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Aplicación de Ozono en embotelladoras de agua

Sistemas SLB, la tecnología limpia

¿QUÉ ES EL OZONO? El ozono es una molécula de carácter oxidante formada por tres átomos de oxígeno. Su uso se ha ido generalizando con el paso del tiempo en la desinfección de aguas, área donde muestra gran eficacia. Sus principales ventajas son que no deja residuos químicos y no confiere aromas u olores particulares al producto final, como ocurre con otros desinfectantes como el hipoclorito. El ozono es el agente oxidante que actúa más rápidamente en la desinfección propiciando un excelente control microbiológico . Es el segundo elemento con mayor con mayor poder oxidante después del flúor. Debido a la gran capacidad destructora, (oxidante) y por la rapidez en que se disgrega su tercer átomo volviéndose oxigeno es empleado con absoluta seguridad, con óptimos resultados e infinitamente mas confiables que los obtenidos mediante otros productos químicos. Es evidente que el O3 es muy rápido y eficaz en su actuación, siendo además inodoro, insípido y no se le conoce derivados que pudieran ser perjudiciales para la salud. La inestabilidad del ozono, que en un principio podría parecer un inconveniente, ya que lo hace difícil de envasar y que obliga a su fabricación



in situ, se convierte en una de sus mayores virtudes debido a que tras su actuación como oxidante se transforma en oxigeno y desaparece sin dejar residuos. De esta manera se convierte en una herramienta de valor inestimable para el control higiénico-sanitario de puntos críticos. Por otro lado, al permitir trabajar en continuo simplifica enormemente el proceso, abaratando costes de mano de obra y manipulación, transporte y almacenamiento de agentes tóxicos o peligrosos. El ozono se produce cuando las moléculas de oxígeno existentes en el gas de alimentación son expuestas a una descarga de corona eléctrica controlada dentro del generador. Durante la producción de ozono la descarga de corona produce calor por lo que se requiere un sistema de refrigeración que mantenga la temperatura dieléctrica constante garantizando de esta forma un flujo de ozono constante a la salida. El equipo de generación de ozono lleva incorporados dos potentes ventiladores que se encargan de mantener dicha temperatura constante estabilizando de esta forma la producción VENTAJAS DEL OZONO EN EMBOTELLADORAS DE AGUA Es importante antes de proceder al estudio de la utilización del ozono para la desinfección en una embotelladora resumir las ventajas que su uso proporcionaría: A.- En primer lugar la no dependencia en la utilización de productos químicos tradicionales para las aguas de enjuagado de botellas, con lo que nos evitamos:

1.- La aparición de tensoactivos en las aguas residuales de lavado, con el inconveniente que tienen muchas industrias en el vertido final, evitando por tanto el pago de cánones que ello conlleva.



2.- La aparición de sabores en el agua mineral embotellada debido a los residuales que quedan en las botellas después del lavado.

3.- El coste económico que supone la utilización en continuo de productos químicos que aunque no supongan una inversión económica elevada, si es a la larga un coste obligado y excesivo. B.- En segundo lugar la no dependencia de la utilización de una caldera para proporcionar una temperatura suficientemente elevada que garantice la desinfección, con lo que nos evitamos:

1.- El gasto energético que supone. 2.- La aparición en la sala de una excesiva humedad que deteriora las

condiciones de trabajo. 3.- Una proliferación de microorganismos debido a la humedad

ambiental. C.- En tercer lugar, la posibilidad de aplicar el ozono en cualquier punto en el cual haya que garantizar una desinfección ya sea por medio del ozono en fase gas ( desinfección de conductos, silos, tapones,botellas en sopladoras...), como en fase acuosa ( desinfección del agua de lavado, agua a embotellar, depósitos, llenadoras...), haciendo su uso rentable en toda la embotelladora. Con el ozono sí eliminamos de una manera eficaz todo el espectro microbiano en el cual se incluyen las esporas, las pseudomonas y todas las bacterias gram positivas que no son del todo eliminadas por los métodos tradicionales de desinfección. Por todo ello la "tecnología limpia" del ozono es cada vez más importante en todo el sistema de embotellado para garantizar y asegurar la calidad sanitaria. D.- En cuarto lugar un considerable ahorro en el consumo de agua destinada a la desinfección, repercutiendo en un aumento de volumen de agua para embotellar y en el coste económico por pago de cánones de vertido. E.- En quinto lugar, y no por ello el menos importante, la utilización del ozono para eliminación de compuestos desagradables y que no dan al agua el carácter de potable, como son: hierro, manganeso, flúor, trazas de arsénico, sulfuro de hidrógeno, fosfatos, bromuro, ioduro, contaminación microbiana, etc. Mejorando el carácter organoléptico del agua (color ,olor, sabor).



OZONIZACIÓN DEL AGUA EMBOTELLADA. Incluso las más higiénicas y modernas técnicas de embotellado de agua tratada (los llamados procedimientos asépticos, membrana de filtración, etc.), no pueden impedir que algunos gérmenes viables queden en el agua o sean arrastrados por el aire o el cierre. Aunque el agua embotellada es inobjetable en su condición bacteriológica, la multiplicación de gérmenes secundarios conlleva grandes colonias (10 - 10 /ml), dependiendo de la duración y temperatura del almacenamiento. Habrá una disminución, pasado algún tiempo, posiblemente causado por el efecto inhibidor de los propios productos del metabolismo de los microorganismos. A pesar de todo, es sabido que algunas autoridades han hecho objeciones por su alto contenido en colonias. Esta segunda multiplicación de gérmenes, solamente puede evitarse vertiendo agua esterilizada en vasijas esterilizadas. El embotellamiento bajo la protección del ozono, ha sido empleado con éxito para este propósito, por numerosas plantas embotelladoras. El ozono oxida los posibles vestigios presentes de sustancias orgánicas, que pueden deteriorar el gusto: los productos de oxidación son retenidos en carbón activo. Así, el tratamiento de ozono también resulta una indiscutible mejora en la calidad del gusto del agua. En el caso de la eliminación de hierro y de manganeso, la ozonización puede llevarse a cabo en una o dos fases, conforme al contenido de manganeso. Una fase del tratamiento sólo es posible, cuando el contenido de manganeso es inferior a 0,02 mg.Mn./L. En este caso el agua es tratada con aproximadamente 0,5 mg de ozono/l. Todo el hierro presente, es así oxidado a la forma trivalente y se puede eliminar filtrándolo a través de un filtro de grava. Después de esto, el agua aún contiene suficientes residuos de ozono para embotellarla. En el caso de un contenido en manganeso superior a 0,02 mg/l, el agua toma una coloración violeta por el ión permanganato, y se debe emplear el procedimiento de dos fases. Después de una primera ozonización, el agua se filtra a través de un filtro de grava para retirar el hierro y se pasa por carbón activado, donde el manganeso heptavalente es reducido a un estado tetravalente y es retenido. El filtro de carbón activado tampoco quita, o sólo parcialmente compuestos orgánicos oxidados. Después de esta filtración, el



agua está en una condición inobjetable bacteriológica y químicamente. Pero a pesar de todo, no puede evitarse una cierta infección en el filtro de carbón activado y durante el proceso de embotellamiento, ya que el carbón activado descompone un exceso de ozono. Por esta razón es necesaria una preozonización. Esto asegura que todo germen que haya entrado secundariamente, será destruido y que el espacio entre la superficie del agua y el cierre estará esterilizado por el leve escape de gas ozono que sale del agua. Conforme a toda experiencia, el agua embotellada de esta manera no requiere ninguna adición del dióxido de carbono se conserva libre de gérmenes todo el tiempo que esté cerrada herméticamente. El agua embotellada tiene un potencial redox aproximadamente +700 a +900 mV, según el contenido de ozono. El ozono se descompone alrededor de una hora en el paso de fase acuosa a la de oxígeno molecular. De aquí que este procedimiento no aporte ninguna sustancia extraña al agua, como por ejemplo en el caso del tratamiento de plata cloro. Después de ocho o diez horas no queda ningún vestigio de ozono disuelto. A pesar de todo, se miden algunos potenciales redox más altos, y los reactivos de color parecen probar la presencia de ozono residual. Esto se debe a productos de oxidación como bromo o iodo, y no al ozono. Sin embargo, ésto sólo se observa en los casos en que se ha embotellado sin haber utilizado el filtro de carbón activo. El ozono es más estable en la fase húmedo-gaseosa de la botella pero incluso aquí se descompone totalmente después de algunos días y no puede percibirse su olor. Por este motivo, el agua embotellada bajo la protección de ozono no debe ser entregada al consumidor hasta después de tres días de haberse embotellado. Consumirla antes no es dañino, pero se podría notar un ligero olor al abrir la botella. Los envases para el agua tratada con ozono deben ser de cristal o de plástico resistente al ozono, hechas de P.V.C. o polietileno. Si se utilizan botellas de plástico no resistentes al ozono, debe tenerse un cuidado especial para que ningún efecto secundario afecte al sabor del agua, que es muy sensible a este respecto, a causa de vestigios de sustancias orgánicas desprendidas del material plástico. Es muy importante seleccionar cuidadosamente el plástico

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adecuado. Esto también se aplica a los materiales utilizados en los cierres. Se recomiendan pruebas preliminares con los materiales seleccionados y con un almacenaje superior a doce semanas. Es particularmente importante cerrar herméticamente los sacos de plástico que se llenen con agua ozonizada, para evitar las bacterias. Cálculos de colonias por ml. Después de 48 horas de incubación en gelatina a 22ºC. TIEMPO ALMACEN SIN OZONO CON OZONO CONTENIDO REDOX 0,5 horas 50 1 0,2 mg/l 990 + mV 3 horas 70 0 0,1 mg/l 900 + mV 6 horas 100 0 0,05 mg/l 850 + mV 1 día 150 0 n.d. 200 + mV 2 días 500 0 n.d. 200 + mV 7 días 1.500 0 n.d. --- 14 días 10.000 0 n.d. --- 28 días 40.000 0 n.d. --- n.d. = no detectable. W. SCHNEIDER (Fresnius Institut).

TIPO DE MICROORGANISMOS CONTAMINANTES EN UNA EMBOTELLADORA En este tipo de aguas es recomendable la ozonización, ya que en el supuesto de que el agua de manantial esté totalmente esterilizada, existen una serie de agentes externos en el proceso de envasado que la pueden contaminar. El más conocido es el producido por Pseudomonas aeruginosa.

CONTAMINACIÓN A PARTIR DE AGUA La contaminación puede proceder del agua para embotellar, de la empleada para lavado , de la fabricación del hielo,...igualmente proceden de los filtros para el agua usados en fábricas de bebidas no alcohólicas. Así tenemos diferentes tipos de microorganismos:

- Alcaligenes - Bacillus - Clostridium - Desulfotomaculum - Enterobacter - Flaviobacterium - Micrococus - Pseudomonas - Salmonella - Serratia - Vibrio - Streptococcus

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CONTAMINACIÓN A PARTIR DE AIRE Algunos organismos patógenos especialmente los causantes de infecciones respiratorias pueden llegar por medio del aire a los manipuladores de la industria y a los mismos envases. El número total de microorganismos puede aumentar a causa del aire, especialmente si este se emplea como aireación del producto que necesita estar desinfectado. El aire carece de un flora microbiana propia, ya que todos sus gérmenes se encuentran allí accidentalmente y, en general se hallan sobre partículas sólidas en suspensión o en pequeñas gotas de agua. Los microorganismos llegan al aire por medio del polvo, tierra seca, salpicaduras de las corrientes de agua, lagos o mares, gotitas expulsadas al toser, estornudar o hablar, hongos esporulados que crecen en paredes, techos, suelos, alimentos e ingredientes. Tipos de microorganismos en el aire: Los microorganismos presentes en el aire no tienen oportunidad de desarrollarse, únicamente se mantienen en el mismo, por lo que los tipos más resistentes a la desecación serán los que más persistirán. Las esporas de hongos debido a su pequeño tamaño, su resistencia a la desecación, y el gran número en que se producen, se encuentran habitualmente en el aire. Muchas de estas esporas no absorben fácilmente la humedad y por ello se sedimentan con más dificultad a partir del aire húmedo que otras partículas que se humedecen fácilmente. Cualquier tipo de bacterias tiene la posibilidad de hallarse en suspensión en el aire, en especial sobre las partículas de polvo o gotitas de agua. Los cocos son , en general, más numerosos que las formas bacilares, y las esporas bacterianas son relativamente poco frecuentes en el aire libre de polvo. Tanto los microorganismos aislados como los suspendidos en el polvo y pequeñas gotitas se sedimentan cuando el aire está en calma, mientras que las corrientes de aire lo enriquecen en gérmenes. De aquí que el número de gérmenes de la atmósfera aumente con las corrientes de aire, al moverse el personal, por ventilación y por las brisas. Una vez eliminados los microbios por medio de un tratamiento químico por Ozono conviene prevenir su recontaminación, para lo cual se mantendrá la sala de llenado de botellas preservada de posibles contaminaciones por medio de un residual de ozono.


del 99,999% de los virus de la Hepaun tiempo en que oscila entre 1 y 4 minutos. PARÁSITOS Los quistes protozoarios son muchvegetativas de bacterias y virus. El sensibilidad al ozono equivalente a las Naegleria y Acanthamoeba son mucho A 20-25ºC y pH de 6-8, a 0,4 mg/lperiodo de 4 minutos se consigue unapatógenos y no patógenos de NaegLos quistes de Naegleria son más Acanthamoeba.



ELIMINACIÓN DE BACTERIAS Y VIRUS POR OZONIZACIÓN EN EL AGUA BACTERIAS De las bacterias vegetativas, E. Coli es una de las más sensibles, mientras que Staphylococcus, Streptococcus, Bacillus, y la Mycobacteria son más resistentes. Por otra parte ninguna diferencia significativa es encontrada entre los bacilos Gram negativo los cuales incluyen E. Coli y patógenos como la Salmonella que es muy sensible a la inactivación por el ozono. Las formas esporuladas son siempre más resistentes al ozono que las formas vegetativas. Se estudiaron casos de inactivación de esporas con ozono bajo condiciones de esterilización de un hospital. En fase líquida y a temperatura ambiente con una concentración de ozono aproximadamente de 10 mg/l, esporas de Bacillus y Clostridium fueron inactivadas en 10 minutos. VIRUS Los virus son generalmente más resistentes al ozono que las formas vegetativas pero no más que las formas esporuladas de Mycobacteria. Los Phages son más sensibles mientras que pequeñas diferencias parecen existir entre el Polio y el virus coxackie. Los rotavirus humanos no mostraron ninguna diferencia significante en su sensibilidad por el ozono que los mencionados arriba.

efectúa la destrucción titis VHA y de la poliomelitis, en

o más resistentes que las formas quiste de Giardia Lamblia tiene una formas esporuladas de Mycobacteria.

más resistentes que la Giardia.

de ozono residual durante un inactivación de algunos quistes

leria y Acanthamoeba en un 99%. sensibles al ozono que los de

El ozono en dosis residuales en 0,1 a 0,4 mg/l.,



TABLA I: CT VALORES (mg min/L) PARA 99% DE INACTIVACIÓN

MICROORGANISMOS CoT: pH = 6-7

E. Coli 0.02

Polivirus 1 0.1-0.2

Rotavirus 0.006-0.06

Giardia lamblia 0.5-0.6

Giardia muris 1.8-2 Parece importante considerar que: El valor CT, el cual describe más o menos la eficiencia de un desinfectante frente a un microorganismo. El concepto CT envuelve una concentración de ozono residual de desinfectante y un tiempo de contacto. DIFERENTES PARÁMETROS INFLUYEN SOBRE LA EFICACIA DEL TRATAMIENTO: pH: A pH alcalino, el ozono se descompone más rápidamente. Sin embargo, se debe mantener un residual constante, la actividad bactericida y viricida permanece estable en la gama de pH de 5,6 a 9,8. TEMPERATURA: Las variaciones de temperatura comprendidas entre 0 y 37ºC, afectan relativamente poco a la eficacia desinfectante del ozono. En los casos más extremos una elevada temperatura aumenta la cinética de inactivación de los microorganismos, de acuerdo con la teoría de Van Hoff-Arrhem. MATERIA EN SUSPENSIÓN: La materia en suspensión representa en muchos casos, un vehículo para los microorganismos que son absorbidos. Lo más



frecuente es que esta absorción limite el efecto oxidante y disminuya el nivel de desinfección. OZONO RESIDUAL: La presencia de ozono residual es la más frecuente consideración como parámetro clave en la finalización de la desinfección de las aguas. La aparición de ozono en el agua, a nivel de una dosis crítica inyectada, provoca que las curvas de supervivencia de los microorganismos, presenten una discontinuidad importante, traducido en un aumento de la cinética de inactivación de los gérmenes, esto puede conducir a hablar de un efecto total y absoluto. En presencia de ozono residual con concentraciones cercanas a 0,1-0,4 mg/l excepto las limitaciones de los segregados o de las absorciones de los microorganismos. La cinética de inactivación de los microorganismos, en particular de los virus puede ser descrita por una reacción de primer orden. Esta inactivación resulta de un aumento importante del potencial redox, y se opera, según los microorganismos, relativamente rápido, entre 10 seg. y 5 min. Los mecanismos de la inactivación de los microorganismos (bacterias, virus, protozoos y formas de resistencia), son actualmente más o menos bien conocidos. La aplicación del ozono, es sobre las bacterias constituyentes de membranas plasmáticas, sobre los sistemas enzimáticos y también sobre los ácidos nucleicos. La lisis de la flora bacteriana se producirá para grandes concentraciones de ozono. Para los virus el ozono atacaría las proteínas de la cápside como los ácidos nucleicos.



ESTUDIO DEL TRATAMIENTO CON OZONO EN UNA EMBOTELLADORA Aunque la aplicación más importante del Ozono en una embotelladora es la desinfección, no deja de ser interesante, debido al ahorro económico que puede suponer, el tratamiento de las aguas residuales (eliminación de tensoactivos...) procedentes principalmente del lavado de envases; así como , el tratamiento del agua destinada a envasar cuando dicho agua tiene carácter de agua químicamente tratada. Hay que señalar, no obstante, que sobre este último punto nos atenemos a la legislación. Respecto a la desinfección hay que destacar la importancia fundamental de mantener los depósitos de agua, conductos de llenado, enjuagadora de botellas en las mejores condiciones de desinfección posible para evitar en todo momento una contaminación microbiológica del agua a embotellar. Para ello se ha estudiado tratar a través de un mismo sistema de ozonización el conjunto de estos elementos. Esta desinfección se llevará a cabo a través del agua ozonizada, actuando tanto el ozono disuelto en el agua como los radicales que se producen como poderosos agentes desinfectantes. Este agua ozonizada se utilizará en los diferentes lavados manteniendo para ello tasas de ozono adecuadas que proporcionen al agua ozonizada el carácter de desinfectante. Uno de los puntos más importantes a la hora de garantizar la desinfección en la botella es precisamente el enjuagado. Muchas ventajas tiene el ozono como desinfectante frente a otros sistemas como pueden ser el cloro y el dióxido de sulfuro: - Tiempos de contacto con la botella cortos para garantizar la destrucción total de bacterias, virus, y levaduras ( incluso de los microorganismos más resistentes a los sistemas tradicionales como las pseudomonas). - No provoca subproductos, como los tensoactivos, que tengan que ser posteriormente tratados por problemas medioambientales. Se trata de una tecnología limpia. - No presenta problemas en el control de las concentraciones requeridas, de los tiempos de contacto y problemas organolépticos que como el cloro aparecen después del tratamiento de desinfección. - No origina problemas de corrosión como el dióxido de azufre y el cloro.


Existen otras líneas en una embotelladora que necesitan igualmente tener garantizada la desinfección, como son conductos, silos, tapones..., para ello se ha estudiado el tratamiento directamente con ozono gas a través de unas conducciones manteniendo unos residuales de ozono que garanticen la desinfección y eviten la recontaminación del producto. Otra aplicación relacionada con el personal de la planta, es mantener la sala de manipulación en condiciones que evite la proliferación de microorganismos transmitidos por las personas que en ella están. Respecto a las aguas residuales mencionar que el principal problema de las mismas en una embotelladora es la eliminación de tensoactivos, ya que dichas aguas son en la mayoría de los casos vertidas directamente al cauce de un río o a la alcantarilla para mezclarse con las aguas residuales urbanas. La aplicación del ozono puede proporcionar beneficios disminuyendo la carga contaminante de vertido como en algunos casos haciendo posible su reutilización para lavar dependencias no relacionadas con la zona de embotellado.



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¿QUÉ ELEMENTOS COMPONEN EL SISTEMA? GENERADOR DE OZONO

El generador de ozono ofertado incorpora en el interior de la caja construida en acero inoxidable, un concentrador de oxígeno y un compresor de aire para alimentación de dicho concentrador, la célula de generación de ozono, está basada en la Tecnología “Floating Plate Technology8”, cuyas principales ventajas se citan brevemente a continuación:

Producción de ozono estable

Tecnología de producción de ozono rentable y duradera

Costos de producción reducidos

TRAMPA HIDRÁULICA

Este elemento debe colocarse a la entrada del destructor para evitar el arrastre de las pequeñas gotas de aguas existentes.

SISTEMA DE INYECCIÓN DE OZONO

Una vez producido el ozono este debe ser disuelto con eficacia en el agua que se pretende desinfectar para lo cual emplearemos un inyector y una bomba construidos en material resistente al ozono. El agua proveniente del depósito es bombeada hacia un inyector venturi, que crea el vacío suficiente para absorber el ozono generado por el equipo y crear una mezcla eficiente de éste con el agua.

El proceso de difusión tiene lugar debido a la presión con la que el fluido entra en el eyector. De esta forma el caudal de tratamiento, se comprime en la cámara de succión y la presión se transforma en una corriente a alta velocidad provocando la entrada de un segundo fluido por la boca de succión. El método de inyectar el ozono mediante el efecto venturi , creando una depresión (vacío) en la aspiración del ozono, obliga a introducir todo el ozono en el agua evitando así posibles problemas de fugas.

Una vez mezclado el segundo fluido, la mezcla resultante atraviesa la salida del eyector provocando una disminución en la velocidad de salida y aumentando por tanto la presión.

¿Como trabaja el sistema?

• Obtenemos oxígeno del aire mediante un concentrador.

• El oxígeno de hace pasar por el generador de ozono.

• El ozono de inyecta en el agua mediante un sistema de mezcla de alta eficiencia.

• El ozono no disuelto el destruido mediante un destructor de ozono.


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SISTEMA DE CONTACTO

La mezcla resultante es introducida en el depósito de contacto, que es donde se produce el proceso de oxidación y desinfección. A la salida del depósito debe colocarse un desgasificador, para aumentar la eficacia del ozono y evitar la formación de burbujas.

DESTRUCCIÓN DEL OZONO RESIDUAL

Posterior al desgasificador se ubica el destructor de ozono, en el cual, el ozono gas que no ha reaccionado en el depósito de contacto es destruido de forma que el gas que se expulsa a la atmósfera es completamente inocuo. CUADRO ELÉCTRICO En el suministro se encuentra incluido un cuadro eléctrico para arranque y parada de los equipos.

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