DESINFECÇÃO SOLAR DA ÁGUA: A INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DA ÁGUA PARA A SEGURANÇA NO TRATAMENTO DOMICILIAR Jorge Gomes dos Santos 1 ; Garrido Márcia Maria 1 & Corrêa Ronaldo Antônio 1 RESUMO A coleta de água de chuva para consumo humano e outros objetivos domésticos é praticada por indivíduos em quase todos os países do mundo. Estudos reportados na literatura revelam a prevalência de contaminantes microbiológicos na água de chuva coletada. Sistemas descentralizados de tratamento da água no ponto de uso são opções viáveis para melhorar a qualidade da água a nível doméstico. Neste sentido, a desinfecção solar (SODIS) da água torna-se atraente para tratar água de chuva coletada em cisternas dentro do programa P1MC. Neste trabalho foi feita avaliação detalhada do perfil da temperatura da água alcançada durante o processo SODIS nas estações verão e outono na cidade do Rio de Janeiro. Ao mesmo tempo testes relativos ao efeito exclusivo da temperatura na resistência de bactérias indicadoras de poluição fecal foram realizados em água inoculada previamente contendo estes contaminantes. Os resultados mostraram que o efeito da temperatura é o principal responsável pela inativação das bactérias nas intensas condições de insolação na cidade do Rio de Janeiro. Palavras chaves: Água de chuva, desinfecção solar, água segura. 1 IEN Instituto de Engenharia Nuclear, Caixa Postal 685, CEP: 21.941-972, Rio de Janeiro -RJ, Brasil, E-mail: jg@ien.gov.br
INTRODUÇÃO A qualidade da água de chuva em cisterna, era quase totalmente ignorada, mas, isto passa a ter outra conotação a partir do momento em que milhares de famílias resolvem o problema de água de beber usando água de cisternas dentro do Programa P1MC. A escassez de água segura para o consumo humano ainda continua sendo um drama social para as populações que habitam o semi-árido brasileiro, principalmente durante as secas. Além disso, a falta de condições adequadas de disposição de resíduos domésticos, de captação, transporte, armazenamento de água, aliados as precárias informações sobre hábitos de higiene e da qualidade da água consumida aumentam ainda mais os riscos de enfermidades por veiculação hídrica em áreas rurais. O desenvolvimento de pesquisa para potabilização de águas de chuva armazenada em cisternas tem extrema importância no contexto atual, face ao Programa Um Milhão de Cisternas Rurais P1MC concebido pela Articulação do Semi-Árido (ASA) e hoje incorporado pelo Ministério de Desenvolvimento Social (MDS). A EMBRAPA semi-árido realizou uma avaliação sobre o funcionamento destas cisternas em 100 comunidades de diferentes municípios e constatou que quase metade das cisternas havia algum tipo de contaminação microbiológica. Brito et. al analisaram a qualidade sanitária de água armazenadas em cisternas na comunidade de Atalhos, Petrolina-PE constataram que 73% das amostras apresentavam-se contaminadas por coliformes fecais. Resultados semelhantes foram verificados por Amorim e Porto. Estes resultados evidenciam riscos a saúde das famílias que consomem esta água. Como estas comunidades nem sempre dispõem de suprimento ou são refratárias ao uso de cloro, passa a ser vital para a sua segurança, dispor de técnica alternativa simples e de baixo custo, para a potabilização desta água. Existem diversas tecnologias disponíveis que melhoram a qualidade da água. Algumas destas tecnologias são, contudo, caras e sofisticadas, o que torna inviável a sua aplicação para pequenas comunidades. Além disto, a capacidade dos governos e das organizações privadas para prover água encanada para populações dispersas em comunidade rural é pobre devido ao alto capital exigido para construir e manter tal infra-estrutura. Nestes casos as pessoas deveriam ser estimuladas a usar o tratamento da água em casa como uma alternativa sustentável e imediata para obtenção de água segura.
Uma alternativa para o tratamento da água para este tipo de comunidade é a desinfeção solar (SODIS). A SODIS tem demonstrado ser uma técnica eficiente na inativação e destruição de bactérias patogênicas e vírus na água. Este método tem sido provado por diferentes instituições e países ao redor do mundo. Estudos prévios realizados por Conroy et al. mostraram resultados positivos no controle de doença diarréica em crianças menores que 6 anos de idade, com o uso da energia solar na desinfecção da água de beber. O método serve como forma de conter os riscos de epidemia em comunidades que vivem em regiões com más condições sócio-econômicas e higiênico-sanitárias. O presente trabalho teve por objetivo prover informações relevantes sobre o efeito da temperatura no mecanismo de inativação de microorganismos que acontecem durante o processo de desinfecção solar e com isto auxiliar a definir metodologias para tratamento a nível doméstico de águas de chuvas armazenadas em cisternas de forma a adequá-las ao padrão de potabilidade estabelecido pela portaria 518/04 do Ministério da Saúde. MATERIAL E MÉTODOS O trabalho foi realizado nas instalações do Instituto de Engenharia Nuclear na cidade universitária Ilha do Fundão Município do Rio de Janeiro, Brasil, com coordenadas geográficas Latitude 22 0 48 47.8 S, Longitude 43 0 11 15.9 S. A metodologia para o desenvolvimento nesta fase da pesquisa consistiu no monitoramento da intensidade de radiação solar natural UV-A, UV-B, UV-VIS alcançando a superfície terrestre de acordo com as variações estacionais e de nebulosidade para a latitude do Rio de Janeiro, assim como, a determinação do perfil de temperatura que a água contida na garrafa PET alcança com a sua exposição ao longo do dia. Como estratégia para melhor aproveitamento dos efeitos da radiação solar as garrafas PETs são dispostas na condição natural e com metade da face pintadas de preto para absorver e reter mais o calor e uso de concentrador solar. Os testes de termo-resitência foram realizados com cepas de E. coli ATCC 11229, indicadora de contaminação fecal e Serratia como representante do grupo de coliformes totais. A quantificação das bactérias foram realizadas usando o método do substrato cromogênico definido ONPG-MUG (Kit colilert). Estes ensaios foram realizados em um banho termostático
microprocessado da marca Nova ética. As amostras eram inoculadas após água atingir a temperatura de ensaio. Não foi considerado nesta fase o eventual stress sofrido pelas bactérias. RESULTADOS E DISCUSÃO Efeito dos fatores ambientais no crescimento O crescimento dos microrganismos é grandemente afetado pelas condições físicas e químicas do ambiente onde se encontram, sendo que estas podem influir positivamente ou negativamente de acordo com o microrganismo em questão. A temperatura corresponde a um dos principais fatores ambientais que influenciam o desenvolvimento bacteriano. A medida que há um aumento da temperatura, as reações químicas e enzimáticas na célula tendem a tornar-se mais rápidas, acelerando a taxa de crescimento. Entretanto, em determinadas temperaturas inicia-se o processo de desnaturação de proteínas e ácidos nucléicos, inviabilizando a sobrevivência celular. Assim, todos os microrganismos apresentam uma faixa de temperatura onde desenvolvem-se plenamente. Nesta faixa de temperatura podemos determinar as temperaturas mínima, ótima e máxima (temperaturas cardeais), para cada microrganismo. A figura 1 mostra as temperaturas cardeais dos microorganismos.
Figura 1 - s cardeais dos microrganismos Dentre os diferentes microrganismos observa-se uma ampla variedade de faixas de temperatura, onde para alguns o ótimo encontra-se entre 5 e 10 C, enquanto para outros é de 90 a 100 C. Assim, os microrganismos podem ser classificados em grupos, de acordo com os ótimos de temperatura. Microorganismos mesófilos crescem numa faixa de a C, com um ótimo em torno de 37 C, sendo os principais microrganismos encontrados em animais de sangue quente. Figura 2 - Tipos de bactérias em relação à temperatura
As figuras 3, 4 e 5 mostram os valores médios da intensidade de radiação solar natural UV-A, UV-VIS disponível para as estações de verão e outono de 08 e variações de nebulosidade para a latitude do Rio de Janeiro. A radiação solar se distribui de maneira irregular e sua intensidade depende além da latitude geográfica, da estação e da hora do dia. Figura 4. Média da radiação UV-A para verão e outono ao longo do dia.
Figura 4. Média da radiação UV-Vis para verão e outono ao longo do dia. Verão Ensolarado Verão P arcialmente E ns olardo Verão Nublado 70 70 70 no no no Figura 5. Distribuição da temperatura nas estações verão. Outono E ns olarado 55 45 35 25 no 70 Outono Parcialmente Ensolarado no Outono Nublado 70 no Figura 6. Distribuição da temperatura nas estações outono. Os gráficos das figuras 3, 4, 5 e 6 revelam que as variações estacionais da radiação solar são importantes para a aplicabilidade do método de desinfecção solar da água. Antes da implementação do SODIS em um lugar específico, seria interessante determinar as intensidades estacionais da radiação com a determinação do perfil da temperatura.
Termoresistênca de Coliformes Totais em Função de Tempo e 10 10 45 o C 10 1000 o C NPM 800 0 47 o C 0 o C 0 55 o C 0 0 1 2 3 4 Tempo (h) Figura 7 termo-resistência de coliformes totais em função do tempo e temperatura. 10 Termoresistênca de Coliformes Fecais (E. coli) com o Tempo e 10 10 1000 o C 45 o C NMP 800 0 47 o C 0 o C 0 55 o C 0 0 1 2 3 4 Tempo (h) Figura 8 termo-resistência de coliformes fecais em função do tempo e temperatura. Os resultados dos testes de termo-resistência de coliformes fecais e totais foram exatamente iguais quando analisados usando kit colilert. Os resultados também revelam que a partir de 47 C é possível inativar a E. coli ATCC 11221 e Serratia para um período de exposição superior a 1 minutos. Já a partir de C com período de exposição de 1 hora alcança-se a completa inativação destas bactérias indicadoras de contaminação. Essa temperatura é facilmente atingida com exposição ao sol em um dia de céu aberto, conforme verificado pela equipe. Vários estudos sustentam que o SODIS possui uma grande parte da sua energia de desinfecção pela ação fotoquímica. Tem sido reivindicado que o segmento UV acompanhando a
porção visível é responsável pela ação germicida quando a água é exposta a luz solar. Nossos resultados mostram que o SODIS não opera sobre a base fotoquímica, mas num processo térmico de pasteurização. Estudos de termo-resistencia de microorganismos em um tempo de exposição maior em temperaturas levemente acima da temperatura de incubação pode ser a garantia para entender plenamente como a temperatura da água afeta o ambiente SODIS. CONCLUSÕES Este trabalho mostrou que a temperatura alcançada pela água durante o processo SODIS é preponderante na eficácia do processo e que a partir de 1 hora de exposição a C, é possível inativar pelo efeito térmico microorganismos termotolerantes indicadores de contaminação fecal. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS MADIGAN, et al., Prentice Hall,. in Brock: Biology of Microorganisms, 12th Edition. 03. BRITO, L.T. de L.; PORTO, E.R.; SILVA, A. de S.; MONTEIRO, M.A.R. Avaliação das características físico-químicas e bacteriológicas das águas das cisternas da comunidade de atalho, Petrolina PE. IN: 5 Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva, 11 14 de julho: ABCMAC. 05. AMORIM, M. C. C.; PORTO, E. R. Avaliação da qualidade bacteriológica das águas de cisternas: estudo de caso no município de Petrolina-PE. IN: Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva,. 01, Campina Grande. Anais. Campina Grande: ABCMAC. 01. CD-room. WEGELIN, M., S. CANONICA, K. MECHSNER, T. FLEISCHMANN, F. PESARO, AND A. METZLER. Solar water disinfection: scope of the process and analysis of radiation experiments. J. Water Supply Res. Technol. Aqua 43:154 169. 1994. CONROY, R. M. et al. Solar desinfection of drinkable water protects against cholera in children under 6 year of age Arch Dis Child, 85, 293-295 (01).
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