7.5.1 Caratteristiche e pericoli
Problematica caratteristica dei depuratori elettronici è la produzione indesiderata di ozono. Tutti i dispositivi che lavorano ad alto voltaggio e vengono a contatto con l’aria possono produrre ozono (O3), molecola gassosa solubile in acqua e con emivita di circa 20 minuti (dopo cui si decompone a ossigeno, ma che varia in modo inversamente proporzionale al pH e alla temperatura della soluzione), già presente in atmosfera a schermare i raggi solari UV e dotata di elevato potere ossidativo che gli permette di inattivare numerosi composti organici (fenoli, benzene, trialometani, pesticidi) ed inorganici (cianuri, solfiti, nitriti). Come sostiene il CNSA (Comitato Nazionale Sicurezza Alimentare) in “Parere del CNSA sul trattamento con ozono dell’aria negli ambienti di
stagionatura dei formaggi” del 27 Ottobre 2017:
“L’ozono, è in grado di ossidare il ferro, il manganese ed altri minerali, che soprattutto se complessati, possono essere molto difficili da rimuovere. A livello cellulare, anche i principali effetti tossici dell’ozono sono riconducibili al suo potere ossidativo e quindi alla capacità di ossidare e perossidare le biomolecole, sia direttamente che indirettamente (Khadre et al., 2001). L’ozono, infatti, decomponendosi rapidamente in fase acquosa può dare origine ad una serie di specie reattive dell’ossigeno (ROS), quali l’anione radicale superossido (O2.-), il radicale idrossilico (HO.) ed il perossido di idrogeno (H2O2), che causano alterazioni della struttura e funzione delle macromolecole biologiche (Laisk et al. 1989; Sarti et al., 2002).
Figura 7.3 Collocazione tipica dei filtri nei sistemi HVAC. Fonte: “2016 ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment (SI)”.
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Il principale meccanismo di azione dell’ozono, e più in particolare dei ROS, è la perossidazione lipidica, che genera composti biologicamente attivi che a livello cellulare causano danni ai fosfolipidi di membrana. La tossicità dell’ozono dipende, inoltre, dalla sua capacità di ossidare gli amminoacidi alterando irreversibilmente la struttura e la funzione delle proteine. Gli amminoacidi più sensibili all’azione dei radicali liberi sono prolina, istidina, quelli contenenti gruppi tiolici (cisteina e metionina) e gruppi aromatici (fenilalanina, tirosina, triptofano)
(Menzel et al., 1971).
Infine, una delle conseguenze più gravi legate all’attività dei radicali liberi derivanti dall’ozono è quella che si esplica a livello del DNA. I radicali liberi producono una serie di lesioni al DNA, causando rotture, distorsioni della doppia elica e legami crociati fra le basi azotate (Roy et al 1981)”.
L’azione tossica alle alte concentrazioni dell’ozono può colpire le vie respiratorie dell’uomo riducendo la funzione polmonare (provocando edema), alterare i sintomi o peggiorare la situazione in casi di bronchite ed asme, provocare disturbi quali bruciore agli occhi, cefalee e sensazioni di debolezza, può infine danneggiare materiali come carta e gomma. A prevenzione di ciò devono esserci un perfetto dimensionamento del depuratore elettronico, ed un’adeguata pulizia nonché manutenzione, che ne permettano compatibilmente all’emivita di non raggiungere mai concentrazioni dannose per l’uomo. Trovandosi concentrato anche nell’aria atmosferica, EPA classifica come dannosa un’esposizione ad una concentrazione di ozono superiore a 0.070 ppm e prolungata per più di 8 ore, mentre in conformità alle normative H.A.C.C.P e D.lgs 626/94 chi ne fa utilizzo non deve essere esposto a più di 0.1 ppm per più di 8 ore o più di 0.3 ppm per più di due volte/die per 15 minuti (la soglia di percettibilità olfattiva per l’uomo è compresa tra 0.02 ppm e 0.05 ppm, che come si può notare corrispondono a circa 1/20 della soglia di sicurezza per esposizioni di 15 minuti e ¼ della soglia di sicurezza per ambienti di lavoro). Nelle applicazioni HVAC si raggiungono generalmente concentrazioni comprese tra 20% e 80% dei limiti consentiti.
7.5.2 Ozono come agente disinfettante e disinfestante
Proprio l’alto potere ossidante dell’ozono però ne suggerisce l’utilizzo come agente battericida, fungicida e inattivante di virus. Le prime applicazioni risalgono al 1906 in Francia, dove l’ozono veniva impiegato come disinfettante nella produzione di acqua potabile agendo con una vera e propria azione di distruzione nei confronti dei batteri ed un’azione di inattivazione dei virus, per i quali l’ozono ossida e quindi disattiva i recettori virali specifici utilizzati per la creazione del legame con la parete della cellula da invadere; bloccando il meccanismo di riproduzione virale già a livello della sua prima fase: l’invasione cellulare. Nonostante la proprietà di inattivatore di virus, sia ad oggi meno studiata dal punto di vista scientifico rispetto all’azione battericida, tale peculiarità è comunque nota, come è noto il fatto che l’azione sui virus richieda tempi di esposizione maggiori (seppur avvenga comunque rapidamente) e a concentrazioni maggiori. L’utilizzo dell’ozono è stato introdotto a scopi alimentari in UE nel 2003 con la direttiva
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2003/40/CE, per la disinfezione e sterilizzazione nel processo di imbottigliamento
dell’acqua, mentre in Italia già nel 1996 il Ministero della Sanità ha riconosciuto l’utilizzo dell’ozono nel trattamento dell’aria e dell’acqua come presidio naturale per la sterilizzazione di ambienti contaminati da batteri, virus, spore, muffe ed acari.
L’impiego dell’ozono a questi scopi è facilitato da due caratteristiche fondamentali: 1. Si presenta gassoso nelle condizioni atmosferiche standard;
2. A differenza di altri disinfettanti comuni come il cloro, l’ozono si decompone rapidamente ad ossigeno, evitando la formazione di inquinanti e il verificarsi di effetti nocivi tanto per l’uomo quanto per l’ambiente.
L’ozono trova così applicazione in fase acquosa per la sanificazione di acqua ad uso alimentare, piscine, docce, sistemi di irrigazione ed impianti di depurazione idrica, o in fase gassosa per la distruzione di tossine disperse nell’aria (per esempio in applicazioni VMC residenziali) e la deodorizzazione di fogne.
Tabella 7.2 Inattivazione di batteri, virus, funghi, muffe ed insetti in seguito ad ozonizzazione (fonti: Edelstein et al., 1982; Farooq and Akhlaque,1983: Harakeh and Butle, 1985;
Kawamuram et al. 1986).
ORGANISMO CONCENTRAZIONE TEMPO DI ESPOSIZIONE
BATTERI
(E. Coli, Legionella, Mycobacterium,
Fecal Streptococcus) 0,23 pp, - 2,2 ppm <20 minuti
VIRUS
(Poliovirus type-1, Human
Rotavirus, Enteric virus) 0,2 ppm - 4,1 ppm <20 minuti
MUFFE
(Aspergillus Niger, vari ceppi di
Penicillum, Cladosporium) 2 ppm 60 minuti
FUNGHI
(Candida Parapsilosis, Candida
Tropicalis) 0,02 ppm - 0,26 ppm <1,67 minuti
INSETTI
(Acarus Siro, Tyrophagus casei,
Tyrophagus Putrescientiae) 1,5 ppm - 2 ppm 30 minuti?
Data però la breve emivita, l’ozono non può essere conservato e trasportato nel luogo di applicazione, ma deve essere prodotto direttamente in loco attraverso dispositivi appositi: gli ozonizzatori (soluzione adottata anche in DemoLab, come si vedrà successivamente).
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