Ozon op de vijver, de technische kant van het verhaal
De laatste jaren zijn er diverse artikelen over ozon op de vijver verschenen. Waarom dan weer een artikel zult u zich misschien afvragen. De artikelen die tot nu toe zijn verschenen richten zich voornamelijk op de methodes om ozon in te mengen en wat het voor uw vijver doet. In dit artikel zullen wij dieper ingaan op de technische kant van een ozon installatie, enige voorkennis van het gebruikte jargon is daarom gewenst. Ook wordt er uitgelegd hoe de ozon opbrengst wordt gemeten en welke parameters van belang zijn bij de aanschaf van een ozon installatie. Laten we beginnen met een uitleg over het meten van een ozon opbrengst en de aandachtspunten van een ozon generator..
Het meten van de ozon opbrengst van een ozon generator
De ozon opbrengst van ozon generatoren wordt uitgedrukt als gram ozon per uur; dit is bij de meeste mensen wel bekend. Deze waarde zegt echter niks als men niet weet onder welke omstandigheden dit is gemeten. Het meten van de ozon opbrengst bestaat eigenlijk uit 2 aparte metingen, die met elkaar vermenigvuldigd worden. Men meet de ozon concentratie; deze meter bepaalt het aantal deeltjes ozon in de gasstroom die wordt gemeten. Over het algemeen wordt de ozon concentratie weergegeven in gram ozon per normaal kuub (g/Nm³).
Naast de ozon concentratie wordt ook de gastoevoer in normaal kuub per uur (Nm³/hr) gemeten. Als deze 2 waardes worden vermenigvuldigd blijft er dus g/hr over, de ozon opbrengst zoals deze bij ozon generatoren wordt vermeld. Hoe minder lucht er nodig is om een bepaalde hoeveelheid ozon te genereren, hoe hoger de ozon concentratie. Eigenlijk zou er bij de ozon generatoren naast de ozon opbrengst ook vermeld moeten worden bij welke hoeveelheid lucht dit is gemeten.
De oplettende lezer denkt nu misschien: “Waarom voer ik dan niet gewoon meer lucht door de ozon generator” zodat ik ook meer ozon krijg. Een begrijpelijke gedachte, alleen is het helaas niet zo simpel. Hoe hoger de luchtflow, hoe lager de ozon concentratie zal zijn. Elke generator heeft een optimaal werkpunt. Vandaar dat de luchthoeveelheid waarbij de ozon opbrengst wordt gehaald ook interessant is om te weten.
Helaas zijn we er met deze gegevens nog niet. De ozon opbrengst is sterk afhankelijk van de temperatuur en de vochtigheid van de toegevoerde lucht. Ozon vervalt sneller bij hoge luchttemperaturen; hoe hoger de luchttemperatuur hoe lager de ozon concentratie zal zijn en hiermee ook de ozon opbrengst. Als richtlijn kunt u aanhouden dat een temperatuurstijging van 10°C gemiddeld een verlaging in de ozon concentratie (en dus ook de ozon opbrengst) geeft van +/- 7%. Dit verloop is niet geheel lineair met de temperatuur, maar het geeft toch u een aardig idee van de invloed.
Ditzelfde geldt voor de luchtvochtigheid; hoe meer vocht in de lucht hoe lager de ozon concentratie. Hier is geen eenduidige richtlijn te geven, omdat deze waarde afhankelijk is van het dauwpunt, en dus ook van de temperatuur. Om u toch een idee te geven heb ik een drietal metingen uitgevoerd met een verschillende luchtvochtigheid:
| Datum: | 4-11-2011 | |||||||
| Meetduur: | 30 | Min | ||||||
| Serie nr. Generator: | O3-03209 | |||||||
| Type generator: | O3-3000B | |||||||
| Meetcondities | Meting 1 | Meting 2 | Meting 3 | |||||
| Lucht flow: | 16,4 | L/Min | 16,4 | L/Min | 16,4 | L/Min | ||
| Temperatuur toevoer gas: | 19,6 | °C | 19,8 | °C | 20 | °C | ||
| Relatieve vochtigheid toevoer gas: | 71,4 | % | 34 | % | 11,3 | % | ||
| Dauwpunt toevoer gas: | 14,2 | °C | 3,6 | °C | -11 | °C | ||
| Proces druk: | 0,1 | Bar | 0,1 | Bar | 0,1 | Bar | ||
| Omgevingstemperatuur: | 19,3 | °C | 19,3 | °C | 19,3 | °C | ||
| Opgenomen vermogen: | 74 | Watt | 74 | Watt | 76 | Watt | ||
| Meetresultaten | ||||||||
| Afgelezen ozon concentratie: | 1,51 | Gr/Nm³ | 1,92 | Gr/Nm³ | 2,43 | Gr/Nm³ | ||
| Werkelijke ozon opbrengst: | 1,49 | Gr/Hr | 1,89 | Gr/Hr | 2,39 | Gr/Hr | ||
| Maximale bovenwaarde: | 1,54 | Gr/Hr | 1,95 | Gr/Hr | 2,45 | Gr/Hr | ||
| Maximale onderwaarde: | 1,43 | Gr/Hr | 1,83 | Gr/Hr | 2,33 | Gr/Hr | ||
| Nauwkeurigheid meetparameters: | ||||||||
| Ozon: | 0,1% van volle schaal + 0,4% van meetwaarde | |||||||
| Lucht flow: | 2% van volle schaal | |||||||
| Vocht: | 0,50% | |||||||
| Temperatuur: | 2,25% | |||||||
| Druk: | 5% | |||||||
| Vermogen: | 3% | |||||||
Uit de meetresultaten blijkt dat een dauwpunt verlaging van 25°C ervoor zorgt dat de ozon concentratie 60% stijgt!
Een hoge luchtvochtigheid zorgt er daarnaast voor dat er meer salpeterzuur gevormd zal worden. Salpeterzuur wordt in de ozon generator gevormd door een chemische reactie tussen vocht en stikstof in de lucht. Salpeterzuur is ontzettend corrosief en zal de ozoncel in uw ozon generator aantasten waardoor de ozon opbrengst zal afnemen.
Belang van een luchtdroger.
Zoals u in het bovenstaande verhaal heeft kunnen lezen in het effect van een goede luchtdroger enorm. Toch is de luchtdroger in veel ozon installaties een ondergewaardeerd onderdeel. Als men al een droger plaatst dan is dit bijna altijd een buis voorzien van silicagel. Op zich is dat voldoende, mits men de droger goed onderhoud. Een dergelijke silica droger zal, als men de lucht goed wil drogen, vaak geregenereerd moeten worden (om de paar dagen). In het volgende rekenvoorbeeld gaan we uit van een droger met 1,7 kg inhoud, wat ruwweg overeen komt met een buis van 63mm doorsnee en 50 cm lang. De volgende condities zijn van toepassing:
Ingaande lucht
- Temperatuur: 20°C
- Relatieve vochtigheid: 70%
- Dauwpunt: +/- 14,4°C
Uitgaande lucht
- Temperatuur: 20°C
- Relatieve vochtigheid: 11,3%
- Dauwpunt: +/- -11°C
De luchtflow stellen we op 20 liter per minuut.
De luchtdroger, gevuld met 1,7kg silicagel, kan maximaal 513 gram vocht opnemen. Om aan de bovengestelde condities te kunnen voldoen moeten we 6 gram vocht per uur verwijderen. In theorie zou de droger dan 85,5 uur mee gaan. In de praktijk is deze tijd veel korter. Hoe vochtiger de silica wordt, hoe moeilijker deze vocht opneemt. Het dauwpunt van – 11°C zal na redelijk korte tijd daarom al niet meer gehaald worden. Een regeneratie tijd van 24 uur is in de praktijk realistischer. Een silica droger kan dus best goed werken, als u zich maar realiseert dat deze drogers voor een goede werking veel onderhoud nodig hebben.
Er zijn tegenwoordig ook drogers op de markt die zich zelf regenereren. Deze drogers realiseren een constant dauwpunt. Hoe laag het dauwpunt kan worden is afhankelijk van het type droger. Deze drogers behoeven nauwelijks onderhoud, maar kosten daarentegen vaak meer dan een ozon generator. Door het gebruik van een dergelijke luchtdroger kan er meestal wel een kleinere ozon generator worden gebruikt, omdat de ozonproductie hiervan sterk toeneemt. Daarnaast zullen de onderhoudskosten ook nog eens dalen omdat er veel minder salpeterzuur gevormd zal worden.
Stroomverbruik van ozon generatoren.
Het genereren van een bepaalde hoeveelheid ozon is één ding, het stroomverbruik dat hier voor nodig is, is weer iets heel anders. Gemiddeld gelden voor zuinige generatoren de volgende waarden:
- Zuurstof als toevoergas, ongeveer 8 tot 10 watt per gram geproduceerde ozon.
- Droge lucht als toevoer gas, 20 tot 25 watt per gram geproduceerde ozon.
De bovenstaande waarden gelden voor de betere ozon generatoren; kijken we naar de budget ozon generatoren, dan ligt het verbruik tussen de 40 en 50 watt per gram geproduceerde ozon met lucht als toevoergas.
Het kiezen van een juiste ozon generator is nog niet zo makkelijk als het lijkt. Een ozon installatie bestaat naast een ozon generator ook uit een ozon reactor. Ook hier zijn een aantal punten waar u op moet letten bij de aanschaf. Hieronder gaan we dieper in op de aandachtspunten van een ozon reactor.
Wat is de contact tijd
De contact tijd lijkt vrij simpel, maar toch gaat het hier nog wel eens fout. Is de contact tijd nou de tijd dat de ozon in contact is met het water, of de tijd dat het water in contact is met ozon? Met andere woorden, is het de tijd die de luchtbel nodig heeft om door de water kolom heen te stijgen, of de tijd die het water nodig heeft om door de reactor heen te komen?
Een luchtbel van 3 mm in diameter zal in een stilstaande waterkolom met ongeveer 25cm per seconde stijgen. Bijvoorbeeld bij een afschuimer zal het water in tegengestelde richting van de lucht stromen. Laten we aannemen dat de stijgsnelheid dan nog 20cm per seconde is. Bij een afschuimer van 160 cm hoog blijft de luchtbel dan 8 seconden in contact met water. De contact tijd vanuit de luchtbel gezien is dus 8 seconden.
Stel dat de eerder genoemde afschuimer 20 cm in diameter is (binnenmaat, dan is de inhoud bij 160cm hoogte +/- 50 liter). Bij een water doorstroming van 3 m³ per uur doet het water er dan 60 seconden over om door de ozon reactor heen te komen. De contact tijd vanuit het water gezien is 60 seconden. Beide tijden zijn van belang voor een goede werking van een ozon reactor. De contact tijd die doorgaans is vermeld bij ozon reactoren is de contact tijd van het water, in dit geval 60 seconden. Dit is ook wat er wordt bedoeld met de contact tijd in de rest van dit artikel.
Belang van de ozon concentratie voor de werking van uw ozon reactor.
De ozon concentratie is bovenstaand al aan de orde gekomen; deze waarde is echter niet alleen van belang bij het meten van de ozon opbrengst, maar ook voor het oplossen van ozon in water en daarmee de efficiëntie van uw ozon reactor. De werking van een ozon reactor berust op het uitwisselen van ozon tussen luchtbellen en het water. Er zit een bepaalde ozon concentratie in de luchtbellen; we willen er voor zorgen dat de ozon vanuit de luchtbel in het water komt. Om deze reactie in gang te houden zal de ozon concentratie in de bel hoger moeten zijn dan de ozon concentratie in het water.
Op het moment dat de luchtbel het water bereikt, zal de ozon op beginnen te lossen in het water, de ozon concentratie in de luchtbel neemt hierdoor af en die van het water stijgt. Er ontstaat hierdoor een evenwicht tussen de ozon concentratie in de luchtbel en die in het water. Dit proces kunt u zich het beste voorstellen als 2 emmers water, de ene koud en de andere warm. Als u de warme emmer in de koude emmer zet zal de koude emmer opwarmen en vice-versa. In het begin zal de temperatuur van beide emmers snel naar elkaar toe lopen, hoe dichter de temperaturen bij elkaar zitten, hoe trager de uitwisseling zal gaan. Dit werkt bij de ozon concentratie op een zelfde manier.
Aangezien de ozon in een ozon reactor snel zal moeten reageren met het water is het dus van belang om een hoge ozon concentratie in de lucht te hebben, zodat het ozon makkelijker zal oplossen in water. De ozon concentratie in het water kan alleen hoog zijn als de ozon concentratie in de bellen ook hoog is.
Een hogere ozon concentratie in water zorgt er ook voor dat vervuiling makkelijker geoxideerd zal worden.
CT waarde
De CT waarde zal de meeste lezers waarschijnlijk niks zeggen, terwijl dit één van de belangrijkste parameters van een ozon reactor is. De CT waarde is een factor samengesteld uit de ozon Concentratie en de contact Tijd. Een bepaalde ozon concentratie voor een bepaalde contact tijd geeft een CT waarde.
Alle stoffen die geoxideerd kunnen worden door ozon hebben een CT waarde, deze is voor elke stof anders. Hoe hoger de CT waarde, hoe moeilijker het voor ozon zal zijn om deze stof te oxideren. Nu zijn er 2 methodes om een hoge CT waarde te bereiken, of men gebruikt een hele hoge ozon concentratie bij een wat minder lange contact tijd, of juist een lange contact tijd bij een lagere ozon concentratie. Een ozon concentratie van 10mg/l bij een contact tijd van 1 minuut geeft immers een zelfde CT waarde als 1mg/l bij 10 minuten.
Hoewel de CT waarde in beide gevallen gelijk is, blijkt uit onderzoek dat voor bijvoorbeeld algen een hoge ozon concentratie en een korte contacttijd beter werkt dan een lage ozon concentratie en een lange contacttijd.
Plaatsing van een ozon installatie
Een ozon installatie is wat betreft de plaatsing en het gebruik wat lastiger dan bijvoorbeeld een UV lamp. Een UV lamp monteert u ergens in het leidingwerk en zal veelal zijn werk naar behoren doen. Bij een ozon installatie zijn er wat meer aandachtspunten om deze goed en veilig te laten functioneren. De werking van een ozon installatie is volledig afhankelijk van de wijze waarop het systeem wordt toegepast.
De plaatsing van een ozon generator is over het algemeen niet zo ingewikkeld en staat doorgaans goed uitgelegd in de handleiding. In het kort komt het erop neer dat een ozon generator in een droge, koele en goed geventileerde ruimte moet hangen.
De ozon reactor kan op meerdere manieren worden geplaatst waarmee ik eigenlijk bedoel dat het toevoer water van verschillende plekken kan komen. Maar ook dat het water naar diverse plekken kan worden afgevoerd. Bij voorkeur gaat er relatief vuil water door een ozon reactor maar het water moet wel ontdaan zijn van de meeste organische vervuiling. De meest logische plek om het water dan vandaan te halen is na het voorfilter. Als de mogelijkheid er is om het water van een skimmer vandaan te halen dan is dit nog mooier omdat je dan de vettige laag die op het water drijft gelijk oxideert.
Het water vanuit de ozon reactor kan altijd wat opgelost ozon bevatten, daarom is het niet verstandig om dit water direct terug de vijver in te sturen. Ook hier zijn er een aantal opties. Bij een meerkamerfilter is het een goede optie om het water vanuit de ozon reactor uit te laten stromen in de laatste filterkamer.
Bij gesloten filters (bead- en zandfilters) zal er een andere optie gekozen moeten worden. Men kan het water dan terug laten stromen in het voorfilter, dit heeft als nadeel dat de netto doorstroming van het systeem omlaag gaat. U bent dan immers een deel van het water aan het circuleren over uw voorfilter.
Ook kunt u het water uit de ozon reactor laten uitkomen in een plantenfilter. In de winter is dit niet echt een goede optie maar doorgaans worden ozon installaties ’s winters afgeschakeld. Een ander alternatief is om het water uit de ozon reactor via een vat gevuld met actiefkool terug de vijver in te laten stromen.
Welke optie de beste keus is hangt helemaal van uw situatie af.
Algen wel of niet met ozon verwijderen?
Het verwijderen van alg met behulp van ozon is mogelijk, maar erg inefficiënt. Er is een relatief hoge CT waarde nodig om algen te verwijderen. Kosten technisch is het daarom meestal interessanter om toch UV te gebruiken om de algen onder controle te houden.
Redox voor of na de reactor meten
De ene fabrikant adviseert om de redox voor de reactor te meten en de andere om het na de reactor te doen. Elke optie heeft zijn voor- en nadelen. Om deze te begrijpen is het van belang om te weten wat er in de ozon reactor gebeurt op het moment dat de ozon generator aanslaat. Als de ozon generator uitstaat zal de redox waarde in de ozon reactor en de vijver hetzelfde zijn. Op het moment dat de ozon generator aanslaat zal het water aan de invoer van de ozon reactor een zelfde redox hebben als de vijver. Het water aan de uitvoer van de ozon reactor zal echter een stuk hogere redox waarde hebben, omdat dit net is behandeld met ozon.
Het meten van de redox na de reactor:
De redox meten na de reactor heeft als voordeel dat er zeer schoon water langs de elektrode stroomt waardoor deze minder snel vervuilt. Het heeft als nadeel dat de ozon generator veel vaker in en uit zal schakelen, omdat de elektrode direct het effect van het in of uitschakelen van de ozon generator meet.
Op het moment dat de ozon generator aanslaat zal de redoxwaarde in de reactor relatief snel stijgen. Na verloop van tijd zal de ozon generator worden afgeschakeld, omdat de redox hoog genoeg is. Nu de ozon toevoer stopt, zal de redox waarde aan de uitvoer dalen totdat dit de waarde van de vijver heeft bereikt.
Het meten van de redoxwaarde voor de reactor:
De redox waarde aan de invoer van de ozon reactor is gelijk aan die van uw vijverwater. Op het moment dat u ozon generator aanslaat zal de redox waarde van uw vijver langzaam stijgen. Dit in tegenstelling tot de redox waarde aan de uitgang van uw ozon reactor. Dit heeft als voordeel, dat uw ozon generator een stuk minder in- en uitgeschakeld zal worden, wat de levensduur bevordert. Deze meetmethode heeft ook nadelen; de elektrode meet in relatief vies water en men weet niet wat de redox waarde is van het water dat uit de reactor komt.
Het meten van de redox in relatief vies water is op zich geen probleem, maar zorgt er wel voor dat de elektrode sneller zal vervuilen; dit leidt tot onreële meetwaarden. Op het moment dat uw elektrode vervuilt zal deze doorgaans een hogere redox waarde gaan aangeven en uw ozon generator dus eerder uitschakelen. Dit systeem is daarmee intrinsiek veilig, omdat het bij vervuiling zichzelf juist sneller zal uitschakelen. Deze optie heeft dan ook mijn persoonlijke voorkeur.
Het niet inzichtelijk hebben van de redox waarde van het water uit de ozon reactor is geen probleem als men het water via een plantenvijver of filter laat teruglopen; het zal immers voldoende mengen voordat het in de vijver beland.
Ozon is zuurstof verhogend
Dit wordt nog steeds vaak beweerd terwijl het in mijn ogen een misleidende omschrijving is. Is ozon wel zuurstof verhogend en hoe gaat dit dan in zijn werk? Om ozon te maken wordt er lucht door een ozon generator gepompt waarvan een deel wordt omgezet in ozon. Dit gasmengsel wordt vervolgens in de ozon reactor vermengt met water.
Wat is eigenlijk het verschil als uw ozon generator aan- of uitstaat als we naar de zuurstof inbreng kijken? In het onderstaande voorbeeld gaan we voor het gemak vanuit dat u een luchtpomp van 30l/min heeft geplaatst op uw ozon systeem. Gemiddeld bestaat lucht voor 21% uit zuurstof wat inhoud dat er 210 milliliter zuurstof in 1 liter lucht zit.
Als uw ozon generator uitstaat dan pompen we op dat moment 6,3 liter zuurstof per minuut de ozonreactor in. De ozon installatie voegt dus 6,3 liter zuurstof toe aan uw water. (als we uitgaan van 100% efficiëntie). Op het moment dat we de ozon generator aanzetten dan zal een klein deel van de 6,3 liter zuurstof worden omgezet in ozon. Laten we er vanuit gaan dat 300ml zuurstof wordt omgevormd in ozon .Voor 2 delen ozon (o³) zijn 3 delen zuurstof (o²) nodig, 300ml zuurstof geeft dus 200ml ozon.
Op dit moment voegen we 6 liter zuurstof en 200ml ozon toe aan het water. Als al het ozon reageert met vervuiling zal al het ozon vervallen in zuurstof. De 200ml ozon vervalt in 200ml zuurstof, door dit proces verliezen we dus 100ml zuurstof!
Ozon is dus helemaal niet zuurstof verhogend als we dit rekenvoorbeeld mogen geloven. Dat is nu precies waarom ik de term “zuurstof verhogend” misleidend vind. Er speelt echter nog iets anders mee. Heel simplistisch omschreven zijn er diverse processen in waterbehandeling die zuurstof nodig hebben om te functioneren, denk hierbij aan uw biofilter. Er zijn ook diverse andere biologische en chemische processen die een bepaalde hoeveelheid zuurstof “verbruiken”. De hoeveelheid zuurstof die voor deze processen wordt verbruikt noemt men het biologisch (BOD) en chemisch zuurstofverbruik (COD). Hier valt onder meer de oxidatie van bijvoorbeeld zweefvuil onder. Het toevoegen van ozon zorgt ervoor dat het BOD en COD dalen waardoor er voor deze processen minder zuurstof benodigd is.
Ozon zorgt er daarmee dus wel voor dat het zuurstofniveau in uw vijver stijgt maar wel op een andere wijze dan dat de term “zuurstof verhogend” impliceert. “Ozon zorgt ervoor dat het zuurstof verbruik van uw vijver daalt” dekt naar mijn idee de lading een stuk beter. Let wel, de bovenstaande uitleg is een simpele weergave van het proces. In de praktijk is dit een erg ingewikkeld proces en gaat daarmee buiten de scope van dit artikel.