O sistema de desinfeção de água utilizando radiação UV fluorescente “consiste na utilização de uma lâmpada UV, cheia de gás e mercúrio, dentro de um tubo de quartzo” [8]. A água passa paralelamente ao tubo dentro de um tubo de PVC, de modo a que a água seja sujeita à ação desinfetante da luz UV e que elimine os microrganismos que se encontram na água [8]. As lâmpadas UV fluorescentes vão perdendo intensidade e variando a frequência ao longo do tempo, diminuindo, assim a eficácia deste método. Por isso, devem ser substituídas antes do fim do seu tempo de vida que, normalmente, é de 8.000 horas. Uma alternativa às lâmpadas UV fluorescentes são luzes LED UV-C. As luzes LED UV-C, apesar de serem mais caras que as lâmpadas fluorescentes, duram mais tempo (25.000 horas), mantêm a frequência ao longo do tempo e é possível controlar a intensidade das mesmas, permitindo a sua utilização durante o tempo de vida do LED. Para aferir da sua diferença de comportamento entre os dois tipos de luz UV-C, foi feito um teste em laboratório que consistiu no bombardeamento de culturas de E. coli, colocadas em poços de uma placa para culturas de células de 24 poços. Os poços foram diretamente incididos por dez LEDs UV-C e por uma lâmpada fluorescente UV-C. Foi garantido que tanto, os LEDs como a lâmpada fluorescente, incidiam com a mesma intensidade de UV sobre as culturas para, mais tarde, ser possível comparar os resultados. As Figuras 8.6 e 8.7 apresentam o setup da experiência realizada.
Para este teste foram utilizados os seguintes componentes: • cinco LEDs UV-C com comprimento de onda de 265 nm; • cinco LEDs UV-C com comprimento de onda de 275 nm; • uma lâmpada UV-C fluorescente de 9 Watts;
Figura 8.6: Setup da experiência Figura 8.7: Setup da experiência
• culturas de E. coli.
Antes da realização deste teste, foi verificada, com a ajuda de um sensor UV10, as várias intensidades dos dez LEDs UV-C. Os resultados podem ser visualizados na Tabela 8.2.
Tabela 8.2: Intensidade UV para os dez LEDs utilizados na experiência LED UV (265 nm) Intensidade UV LED 1 2.10 mW/cm2 LED 2 1.77 mW/cm2 LED 3 1.99 mW/cm2 LED 4 2.05 mW/cm2 LED 5 1.82 mW/cm2 LED UV (275 nm) Intensidade UV LED 1 2.60 mW/cm2 LED 2 3.07 mW/cm2 LED 3 2.86 mW/cm2 LED 4 3.26 mW/cm2 LED 5 3.43 mW/cm2
Como se pode ver pela tabela, mesmo para LEDs dentro do mesmo comprimento de onda, a intensidade UV-C varia. Constata-se também que entre comprimentos de onda distintos a diferença é de 1 mW/cm2. Devido a esta diferença de intensidades, e como se pretendia que as culturas de E. coli fossem incididas com a mesma potência luminosa, os LEDs UV-C de 265 nm, foram colocados mais próximos das culturas que os LEDs UV-C de 275 nm. Como a lâmpada UV-C fluorescente tem uma área de contacto maior que os LEDs UV-C e não é direcional, foi necessário colocá-la a uma distância de 20 cm das culturas de E. coli para que esta incida nas culturas de E. coli com a mesma intensidade que os LED UV-C.
Foram feitas colheitas das amostras no fim de três tempos de exposição: • 30 minutos a 25°C; • 60 minutos a 24°C; • 180 minutos a 24°C; 10 https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/1918guva.pdf 124
Para cada um dos tempos de exposição, foram realizados quatro tratamentos: 1. tratamento sem radiação, também chamado de tratamento de controlo (CTL); 2. tratamento com radiação de LED UV-C de 265 nm (LED-265);
3. tratamento com radiação de LED UV-C de 275 nm (LED-275); 4. tratamento com radiação de lâmpada UV fluorescente de 9 Watts (F);
Os resultados das várias contagens feitas nas amostras encontram-se representados na Tabela 8.3 e na Figura 8.8. 11
Tabela 8.3: Resultados obtidos para todos os tratamentos e tempos de exposição
Tempo (min) Tratamento Média Desvio padrão (CFU/ml) 30 CTL 1.3 × 1010 5.70 × 109 LED-265 5.2 × 107 2.42 × 107 LED-275 3.6 × 107 3.59 × 107 F 1.4 × 108 2.18 × 107 60 CTL 1.3 × 1010 4.65 × 109 LED-265 5.6 × 107 2.68 × 107 LED-275 2.2 × 107 1.67 × 107 F 1.0 × 108 4.49 × 107 180 CTL 5.4 × 109 1.24 × 109 LED-265 3.3 × 107 1.16 × 107 LED-275 1.9 × 107 1.48 × 107 F 7.6 × 107 1.50 × 107
Figura 8.8: Representação gráfica dos resultados obtidos pela experiência
A unidade CF U/ml corresponde à medida usada para estimar o número de bactérias (E. coli) viáveis numa amostra, ou seja, bactérias capazes de se multiplicar sob condições
11Os resultados apresentados e a sua interpretação foi feita com a ajuda dos professores Catarina Marques e
controladas.
Pela análise do gráfico e pelos resultados apresentados na Tabela 8.3 é possível verificar que os LEDs de 275 nm foram os que eliminaram um maior número de E. coli nas amostras recolhidas em todos os tempos de exposição. Em segundo lugar, quem eliminou mais foram os LEDs UV-C de 265 nm, ficando por último a lâmpada UV-C fluorescente.
Como se pode ver pela Tabela 8.3, o desvio padrão para todos os tempos de exposição é muito elevado. Há três explicações possíveis para isso:
1. no setup da experiência, os LEDs do mesmo comprimento de onda foram todos colocados na mesma caixa para incidir, cada um deles, num poço de uma placa para culturas de células de 24 poços. Como os poços nessa placa são relativamente próximos, alguns LEDs encontravam-se ligeiramente inclinados, fazendo com que os poços tenham sido iluminados de modo distinto;
2. mesmo antes da experiência verificou-se que LEDs do mesmo comprimento de onda tinham diferentes intensidades UV;
3. quando uma bactéria morre por causa da radiação UV, fica uma biomassa morta/invariável ou resíduos celulares que podem bloquear a incidência da radiação UV sobre as bactérias viáveis. Apesar de, a biomassa morta ser formada em todos os tratamentos, pode haver fenómenos de acumulação distintos em cada poço.
A Tabela 8.4 apresenta a percentagem de redução da viabilidade de E. coli.
Tabela 8.4: Percentagem de redução de E. coli para todos os tratamentos e tempos de exposição Tempo (min) Tratamento Média Desvio padrão (%) 30 LED-265 99.60 0.19 LED-275 99.72 0.28 F 98.95 0.17 60 LED-265 99.56 0.21 LED-275 99.83 0.13 F 99.17 0.39 180 LED-265 99.38 0.21 LED-275 99.65 0.27 F 98.60 0.28
Um tratamento ótimo na eliminação da viabilidade das bactérias, tem de garantir uma percentagem de redução da viabilidade muito próximo de 99.99%. Como se pode verificar na Tabela 8.4, nenhum dos tratamentos atingiu essa percentagem. O tratamento com LEDs de 275 nm foi o tratamento que esteve mais próximo dessa percentagem ideal, em todos os tempos de exposição.
Uma possível razão da não obtenção de 99.99% de efeito bactericida em relação ao controlo, é que uma bactéria ao morrer devido ao efeito da radiação UV, e como estava confinada num poço estático, deixa uma biomassa morta/invariável ou resíduos celulares que fazem de escudo, isto é, bloqueiam a incidência de radiação UV sobre as bactérias viáveis que possam estar por baixo. Como essas bactérias viáveis não são incididas com a radiação
UV, não sofrem a ação desinfetante da mesma. Se a experiência tivesse sido realizada num sistema de desinfeção de água corrente, onde há recirculação de água, não existiria o acúmulo de biomassa morta/invariável e, assim, muito provavelmente a percentagem de redução da viabilidade de E. coli teria sido muito próxima de 99.99%.
Para uma comparação mais fina dos três tratamentos de radiação UV, foi feita uma análise estatística aos resultados obtidos. A Figura 8.9 faz a representação gráfica da análise estatística dos resultados obtidos. Letras diferentes indicam que há diferença significativa entre os tratamentos respetivos, para cada tempo de exposição.
Figura 8.9: Representação gráfica da análise estatística dos resultados obtidos pela experiência Para o tempo de exposição de 30 minutos, os LEDs de 265 nm e de 275 nm tiveram uma diferença significativa em relação à lâmpada fluorescente. Já entre os LEDs de diferentes comprimentos de onda não houve diferenças significativas. Para o tempo de exposição de 180 minutos verificou-se o mesmo.
Para o tempo de exposição de 60 minutos, apenas os LEDs de 275 nm tiveram uma diferença significativa em relação à lâmpada fluorescente na eliminação das bactérias viáveis de E. coli. Para o mesmo tempo de exposição, não houve diferenças significativas entres os LED-265 e LED-275 e entre os LED-265 e a lâmpada fluorescente.
Esta experiência teve como principal objetivo verificar os ganhos de eficiência da utilização de LEDs UV-C (265 e 275 nm) na eliminação de microrganismos num sistema de desinfeção de água de depuração em comparação com as tradicionais lâmpadas UV fluorescentes.
Com os resultados obtidos, é possível concluir que é viável a utilização de LEDs UV-C para a eliminação de microrganismos. Os LEDs reduziram mais o número de bactérias E. coli viáveis em todos os tempos de exposição, apesar de não ter sido atingida a percentagem de 99.99% de efeito bactericida em relação à amostra de controlo. É possível afirmar que existem diferenças significativas no efeito bactericida entre os LEDs e a lâmpada fluorescente,
mostrando que os primeiros garantem um melhor desempenho.
O último objetivo desta experiência era verificar, em relação aos diferentes comprimentos de onda dos LEDs, qual dos dois obteria um melhor rendimento e se haveria diferenças significativas entre eles. Concluiu-se que apesar de os LEDs de 275 nm obterem um melhor rendimento, o diferencial não foi o suficiente para ser possível afirmar categoricamente qual é definitivamente o melhor. Por isso, pode-se afirmar que tanto a utilização dos LEDs-265 como a utilização dos LEDs-275 na eliminação de E. coli, obterão o mesmo e um bom efeito bactericida.
CAPÍTULO
9
Conclusão e trabalho futuro
9.1 Conclusão
Esta dissertação tinha como principal objetivo a construção de software que permitisse a monitorização e controlo de unidades modulares de depuração de moluscos bivalves, e outros objetivos especificados na Secção 1.3. É possível afirmar que foram cumpridos com sucesso.
Este software disponibiliza uma plataforma web e uma aplicação mobile para que os utilizadores possam visualizar em tempo real os dados medidos pelos sensores e controlar remotamente os atuadores, presentes nos tanques de depuração, com o objetivo de melhorar as condições da água presente no tanque. Para além disso, as mesmas permitem a criação de dois perfis (perfil ambiental e de depuração) com a finalidade de automatizar o processo de depuração de moluscos bivalves e controlar a qualidade da água, quando a mesma está em condições anormais. Ainda é disponibilizada uma web API que permite o acesso aos serviços do sistema, que poderá ser incorporada em novas aplicações.
O trabalho realizado foi pensado e desenvolvido tendo em conta um ambiente específico, um aquário/depuradora no Ecomare. No entanto, o sistema criado é flexível e poderá ser aplicado a outros contextos, como, por exemplo, à monitorização de água residual.