USO DA FOTÓLISE NA DESINFECCÃO DE ESGOTOS DOMÉSTICOS

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1 USO DA FOTÓLISE NA DESINFECCÃO DE ESGOTOS DOMÉSTICOS José Tavares de Sousa (1) Mestre em Engenharia Civil, UFPB (1986), Doutor em Hidráulica e Saneamento, USP (1996). Professor do Departamento de Química Universidade Estadual da Paraíba (UEPB), Diretor do CCT/UEPB. Pollyanna Leite Ferreira da Costa Química Industrial PIBIC/CNPq/UEPB Carlos Antônio Pereira de Lima Mestre em Engenharia Química, UFPB (1992), Doutor em Engenharia Mecânica, UFPB (2002). Professor do Departamento de Química Universidade Estadual da Paraíba (UEPB). Geralda Gilvânia Cavalcante de Lima Mestre em Engenharia Química, UFPB (1992), Doutor em Engenharia Mecânica, UFPB (2002). Professor do Departamento de Química Universidade Estadual da Paraíba (UEPB). Fernando Fernandes Vieira Mestre em Engenharia Química, UFPB (1989), Doutor em Engenharia Mecânica, UFPB (2002). Professor do Departamento de Química Universidade Estadual da Paraíba (UEPB). Endereço (1) : Rua Basílio Araújo, 836- Catolé- Campina Grande. Paraíba - CEP: jtdes@uol.com.br RESUMO O consumo de água potável, pela população, gera esgoto doméstico, que não tratado, acelera a indisponibilidade de água de abastecimento e afeta o metabolismo dos ecossistemas aquáticos..quando o tratamento do esgoto ocorre de forma adequada os impactos ambientais negativos são minimizados e/ou eliminados A problemática dos recursos hídricos decorre, dentre outros fatores, da falta de saneamento básico. Acredita-se que a gestão dos recursos ambientais baseadas nos princípios ecológicos, da precaução, economia, ecológica e da sustentabilidade ambiental promove a atenuação dos diversos impactos ambientais negativos. Logo, desenvolver e aplicar alternativas tecnológicas de tratamento de processo de baixo custo é uma medida sustentável. Nesse aspecto, foi monitorado um reator fotolítico para desinfecção de efluente proveniente de reator anaeróbio com manta de lodo. Nas condições do experimento, com tempo de exposição de 3 horas, o processo fotolítico apresentou eficiência de remoção de coliformes termotolerantes máxima, portanto, se apresenta como uma tecnologia viável e sustentável já que se utiliza radiação solar, fonte de energia gratuita. PALAVRAS-CHAVE: Fotólise, desinfecção, Esgotos domésticos. 1

2 1. INTRODUÇÃO Desinfecção de efluentes por radiação ultravioleta Atualmente a contaminação do meio ambiente tem sido um dos maiores problemas da sociedade moderna. Os esgotos domésticos são os maiores contaminas das águas superficiais. Portanto, novas técnicas de desinfecção vêm sendo estudadas a fim de reduzir o impacto ambiental. No Brasil, especificamente para esgotos domésticos, a prática da desinfecção ainda é incipiente. A utilização de produtos químicos tais como: cloro, dióxido de cloro, hipoclorito de sódio ou de cálcio, ozônio, permanganato de potássio entre outros, têm causado intensas discussões, sobretudo, por parte de ambientalistas que entendem que esses compostos poderão formar produtos cancerígenos. A localização geográfica do Brasil favorece uma insolação média de 2000 h/ano com aproveitamento de mais de 84% da radiação incidente. As radiações produzidas pelo sol, absorvidas e refletidas na atmosfera têm influência fundamental com a vida na terra. A utilização dessa energia solar nos processos de descontaminação ambiental, é uma tecnologia ecologicamente correta, além de ser viáveis técnica e economicamente A radiação ultravioleta utilizada (UV) no processo de fotólise pode ser emitida por luz artificial (geralmente provenientes de lâmpadas de mercúrio de baixa pressão) ou por radiação solar. O mecanismo de desinfecção por radiação ultravioleta ocorre pela integração da radiação às proteínas e aos ácidos nucléicos. Altas doses de UV, quando absorvidas pelas proteínas que constituem a membrana celular, promovem a morte das células. Por outro lado, a radiação ultravioleta interfere na estrutura molecular das células bacterianas, uma vez que cada fóton de radiação ultravioleta absorvido pelo DNA ou RNA tem a potencialidade de alterar a estrutura molecular destes ácidos, podendo gerar dímeros provenientes de pirimidinas adjacentes de uma mesma hélice de DNA, a mudança dessas estruturas do DNA impedem a reprodução dos microrganismos ( DANIEL, 2001). O objetivo do trabalho foi avaliar a qualidade sanitária do efluente pós-tratado pelos processos de fotólise, analisando a ocorrência de coliformes termotolerantes no efluente advindo do reator UASB, e no efluente do reator fotolítico. 2. MATERIAL E MÉTODO O trabalho foi conduzido no Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (PROSAB), localizado no bairro do Tambor na cidade de Campina Grande, na área pertencente à Companhia de Águas e Esgotos da Paraíba (CAGEPA) e a Estação Experimental de Tratamento Biológico de Esgotos (EXTRABES) O fotoreator (figura 01) foi construído em alumínio em forma de parábola, os raios solares foram concentrados em torno de 20 vezes em seu foco, a fim de aproveitar o máximo, à radiação UV provinda do sol. A parábola tem um foco de 10,5 cm, neste local encontra-se um tubo de vidro pyrex com capacidade volumétrica do mesmo é de 75 ml de efluente, o tubo é transparente para radiação no comprimento de onda U.V.,. O sistema é operado em batelada. O efluente permanecia no reator durante 4 horas sob a constante exposição da radiação UV do sol, num período que compreendia das 10:00 as 14:00h, que é o 2

3 de maior incidência desse tipo de radiação. As amostras eram recolhidas a cada 30 minutos para acompanhar a taxa de variação dos coliformes termotolerantes. Para um melhor aproveitamento da radiação incidente, a inclinação da parábola era ajusta em 15 graus a cada meia hora. Avaliação do decaimento bacteriano através da contagem de coliformes termotolerantes, com coletas sistematizadas das amostras com intervalos de tempos constantes. As amostras dos efluentes para análise microbiológica (coliformes termotolerantes) foram coletadas em recipientes estéreis do tipo âmbar. Os recipientes eram retirados da estufa no mesmo dia em que se coletava a amostra e enumerados de acordo com o efluente a ser coletado e a data da coleta. A coleta se processava de modo a preservar a amostra e a esterilidade do recipiente utilizado. A análise era procedida imediatamente após a coleta Figura: 1 Reator fotolítico 3.1 Amostragem dos efluentes As amostras dos efluentes para análise microbiológica (coliformes termotolerantes) foram coletadas em recipientes estéreis do tipo âmbar. Os recipientes eram retirados da estufa no mesmo dia em que se coletava a amostra e enumerados de acordo com o efluente a ser coletado e a data da coleta. A coleta se processava de modo a preservar a amostra e a esterilidade do recipiente utilizado. A análise era procedida imediatamente após a coleta. 3

4 As soluções utilizadas foram: água destilada; líquido de diluição; ácido rosólico; maio de cultura do tipo m FC-AGAR da marca Difco. O método de membrana filtrante para determinação de coliformes termotolerantes consiste na filtração de um determinado volume de efluente através de uma membrana que retém os coliformes. Posteriormente, irá para a incubação numa estufa de cultura por um período de 24 horas a temperatura de 44,5º. Após o período de incubação, observa-se a formação de pontos azuis, que são as colônias de coliformes. O resultado é expresso em Unidades Formadoras de Colônia por 100 ml (UFC/100 ml). 4 - APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS A Tabela 1 apresenta os resultados do experimento utilizando-se fotólise. Observa-se que o tempo de exposição foi de 10 às 14 horas e que pós cerca de três horas a remoção de coliformes termotolerantes foi de 100%. Tabela 1: Resultados médios de três experimentos realizados com fotólise. Hora da coleta (hh:mm) Concentração (UFC/100mL) 10:00 7,50 x :20 3,30 x :50 1,10 x :30 4,00 x :20 2,00 x : :00 0 A figura 2 mostrar o comportamento do decaimento de microrganismos em função do tempo de exposição. No início da desinfecção solar, tempo zero, as concentrações de microrganismos no inicial e final são iguais (N/ No =1), obedecendo a lei de Chick, que considera a interseção zero (Daniel,2001) 4

5 Concentração (N/N0) 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 N/N 0 = e -0,0289t k=0,0289min -1 R 2 = 0, Tempo (min) Figura 2. Representação gráfica da curva do decaimento bacteriano do experimentos fotolítico Utilizando-se regressão linear obteve-se a constante de decaimento bacteriano (0,0289 min -1 ), cuja unidade é minutos -1, assegurando que a reação se comporta como de primeira ordem em relação a concentração de microrganismos. Com os dados observados na Tabela 1 verifica-se que após três horas de exposição ao sol naquelas condições do experimento havia completa inativação de organismos termotolerantes. Nesse contexto, foram realizados sete experimentos com análises coletadas 10 e 13 horas, respectivamente, afluente e efluente. Mantendo-se, dessa forma, o tempo de exposição de 3 horas, conforme dados observados na Tabela 2. Tabela 2: Resultados de oito experimentos realizados durante o período de fevereiro a maio de 2005, utilizando fotólise. Nº de determinações Hora da coleta (hh:mm)/concentração 10:00 13:00 14: ,50 x ,70 x ,20 x ,95 x ,45 x ,17 x ,00 x

6 Com a estimativa da constante de decaimento bacteriano (0,0289 min -1 ), e com os valores das concentrações iniciais relativas aos tempos de tratamento, obteve-se o comportamento do decaimento bacteriano dos sete experimentos, conforme representação gráfica observada na figura 3. Ferreira & Daniel (2004) operaram reator fotocatalítico e obtiveram constante cinética, variando de 0,016 a 0,0210,0289 min -1 min -1. Concentração UFC/100mL 2,50E+07 2,00E+07 1,50E+07 1,00E+07 2/2/ /2/2005 2/3/ /3/ /4/ /4/2005 8/5/ /5/2005 5,00E+06 0,00E Tempo (min) Figura 3.Comportamento do decaimento da concentração de coliformes termotolerantes nos sete experimentos fotolíticos realizados. Vale ressaltar que, a investigação ocorreu apenas para indicador de termotolerantes, do ponto de vista de indicadores de protozoários e vírus entéricos, não foi investigado a qualidade sanitária de efluente. Ferreira & Daniel (2004) utilizaram processos de fotólise e fotocatálise no pós-tratamento de efluente anaeróbio e perceberam que o indicador de protozoários Clostridium perfringens é muito mais resistente a desinfecção. 6

7 Radiação solar Durante a realização dos experimentos a radiação solar foi medida, por dois radiômetros, localizados a poucos metros de distância da localização do reator. Observa-se que na realização do experimento conforme Figura 2, a radiação chegou a atingir um pico de, aproximadamente, 1200 W/m 2 sendo que, na maior parte do tempo a radiação esteve entre 600 e 800 W/m 2. Os valores médios da radiação estão expressos graficamente Média Média Radiação (W/m2) :00 11:00 12:00 13:00 14:00 Tempo (hh:mm) Figura 4. Representação gráfica da radiação medida no dia 4/11/2004 em que foi realizado o experimento, num período compreendido entre 10 e 14 horas. Observa-se que a Figura 2 representa a energia total incidida em todas as direções. O principal parâmetro para projeto de processo fotolítico é o controle operacional da desinfecção ultra violeta (UV). A dose UV é o produto da intensidade da radiação e o tempo de exposição (dose= I * t ), dessa forma, a dose é expressa em J. m -2 ( Gonçalves, 2003 ) No que diz respeito aos efeitos da radiação sobre os seres vivos, a luz ultravioleta pode ser dividida em três faixas: A,B, e C. A radiação com maior efeito germicida encontra se nas faixas UV-B (280 a 315nm) e UV-C (200 a 280nm). O faixa UV-C no comprimento de onda de 254 nm expressa a maior atividade 7

8 germicida inativando os cinco principais grupos de microrganismos: vírus, bactérias, fungos, algas e protozoários ( Mirón e Ortega, 2002) CONCLUSÕES Nas condições do experimento, com tempo de exposição de 3 horas, o processo fotolítico apresentou eficiência de remoção de coliformes termotolerantes máxima. Portanto, se apresenta como uma tecnologia viável e sustentável já que utiliza apenas radiação solar. A radiação média, compreendida entre 600 e 800 W/m 2 foi suficiente para causar redução total da concentração de coliformes termotolerantes presente no efluente do reator de manta de lodo. A utilização de radiação solar na desinfecção de efluente sanitário oriundo de reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo é uma alternativa economicamente viável, uma vez que não são necessários muitos recursos financeiros para execução do processo. A radiação média total, compreendida entre 600 e 800 W/m 2 foi suficiente para causar redução máxima na concentração de coliformes termotolerantes presente no efluente do reator de manta de lodo. Durante o experimento o decaimento de coliformes termotolerantes por fotólise seguiu cinética de primeira ordem, modelo de Chick, com constante de 0,0289 min -1. A utilização de radiação solar na desinfecção de efluente sanitário oriundo de reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo é uma alternativa economicamente viável, uma vez que não são necessários muitos recursos financeiros para execução do processo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APHA. AWWA. WPCF. Standard methods for the examination of water and wastewater. 15 ed. Washington, D. C.: American Public Health Associoation. American Water Works Associoation, Water Polluition Control Federation, 1995, 1134p. DANIEL, L. A.; BRANDÃO, C. C. A.; GUIMARÃES, J. R.; LIBÂNIO, M.; LUCA, S. J. de; Métodos Alternativos para Desinfecção de Águas de Abastecimento. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental. v 5. n. 1 jan/mar e n. 2 abr/jun. p DANIEL, L. A.; BRANDÃO, C. C. A.; GUIMARÃES, J. R.; LIBÂNIO, M.; LUCA, S. J. de; Processos de desinfecção e desinfetantes alternativos na produção de água potável. Projeto PROSAB. Rio de janeiro. ABES, GONÇALVES, R. F. Desinfecção de Efluentes Sanitários. Projeto PROSAB. Rio de Janeiro. ABES, MIRÓN, F.D.D; ORTEGA, L.S. Desinfección de Agua con luz ultravioleta. La Revista de Comercio, Tecnología y Aplicación del Tratamieto de Agua. Marzo/abril. p NOGUEIRA, R. F. P.; JARDIM, W. F. A Fotocatálise Heterogênea e sua Aplicação Ambiental. Química Nova. Janeiro

9 WORLD HEALTH ORGANIZATION. Health guidelines for the use of domestic wastewater in agriculture and aquaculture tecnical report series Geneva: World Healht and Organization, p 9