Radiação Ultravioleta

Segundo Aguiar et al. (2002), embora o efeito germicida da radiação ultravioleta tenha sido detectado em 1878, as primeiras unidades foram construídas somente em 1955, na Áustria e Suíça. Desde o início do século XX a radiação ultravioleta - UV é reconhecida como um eficiente agente desinfetante (WOJTENKO; STINSON; FILED, 2001). Diversas são as aplicações desta tecnologia como desinfetante, incluindo esterilização de ambientes (ar e superfícies), água e líquidos em geral. Recentemente, este método de desinfecção vem sendo bastante empregado como tratamento terciário dos efluentes provenientes de estações de tratamento de esgotos. Pires (2002) afirma que a preocupação na disposição final de resíduos líquidos, manutenção de qualidade dos corpos receptores e reutilização das águas é crescente e devido à simplicidade operacional dos sistemas de desinfecção por radiação ultravioleta, tem-se uma importante tecnologia aliada para as mais diversas aplicações.

Os raios ultravioletas possuem comprimento de onda entre 40 e 400 nm, e situam-se entre os raios x e a luz visível no espectro eletromagnético. Segundo Sobotka (1993, apud PIRES, 2002), a divisão mais aceita para a radiação ultravioleta é: vácuo (40 a 200 nm), uv – C (200 a 280 nm), uv – B (280 a 315 nm) e uv – A (315 a 400 nm).

Wojtenko; Stinson e Filed (2001) afirmam que o intervalo de comprimento de onda de 200 a 320 nm é utilizado na desinfecção de água residuária, sendo que a máxima eficiência é obtida para os comprimentos de onda entre 250 e 265 nm para a maioria dos microorganismos.

A radiação ultravioleta é gerada por meio de lâmpadas especiais preenchidas com vapor de mercúrio e um gás, inerte, geralmente o argônio. Estas são tubulares (como as lâmpadas fluorescentes) e de baixa potência (entre 15 e 60 W). As lâmpadas de baixa pressão (100 Pa ou 0,001 atm) são praticamente monocromáticas, mais de 85% da luz emitida tem um comprimento de onda de 253,7 nm, o mais letal aos microorganismos (PIRES, 2002; DI BERNARDO, 1993). Já as lâmpadas de média e alta pressão emitem um espectro de luz muito mais amplo, incluindo a faixa completa de radiação ultravioleta e do visível, o que dificulta a determinação da dose aplicada. O tempo de vida útil das lâmpadas de baixa pressão varia entre 5 e 10 mil horas, considerando que as mesmas fiquem ligadas por, pelos menos, 8 horas continuamente (WOLFE, 1990 apud PIRES, 2002).

São inseridas em reatores fotoquímicos, construídos de material refletor para aumentar a eficiência do processo e que utilizam energia elétrica. Segundo Di Bernardo (1993) o alumínio é

um material que apresenta inúmeras características que o torna recomendável para a construção de refletores. Para o comprimento de onda de 253,7 nm, a porcentagem de reflexão é de 60 a 90% quando a superfície é polida.

Os sistemas uv são relativamente baratos para instalar, seguros e fáceis de operar. Oferecem custos operacionais comparáveis aos sistemas de cloração (VOUTCHKOV,1995; PIRES, 2002).

Enquanto a cloração exige altas dosagens e longo tempo de contato, a radiação ultravioleta tem alto grau de inativação de microorganismos patogênicos em tempo de contato reduzido, no entanto o impacto desta radiação varia para cada espécie, bem como a fase do microorganismo. Segundo Wojtenko; Stinson e Filed (2001) as paredes celulares de bactérias não oferecem resistência à penetração da radiação uv, mas doses mais elevadas são necessárias para a inativação de esporos e cistos. Alguns vírus também possuem estrutura celular que promovem maior resistência à ação da radiação ultravioleta. O Rotavírus é 10 a 11 vezes mais resistente quando comparado a Escherichia coli.

A ação da radiação ultravioleta é física, atingindo principalmente os ácidos nucléicos dos microorganismos, promovendo reações fotoquímicas capazes de inativa-los (PIRES, 2002).

A dosagem aplicada pela radiação ultravioleta resulta do produto da intensidade da radiação bactericida (W cm-2) pelo tempo de exposição (s). É desejável que o escoamento no interior dos reatores seja turbulento para que as partículas suspensas passem por todos os níveis de intensidade de radiação uv que é desuniforme. A determinação da dosagem de radiação uv aplicada só pode ser estabelecida por meio de radiômetros ou actinômetros. Mas, segundo Aguiar et al. (2002), o campo de radiação dentro do reator pode ser bastante variável, o que torna difícil a determinação da intensidade média relativo ao volume de líquido no interior do equipamento. Desta forma, o método mais apropriado seria a utilização de substâncias actinométricas, que sofrem reações fotoquímicas em comprimentos de onda específicos. Quando exposto à radiação ultravioleta, o ferrioxalato de potássio é reduzido.

Aguiar et al. (2002) afirma que não se tem estabelecido valores de doses mínimas a serem adotadas na desinfecção com radiação UV em virtude de diversos fatores que influenciam o processo: características físico-químicas da água, nível de contaminação microbiológica, impacto sobre os microorganismos das etapas de tratamento anteriores à desinfecção e grau de risco a ser

assumido. Estes autores citam diversas doses recomendadas por agências americanas e adotadas em alguns países europeus, todas no intervalo de 16 a 38 mJ cm-2.

Para Pires (2002) a radiação ultravioleta pode ser utilizada no processo de efluentes de estações de tratamento de esgotos, desde que observados alguns parâmetros: tempo de detenção hidráulico, intensidade da lâmpada, qualidade do efluente líquido. O autor concluiu que, em alguns casos, a qualidade do efluente representa maior impedimento ao sucesso da desinfecção que a própria dose de radiação aplicada. Já Sant’Ana et al. (2003) afirmam que os sistemas de desinfecção por radiação ultravioleta dependem de três fatores: propriedades hidráulicas (relação comprimento/largura do canal do reator, velocidade de escoamento e dispositivos de entrada e saída), características do efluente (valores baixos de sólidos suspensos e turbidez garantem maior desinfecção) e intensidade de radiação (idade da lâmpada, sujeira, localização da lâmpada no reator).

Segundo Wojtenko; Stinson e Filed (2001), o processo de desinfecção é altamente dependente da quantidade e qualidade da água residuária, incluindo concentrações microbiológicas, concentração de sólidos suspensos, turbidez, partículas de alta granulometria e altas variações de temperatura. Di Bernardo (1993) afirma que a concentração de partículas suspensas na água, bem como o seu tamanho e distribuição de tamanhos afetam significativamente a ação germicida da radiação ultravioleta. Sendo assim, um pré-tratamento anterior à desinfecção é o principal pré-requisito para garantir a eficácia do tratamento por ultravioleta em águas residuárias. Pires (2002) afirma que partículas de tamanho inferior a 7µm têm pouca influência no tratamento.