Tecnologias para desinfecção de água e esgotos: desinfecção por irradiação UV

A contaminação bacteriológica das águas de consumo humano sempre foi e continua sendo um assunto relevante na área de saúde pública e epidemiologia, tanto é que a Organização Mundial da Saúde (OMS) estima que quase um quarto de todos os leitos hospitalares do mundo estão ocupados por enfermos com doenças veiculadas pela água.Contaminantes bacteriológicos patogênicos na água, tais como os microorganismos causadores da cólera, febre tifóide, hepatite, etc, têm causado inúmeras mortes, especialmente entre crianças, tanto em épocas passadas como atuais. Em função disto, a desinfecção adequada da água potável e dos esgotos (que podem contaminar os corpos receptores) é obviamente assunto prioritário das administrações públicas.

Cloração

Historicamente, o método mais utilizado de desinfecção da água e de esgotos tem sido a oxidação química com Cloro. O cloro é utilizado em diversas formas: como gás (usualmente Cl₂), como líquido (usualmente solução de Hipoclorito de Sódio), ou como sólido (usualmente em forma de pastilhas ou tabletes prensados de Hipoclorito de Cálcio). Em outros países também tem-se utilizado outro halogênio, o Bromo, de maneira semelhante ao Cloro.

O cloro, sendo possuidor de elevado potencial de oxidação, é extremamente eficaz na desinfecção e de relativa facilidade no manuseio e dosagem , tendo além disso custo relativamente baixo.

Até recentemente não existiam alternativas de eficiência comprovada e custo competitivo em relação à cloração na desinfecção, além disso não se conheciam desvantagens ou riscos sérios associados ao uso do Cloro, desde que respeitados os procedimentos de segurança indicados para o transporte, manuseio e armazenagem; e as dosagens habituais. Não obstante, vale mencionar alguns dos problemas habitualmente associados à cloração:

–    todas as formas de Cloro são fortemente corrosivas e tóxicas, as instalações de cloração exigem constante supervisão pelo operador, e constantes manutenções;

–    vapores originários de vazamentos de cloro gasoso ou do contato de tabletes/granulados com umidade são extremamente tóxicos, podendo serem letais;

–    o cloro e/ou os seus subprodutos podem conferir sabor desagradável à água e reduzir seu pH;

–    determinados subprodutos da cloração, tais como cloraminas e clorofenóis, são tóxicos e podem impactar negativamente sobre a fauna aquática de corpos receptores de esgotos;

Nos EUA, porém, a partir da década de 70, começaram a surgir evidências de incidência elevada de vários tipos de câncer (especialmente de bexiga, cólon e reto) em indivíduos com longa história de consumo de água clorada. Acredita-se que isto se deva à presença de determinados subprodutos das reações químicas do Cloro com os compostos orgânicos contidos na água denominados trihalometanos, e dentre estes especialmente o clorofórmio que é conhecidamente carcinogênico.

Em função destas evidências, dos problemas mencionados anteriormente, e do surgimento de tecnologias alternativas de desinfecção com custo competitivo observa-se atualmente nos países de primeiro mundo uma forte tendência de restrição de uso e substituição da cloração por estas tecnologias alternativas.

Tecnologias modernas de desinfecção

Como exemplos de tecnologias modernas e economicamente competitivas em relação à cloração podemos destacar a Irradiação por UV e a Ozonização. Neste texto trataremos da Irradiação por UV. Na próxima semana, você poderá ler no Portal Boas Práticas artigo sobre Ozonização.

Irradiação por UV

O uso de radiação eletromagnética na faixa de frequência conhecida como UV-C ou Ultra-Violeta de Ondas Curtas para a desinfecção é conhecido há bastante tempo. Pesquisas demonstraram como sendo o comprimento de ondas em torno de 260 – 265 nm o de maior efeito germicida. O alvo da radiação UV é o material genético (ácido nucléico) dos micro-organismos. A radiação UV causa a destruição de quaisquer micro-organismos desde que penetre pela parede celular e seja absorvida pelos ácidos nucléicos, causando uma desorganização do material genético e consequente perda da capacidade de reprodução.

O desenvolvimento relativamente recente de lâmpadas fluorescentes de baixo custo para geração de radiação UV no comprimento de ondas requerido viabilizou comercialmente este método de desinfecção, que vem sendo cada vez mais utilizado nas mais diversas aplicações industriais, comerciais e residenciais.

Lâmpadas germicidas

Para a geração da radiação UV utiliza-se lâmpadas fluorescentes de vapor de mercúrio, sendo o mais eficiente o tipo de baixa pressão (lâmpadas de média e alta pressão apresentam menor eficiência de geração de UV, maior consumo de energia, e maior aquecimento).

Estas lâmpadas germicidas são fabricadas com um tipo especial de vidro de quartzo que permite a passagem de 70 – 90% da radiação UV C (vidro comum não permite a passagem de radiação de comprimento de onda inferior a 320 nm). As lâmpadas fluorescentes de vapor de mercúrio de baixa pressão emitem radiação predominantemente a 254 nm, muito próximo à faixa de maior eficiência germicida.

Energia requerida

Diferentes micro-organismos requerem diferentes intensidades de irradiação UV para a sua destruição, sendo que o grau de destruição é uma função do tempo de exposição e da intensidade de irradiação, ou seja, da chamada dosagem, usualmente expressa em mWscm^-2. As dosagens requeridas para a destruição de bactérias comuns chegam a mais de 20 mWscm^-2 (v. tab. 1). O padrão atual dos EUA prevê as seguintes dosagens:

–  Sistemas Classe A:para águas contaminadas, dosagem garantida de 38.000 mWscm^-2 ao final da vida útil da lâmpada, com monitoramento da intensidade;

–  Sistemas Classe B: para águas potáveis, dosagem de 16.000 mWscm^-2a 50% da capacidade nominal da lâmpada;

A qualidade da água pode afetar a eficiência de qualquer sistema de desinfecção, incluindo a irradiação por UV. Neste caso, os três maiores problemas são a presença de sólidos em suspensão, absorção de UV por materiais dissolvidos, e incrustações do tubo de quartzo. Sólidos em suspensão criam sombras, evitando que a radiação atinja todos os micro-organismos. Absorção da radiação UV por diversas moléculas solúveis (por exemplo ácidos húmicos, taninos, ferro – usualmente presentes na água potável), reduz a dosagem de UV disponível para os micro-organismos. Cálcio e magnésio (dureza), e ferro, em níveis compatíveis com padrões de potabilidade de água, não afetam a desinfecção por UV, porém podem precipitar sobre o tubo de quartzo da lâmpada e assim reduzir a intensidade de radiação que penetra a água. Todos estes fatores devem ser levados em consideração no dimensionamento de um sistema UV, eventualmente requerendo um pré-tratamento da água ou recálculo da dosagem de UV requerida.

Projeto de equipamentos 

Vários parâmetros de configuração do equipamento impactam diretamente sobre a dosagem de UV e sobre a facilidade operacional e de manutenção:

 – Rendimento e vida útil da lâmpada: a lâmpada deve apresentar alta porcentagem de conversão da energia elétrica em radiação UV, e vida útil superior a 7500 h;

– Comprimento da lâmpada: quando a lâmpada é instalada em paralelo à direção do fluxo da água, o tempo de exposição é proporcional ao comprimento da lâmpada;

– Vazão projetada de água: o tempo de exposição é inversamente proporcional à vazão;

– Diâmetro da câmara de purificação: já que a água em si absorve UV, a dosagem efetiva diminui logaritmicamente com a distância da lâmpada;

Um purificador de água deve apresentar as seguintes características:

–  Sistema expansível: partes e peças devem ser padronizadas o mais possível para permitir fácil expansão posterior

– Visor de inspeção: permite monitoração visual do funcionamento da lâmpada, permite também a adaptação de dispositivo eletrônico de monitoração;

– Lâmpada única por câmara: provê maior segurança através de monitoração mais precisa que num sistema multi-lâmpada em câmara única;

– Tubo de proteção de quartzo: evita o resfriamento causado por contato direto da lâmpada com a água, aumentando o rendimento e a vida útil da lâmpada;

– Limpador mecânico: possibilita a limpeza do tubo de proteção sem necessidade de desligamento do purificador;

– Sistema baioneta de encaixe: permite fácil troca da lâmpada e juntas;

Outras aplicações de desinfecção por UV, tais como desinfecção de esgotos ou de ambientes exigem outras características específicas do purificador.

Local de instalação

Por não apresentar efeito residual, equipamentos de desinfecção de água por UV devem sempre ser instalados o mais próximo possível ao ponto de consumo da água.

Vantagens da desinfecção por UV

 –  Efetiva: todos os micro-organismos são suscetíveis à desinfecção por UV, em relação a vírus o UV é mais efetivo que o Cloro;
–  Segura: não há risco de superdosagem, não há transporte, armazenagem ou manuseio de produtos químicos perigosos; UV não adiciona nada à água nem altera quaisquer substâncias contidas na água

– Econômica: apresenta o menor custo de capital entre todos os sistemas de desinfecção, custos operacionais baixos;

–  Simples: instalação e operação descomplicadas;

–    Rápida: não há necessidade de tanques de contato ou outros dispositivos de elevado tempo de residência;

 Campos de aplicação

 – Desinfecção de águas potáveis de qualquer proveniência (de superfície, poços, etc.) para qualquer finalidade de uso tais como: residências, condomínios, clubes, hospitais, fazendas, etc;

–  Desinfecção de águas industriais ou de processo para os mais diversos usos: indústrias alimentícias, de bebidas, farmacêuticas, de cosméticos, laboratórios, hospitais, aqui- e maricultura, águas de resfriamento, etc;

–  Desinfecção de esgotos e efluentes industriais tratados biologicamente;

Pablo Lima – diretor técnico da Proquim UV