O ozônio está cada vez mais presente no tratamento de água das indústrias de alimentos e bebidas. Isto, se deve ao fato, dele já ser regulamentado na ANVISA e ter eficiência maior que qualquer outra tecnologia de tratamento conhecida.

Quando falamos em processos industriais, o controle preciso é peça fundamental para garantir eficiência da tecnologia.

Medir ozônio por si só na água nunca foi uma tarefa fácil. Isto porque, ao inserir o ozônio na água, iniciam-se ações físico-químicas dinâmicas e complexas, onde a água passa a ter:

(a) ozônio que ainda não se incorporou à água;

(b) ozônio que já foi consumido por alguns elementos químicos da água;  

(c) ozônio residual incorporado que ainda está disponível para reações.

Ao inserir ozônio na água iniciam-se ações físico-químicas dinâmicas de alta instabilidade que só se estabiliza quando as reações acabam (acabou o ozônio ou não existe mais o que oxidar).

É como tirar uma foto de um veículo em movimento. A foto sempre mostrará um veículo parado. E, é por isso, que podemos pegar uma amostra de água ozonizada, aplicar o reagente, fazer a medição e ter um resultado “x”. Esta mesma amostra, se medida pouco tempo depois, pode apresentar um resultado igual, menor ou maior.

Um exemplo prático, pode ser uma indústria de bebidas pode medir o ozônio na saída do tanque pulmão e ter um resultado diferente na garrafa logo após o envaze, que pode ser menor (porque o ozônio foi consumido) ou ainda maior (pois a reação ainda está acontecendo). Por esse motivo, podemos ter uma concentração de ozônio na água de entrada de uma envazadora de bebidas e outra dosagem dentro da garrafa logo após o envaze.

Parâmetros e características químicas da água podem mudar ao longo do tempo e o sistema de ozônio precisa estar preparado e adaptar-se para a nova realidade. A medição correta necessitará sempre da análise e comparação das duas amostras: uma antes e outra depois do ozônio. Após analisadas e comparadas podemos compreender se a reação do ozônio foi insuficiente, suficiente ou exagerada.

Em muitos medidores eletrônicos, estes parâmetros são inseridos na instalação e recalibrados somente uma vez por ano. Nas indústrias farmacêuticas que utilizam água pura que passam por filtros de osmose reversa os analisadores de ozônio são calibrados e continuam estáveis devido ao fato que as características da água não mudarem. Mas, em águas que não passaram por osmose reversa (realidade das empresas de alimentos e bebidas) a medição é mais complexa. Devido ao fato que, nestas empresas, as características químicas da água antes do ozônio mudam diariamente, as empresas deveriam recalibrar seus medidores a todo tempo.

Método eletrônico para medição de ozônio em água

Os monitores e controladores eletrônicos para ozônio dissolvido utilizam um outro tipo de sensor de vidro que se resume amperímetro coberto (ou não) por uma membrana permeável e um cátodo de ouro. Uma solução contendo ânodo e eletrólito de prata completa o circuito interno. Uma vez a água em contato com o sensor, o ozônio reage com uma solução eletrolítica (geralmente salina) para formar uma tensão elétrica intermediária, ou seja, uma tensão de polarização aplicada ao cátodo e ânodo que reduz completamente esse composto intermediário, produzindo uma corrente medido pelo equipamento.

O medidor de ozônio pode ser calibrado comparando a corrente elétrica medida pelo sensor, gerando uma proporção entre a medição elétrica com a concentração de ozônio (mg/L ou ppm). A vantagem do método eletrônico é que ele pode ser utilizado para medir ozônio dissolvido na água em tempo real e permite controlar o gerador de ozônio (relé, sinal analógico 4-20 mA ou sinal digital RS 485) para manter os níveis de ozônio desejados dissolvidos em água.

 

Vale ressaltar que o movimento da água (dinâmica dos fluidos) exerce grande influência nos resultados de medição deste tipo de sensor. Isto se deve ao ganho de energia cinética através da movimentação dos elementos químicos da água. E, em menor monta, pela própria água em movimento por ser diamagnética. Estes tipos de sensores de ozônio eletrônicos são desenvolvidos em vidro de quartzo e eletrodo de contato com a água de inox. E, são geralmente medem o ozônio com a água em movimento muito lento.

Sendo assim, os fabricantes de monitores e controladores de ozônio dissolvido eletrônicos disponibilizam, juntamente com o equipamento, um dispositivo (Figura 5.8) restringindo a vazão da água constante durante a leitura onde são instalados o sensor e o termômetro. Sendo assim, são retirados uma amostra de água da rede hidráulica com uma vazão de leitura baixa para minimizar efeitos diamagnéticos da água durante a leitura. Na instalação sugerida pelos fabricantes, uma amostra da água é coletada com vazão controlada, a fim de minimizar este efeito, o dispositivo garante uma vazão mínima por um canal estreito para leitura da água discreta.

Vale ressaltar que os sensores que foram utilizados em águas ricas em sais minerais que não passaram por processos de destilação ou osmose reversa podem acumular incrustações de elementos químicos presentes na água como óxido de cálcio, óxido de metais (ferro, manganês), biofilmes e outros elementos químicos, que ao serem ionizados podem atrair e incrustar elementos químicos na superfície do sensor durante a operação. Isto faz com que, a sensibilidade de leitura do eletrodo reduza gradativamente até o ponto de sua inutilização. Isto se deve ao fato, de que essa corrente elétrica gera uma mini eletrólise atraindo íons e sujando o sensor. Para evitar problemas de leitura, os eletrodos necessitem receber periodicamente uma limpeza mecânica ou química.

Em processos de ozonização de água pura que passou por osmose reversa (mais usual na indústria farmacêutica), a necessidade de limpeza é reduzida e em alguns casos, até dispensada. Mas, em águas que não passaram por filtros de osmose reversa (realidade da maioria das empresas de alimentos bebidas e água mineral) a manutenção de limpeza do sensor é constante e necessária, com frequência variável, de acordo com as características químicas da água analisada.

Método eletrônico de multianálise para medição de ozônio em água

Um ambiente observado para fins industriais durante a injeção de ozônio em soluções aquosas é caracterizado por variáveis que determinam o comportamento destas misturas visando o tratamento e potabilidade da água ou a produção de água ozonizada com concentração maior para uso na sanitização de ambientes e superfícies. A concentração de ozônio diluída medida em determinado instante, muitas vezes pode ser, por si só, insuficiente para explicar as modificações na água cuja ozonização é observada.

Muitos acreditam que ler a concentração de ozônio diluído é suficiente para caracterizar a ação do ozônio, e esquecem dos outros parâmetros importantes como: ORP, TDS, EC, pH e Temperatura que são necessários para melhor explicar a dinâmica de incorporação da reação ao ozônio com os elementos químicos presentes no meio líquido. Porque, além de concentração de ozônio, respondem por ações sobre a matéria orgânica e outros elementos químicos presente na água com um conjunto de variáveis como:

• ORP (Oxidation Reduction Potencial), REDOX, potencial de oxirredução, parâmetro eletroquímico que expressa a capacidade oxidante ou redutora no meio aquoso durante ou após a aplicação de ozônio. Ao aplicar o ozônio, o parâmetro de ORP aumenta conforme a oxidação vai acontecendo até se estabilizar, ou porque o ozônio foi todo consumido na reação, ou porque não existe mais elementos químicos para reagir com o ozônio e foram todos oxidados. Sendo assim, o valor final de ORP é o ozônio que já reagiu com elementos químicos da água;
• TDS (total de sólidos solúveis), que corresponde à soma de todos os sólidos dissolvidos ionizados ou molecularmente dispersos na água. Quando colocamos ozônio na água o TDS tende a reduzir, pois o ozônio reage diretamente com estes sólidos tornando a água (mais limpa); Alguns elementos grandes e complexos podem ser quebrados podendo aumentar o TDS em um dado momento.
• EC (eletrocondutividade), é uma medida indireta da quantidade de espécies iônicas móveis presentes na água, como sais, metais dissolvidos e produtos de dissociação química. A eletrocondutividade (EC), reflete a presença de íons dissolvidos na água, o que afeta diretamente a capacidade da água conduzir corrente elétrica; Vale lembrar que o ozônio por si só, não é capaz de aumentar a condutividade elétrica da água. O ozônio (O₃) não é um sal ou eletrólito, portanto não aumenta a condutividade da água de forma significativa por si só. No entanto, ele pode agir como um catalisador que indiretamente pode causar aumento de condutividade dependendo dos elementos químicos que podem estar  presentes na água e das reações químicas que ocorrem. Veja os cenários:

Cenário 1: Em águas NÃO PURAS (água potável):

1. a) A oxidação de compostos orgânicos e inorgânicos presentes na água fazem com que o ozônio quebre moléculas, gerando íons solúveis (como nitratos, sulfatos, ácidos carboxílicos, etc.), o que eleva a condutividade.
2. b) A oxidação de metais como ferro e manganês. Ao oxidar o ferro presente na água, transformando em Fe²⁺ e em Fe³⁺ e formar íons ou complexos solúveis antes da precipitação natural no fundo do tanque. Isso pode gerar um pico temporário de condutividade.
3. c) A degradação de matéria orgânica natural (NOM) gera subprodutos ácidos (ex: ácido acético, fórmico), que dissociam e liberam H⁺ e ânions, aumentando a condutividade.

Cenário 2: Em águas PURAS (osmose reversa):

1. Contaminação por materiais externos: o ozônio dissolvido pode reagir com metais não compatíveis da linha hidráulica: sensores, instrumentos, válvulas de latão, bronze, alumínio, cobre, etc podem ser oxidados e liberando íons na água.
2. Problemas no concentrador de oxigênio: Se o gerador de ozônio estiver injetando ar com umidade ou contaminantes, em vez de oxigênio puro, pode haver introdução de CO₂, NOx ou HNO₃, formando ácidos na água e aumentando a condutividade.
3. Desprendimento de resíduos internos ou que passaram por manutenção (soldas não passivadas) podem soltar resíduos químicos ou particulados ao ativar o ozônio.

• O pH, ajuda a entender se as reações químicas são a partir do ozônio (quando o pH<7) gerando um tempo com residual de ozônio maior. Por outro lado, (quando a água possui um pH>7) a reação do ozônio com a água, tende a formar mais radicais de hidroxila e hidroperóxidos que apesar de ser mais reativos que o próprio ozônio. Os radicais são muito instáveis tendo um tempo de vida baixo na água (segundos).

Conhecer apenas a concentração de ozônio medido na água (mg/L ou ppm) pode não dar a resposta que a indústria precisa e confundir ainda mais o entendimento sobre as consequências do uso ozônio. Imagine uma empresa procurando o uso de ozônio por um motivo-alvo específico. Por exemplo: uma empresa deseja reduzir matéria orgânica na água. Mais do que medir o ozônio residual, é importante saber se o ozônio conseguiu reduzir esta matéria orgânica. Medir uma concentração de ozônio baixa associada à redução da matéria orgânica ter sido sucesso, ou impor uma concentração de ozônio maior e o resultado de reação com a matéria orgânica ser insuficiente são resultados que o isolamento de observações sobre como estas variáveis podem contribuir para esclarecer estas explicações.

Além do mais, ao longo do tempo, as ações e reações provocadas pela concentração de ozônio injetado e como ele reage com o meio observado modificando de maneira contínua a química do meio líquido tratado e variáveis devem ser observadas de instante a instante.

Entretanto, os processos conhecidos como “medição de ozônio” são usualmente pontuais que refletem uma única medida: a concentração de ozônio em uma única amostra coletada em um instante único no tempo, a simples “medida de ozônio” não fornece explicações sobre o comportamento do conjunto de variáveis que caracterizam os resultados de ação do ozônio no meio observado.

Considerando que, no ambiente industrial de aplicação de ozônio, há necessidade de se controlar e explicar ações e reações atribuíveis não só à aplicação de controle da concentração de ozônio, mas decorrentes também de ações de como o ozônio age em variáveis como REDOX, TDS e EC.

A myOZONE^®️ desenvolveu e patenteou novos conceitos e equipamentos para medir e relacionar a aplicação de concentração de ozônio com medidas sobre variáveis que caracterizam o ambiente de aplicação industrial do ozônio.

Os trabalhos foram conduzidos pelo especialista Alessandro Barboza, Analista de Sistemas, Especialista em Eletrônica, Robótica e Análise de Sinais, juntamente com Vivaldo Mason Filho, Administrador de empresas, Especialista e Mestre em Engenharia e Especialista em Análise de Sistemas.

Para coleta de dados desenvolveu-se uma “multiprobe” que agrupa um conjunto de sensores que mede 06 variáveis simultaneamente: pH, Temperatura, EC, TDS, Ozônio e ORP. O equipamento coleta automaticamente amostras de água (antes e depois do ozônio) para realizar as leituras dos parâmetros químicos e físico‑químicos na amostra observada.

O equipamento não lê a água ozonizada em movimento, e sim, amostras da água ozonizada parada, através de um processo automático de: coleta, leitura e descarte de amostra analisada antes e depois da introdução ozônio.

Após as leituras, o dispositivo registra os dados coletados na memória e descarta a amostra de água analisada.

Uma outra inovação tecnológica associada ao equipamento desenvolvido pela myOZONE é a limpeza automatizada da “probe”: usa-se um transdutor ultrassônico integrado ao equipamento, que eliminou a necessidade de limpeza periódica do sensor.

Os dados armazenados pelo sistema são: nome do local de leitura (configurável pelo usuário), data e horário, temperatura da água, pH, EC (eletrocondutividade), TDS (sólidos totais dissolvidos), salinidade (águas salinas), concentração de ozônio diluído e ORP (potencial de oxirredução).

O dashboard do sistema permite monitorar as leituras em tempo real e também permite com que o usuário configure parâmetros (dosagens de ozônio desejadas) e consulte relatórios e gráficos em períodos customizados podendo ainda exportar dos dados para serem utilizados em planilhas eletrônicas (Ex: Microsoft Excel).

Os dados coletados são registrados em nuvem e disponibilizados online aos usuários. O equipamento registra as dosagens de ozônio sempre que as características químicas da água (antes do ozônio) sofram alguma alteração. O dispositivo integra comunicação sem fio entre até quatro analisadores de ozônio (OnoneLab), podendo ainda, ser estendido para mais analisadores em projetos especiais. Nos equipamentos de prateleira o sistema contém 01 único roteador central (OzoneHub) recebe dados armazena e controla até 4 geradores de ozônio simultaneamente.

A myOZONE acredita que os processos de controle, observação e análise das consequências do uso de ozônio têm que ser dinâmicos para definir a dosagem ideal de ozônio demandada por cada tipo de água. Ao alterar as características químicas da água, o sistema tem que estar preparado para agir de forma instantânea, regulando a dosagem de ozônio de acordo com variação da água em tempo real. Isto ajudará as indústrias a produzirem uma água padronizada ideal para cada operação: desinfecção da água para processo ou a água sanitizante.

Vivaldo Mason Filho é fundador e diretor da myOZONE, Administrador de Empresas e Especialista em Análise de Sistemas pela PUCCAMP, Especialista e Mestre em Engenharia pela USP, também atuou por 11 anos como Professor Universitário nos cursos de graduação e pós-graduação de Administração, Comércio Exterior e Engenharia de Produção. É presidente da Associação Brasileira de Ozônio – Abraozônio e um dos maiores especialistas de ozônio do Brasil.