Tecnologias para desinfecção de água e esgotos: ozonização

Na semana passada, o Portal Boas Práticas destacou a irradiação por UV para desinfecção de água e esgotos. Desta vez, falaremos sobre a ozonização, tecnologia limpa, moderna e economicamente competitiva com a cloração.

Ozonização
O Ozônio é uma molécula composta por três átomos de Oxigênio em vez dos usuais dois átomos componentes do Oxigênio atmosférico. Ozônio apresenta-se sob forma gasosa em condições ambientais normais, sendo altamente reativo e instável, o que significa que não pode ser transportado ou armazenado, tendo que ser produzido no local de aplicação. O alto interesse no uso de Ozônio para desinfecção deve-se ao seu poder oxidante pois trata-se de uma das substâncias de mais alto potencial de oxidação (somente excedido pelo flúor e radicais OH^– de vida curta) aliado a outras características interessantes para esta aplicação: sua pressão parcial é bastante inferior à do Oxigênio diatômico, sendo facilmente absorvido pela água numa interface de bolhas (cinquenta vezes mais rápido que Oxigênio diatômico). Na água, o Ozônio realiza três funções: oxidação, precipitação, e sanitização. Recentemente, as autoridades dos EUA tem recomendado a ozonização das águas de abastecimento público, como substituição à cloração e outros métodos de desinfecção.

No passado, o uso mais intenso do Ozônio foi inibido pelo alto investimento de capital e custo operacional das instalações de produção, bem como a elevada toxicidade do produto. Recentemente foram desenvolvidas tecnologias muito econômicas de produção de Ozônio em baixas concentrações (geração de ozônio em lâmpadas de luz ultravioleta), tornando a sua aplicação altamente interessante.

Reações do Ozônio na Água
Quando aplicado na água, o Ozônio, como potentíssimo oxidante, reage com contaminantes produzindo moléculas inócuas precipitadas, gerando Oxigênio como subproduto. A ação do Ozônio é extremamente rápida (< 1/10 s) e não-seletiva (mata todos micro-organismos: bactérias, fungos, bolores, vírus, etc.). Segue um resumo das características do Ozônio:

– Reduz metais à suas formas insolúveis (normalização);

– Destrói hidrocarbonetos por dissociação (quebra das cadeias);

– Solidifica (mineraliza) compostos orgânicos dissolvidos causando a sua coagulação e precipitação;

– Eleva o potencial redox da água, causando microfloculação (microprecipitação) dos patogênicos e pirógenos destruídos, que podem facilmente ser removidos por filtração;

– O tempo de reação é tão reduzido que não há Ozônio residual remanescente na água.

Geração de Ozônio
Para a geração do Ozônio são utilizadas três tecnologias diversas:

a) Por passagem de ar ou oxigênio através de uma descarga elétrica voltaica silenciosa : (efeito corona)

Sendo que o uso de Oxigênio resulta em concentrações de Ozônio bem mais elevadas que o uso de ar (0,5 – 10 % em peso). A produção de Ozônio é de aproximadamente 150 g/kWh. Trata-se de instalações complexas e caras tanto do ponto de vista do investimento como do custo operacional. As altas concentrações e quantidades de Ozônio produzidas requerem monitoramento cuidadoso e constante, bem como eliminação do Ozônio residual no ar por catálise, irradiação UV ou passagem por carvão ativado. Utiliza-se este tipo de instalação quando é necessária a produção de grandes quantidades de Ozônio.

b) Por eletrólise direta da água:
Recentemente foram desenvolvidas células eletrolíticas capazes de produzirem Ozônio diretamente no meio aquoso, através de eletrólise. Estas instalações são mais econômicas que as anteriormente descritas e capazes de produzirem altas concentrações de Ozônio diretamente dissolvido na água.

A capacidade de produção é de até 5,0 g Ozônio/h, porém somente em águas com características físico-químicas de potabilidade (especialmente ausência de turbidez e coloração). A produção de Ozônio é de aproximadamente 5 g/kWh. Em função destas limitações utiliza-se este tipo somente para a desinfecção de águas potáveis ou de uso farmacêutico.

c)  Por irradiação de uma corrente de ar atmosférico:
Irradiação do ar atmosférico por radiação UV-C com comprimento de onda de 185 nm transforma uma parte do Oxigênio diatômico em Ozônio. A irradiação se dá em lâmpadas fluorescentes de vapor de mercúrio similares às usadas para a desinfecção por UV (v. artigo anterior), porém com uma linha de radiação optica pronunciada no comprimento de onda de 185 nm.

Trata-se de equipamentos extremamente simples e econômicos, tanto do ponto de vista de investimento como do de custo operacional. A produção de Ozônio é limitada por motivos práticos a até 50 g/h, a produtividade é de 4,0 – 5,0 g/kWh. Em função da excelente relação custo-benefício, este tipo de equipamento tem sido usado com sucesso nas mais diversas aplicações: desinfecção de águas e esgotos, tratamento de águas industriais, de resfriamento, água de piscina, etc.

Dosagem requerida
Diferentes aplicações requerem diferentes dosagens de Ozônio. Mais que em qualquer outro sistema de tratamento, a aplicação da ozonização requer um conhecimento preciso da qualidade da água a ser tratada para o estabelecimento da dosagem adequada de Ozônio, e para a definição de quaisquer outros pré-tratamentos necessários.

A presença simultânea de vários contaminantes tem que ser considerada, além disso condições físicas tais como temperatura, pH e tempo de residência afetam a operação do sistema.

Formas de aplicação do Ozônio
O Ozônio deve ser posto em contato com o meio aquoso sob a forma de bolhas de gás de menor tamanho possível. Para tanto, existem diversos sistemas utilizados isolada ou conjuntamente:

– Injeção por meio de difusores;

– Injeção por meio de ejetores;

– Injeção por meio de circuitos de injeção.

O tempo de residência necessário à aplicação é obtido pelo uso de tanques de contato ou reatores. Em baixas concentrações de Ozônio tais como as utilizadas no tratamento de água potável (até 1,5 mg/l) estes podem ser construídos em PVC ou PP, porém nas aplicações que requerem altas concentrações o material de construção do reator tem que ser resistente à alta corrosividade do Ozônio, requerendo o uso de materiais nobres tais como o aço inoxidável ou vitrificado. Neste caso há também a necessidade de sistemas de destruição do ozônio residual que escapa to reator pelo respiro.

Projeto de Equipamentos
Os equipamentos que operam por irradiação do ar atmosférico com radiação UV-C constituem-se essencialmente num conjunto de cartuchos descartáveis contendo as lâmpadas fluorescentes, contido num gabinete contendo também a alimentação elétrica e eventualmente o compressor de ar destinado a alimentar o gerador de Ozônio com a vazão requerida de ar atmosférico.

No caso de instalações de porte pequeno pode-se eliminar o compressor, sendo o ar atmosférico sugado para dentro do gerador de Ozônio pelo próprio ejetor de injeção tipo venturi, instalado na corrente líquida.

Vários parâmetros de configuração do equipamento impactam diretamente 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;

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

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

Outras aplicações do Ozônio, tais como desinfecção de esgotos ou oxidação de contaminantes orgânicos exigem outras características específicas do purificador que deverá ser projetado para cada aplicação.

 Vantagens da desinfecção por Ozônio gerado em sistemas de irradiação por UV
– Efetiva: todos os micro-organismos são suscetíveis à desinfecção por Ozônio;

– Conveniente: além da desinfecção elimina contaminantes orgânicos, metais oxidáveis, reduz a dureza;

– Ozônio não adiciona nada à água exceto Oxigênio;

– Econômica: apresenta baixo custo de capital e custos operacionais baixos;

– Simples: instalação e operação descomplicadas.

Campos de aplicação
– Desinfecção e tratamento 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 ou residenciais;
– Desinfecção e tratamento de água de qualquer proveniência (superfície, poços, etc.), para obtenção de água potável.

Aplicações Combinadas
Determinadas aplicações requerem a combinação de várias tecnologias de desinfecção, entre elas podemos citar:
– Desinfecção total de água de processo para a indústria farmacêutica: a eliminação total dos microorganismos presentes na água exige a combinação da desinfecção por Ozônio com a desinfecção por UV, como já relatadas anteriormente;  Desinfecção em sistemas com exigência de Cloro residual: para determinados sistemas (por exemplo, piscinas públicas) há a exigência legal de presença de cloro residual, requerendo a combinação do sistema de desinfecção por UV ou Ozônio com a cloração. Nestes casos o uso de Ozônio é extremamente favorável, pois reduz o consumo de Cloro em até 90%, além de impedir a formação de trihalometanos.

 

Pablo Lima – diretor técnico da Proquim UV