Tratamento de ÁguaUltra Violeta

Luz Ultravioleta

• O que é?

Uma tecnologia destinada ao tratamento de água com contaminação microbiológica

Na prática é empregado genericamente o termo “esterilizador” para descrever o aparelho e a tecnologia que envolve a luz UV e o termo esterilização implica em uma probabilidade remota de encontrar um microrganismo vivo.

Luz Ultravioleta

800400315300280254200185100 (nm)

Luz

Visível

UV-AUV-BUV-CUV- Vácuo(onda curta) (onda

média)(onda

longa)Raios X

Raios X Ultravioleta VisívelInfra-

vermelhoMicrondas

Ondasde

Radio

Raios Gamma

RaiosCósmicos

Violeta Vermelho

OZÓNIO GERMICIDA

10 -13

m 10 -9

m 10 -7

m 10 -1

m

Formação de Efeito

Região Ultravioleta

4003153002802542001850

20

40

60

80

100

Efetividade

relativa

%

(nm)

Pico de efetividadegermicida: 265 nm

Lámpadagermicida: 253,7 nm

A ultravioleta é uma energia na região do espectro eletromagnético que fica entre a região de raios X e a região visível.

A própria UV fica na faixa de 200 nm a 390 nm (nanômetros)

O comprimento de onda esterilizante é entre 254 nm e 265nm.

Em 185 nm gera-se Ozonio ( O3).

• Dado que a luz ultravioleta de onda curta é absorvida pela atmosfera terrestre, fontes naturais de UV-C são dificilmente encontradas na superfície terrestre. Para aproveitar as vantagens do potencial germicida da UV-C, ela deve ser gerada artificialmente.

• A geração da radiação UV é obtida através da conversão de energia elétrica por meio de lâmpadas de vapor de mercúrio.

Luz Ultravioleta

Princípio

• Os microrganismos possuem uma ampla variedade de estruturas e podem ser agrupados em cinco grupos básicos:

Bactéria

Vírus

Fungos

Protozoário

Algas

• De forma simplificada, um microrganismo é composto de uma parede celular externa, a membrana citoplásmica e do material genético da célula, os ácidos nucléicos. Este material genético, chamado de DNA, é o alvo da radiação UV.

• Os microrganismos não são destruídos pelos raios UV , na verdade é sua capacidade de reprodução que é afetada quando a radiação penetra através da célula e é absorvida pelos ácidos nucléicos;

• A principal ação dos raios UV sobre o microrganismo é a desestabilização molecular do DNA, impedindo assim a sua reprodução;

• Para um organismo ser considerado vivo ele deve ter a capacidade de reprodução. Uma única bactéria não fará nada, apenas se esta gerar uma colônia.

Princípio

• O grau de destruição microbiológica é um produto de dois fatores:

– Tempo, que é o tempo real de residência, ou tempo de contato em que a água permanece dentro da câmara de esterilização;

– Intensidade, que é a quantidade de energia irradiada por unidade de superfície (calculada dividindo-se a potência em watts da lâmpada pela área superficial da lâmpada).

• Este produto de intensidade e tempo é conhecido como "dose“, expressa em (w.s/cm2).

Princípio

Doenças de veiculação hídrica

Organismo Doenças Bactérias Salmonella sp. Febre tifóide, salmonelose Shigellae (4 sp.) Shigellose Escherichia coli (tipos enteropatogênicos)

Gastroenterite

Vibrio comma Cólera

Vírus entéricos Enterovirus Gastroenterite, anomalias

cardíacas, meningite, outras. Poliovirus Poliomelite Coxsackievirus Gastroenterite Echovirus Gastroenterite Rotavirus (Reovirus) Gastroenterite Parvovirus - Como Agentes (Norwalk)

Gastroenterite

Vírus de Hepatite A Hepatite infecciosa Adenovirus Doenças respiratórias,

conjuntivites, outras

Protozoários Entamoeba histolytica Amebiases Giardia lamblia Giardiases Cryptosporidium Cripsporidiases

Dimensionamento

• Vazão Recomendada: a taxa de vazão é o fator determinante e não deve ser ultrapassada. A velocidade da água deverá ser suficientemente baixa para garantir o tempo de exposição requerido, e ainda ser suficiente para manter um fluxo turbulento e aleatório, de forma que cada organismo seja uniforme e suficientemente exposto.

Dimensionamento

• O tamanho da câmara de reação é também de muita importância dado que a intensidade da radiação fornecida é inversamente proporcional ao quadrado da distância da lâmpada.

• I 1/d2

Distância (d) Intensidade (I) 1 1

10 0,01 100 0,0001

Dose de UV

• A dose de UV que o organismo recebe é o fator da intensidade de UV da lâmpada multiplicado pelo tempo de exposição. A dose de UV requerida para uma desinfecção satisfatória é calculada de acordo com o tamanho da população e o tipo de microrganismo presente na água.

Percentagem de Inativação de diferentes organismos individualmente dispersos quando expostos a uma dose de irradiação ultravioleta

de 20 mW.seg/cm² ORGANISMO

Percentagem de

Inativação

Energia UV requerida para destruição do

organismo w.s/cm2 Bactérias: Bacillus anthracis 99,9964 8,7 Clostridium tetani 97,8456 22,0 Corynebacterium diphtheria 99,9999 6,5 Escherichia coli 99,9999 6,6 Legionella pneumophila 99,9999 -- Mycobacterium tuberculosis 99,9536 10,0 Pseudomonas aeruginosa 99,9769 10,5 Salmonella paratyphi 99,9999 4,1 Shigela dysenteriae 99,9999 4,2 Streptococcus faecalis 99,9972 8,8 Vibrio cholera 99,9162 6,5 Esporos de fungos: Aspergillus flafus --- 99,0 Mucor racemosus --- 32,5

Protozoários:

Chlorella vulgaris (alga) --- 22,0 Ovos de nematoide --- 92,0 Paramecium --- 200,0

Vírus:

Influenza virus 99,9997 6,6 Poliovirus 99,7846 6,0 Vírus de Hepatite A infecciosa --- 8,0 Rotavirus (Reovirus) 98,3014 ---

Leveduras:

Saccharomyces cerevisiae 99,8179 6,6-8,8 Saccharomyces selvagem --- 13,2

Dose de UV

Órgão Dosagem recomendada (w.s/ cm2) USEPA 21 ou 36 NSF 16 e 38 AWWA 40

USEPA: Environmental Protection AgencyNSF: National Sanitation Foundation – Standard 55AWWA: American Water Works Association

Dose de UV

Não existe uma concordância universal quanto à dose mínima requerida para a inativação de microorganismos patogênicos.

Tipos de lâmpadas UV

• Existem no mercado dois tipos de lâmpadas de UV:

– As de vidro rendimento típico das lâmpadas de UV de vidro mole declinam até níveis de 50-70% em 5.000 horas

– As de vidro duro, classificadas para pelo menos 70% da sua potência de classificação após 9.000 horas.

Substituição das lâmpadas UV

• É importante estimar ou contabilizar o tempo de uso da lâmpada UV, para garantir sempre a proteção contínua do sistema.

• Cada fabricante informa o Número de Horas de vida útil de suas Lâmpadas.

• Em geral fornece-se equipamentos com lâmpadas para até 9.000 hrs de utilização.

Qualidade da Água de Entrada

• A efetividade de um sistema de UV para controlar a contaminação microbiológica depende diretamente das qualidades físico-químicas da água de alimentação.

– Sólidos dissolvidos: a energia UV é absorvida pelos sólidos dissolvidos em graus variáveis dependendo do tipo específico de sal contido na água;

• Contorno: Resinas de troca iônica

– Sólidos em suspensão: ou turbidez, que provoca uma blindagem com a qual o microrganismo pode passar através do esterilizador sem receber qualquer penetração de UV.

• Contorno: pré-filtos de 1 m

• Ideal: alimentação com até 1 NTU de turbidez.

Qualidade da Água de Entrada

• Ferro/Manganês: pode causar a coloração do vidro da lâmpada, mesmo estando presentes a níveis tão baixos como 0,03 ppm para o ferro, ou 0,05 ppm para o manganês.

Contorno: pré-tratamento para o ferro e manganês

• Cálcio/Magnésio: a dureza devida a estas substâncias pode causar a formação de incrustações sobre a lâmpada.

Contorno: abrandamento

• Materiais orgânicos dissolvidos e Cor: Outros compostos absorventes, tais como os ácidos húmicos e os taninos, e corantes químicos podem reduzir a quantidade de energia UV disponível para afetar o material genético da molécula de DNA dos microorganismos.

Contorno: pré-tratamento com filtros de carvão ativado

Qualidade da Água de Entrada

• Temperatura: é um fator determinante. A temperatura operacional ótima da lâmpada de UV deve estar próxima a 40oC.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 12 20 28 36

Intensidade relativa de

UV%

Temperatura da água - oCReferência: Trojan Technologies Inc.

Limitações da UV

• Importante: a UV não oferece proteção à jusante, como é o caso do cloro!

• Conseqüentemente, a desinfeção com UV deve ser instalada imediatamente antes do ponto de uso. Também é necessário limitar os pontos de re-contaminação, tais como ramais mortos e tanques de armazenagem.

• Certos microrganismos, como os protozoários, cistos e algas, podem ser resistentes à UV, e no entanto eles podem ser destruídos quando submetidos a doses extremadamente elevadas de UV.

Processo de Desinfecção

• A água passa pela lâmpada de vapor de mercúrio que é protegida por um tubo de quartzo. A Luz incide sobre ela esterilizando os microorganismos vivos.