Emeriitprofessor: osoon võib tuua palju kasu, kuid on mõnikord ka väga ohtlik

Looduses tekib osoon pikselöögist, eriti heaks katalüsaatoriks peetakse männivaiku. Foto: Albrecht Fietz / Pixabay.com

• Osoonile omast värsket, teravat lõhna võib kõige kergemini tunda männimetsas pärast äikest
• Osooni toodetakse tänapäeval kõrgepinge elektriväljas vaikse sädelahenduse toimel
• Gaas on meeldiva värske lõhnaga väikestes kontsentratsioonides, suurtes kontsentratsioonides mürgine

Ükskord tekkis mul üsna ohtlik olukord osooni generaatorist kontaktaparaati viiva seinaäärse PVC-toru lekkimisega. Toru tihendamiseks kasutasin jootekolbi ja tükki bituumenit, mida tilgutasin põrandal kummargil olles lekkekohale. Unustasin, et osoon on tunduvalt raskem õhust, mistõttu lekkinud osoon oli kogunenud põranda pinna lähedale. Järsku tundsin, et hing hakkab kinni jääma ja teadvus tuhmuma.

Kuna ruum oli väike, suutsin siiski kuidagi enne teadvuse kaotust jõuda aknani ja selle lahti lükata. Jäin aknalauale tükiks ajaks lamama.

See oli hea õppetund – osoon on meeldiva värske lõhnaga gaas ainult väikestes kontsentratsioonides, suurtes kontsentratsioonides aga tugev närvisüsteemi ja hingamist paralüseeriv mürk.

Eesti meedias on sõna «osoon» ilmselt kõige rohkem läbi käinud ja tuntuks saanud ETV sellenimelise populaarse saatesarja kaudu. Kui saatejuhiks oli veel Vladislav Koržets, lõpetas ta alati selle keemilise aine valemi rõhutamisega: «Osoon, O₃».

Osoonile omast värsket, teravat lõhna võib kõige kergemini tunda männimetsas pärast äikest. Arvatakse, et männivaik on osooni tekke katalüsaatoriks äikeselahenduse ajal.

Olen alati imestanud, miks üsna häid saateid meie maavaradest, soodest, merest, järvedest, jõgedest, lindudest, loomadest ja kaladest jm edastatakse just selle pealkirja all «Osoon»? Mis rolli mängib kõigis neis saadetes just see keemiline aine?

Seni on jäänud täpsemalt selgitamata, mis aine see üldse on, millised on selle omadused, kuidas see gaas atmosfääris tekib, miks ja kuidas teda veepuhastusjaamades toodetakse ning mis seos on osoonil kui intensiivse lõhna ja tugeva oksüdeerijana tuntud gaasil looduskeskkonna ja eriti veega.

Aga neid seoseid on tegelikult üsna palju ja erinevaid.

Värskelt lõhnav gaas

Osooni kui uue, senitundmatu gaasi (O₃ ehk trihapniku) avastas juhuslikult Hollandi keemik van Marum 1785. aastal, juhtides elektrivoolu läbi hapniku. Osooni «ristiisaks» peetakse aga Saksa keemikut Christian Schönbeini, kes 1839. aastal andis sellele iseloomuliku terava lõhnaga gaasile nime ozone (kreeka keeles ozein = lõhnama).

Looduslikku osooni leidub vähesel määral nii maakera ümbritsevas troposfääris (kuni 10 km kõrgusel), eriti aga stratosfääris (kuni 50 km). Osoon neelab päikeselt lähtuvat ülitugevat UV-kiirgust (< 300 nm), vältides sellega nii kõigi elusolendite pimedaksjäämist kohe sünnimomendil kui ka vähendades nahavähi teket.

Osoonile omast värsket, teravat lõhna võib kõige kergemini tunda männimetsas pärast äikest. Arvatakse, et männivaik on osooni tekke katalüsaatoriks äikeselahenduse ajal.

Osooni värsket lõhna võib tunda peale äikest männimetsas. Foto: Marko Saarm

Osooni hakati kasutama veepuhastuses Euroopas 19. sajandi viimasel aastakümnel pärast seda, kui laboratoorselt olid kindlaks tehtud osooni head desinfitseerivad omadused ning tehniliselt lahendatud suurema tootlikkusega osonaatorite ehitamise küsimus. Seda toodetakse tänapäeval kõrgepinge elektriväljas vaikse sädelahenduse, nn koroonalahenduse toimel, kasutades kõrgepinget 10–15 kV ja sagedust 400–600 Hz. Esimesed tööstuslikud vee osoonimise seadmed ehitati Saksamaal 1896. aastal Wiesbadenis ja Paderbornis.

Oleme kõik koolipõlves kuulnud lugusid Tsaari-Venemaa tehnilisest mahajäämusest. Väga vähe tuntud on aga fakt, et 1. jaanuaril 1911. aastal lasti Peterburis käiku tolle aja suurim ja moodsaim osooniga töötav veepuhastusjaam, mis tootis linnale joogivett Neeva jõe veest. Kahjuks hävis jaam revolutsioonile järgnenud kodusõja käigus täielikult ning hiljem teda ei taastatud ja mindi veepuhastuses üle palju ohtlikumale kemikaalile – kloorile. Käesoleval ajal töötab maailmas juba üle 9000 osooni kasutava veepuhastusjaama.

Miks just osoon?

Osoon avaldab loodusveele kompleksset positiivset toimet – hävitab vees olevad patogeensed algloomad (Cryptosporidium parvum, Giardia lamblia), bakterid ja viirused (E.coli, Legionella, Poliovirus, Rotavirus, Hepatitis A ja E ja usun kindlalt, et ka COVID-19 !), parandab vee maitset ja lõhna, vähendab oluliselt vee värvust kollases spektriosas ja suurendab sinises jne.

Osoonitud veele on omane ilus sinakas värvitoon ja meeldiv värske lõhn. Seejuures ei ole seni tuvastatud ühtki olulist osoonimise toksilise või mutageense toimega oksüdatsiooni vahe- või lõpp-produkti, välja arvatud bromatioon (BrO₃^-), mis võib tekkida ainult bromiidirikka loodusvee (näiteks merevee) osoonimisel ning on kantserogeense toimega.

1980. aastatel ületasid ohtlikud ained Tallinna joogivees lubatud piiri

1927. aastal Briti firma Patterson & Co ehitatud ja käiku lastud ning hiljem korduvalt renoveeritud Ülemiste Veepuhastusjaamas kasutati järvevee puhastamiseks eel- ja järelkloori ning filtrimist läbi liiva. Et suvel juhiti üsna palju kloori otse humiinainete- ja planktonirikkasse toorvette, tekkis palju kantserogeenseid kloororgaanilisi aineid.

Nagu 1980. aastate lõpul teostatud Tallinna joogivee analüüsid näitasid, ületas ohtlike kloororgaaniliste ainete (trihalometaanide, THM³⁷) sisaldus joogivees tollal lubatud piiri (100 mg/l) sageli 4–5 korda. Jaama käikulaskmisel 1927. aastal neid aineid aga loomulikult veel maailmas ei tuntud. Ka meie saime TPI keemiatehnika instituudis seetõttu alles 1970. aastate teisel poolel, kui esmakordselt määrati kromatograafiliselt kloroformi vees, aru oma osoonialase uurimistöö olulisest tähendusest Tallinna elanike tervise kaitsel.

Kui laborikatsetes oli selgeks saanud osooni lahustuvus Ülemiste järve vees erinevatel aastaaegadel olenevalt järvevee omadustest ning osooni toime vee orgaanika sisaldusele, värvusele, maitsele jt näitajatele, sai hakata mõtlema selle üle, kuidas osooni kiiresti ja suure kasuteguriga vette viia. Osoon lahustub vees halvemini kui kloor.

Osooni üks kõige olulisemaid kasutusalasid on kraanivee puhastamine. Lisaks bakterite hävitamisele võtab see gaas puhtalt veelt kollaka tooni. Foto: Rudy ja Peter Skitterians / Pixabay

Euroopa veepuhastuspraktikas laialdaselt kasutusel olnud basseinid ehk mullkolonnid kõrgusega kuni 4-5 m, milles osooni juhitakse väheliikuvasse vette poorsete plaatide (difuusorite) kaudu, ei vastanud just kõige paremini soovitud näitajatele, osooni kaod neis aparaatides lahkuva gaasiga olid (ja on praegugi!) vähemalt 15–20%.

Minu teaduskandidaadi töö teemaks saigi osooni ja vee uue, efektiivse kontaktaparaadi (staatilise seguri) väljatöötamine, kus ülalt alla voolava vee ja gaasi (osoonitud õhu või hapniku) jugade tõkestamisega perforeeritud vahepõhjade abil tekitatakse väga intensiivne kahefaasiline süsteem (sisuliselt vaht) ning suur, pidevalt uuenev kontaktpind gaasi ja vee vahel. Eesmärgiks oli saavutada vähemalt 95-protsendiline osooni kasutusaste. Pooltööstuslikud katsed osooni ja järveveega viisin läbi 1965–1966. aastatel ilusatel suvekuudel Tallinna Veepuhastusjaama ühes kõrgemal korrusel asuvas väikeses ruumis (ca 10 ruutmeetrit) ehk nn «tuvipuuris», kuhu olid monteeritud suurem osoonigeneraator (80 gO3/h) ja pärivooluga kontaktaparaat.

Katsed möödusid väga edukalt, saavutasin aparaadi tööparameetrite optimeerimisega osooni kasutusastmeks 95-98 protsenti.

Tallinna Tehnikaülikooli emeriitprofessor Rein Munter on kirjutanud raamatu «Vee ja osooni lugu», kus on osoonist põhjalikumalt juttu.