Desinfecção da água através do método SOPAS

A pasteurização é um tratamento térmico que elimina os micro-organismos termossensíveis (todos os patogênicos e outros não esporulados). A temperatura não ultrapassa 100°C, podendo este aquecimento ser produzido por vapor, água quente, radiações ionizantes, calor seco, micro-ondas, etc

O processo de pasteurização tem sido estudado em vários locais, tendo sido verificado que ele apresenta o menor custo quando comparado com outras tecnologias desinfecção, principalmente quando há disponibilidade de calor residual ( SALVESON et al., 2011).

A pasteurização solar da água (SOPAS) vem sendo utilizada em substituição ao sistema SODIS pois, utiliza-se apenas do aumento da temperatura da água associados ao tempo necessário para inativação dos possíveis micro-organismos presentes na água para consumo humano. Com isso, o método SOPAS apresenta uma vantagem quando comparado ao SODIS, pois consegue-se tratar um volume maior de água diário se utilizado um sistema contínuo para aquecimento da água.

Diversos estudos têm sido realizados mundialmente como forma de comprovar a eficiência do método de desinfecção da água através da pasteurização solar da mesma para consumo humano.

Solsona e Mendéz (2002) afirmam que a desinfecção solar é alcançada somente com o processo de pasteurização, ou seja, apenas pelo aumento da temperatura da água. Essa pasteurização consiste na exposição da água durante um certo intervalo de tempo à temperatura elevada (70°C) a fim de destruir os microrganismos. Segundo este estudo, as bactérias, em geral, podem suportar temperaturas até 60ºC.

Y. Jamil et al 2009 estudou o potencial da utilização da energia solar para desinfecção da água na área rural de Paquistão. Para tanto, utilizou uma caixa solar tipo pasteurizador com capacidade para três litros. Essa caixa mantinha a temperatura da água ao entorno de 60° a 70° C por mais de uma hora desativando bactéria do grupo coliforme.

Félix et al 2009 estudou o uso da energia solar para desinfecção da água em uma comunidade no nordeste do Brasil, através do SODIS. A água foi coletada em um poço artesiano, e três experimentos foram realizados para avaliar os parâmetros que afetam a eficiência de desinfecção. Foi analisado a influência da radiação solar, da concentração de oxigênio, e da temperatura. O que apresentou a melhor cinética de desinfecção o aumento da temperatura promovendo a pasteurização solar. Os resultados demonstram que a eficiência de inativação foi de 100%.

Salih 2003, desenvolveu um modelo que facilita a previsão da desinfecção solar, analisando o efeito da exposição à luz solar e da carga de contaminação bacteriana, como variáveis preditoras, sobre a eficiência da desinfecção energia solar. Para tanto, ele selecionou números médios de E.Coli, e foram introduzidas em placas de poliestireno e expostos a luz solar. Os dados mostraram que a desinfecção é dependente tanto da carga de contaminação bacteriana e exposição a luz solar. Com isso, determinou-se uma análise estatística entre

variáveis e determinou-se a exposição necessária para um determinado nível de descontaminação.

Caslake et al 2004 mediu a inativação bacteriana do grupo E. Coli em duas estações de tratamento de água através de uma unidade de radiação solar com um volume de 1 L sendo a turbidez de 0,09 a 0,32. Em aproximadamente 40 min, os coliformes encontrados foram reduzidos para 2 ordens de magnitude. Quando a unidade tinha uma vazão de 0,4 l/s a uma temperatura de 55ºC ela inativou 99% da contaminação bacteriana em 44 min.

Sommer et al estudou a aplicação do SODIS onde identificou-se que quando a água atingia a temperatura de 50º C, foi mais eficiente. A média de radiação solar utilizada foi de 54 Wh/m2 por um período de 140 min. O SODIS produz em torno de 100 L de água potável por m2 de coletor solar por dia.

Metcalf, 2015 estabeleceu parâmetros microbiológicos da pasteurização solar da água. Estes testes foram realizados na Tanzânia e Kenia. Um fogão solar foi utilizado para promover a pasteurização sendo a temperatura 65 ºC a indicada para promover a pasteurização. Os resultados foram obtidos com o auxílio do WAPI. O WAPI pode ajudar na implantação dessa técnica simples, segura e com baixo custo. Após a implantação do sistema de pasteurização, notou-se uma redução dos casos de diarreias provenientes da água contaminada.

2.7.2.1 Descrição do Processo de Pasteurização da Água

A pasteurização pode ser feita de maneira rápida - temperatura alta, tempo curto (HTST - "high temperature, short time"), usando-se temperaturas superiores a 70°C por alguns segundos - ou de maneira lenta - temperatura baixa, tempo longo (LTLT - "low temperature, long time"), com temperaturas entre 58°C e 70°C por alguns minutos. (LEITE et al., 2006).

É importante observar que a pasteurização não visa à eliminação de todos os micro- organismos, como ocorre na esterilização, mas a redução do número de micro-organismos viáveis presentes. Metcalf e Eddy,2015.

Para que um sistema de pasteurização da água seja eficiente para inativação de um grupo especifico de micro-organismo, é necessário que se observe as faixas operacionais e o tipo de micro-organismos que se deseja inativar.

De acordo com Solvenson 2012, para a inativação de bactérias E. Coli através da pasteurização, faz-se necessário que estas sejam submetidas a uma temperatura de 60ºC por aproximadamente 40 segundos.

Para inativar o vírus da Hepatite A, é necessário que a água esteja a 65 ° C por um período de pelo menos 6 minutos. Esses valores seriam suficientes para inativar 99,9999% (redução de 6 log) do vírus (PARRY e MOETIMER, 1984).

Dale Andreatta, 2014 afirma que se a água para consumo humano for aquecida até a temperatura de 55 ° C durante uma hora, seria suficiente para inativar a maioria, se não todos os agentes patogênicos sendo que a água aquecida por energia solar, sempre aquecerá e esfriará lentamente.

Os pasteurizadores mais utilizados para tratamento de efluente são: batelada, de alta temperatura e baixo tempo de contato (ATBT) e ultra-alta temperatura (UAT). Assim, para cada sistema é preciso definir as faixas operacionais estabelecidas para cada pasteurizador. A tabela 5, apresenta as faixas operacionais utilizadas em um sistema de pasteurização. Observa-se que quanto maior a temperatura utilizada no processo menor será o tempo de contato necessário para a inativação de micro-organismos.

Tabela 5: Faixas operacionais das tecnologias de pasteurização

F

Fonte: Metcalf e Eddy 2015

Tecnologia de Pasteurização Temperatura ºC ºF Tempo, s Comentários Batelada 62-64 161-170 30-35 min

Inativação da maioria das células de bactérias vegetativas, incluindo estreptococos, estafilococos e mycobacterium tuberculosis Alta temperatura e baixo tempo de Contato (ATBT) 72-75 161-165 8-30 s

Mesmo efeito que o processo em batelada, mas em menor período de tempo

Ultra-alta temperatura

(UAT) 135-140 275-285 Menor 1-5

Letal para a maioria das bactérias, mesmo com menor tempo de contato que o ATBT

Metcalf e Eddy 2015, estudaram a cinética de desinfecção através do método de pasteurização da água. Dessa forma, é possível verificar que a eficiência do processo de pasteurização depende tanto da temperatura como do tempo pelo qual um efluente passa por um reator. Dessa forma, pode-se traçar a temperatura necessária para que no processo ATBT (em batelada, alta temperatura e baixo tempo de contato) pudesse reduzir 4 logs de inativação de micro-organismos. Essas faixas operacionais foram descritas na tabela 6.

Tabela 6: Faixas Operacionais para a pasteurização com o processo ATBT para atingir aproximadamente, 4 logs de inativação de micro-organismos específicos

Fonte: Metcalf e Eddy 2015.

2.8 WAPI- (Indicador de Pasteurização Solar)

O WAPI ( Indicador de Pasteurização Solar) , foi inventado por Fred Barrett e Dale Andreatta, e tem como intuito auxiliar na verificação da eficiência de tratamentos alternativos de água por pasteurização solar.

Assim, o WAPI é um termômetro simples que indica quando a água chegou a temperatura de 65ºC, necessária para promover a pasteurização solar e inativar possíveis micro-organismos nocivos ao seres humanos, indicando que a água está adequada para consumo humano após o tratamento.

O WAPI, que é reutilizável, é constituído de um tubo de acrílico onde é colocado neste gordura de soja com um emulsificante colorido sendo sólido à temperatura ambiente. Quando este atinge a temperatura de 65 º, a mistura derrete e vai para a outra extremidade do tubo, indicando que a água está apta para consumo humano.

A figura 6 apresenta o WAPI comercialmente encontrado.

Micro-organismo Temperatura ºC ºF Tempo, s _Comentários Bactérias 72-77 161-170 6-16 Inativação completa Destruição Completa Protozoários 70-72 158-162 8-16 Vírus 80-85 176-185 10-30 Bacteriófagos MS2 70-72 175-178 15-40 Helmintos 70-72 158-162 8-10

Figura 6: WAPI Comercialmente encontrado

O WAPI apresenta as seguintes vantagens:

1-É um termômetro simples;

2-Tubo de policarbonato contendo cera, que derrete com ou acima da temperatura de pasteurização;

3-Indica quando o líquido aquecido foi pasteurizado; 4-Elimina a necessidade de ferver água ou leite; 5-Economiza combustível;

6-Reutilizável