Otsoniveden turvallinen käyttö

Abstract

Otsonin on todettu olevan erittäin tehokas hapettaja ja erinomainen vaihtoehto yleisimmin käytössä oleville puhdistuskemikaaleille. Otsonin käytössä huolta on kuitenkin herättänyt sen myrkyllisyys hengitysteille. Myrkyllisyytensä vuoksi otsonille on asetettu kansallisia sekä kansainvälisiä raja-arvoja, jotka Suomessa tunnetaan Sosiaali- ja terveysministeriön asetukseen perustuvina haitalliseksi tunnettuina pitoisuuksina (HTP). Kaukora Oy:llä otsonoitua vettä valmistetaan suoraan talousvedestä käyttäen elektrolyysiä, mutta otsoniveden käytöstä syntyviä kaasupäästöjä tai niiden pitoisuuksia ole juurikaan tutkittu. Tämä diplomityö on tehty Kaukora Oy:n toimeksiannosta ja työssä tutkittiin otsonin vapautumista vedestä kaasuksi ympäröivään ilmatilaan sekä Kaukoran prototyyppiä käyttävän henkilön altistumista vedestä vapautuneelle otsonikaasulle. Lisäksi mittaustuloksista laskettiin laitteen käyttäjälle HTP 8 h raja-arvoon verrannolliset altistumiset 8 tunnin työpäivän aikana, sekä prototyypillä valmistetun otsoniveden hiilijalanjälkeä. Tutkimuksessa todettiin vedestä vapautuneen otsonin määrän olevan suhteellista valmistetun otsoniveden pitoisuuteen. Otsonikaasun pitoisuus mittausalueella nousi kasvatettaessa otsoniveden pitoisuutta ja vapautuminen vedestä alkoi jo matalalla otsoniveden pitoisuudella (0.1 ppm). Mittaustuloksesta laskettiin, että kahden minuutin ajanjaksolla mittausolosuhteissa otsoniveden pitoisuuden ollessa 0.5 ppm, mittausalueelle vapautui vedestä noin 2 %:a tuotetusta otsonista. Mittaustuloksista ja niihin perustuvasta laskennasta ei havaittu otsoniveden aiheuttavan terveyshaittoja valmiin tuotteen suunnitellussa käytössä. HTP 15 min raja-arvon (0.2 ppm) ylittämiseksi otsonivettä täytyy valmistaa suuria määriä tarpeettoman korkealla pitoisuudella (2.0 ppm). Vastaavasti HTP 8 h raja-arvo (0.05 ppm) kahdeksan tunnin työpäivän aikana on mahdollista ylittää vain laitteen pitkäaikaisella käytöllä (yli 60–120 min) ja korkealla otsoniveden pitoisuudella (yli 1.0 ppm). Suunnitellussa käytössä laitetta käytettäisiin enintään noin 30 minuuttia otsoniveden pitoisuuden ollessa 0.3 ppm. Kuitenkin työssä saatuja tuloksia voidaan pitää enemmänkin vain suuntaa antavina ja laitteen käytöstä johtuva otsonikaasulle altistuminen tulisi aina tutkia varmuuden saamiseksi tapauskohtaisesti laitteen käyttökohteessa. Otsonikaasun muodostumiseen ja hajoamiseen vaikuttavat otsoniveden pitoisuudesta riippumattomat ulkoiset tekijät, joista merkittävimpiä ovat mm. käyttökohteen ilmanvaihto ja sen ilmanvaihtokerroin, käyttökohteen tilavuus sekä käyttökohteen puhtaus ja mikrobeista aiheutuva otsonin hajoaminen hapetusreaktioiden kautta. Tämän tutkimuksen tuloksien mukaan otsoniveden ympäristöpäästöt ovat selkeästi vähäisempiä, kuin perinteisten desinfiointiaineiden. Kuitenkin myös otsoniveden hiilijalanjälki on sidonnaista käyttökohteeseen. Otsoniveden valmistamiseen kuluu talousvettä sekä sähköä, ja valtaosa hiilidioksidipäästöistä syntyy vesilaitoksella talousveden valmistamisesta sekä sen siirtämisestä laitteen käyttökohteeseen. Elektrolyysiin kuluvan sähkön hiilijalanjälki on myös riippuvaista sähköyhtiöstä sekä sähkön tuotantomenetelmästä. Kun otsoniveden pitoisuus oli 0.3 ppm ja virtaama 30 l/min, otsoniveden hiilijalanjäljeksi laskettiin 0.2 g CO2-ekv valmistettua litraa kohden Motivan ja Suomen Ympäristökeskuksen ilmoittamien keskimääräisten päästökertoimien perusteella. Eräs kemikaalivalmistaja on ilmoittanut vetyperoksidin hiilijalanjäljen kilogrammaa kohden olevan 615 g CO2-ekv, ja vastaavasti kloorin hiilijalanjäljeksi 123 g CO2-ekv. Kuitenkin käytetyt kemikaalimäärät ovat yksilöllisiä ja riippuvaisia käyttökohteesta, joten otsonivedelle laskettua hiilijalanjälkeä voi verrata kemikaalivalmistajien ilmoittamaan hiilijalanjälkeen vain tapauskohtaisesti.

Ozone has been found to be highly effective oxidizing agent and excellent alternative to commonly used cleaning chemicals. However, concerns have been raised regarding its toxicity. Due to ozone’s toxicity, national and international exposure limits have been established. Internationally these limits are known as occupational exposure limits (OELs), but in Finland they are defined as HTP values, based on a regulation issued by the Ministry of Social Affairs and Health. At Kaukora Oy, ozonated water is produced directly from tap water using electrolysis, but the gas emissions generated from the use of ozonated water and their concentrations have not been extensively studied. This master’s thesis was commissioned by Kaukora Oy, and it investigated the release of ozone from water into the surrounding air, as well as the exposure of a person operating Kaukora’s prototype device to ozone gas released from the produced ozonated water. In addition, exposure levels equivalent to the HTP 8 h limit during an eight-hour working day were calculated based on measurement results, along with the carbon footprint of the ozonated water produced by the prototype. The study found that the amount of ozone released from water is proportional to the concentration of the produced ozonated water. The concentration of ozone gas in the measurement area increased as the ozonated water concentration increased. Ozone release from the water began already at low concentrations (0.1 ppm). Based on the measurements, it was calculated that over a two-minute period under the measurement conditions, approximately 2 % of the produced ozone was released into the surrounding air when the ozonated water concentration was 0.5 ppm. Based on the measurement results and calculations related to them, ozonated water was not found to pose health risks under the intended use of the final product. Exceeding the HTP 15 min limit value (0.2 ppm) would require the production of large quantities of ozonated water at unnecessarily high concentrations (2.0 ppm). Similarly, exceeding the HTP 8 h limit value (0.5 ppm) during an eight-hour working day would only be possible with prolonged device use (over 60-120 minutes) and high ozonated water concentrations (above 1.0 ppm). Under the intended use, the device would be operated for a maximum of approximately 30 minutes at an ozonated water concentration of 0.3 ppm. However, the result obtained in this study should be considered indicative, and ozone exposure resulting from the device use should always be assessed on a case-by-case basis at the site of use. External factors independent of ozonated water concentration also affect ozone formation and decomposition, the most significant of which include ventilation conditions and air change rate of the site of the use, the volume of the space, and the microbes causing oxidation reactions. According to the results of this study, the environmental emissions of ozonated water are clearly lower than those of traditional disinfectants. However, the carbon footprint of ozonated water is also dependent on the application. Most of the carbon dioxide emissions of ozonated water originate from the water utility during the production and distribution of potable water to the point of use. The carbon footprint of electricity used in the electrolysis also depends on the electricity provider and the production method. When the ozonated water concentration was 0.3 ppm and the flow rate 30 l/min, the carbon footprint was calculated to be 0.2 g CO2-eq per liter produced. One chemical manufacturer has reported the carbon footprint of hydrogen peroxide to be 615 g CO2-eq per kilogram, and that of chlorine to be 123 g CO2-eq. However, the quantities of chemicals used are case specific and depend on the application, so the carbon footprint calculated for the ozonated water can only be compared to manufacturer-reported values on a case-by-case basis.