Praní a ozon

Prádlo provází člověka po celý jeho život. Je součástí kultury. Technika a úroveň jeho údržby je odrazem rozvoje společnosti dané doby. Začátek třetího tisíciletí je charakterizován zásadní změnou v chápání role člověka a jeho civilizačního úsilí ve vztahu k přírodě, která jej obklopuje. Mění se měřítka hodnot a mění se také úroveň technologií, kterými si lidský rod zajišťuje svoji existenci a rozvoj s cílem dosažení trvale udržitelného rozvoje společnosti. Zajištění trvale udržitelného rozvoje cestou technologií na kvalitativně vyšší úrovni znamená, že vyšší technologická úroveň již není charakterizována ziskem, postaveným na expluatací přírodních zdrojů a znečišťování životního prostředí, nýbrž na hlubokém poznávání přírodních zákonitostí a jejich využití k uspokojení potřeb člověka, aniž by docházelo k nevratným změnám přírodních procesům, které narušují po věky utvářenou přírodní rovnováhu. Naznačený trend se dotýká i prádelenského průmyslu. Emise odpadů zejména v podobě sloučenin fosforu, vysoké energetická náročnost procesu jsou jedny ze základních faktorů, které výrazně ovlivňují náklady a tím rozvoj tohoto odvětví a rovnováhu v přírodě. Existuje celá řada východisek ze současné situace, kdy za cenu čistého prádla je v podstatě nevratným způsobem znečisťováno životní prostředí a to především voda. Jedno východisko nabízí využití ozonu v prádelenské technologii.

Ozon

Ozon je sloučenina kyslíku, která má sumární vzorec O₃. Obvykle se připravuje působením tichého výboje na proud kyslíku v trubici. Reakce je rovnovážná a maximální konverze kyslíku na ozon je 14%. Ozon je o 50 % silnější oxidant než chlor. Biocidní účinky na patogenní bakterie se projevují již při koncentraci 0,05 ppm. Současná nejvyšší přípustná koncentrace ozonu na pracovišti je 0,2 mg/m³. Ozon je ve studené vodě desetkrát rozpustnější, než je kyslík.

Stabilita ozonu ve vodném roztoku je silně ovlivněna hodnotou pH. V kyselém prostředí je ozon silně reaktivní. Oxidační silou jej převyšuje pouze fluor, atomární kyslík nebo hydroxylový radikál. Naproti tomu v 0,1 N roztoku hydroxidu sodného je poločas rozpadu 2 minuty při 25°C a v 5,0 N roztoku NaOH je při stejné teplotě již 40 min.

Ozon a technologie praní

Využít vlastností ozonu při praní je myšlenka poměrně stará. Ve světě se touto problematikou a její praktickou aplikací zabývá celá řada firem. Mezi nejznámější patří společnost Purotek, ESI, Agrimond nebo Industozone.

Podle firemní literatury je ozonu při praní využíváno jednak jako bělícího činidla, detergentu a dezinfekčního agens. Publikované výsledky demonstrují úspory prostředků na praní, snížení spotřeby energie a vody, dokonale vyprané a navíc dezinfikované prádlo. Účinek ozonu v technologickém procesu praní je, lapidárně řečeno, prezentován firemní literaturou jako tři v jednom.

Zcela stranou a tím také pominuta zůstává skutečnost, že naznačované velmi zajímavé účinky ozonu představují spojení několika zcela rozdílných kategorií prádelenské technologie.

Praní, tedy solubilizace špíny z prádla představuje z hlediska fyziky změnu uspořádanosti soustavy. Hybnou silou tohoto procesu je změna entropie. Bělení ozonem je postaveno na chemické reakci, jejímž důsledkem je eliminace barvy. Biocidní vlastnosti pracovní lázně, které jsou podstatou dezinfekce prádla, jsou zase výslednicí rezistence mikroorganismů, koncentrace ozonu v prostředí, doby expozice prádla v lázní, její hodnoty pH a teploty.

Naznačené kategorie tak vymezují rámec požadavků na aplikaci ozonové technologie, jejichž naplnění očekává odborná prádelenská veřejnost, přestože o podstatě účinků ozonu existují jenom představy jakéhosi blíže neurčeného synergismu, který zaručuje ve firemních materiálech tolik proklamovaný zcela bezvadný výsledek dosažený s těmi nejmenšími náklady. Marketingové argumenty, stejně tak jako v mnoha jiných oblastech, zcela zatlačují do pozadí termodynamiké a kinetické principy celého procesu. To je veliká škoda, protože bez znalosti těchto principů lze možná náhodně dosáhnout úspěchu, ale tento jednotlivý počin představuje originál, který v řadě dalších případů nastat nemusí.

Uvedený závěr ostatně naznačuje i velmi bohatá patentová literatura. Popsané výsledky aplikace ozonové technologie a technické podmínky jejich dosažení vykazují širokou validaci.

Názorným příkladem marketingového kokteilu kolem ozonu je bělení prádla ozonem v podmínkách prádelenské technologie.Rozbor údajů z patentové literatury ukazuje, že aplikace ozonu jako bělícího agens přináší v porovnání se sloučeninami chloru ve vyšším oxidačním stupni a nebo peroxidy celou řadu ještě větších problémů. Technicky nejzávažnější překážkou k dosažení požadovaného bělícího účinku je poměrně vysoká koncentrace ozonu v bělící lázni, což je spojeno s hygienickými a bezpečnostními riziky, dále s náklady na výrobu ozonové vody, kterou silně ovlivňuje také její chemické složení, protože je významným faktorem rozhodujícím o stabilitě rozpuštěného ozonu. Nelze pominout ani korozivní účinky jak ozonu, tak jeho vodného roztoku na technologické zařízení prádelny zvláště bylo-li k jeho konstrukci použito pryžových elementů, což je např. těsnění u praček.

Naproti tomu využití ozonu k dezinfekci prádla a technologického zařízení prádelny, o kterém s v 2. čísle tohoto časopisu z roku 2008 zmiňuje Dr. Pazdziora, představuje elegantní a reálné řešení závažného problému při údržbě zdravotnického prádla.

Pro solubilizační účinky ozonu respektive ozonové vody uváděné ve firemní literatuře nebyla ve světové literatuře z oboru fyzikální chemie nalezena přímá opora. Jsou sice popsány postupy, kdy ozonem byl odstraňován např. uhlovodík z pevného povrchu ve vodném prostředí, ale tento příklad lze zařadit do kategorie bělení, protože je důsledkem chemické reakce. Účinkem ozonu došlo k oxidaci uhlovodíku, což znamená vznik polárnější a tudíž ve vodě rozpustnější látky, což není podstatou praní.

Podstata praní

Je na místě, alespoň ve zkratce, připomenout co je vlastně praní. Je obecně známo, že nejstarším prostředkem používaným k praní je mýdlo. Mýdlo lidé znají několik tisíc let. Je běžnou součástí každodenního života. Co však je podstatou té nevšední užitné hodnoty mýdla, která spočívá v převádění obtížně rozpustných látek do vodného roztoku. Cizím slovem se tento jev nazývá solubilizace. Solubilizace tvoří také základ praní prádla. Podstata solubilizace je lidem známá tak sto až sto padesát let.

Užitná hodnota mýdla, tedy schopnost solubilizace nečistot, je zakleta ve strukturách jeho molekuly a probouzí ji voda. Mýdlo je z chemického hlediska sodná sůl mastné kyseliny. Příkladem takové mastné kyseliny je kyselina stearová. Chemický vzorec vypadá takto:

Ze vzorce je jasné, že mastná kyselina je tvořena dlouhým řetězcem uhlíkovým a funkční karboxylovou skupinou -COOH. Tuto funkční skupinu nese ve své molekule také kyselina octová. Chemický vzorec kyseliny octové vypadá takto:

Porovnejme chování sodných solí těchto dvou kyselin při rozpouštění ve vodě. Stearan sodný je složkou mýdla, a proto se jako mýdlo bude rozpouštět. Již při malém množství bude roztok pěnit a nabývat zákalu. Naproti tomu se octan sodný bude rozpouštět stejně tak jako sůl nebo cukr. Z uvedených porovnání je zřejmé, že chování obou sloučenin při rozpouštění ve vodě je velmi silně ovlivněno délkou uhlíkového řetězce tvořícího molekulu. Uhlovodíky ( kam patří např. nafta nebo petrolej) jsou ve vodě prakticky nejenom nerozpustné, ale s vodou i téměř nemísitelné. Jsou tedy hydrofobní. Karboxylová funkční skupina rozpustnost a mísitelnost uhlovodíkového řetězce s vodou zvyšuje a do molekuly vnáší hydrofilní charakter.

Z toho vyplývá, že molekula stearanu sodného se ve vodě chová jaksi rozpolceně. Jedna část molekuly vnáší do sloučeniny schopnost rozpustnosti a druhá je vodoodpudivá.

Tyto vlastnosti se zcela logicky odráží i v chování molekul ve vodné fázi. Pokud jich je ve vodné fázi málo, jejich vzájemné spolupůsobení se neprojeví. S rostoucí koncentrací se molekuly začnou shlukovat a vytvářet asociáty. Tím dojde ke změně charakteru roztoku.

Roztok ztrácí průhlednost vlivem zvyšujícího se počtu asociátů, kterým se říká micely.

Vnitřní rozpolcenost chemického individua daná jeho molekulární strukturou vede ke zlomové změně fyzikálních vlastností celého roztoku, který z čirého pravého roztoku přechází na zakalenou soustavu koloidní povahy. Takováto chemická individua se nazývají látky amfifilního charakteru, tedy obojživelné povahy. Tyto vlastnosti je tak předurčily k odstraňování špíny prostřednictvím solubilizace.

Překvapení způsobená vodou

Je však na čase vrátit se zpět k ozonu. Předchozí exkurs do chemie koloidních roztoků naznačil, jaká překvapení může přinášet voda. Nejinak tomu bylo i v případě ozonu, což dokumentuje velmi jednoduchý pokus.

Na bavlněnou tkaninu se skvrnami způsobenými Rivenolem bylo působeno roztokem ozonové vody. Cílem bylo zjistit účinek ozonové vody na barevnou skvrnu v závislosti na pH roztoku.

Účinek ozonem sycené vody byl vyhodnocen jako úbytek zbarvení. Vyhodnocení bylo prováděno leukometrem. Výsledky jsou shrnuty v tabulce číslo 1:

Hodnota pH roztoku	Úbytek intenzity skvrny ( % )
2,5	30
4,5	29
5,5	25
7,5	18
9,0	20
11,0	24

Graficky jsou vyjádřeny na grafu č. 1:

Souborem experimentů naznačil možnosti ozonové v oblasti odstranění skvrn z prádla. Výsledky ukazují, že účinek ozonové vody prochází minimem ve slabě kyselé až neutrální oblasti.

Dále byla studována kinetika procesu, tedy závislost míry odstranění barviva na čase. Postupováno bylo podobně jako v předchozím případě. Hodnota pH roztoku byla 4,5, teplota 20°C. Do roztoku byl vnesen vzorek a po dané době usušen a vyhodnocen leukometrem.

Výsledky jsou shrnuty v tabulce číslo 2:

Doba expozice (min)	Úbytek intenzity skvrny
0	0
1	9
3	14
5	13
10	24
15	30
30	30

Graficky jsou vyjádřeny na grafu č. 1:

Uvedené výsledky poskytují termodynamické údaje nutné pro technologické zvládnutí procesu. Zcela odlišné výsledky však přinesl experiment s navlhčeným vzorkem. Před vložením do lázně za stejných podmínek jako při kinetickém měření, byl vzorek se skvrnou zvlhčen vodou. Po 30-ti minutách se intenzita skvrny takto upraveného vzorku nesnížila ani o jedno procento.

Z naznačeného experimentu vyplývá zásadní závěr: Míra účinku soustavy je závislá na nasáklivosti látky. Z výsledků lze na základě fyzikálně chemických úvah dovodit, že oxidační agens je transportován do vzorku látky z vodné fáze ve formě hydratovaného komplexu. Uvedený pokus vysvětluje některé rozdílné výsledky uváděné v odborné literatuře.

Američané na univerzitě v Connecticutu určili ze zcela jiných pohnutek strukturu hydratovaného komplexu. Chemický útvar vody a ozonu nazvali klastr.

Technologie praní s ozonem

V rámci řešení projektu výzkumu a vývoje v oblasti prádelenských technologií, který byl finančně podporován MPO ČR, byly formulovány pracovní lázně na bázi klastrů ozonu a dalších složek pracovních lázní. Tím se z ozonu stala definovaná a stabilizovaná součást pracovní lázně, což po vypracování vhodných analytických postupů znamenalo určení příslušných termodynamických parametrů, které umožnily vypracovat původní českou průmyslově schůdnou technologii.

Roční zkušenosti s provozem ozonové technologie praní potvrdilo, že využití ozonové stabilizované vody k praní různého sortimentu prádla s různým charakterem znečištění stabilně přináší tyto výhody:

• Nevyžaduje speciální změkčování vody
• Odstraňuje a zamezuje vznikání nerozpustných reziduí v pracích strojích a v prádle a tím vzniku nežádoucích skvrn na prádle a dermálním obdukcím na straně uživatelů.
• Výrazně snižuje amortizaci prádla
• Výrazně snižuje prašnost na provoze prádelny a při manipulaci s prádlem
• Prodlužuje životnost nábalů na válcích mandlů žehlících strojů
• Nevyžaduje čističku odpadních vod a nezředěné odpadní vody jsou v souladu s přísl. kanalizačním řádem.
• Vylučuje emise nežádoucích složek do pracovního prostředí
• Organické složky pracovní lázně jsou biologicky odbouratelné
• Snižuje energetickou náročnost procesu praní
• Zajišťuje dezinfekci prádla a prádelenských strojů.

Z toho vyplývá snížení nákladů, zvýšení produktivity práce a konkurenceschopnosti

Požadavkům kanalizačního řádu vyhovují i odpadní vody po vyprání prádla užívaného v léčebnách dlouhodobě nemocných. Splňují koncentrační limit také pro fosfor. Koncentrace fosforu je v těchto odpadních vodách obvykle nižší než 6 mg/litr. Odpadají tak starosti s bilancováním obsahu fosforu v prádelenských odpadních vodách ve smyslu ustanovení vyhl. MZ č. 428/2001 Sb. ust.§ 13.

Kvalita vyprání splňuje kriteria nejen přílohy č. 4, vyhl. 195/2005, ale i luxusních hotelů. Ztráta pevnosti vlákna je po 50ti vypráních menším než 15%, což je poloviční hodnota tohoto ukazatele, který uvádí TZU Brno při hodnocení.

Kvalitu vyprání ozonovou technologií dokumentují následující fotografie:

 

 

Realizace ozonové technologie praní má také svá specifika a úskalí. Touto technologií lze prát prádlo zašpiněné běžným užíváním. Ani ozonová technologie neodstraní skvrny od hliníku, gumy, nátěrových hmot a nebo skvrny zaprané a zažehlené. Účinky ozonu se neprojeví na prádle s vysokým obsahem reziduí. Naše zkušenosti ukazují, že při obsahu reziduí v prádle vyšším než 2% je vliv ozonu prakticky nepostřehnutelný. Negativní vliv rovněž představuje vysoká koncentrace iontů železa a manganu v napájecí vodě, stejně tak jako vyloučená rezidua z pracovních lázní v pračkách.

Smyslem celé technologie není přinášet okamžitý zisk za každou cenu, nýbrž nastolení podmínek trvale udržitelného rozvoje odvětví, což zaručuje cestu trvalého ekonomického růstu rozumným a efektivním využíváním stávajících zdrojů.