Luz Ultravioleta

Tratamento de Água
Ultra Violeta
•
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
Viole ta
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.
Raios
Raios
Raios X
Cósmicos Gamma
10
-13
m
10
Ultravioleta Visível
m
10
-7
Infravermelho
Ondas
de
Radio
Microndas
m
10
-1
m
Região Ultravioleta
Raios X
UV- Vácuo
UV-C
UV-B
(onda curta)
UV-A
(onda
(onda
m é dia)
longa)
Luz
Visível
100
185 200
254 280 300 315
Formação de
Efeito
OZÓNIO
GERMICIDA
Efetividade
80
%
400
800
Pico de efetividade
germicida: 265 nm
100
relativa
Em 185 nm gera-se
Ozonio ( O3).
-9
Ve rm e lho
Lámpada
germicida: 253,7 nm
60
40
20
0
185 200
Luz Ultravioleta
254 280 300 315
400
(nm)
(nm)
• 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
• 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.
Princípio
• 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
Organismo
Bactérias
Doenças
Salmonella sp.
Shigellae (4 sp.)
Escherichia coli
(tipos enteropatogênicos)
Vibrio comma
Febre tifóide, salmonelose
Shigellose
Gastroenterite
Cólera
Vírus entéricos
Enterovirus
Poliovirus
Coxsackievirus
Echovirus
Rotavirus (Reovirus)
Parvovirus - Como
Agentes (Norwalk)
Vírus de Hepatite A
Adenovirus
Gastroenterite, anomalias
cardíacas, meningite, outras.
Poliomelite
Gastroenterite
Gastroenterite
Gastroenterite
Gastroenterite
Hepatite infecciosa
Doenças respiratórias,
conjuntivites, outras
Protozoários
Entamoeba histolytica
Giardia lamblia
Cryptosporidium
Amebiases
Giardiases
Cripsporidiases
Doenças de veiculação hídrica
• 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)
1
10
100
Dimensionamento
Intensidade (I)
1
0,01
0,0001
• 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.
Dose de UV
Percentagem de Inativação de diferentes organismos individualmente
dispersos quando expostos a uma dose de irradiação ultravioleta
de 20 mW.seg/cm²
Energia UV requerida
Percentagem de
para destruição do
ORGANISMO
Inativação
organismo w.s/cm2
Bactérias:
Bacillus anthracis
Clostridium tetani
Corynebacterium diphtheria
Escherichia coli
Legionella pneumophila
Mycobacterium tuberculosis
Pseudomonas aeruginosa
Salmonella paratyphi
Shigela dysenteriae
Streptococcus faecalis
Vibrio cholera
Esporos de fungos:
Aspergillus flafus
Mucor racemosus
99,9964
97,8456
99,9999
99,9999
99,9999
99,9536
99,9769
99,9999
99,9999
99,9972
99,9162
8,7
22,0
6,5
6,6
-10,0
10,5
4,1
4,2
8,8
6,5
-----
99,0
32,5
-------
22,0
92,0
200,0
99,9997
99,7846
--98,3014
6,6
6,0
8,0
---
99,8179
---
6,6-8,8
13,2
Protozoários:
Chlorella vulgaris (alga)
Ovos de nematoide
Paramecium
Vírus:
Influenza virus
Poliovirus
Vírus de Hepatite A infecciosa
Rotavirus (Reovirus)
Leveduras:
Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces selvagem
Dose de UV
Não existe uma concordância universal quanto à
dose mínima requerida para a inativação de
microorganismos patogênicos.
Órgão
USEPA
NSF
AWWA
Dosagem recomendada (w.s/cm2)
21 ou 36
16 e 38
40
USEPA: Environmental Protection Agency
NSF: National Sanitation Foundation – Standard 55
AWWA: American Water Works Association
Dose de UV
• Existem no mercado
lâmpadas de UV:
dois
tipos
de
– As de vidro rendimento típico das lâmpadas de
UV de vidro mole declinam até níveis de 5070% em 5.000 horas
– As de vidro duro, classificadas para pelo menos
70% da sua potência de classificação após
9.000 horas.
Tipos de 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.
Substituição das lâmpadas UV
• 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.
100
90
Intensidade
relativa de 80
70
UV
60
%
50
40
30
20
10
0
4
12
20
28
36
o
Temperatura da água - C
Referência: Trojan Technologies Inc.
Qualidade da Água de Entrada
• 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.
Limitações da UV
• 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.
Processo de Desinfecção