Miks edastatakse saateid meie maavaradest, soodest, merest, järvedest, jõgedest, lindudest, loomadest ja kaladest just pealkirja “Osoon” all? Mis rolli mängib kõigis neis saadetes just see keemiline aine, selgitab Tallinna Tehnikaülikooli emeriitprofessor Rein Munter.

Eesti meedias on väga palju läbi käinud sõna “osoon” ja tuntuks on see saanud ka ETV sellenimelise populaarse saatesarja kaudu. Kui saatejuhiks oli veel Vladislav Koržets, lõpetas ta alati saate ka keemilise aine valemi rõhutamisega: “Osoon, O3.”.

Vaatajale on senini  kahjuks jäetud täpsemalt  selgitamata, mis aine üldse osoon on, millised on selle omadused, kuidas see atmosfääris tekib, miks ja  kuidas seda veepuhastusjaamades toodetakse ning mis seos on osoonil kui intensiivse lõhnaga ja tugeva oksüdeerijana tuntud gaasil looduskeskkonna ja eriti veega.

Seoseid on üsna palju ja erinevaid

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 ehk lõhnama).

Looduslikku osooni leidub vähesel määral maakera ümbritsevas troposfääris (kuni 10 km), 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 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.

Osooni toodetakse tänapäeval kõrgepinge elektriväljas vaikse sädelahenduse, nn koroonalahenduse (jälle “koroona”!) 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 seda ei taastatud ja mindi veepuhastuses üle palju ohtlikumale kemikaalile – kloorile. Praegu 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 (VPJ) 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 tehtud 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 tollase Tallinna Polütehnilise Instituudi 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. 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 kandidaaditöö 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%-line osooni kasutusaste. Pooltööstuslikud katsed osooni ja järveveega viisin läbi 1965–1966. a. ilusatel suvekuudel Tallinna VPJ ühes kõrgemal korrusel  asuvas väikeses ruumis (ca 10 m2), 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%.

Osoon võib olla ka ohtlik

Ükskord tekkis üsna ohtlik olukord osooni generaatorist kontaktaparaati viiva põrandal asuva  seinaäärse  PVC-toru lekkimisega. Lekkekoha tihendamiseks kasutasin elektrilist jootekolbi ja tükki bituumenit, mida tilgutasin põrandal kummargil olles lekkekohale.

Unustasin seejuures, et osoon on tunduvalt raskem õhust (MO3/Mõhk = 48/29 = 1,65),  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 see lahti lükata. Jäin aknalauale tükiks ajaks lamama.

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