L’ozono è riconosciuto dal Ministero della Salute (protocollo n.24482 del 31 luglio 1996) presidio naturale per la sterilizzazione degli ambienti contaminati da batteri, virus, spore, ecc e infestati da acari, insetti e le tecniche di sanificazione basate sull’utilizzo dell’ozono sono ecologiche, altamente efficaci e ad impatto zero sull’ambiente.
La presenza dell’ozono in natura
L’ozono è presente in natura come un gas la cui concentrazione nell’atmosfera è di circa 0,04 ppm (1ppm ~ 2 mg/m3). Tale gas si forma naturalmente nella stratosfera e in particolare nell’ozonosfera, concentrandosi a circa 25 km al di sopra del livello del mare. La quantità di ozono è mantenuta costante mediante un equilibrio dinamico fra la reazione di formazione e quella di fotolisi .
La sua formazione in natura è data da potenti scariche elettriche e da radiazioni UV (hν) aventi lunghezza d’onda inferiore ai 242 nm che dissociano l’ossigeno molecolare (O2), in ossigeno atomico mediante la reazione di Chapman:
O2+hν→O+O
L’ossigeno atomico si combina rapidamente con un’altra molecola di ossigeno formando la molecola triatomica dell’ozono (O3). L’effetto netto della reazione è la conversione di tre molecole di ossigeno in due molecole di O3 .
O + O2 → O3
Le molecole di O3 assorbono a loro volta la radiazione solare di lunghezza d’onda compresa fra 240 e 320 nm, subendo fotolisi e rilasciando ossigeno molecolare O2 ed ossigeno atomico.
O3+hν→O2+O
Le reazioni di formazione e fotolisi di O3 e il relativo assorbimento di raggi UV, hanno come effetto quello di schermare la terra da più del 90% delle radiazioni UV dannose per la vita sul nostro pianeta.
In questo modo, in vicinanza della superficie terrestre, nella troposfera, i raggi UV con energia necessaria a formare l’O3 sono totalmente schermati, che la reazione di formazione di O3 non avviene.
La presenza normale di ozono che respiriamo corrisponde a circa 40-70 μg/m3 (0,02–0,035 ppm), ma nelle aree più inquinate puo’ raggiungere livelli più alti fino a 120–140 μg/m3 (0,06–0,07 ppm)
Ozono come agente disinfettante via ossidazione
L’azione ossidante esplicata dall’ozono ha fatto sì che sin dalla sua scoperta fosse utilizzato come agente battericida, fungicida e inattivante dei virus. Esso è stato utilizzato inizialmente come agente disinfettante nella produzione di acqua potabile, in Francia dal 1906 ed in Germania dal 1972. La scelta dell’ozono fu basata sul fatto che esso è più efficace di altri disinfettanti verso un più ampio spettro di microorganismi.
L’ozono è una molecola caratterizzata da un alto potenziale ossidativo, inferiore solo al fluoro e ad altre due sostanze, ma nettamente superiore a quello del cloro (tabella 1).
Tabella 1. Potenziale di ossidazione degli agenti ossidanti
CNSA – 27 ottobre 2010
Sostanza | Potenziale redox (V) |
Fluoro | 2,87 |
Idrossiradicale (OH.) | 2,86 |
Ione persolfato (S2O82-) | 2,60 |
Ossigeno atomico (O) | 2,42 |
Ozono (O3) | 2,07 |
Perossido di idrogeno (H2O2) | 1,78 |
Cloro (Cl) | 1,36 |
Diossido di cloro (ClO2) | 1,27 |
Molecola di ossigeno (O2) | 1,23 |
Il forte potere ossidante dell’ozono consente al gas di ossidare ed inattivare numerosi composti organici (fenoli, benzene, trialometani, pesticidi) ed inorganici (cianuri, solfiti, nitriti).
A livello cellulare, anche i principali effetti tossici dell’ozono sono riconducibili al suo potere ossidativo e quindi alla capacità di ossidare e perossidare le biomolecole, sia direttamente che indirettamente
Infine, una delle conseguenze più rilevanti legate all’attività dei radicali liberi derivanti dall’ozono è quella che si esplica a livello del DNA. I radicali liberi producono una serie di lesioni al DNA, causando rotture, distorsioni della doppia elica e legami crociati fra le basi azotate.
Effetto dell’ozono su vari microrganismi
I diversi batteri mostrano una sensibilità variabile all’ozono: i Gram-negativi sono meno sensibili dei Gram-positivi, i batteri sporigeni si dimostrano più resistenti dei non sporigeni. Poiché il meccanismo con cui agisce l’ozono è la perossidazione lipidica, la causa della differente sensibilità sarebbe imputabile alla differente composizione lipidica della parete batterica.
L’inattivazione dei virus è stata finora meno studiata di quella dei batteri; è comunque noto che anch’essa avviene rapidamente in seguito ad ozonizzazione, anche se richiede una somministrazione di gas a concentrazioni superiori rispetto a quella necessaria per i batteri. Si è osservato, infatti, che le curve di inattivazione mostrano un rapido abbattimento delle colture fino al 99%; il restante 1% richiede un tempo maggiore per la totale inattivazione. Vari studi effettuati sulla sensibilità dei virus all’ozono hanno dimostrato che i virus provvisti di membrana sono nettamente più sensibili di quelli che ne sono sprovvisti.
Il meccanismo di azione dell’ozono sui virus non è sicuramente quello di una distruzione, come nel caso dei batteri, ma di un’inattivazione; l’azione dell’ozono consisterebbe in un’ossidazione, e conseguente inattivazione, dei recettori virali specifici utilizzati per la creazione del legame con la parete della cellula da invadere. Verrebbe così bloccato il meccanismo di riproduzione virale a livello della sua prima fase: l’invasione cellulare.
Tabella 2. Inattivazione di batteri, virus, funghi, muffe ed insetti in seguito ad ozonizzazione
CONCENTRAZIONE | TEMPO DI ESPOSIZIONE | |
BATTERI
(E. Coli, Legionella, Mycobacterium, Fecal Streptococcus) |
0,23ppm-2,2 ppm | < 20 minuti |
VIRUS
(Poliovirus type-1, Human Rotavirus, Enteric virus) |
0,2 ppm – 4,1 ppm |
< 20 minuti |
MUFFE
(Aspergillus Niger, vari ceppi di Penicillum, Cladosporium) |
2ppm |
60 minuti |
FUNGHI
(Candida Parapsilosis, Candida Tropicalis) |
0,02 ppm – 0,26 ppm | < 1,67 minuti |
INSETTI
(Acarus Siro, Tyrophagus Casei, Tyrophagus Putrescientiae) |
1,5 – 2 ppm | 30 minuti? |
I processi per la produzione industrial dell’ozono
L’ozono è un gas instabile sul lungo periodo e non viene pertanto prodotto e commercializzato in bombole come gli altri gas industriali; viene, infatti, preparato al momento dell’utilizzo attraverso apparecchi detti ozonizzatori. Il principio di generazione dell’O3 prevede, secondo diverse modalità, la dissociazione dell’ossigeno molecolare e la formazione intermedia di radicali di ossigeno, che reagiscono con l’O2.
Le principali modalità di formazione di O3 sono:
Radiazione UV (fotochimica);
Effetto di una scarica elettrica (Effetto Corona)
Nel caso di radiazione UV, sin dai primi anni del 1900 si osservava la formazione di ozono a partire da ossigeno esposto ad una radiazione UV compresa tra 140 e 190 nm. Tale principio di formazione riprende ciò che accade naturalmente nella stratosfera. Tuttavia, tale tipologia di generazione produce solitamente delle piccole quantità di O3, per cui tale soluzione si rivela di bassa valenza commerciale.
Il metodo più diffuso per la produzione di ozono in modo artificiale dall’uomo è definito Scarica a Corona e viene prodotto tramite tubi o piastre.
Qui l’ozono è prodotto dall’ossigeno come risultato diretto di una scarica elettrica; è un sistema che che si è dimostrato particolarmente efficiente. Tra i suoi vantaggi, la possibilità di costruire generatori di dimensioni anche contenute, quella di poter produrre ozono riducendo al minimo la produzione di altri gas irritanti, la longevità delle celle ad effetto corona e l’elevata produttività.
Concentrazione nell’aria dell’ozono e sicurezza per l’uomo
L’ effetto dell’ozono su ciò che lo circonda (persone, animali, oggetti) varia a secondo della concentrazione dello stesso nell’aria.
In natura l’ozono è molto presente nella stratosfera con una concentrazione di 20 ppm (parti per milione) e questo lo rende, a quelle altezze, incompatibile con la vita umana.
Negli strati più bassi dell’atmosfera, il governo, tramite regolamentazione, ha stabilito il valore obiettivo per la salute umana pari ad una media di 120 microgrammi per m3 nel corso di 8 ore. In base poi alla normativa HACCP e D.Lgs. 626/94 è stata fissata una soglia di esposizione massima di 0.1 ppm in 8 ore o di più di 0,3 ppm due volte/die per 15 minuti (si noti che la soglia di percettibilità̀ olfattiva per l’uomo e’ a concentrazioni tra 0,02 e 0,05 ppm, pari a circa 1/20 della soglia di concentrazione definita sicura).
Le conseguenze per l’uomo di una eccessiva esposizione all’ozono variano a seconda della concentrazione alla quale si è stati sottoposti:
0,01 – 0,05 ppm – quantità tollerata, generalmente viene completamente smaltita dal corpo
0,1 – 0,2 ppm inizio forte percezione del gas – irritazione a naso e gola
0,2 – 0,5 ppm irritazione a naso, gola e occhi – disturbi della vista
0,5 – 1,0 ppm forte irritazione a naso, gola e occhi – irritazione della trachea – tosse secca
1 – 2 ppm mal di testa – dolori al petto – forte irritazione della trachea – senso di sete
Dato e conosciuto quindi il fatto che l’ozono oltre certe concentrazioni diventa critico per l’uomo, le attività di sanificazione vengono effettuate esclusivamente in ambienti chiusi e in totale assenza di persone o animali e al termine di ogni trattamento i locali vengono arieggiati o, ove non sia possibile, riossigenati tramite catalizzatori.
Durante lo svolgimento delle attività di sanificazione la concentrazione di ozono massima che viene utilizzata varia tra 1 e 2 ppm, anche se da molteplici ricerche risulta che un’esposizione dei virus ad una concentrazione di 0.6 ppm per 4 minuti garantisca già un successo par al 99.9%.
Normativa e riconoscimento su efficacia dell’ozono come agente sanificante
Rapporto ISS COVID-19 n. 19/2020 Rev.- Raccomandazioni ad interim sui disinfettanti nell’attuale emergenza COVID-19: presidi medico-chirurgici e biocidi.
Versione del 13 luglio 2020
Trattamento mediante ozono.
L’ozono generato in situ a partire da ossigeno è un principio attivo ad azione “biocida” in revisione ai sensi del BPR 2 come disinfettante per le superfici (PT2 e PT4) e dell’acqua potabile (PT5) e per impiego nelle torri di raffreddamento degli impianti industriali (PT11).
Sebbene la valutazione non sia stata completata, è disponibile un’ampia base di dati che ne conferma l’efficacia microbicida anche sui virus. In attesa dell’autorizzazione a livello europeo, la commercializzazione in Italia come PMC con un claim “disinfettante” non è consentita data l’impossibilità (generazione in situ-produzione fuori officina) di individuare un sito specifico da autorizzare come previsto dalla normativa nazionale. Pertanto, in questa fase, l’ozono può essere considerato un “sanitizzante”. L’utilizzo dell’ozono è attualmente consentito a livello internazionale in campo alimentare, per i servizi igienico-sanitari di superficie e acque potabili (FDA, USDA, US-EPA, CNSA).
Valutazione tecnico-scientifica
L’attività virucida dell’ozono si esplica rapidamente in seguito a ozonizzazione. Come per molti altri prodotti usati nella disinfezione, non esistono informazioni specifiche sull’efficacia contro il SARS COV-2. Di contro sono disponibili diversi studi che ne supportano l’efficacia virucida (Norovirus) in ambienti sanitari e non.
Anche a basse concentrazioni, con elevata umidità, l’ozono ha una elevata azione disinfettante virucidain aria.
L’International Ozone Association (www.iao-pag.org) conferma l’efficacia dell’ozono per l’inattivazione di molti virus anche se non è a conoscenza di ricerche specifiche su SARS-CoV-2. A livello industriale, l’ozono viene generato in situ mediante ozonizzatori, che devono essere adattati di volta in volta in relazione agli spazi (dimensioni, materiali coinvolti) e ai target. I generatori di ozono devono essere conformi alle direttive su bassa tensione (Direttiva 2014/35/CE), compatibilità elettromagnetica (Direttiva 2014/30/CE) e Direttiva 2011/65/CE (RoHS) sulla restrizione di sostanze pericolose. L’ozono è un gas instabile e decade spontaneamente a ossigeno. Il tempo necessario per il decadimento dell’ozono, dipendente da temperatura, umidità e contaminazione chimica e biologica, ed è sempre in funzione delle concentrazioni di utilizzo.I n condizioni reali il tempo di decadimento naturale necessario per rendere accessibili i locali è di almeno 2 ore. Se possibile, è preferibile eseguire i trattamenti nelle ore notturne in modo che alla ripresa del lavoro la quantità di ozono ambientale si trovi entro i limiti di sicurezza sanitaria. Evitare di eliminare l’ozono residuo ricorrendo alla ventilazione forzata per convogliarlo in ambiente esterno: il DL.vo 155/2010 fissa valori limite e obiettivi di qualità anche per le concentrazioni nell’aria ambiente di ozono. Sulla base della normativa CLP e REACH i registranti hanno classificato, in regime di autoclassificazione, l’ozono come: sostanza che può provocare o aggravare un incendio; letale se inalata, provoca gravi ustioni cutanee e gravi lesioni oculari, provoca danni agli organi in caso di esposizione prolungata o ripetuta per via inalatoria, molto tossica per l’ambiente acquatico con effetti di lunga durata. Alcuni notificanti identificano l’ozono come sospetto mutageno. Le autorità competenti tedesche hanno manifestato nel 2016 a ECHA l’intenzione di proporre per l’ozono una classificazione ed etichettatura armonizzate anche come mutageno di categoria 2 e cancerogenodi categoria 21. Il rischio ambientale, in seguito all’utilizzo di ozono per il trattamento delle superfici, appare al momento trascurabile, considerata l’elevata percentuale di ozono normalmente presente nell’atmosfera. In conformità alle norme HACCP2 e al DL.vo 81/2008, in assenza di valori adottati nel quadro normativo Italiano, gli operatori devono rispettare i TLV –TWA dell’ACGIH3 di seguito riportati, in relazione a carico di lavoro e durata cumulativa dell’esposizione:
TLV –TWA (8 ore), 0,05 ppm (0,1 mg/m3), lavoro pesante;
TLV –TWA (8 ore), 0,08 ppm (0,16 mg/m3), lavoro moderato;
TLV –TWA (8 ore), 0,10 ppm (0,2 mg/m3), lavoro leggero;
TLV –TWA (≤2 ore), 0,2 ppm (0,39 mg/m3), frazioni di lavoro leggero, moderato o pesante.
Considerato che a concentrazioni inferiori a 2 ppm, l’ozono ha un odore caratteristico piacevole, che diventa pungente e irritante a livelli superiori, e che è riconoscibile già a concentrazioni molto ridotte(0,02 e 0,05 ppm), i soggetti potenzialmente esposti sono preavvertiti rispetto al raggiungimento di concentrazioni elevate e potenzialmente dannose per la salute. L’odore non costituisce, comunque, un indice attendibile della concentrazione presente nell’aria per fenomeni di assuefazione.
Le Linee guida dell’OMS per la qualità dell’aria outdoor (2005) raccomandano un limite giornaliero di 100 μg/m³ (ca. 0,05 ppm).
Il National Institute for Occupational and Safety Health( NIOSH) indica per l’ozono un valore IDLH (concentrazione immediatamente pericolosa per la vita o per la salute) di 5 ppm (10 mg/m3) e livelli di concentrazione simili al valore IDLH o maggiori sono di fatto raggiunti nelle condizioni di utilizzo.
In generale, deve essere evitata la pratica di rientrare nelle aree trattate dopo un determinato periodo di tempo dalla fine dell’ozonizzazione. L’uso di ozono deve avvenire in ambienti non occupati e debitamente confinati. Per ridurre il rischio, possono essere predisposti dispositivi visivi in ogni punto di accesso degli ambienti in fase di trattamento e allo stesso modo possono essere predisposti segnalatori di libero accesso. Pertanto, prima di ricorrere all’utilizzo di tale sostanza per il trattamentodi locali è necessario valutare il rischio di esposizione sia degli addetti alle operazioni di sanificazione sia del personale che fruisce dei locali sanificati.
Gli operatori devono essere addestrati ed esperti e provvisti di idonei dispositivi di protezione individuale (DPI).
Alla luce di quanto sopra non è pertanto indicato per uso domestico.