eliminación de manganeso y DQO. , reducción de DBO, etc.
Cabe destacar que aunque el ozono es un oxidante fuerte, su capacidad oxidante es selectiva. Las sustancias que se oxidan fácilmente, como el etanol, no reaccionan fácilmente con el ozono.
(2) La aparición y concentración común del ozono
La vida media del ozono es de sólo 30 a 60 minutos. Debido a que es inestable y fácil de descomponer, no se puede almacenar como producto general y debe fabricarse in situ. La concentración de ozono elaborado a partir del aire es generalmente de 10 a 20 mg/L, y la concentración elaborada a partir de oxígeno es de 20 a 40 mg/L. Se puede utilizar aire que contenga 1 a 4 (proporción de masa) de ozono para desinfectar el agua.
El método de generación de ozono consiste en utilizar aire seco u oxígeno seco como materia prima y obtenerlo mediante el método de descarga. Otro método para producir ozono es la electrólisis, que electroliza el agua en oxígeno y luego convierte el oxígeno libre en ozono.
Las principales ventajas del sistema de electrólisis para producir ozono son:
① No hay contaminación iónica
② El agua a desinfectar es la materia prima para generar; ozono, por lo que no hay contaminación del sistema. Otra contaminación además;
(3) El ozono se disuelve durante el proceso de tratamiento, es decir, el tratamiento con ozono se puede llevar a cabo con menos equipo.
Si se presuriza se pueden producir mayores concentraciones de ozono.
(3) Método de eliminación del ozono residual
Antes de que el agua esterilizada con ozono se utilice en la producción farmacéutica, se debe eliminar el (exceso) de ozono residual del agua para evitar afectar la calidad del producto. . En circunstancias normales, la cantidad residual de ozono debe controlarse por debajo de 0,0005-0,5 mg/L/L. En teoría, los métodos para eliminar o reducir el ozono residual incluyen filtración con carbón activado, conversión catalítica, daño térmico, irradiación ultravioleta, etc. Sin embargo, el método más utilizado en la tecnología farmacéutica es únicamente el método UV basado en descomposición catalítica. El método específico consiste en instalar un esterilizador ultravioleta antes del primer punto de agua en el sistema de tuberías y encender la lámpara ultravioleta antes de comenzar el uso o la producción de agua. Cuando no esté produciendo por la noche o los fines de semana, puede apagar los rayos UV. Generalmente, la cantidad de radiación ultravioleta necesaria para eliminar 1 mg/L de residuo de ozono es 90.000? Watt/cm2.
(4) Precauciones
El ozono es más adecuado para sistemas con calidad y consumo de agua estables. Cuando la cantidad de ozono cambia, se debe ajustar a tiempo. En la producción real, es difícil adaptarse a tiempo.
Otra cuestión a tener en cuenta es la cantidad de materia orgánica que hay en el agua. Cuando la turbidez del agua es inferior a 5 mg/L, tiene poco efecto sobre la desinfección y esterilización con ozono, y la turbidez aumenta, lo que afecta el efecto de desinfección. Si el contenido de materia orgánica es alto, el consumo de ozono aumentará y la capacidad de desinfección se reducirá, porque el ozono se consumirá primero en la materia orgánica en lugar de matar las bacterias. Por lo tanto, las compañías farmacéuticas extranjeras han agregado proyectos de monitoreo de TOC en los sistemas de agua farmacéutica. Desafortunadamente, cuando el agua muy contaminada se trata con ozono, las macromoléculas orgánicas pueden irrumpir en la fuente de nutrientes del metabolismo microbiano. Por tanto, si no se mantienen las concentraciones de ozono en la red de tuberías, aumentarán los lodos y se deteriorará la calidad del agua.
En muchos sentidos, el ozono y el cloro tienen ventajas complementarias como desinfectantes. El ozono puede esterilizar e inactivar virus rápidamente y, en general, tiene buenos efectos sobre el olor, el sabor y el color. El cloro gaseoso tiene un efecto de esterilización duradero, flexible y controlable y puede usarse de forma continua en el sistema de red de tuberías. Por lo tanto, una combinación de ozono y cloro parece ser el método más ideal para desinfectar los sistemas de agua.