Aula sobre tratamento de água, desinfecção.

1. Desinfecção
Prof. Dr. Maurício Luiz Sens
UFSC - UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CTC - CENTRO TECNOLÓGICO
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA
SANITÁRIA E AMBIENTAL LAPOA

2. Finalidades
Inativação ou destruição dos microrganismos patogênicos por
intermédio de agentes físicos e/ou químicos;
Minimizar eventuais contaminações na rede de distribuição do
efluente da ETA;
Eliminar odores e sabores;
Diminuir a intensidade da cor;
Auxiliar no combate à proliferação de algas;
Colaborar na eliminação de matérias orgânicas;
Auxiliar a coagulação de matérias orgânicas.

3. Desinfecção na ETA
Propósito: Destruição ou inativação de organismos patogênicos pela
aplicação de um agente desinfetante.
Oxidação à Ruptura da parede celular à Difusão na célula à
Interferência celular

4. Critérios
para
a
escolha
do
desinfetante
Não ser tóxico para o homem ou animais;
Ser tóxico, em fracas concentrações, para os
microrganismos;
Ser solúvel na água e formar com ela uma
solução homogênea;
Ser eficaz a temperaturas normais da água
de consumo;
Ser estável, a fim de favorecer a
manutenção de uma certa concentração
residual durante longos períodos de tempo;

5. Critérios
para
a
escolha
do
desinfetante
Não reagir com matéria orgânica
diferente daquelas dos microrganismos;
Não deteriorar metais e tecidos;
Existir em grande quantidade e ser
vendido a um preço razoável;
Ser de fácil manipulação e não
apresentar riscos aos operadores;
Permitir uma fácil medida e controle de
sua concentração.

6. Fatores
interferentes
na
eficiência
do
processo
• Parâmetro importante, que deve ser avaliado criteriosamente;
• Ex.: a presença de turbidez e/ou matéria orgânica promove um efeito
escudo sobre os microrganismos, impedindo que o agente desinfetante os
atinja).
Características da água:
• Para uma dada concentração de desinfetante, a destruição é maior quanto
maior for o tempo de contato.
Tempo de contato:
• Os mecanismos de ação e as propriedades relacionadas à interação dos
desinfetantes com as características físico-­‐‑químicas e microbiológicas da
água.
Características do desinfetante:

7. Fatores
interferentes
na
eficiência
do
processo
• O aumento da temperatura resulta na aceleração do processo de
desinfecção;
Temperatura:
• A resistência dos microrganismos ao desinfetante é dependente da espécie,
da forma (encistada ou não) e da concentração dos mesmos na massa
líquida.
Características dos microrganismos:
• Proporcional ao tempo de contato.
Concentração de microrganismos:
Homogeneidade da dispersão do desinfetante na
massa líquida

8. Tipos
principais
de
desinfecção
Desinfetantes
comuns
Tipo de
Agente
Desinfecção
Agentes
Químicos
Cloro
Ozônio
Agentes Físicos
Radiação UV
Temperatura

9. Caracterís9cas
dos
desinfetantes
mais
comuns
Questão
Cloro
Composto
Clorado
Dióxido de
Cloro
Ozônio
Luz UV
R. Bactérias
Excelente
Boa
Excelente
Excelente
Boa
R. Vírus
Excelente
Razoável
Excelente
Excelente
Razoável
Remoção
Protozoários
Razoável a
pequena
Pequena
Boa
Boa
Excelente
Remoção
Endosporos
Boa a
pequena
Pequena
Razoável
Excelente
Razoável
Subprodutos
THM e Ac.
Haloacéticos
Traços de
THM e Ac.
Haloacéticos
Cloritos
Bromatos
-­‐‑

10. Desinfecção
por
Agentes
Químicos
• Destruição ou desarranjo natural da organização celular
por ataque aos principais constituintes da célula, por
exemplo, destruindo a parede celular ou modificando as
funções de semipermeabilidade das membranas;
• Interferência no metabolismo energético, tornando as
enzimas não funcionais;
• Interferência na biossíntese e no crescimento, pelo
prejuízo à síntese de proteínas, ácidos nucléicos,
coenzimas ou parede celular.
Mecanismos atuantes:

11. Desinfecção
por
Agentes
Químicos
• compostos orgânicos halogenados, como trialometanos,
ácidos haloacéticos, halocetonas e outros, resultantes da
cloração;
• outros compostos orgânicos, como aldeídos, cetonas,
carbono orgânico assimilável e carbono orgânico
biodegradável, associados ao ozônio, ao cloro e aos
processos de oxidação avançada;
• compostos inorgânicos, como cloritos e cloratos,
associados ao dióxido de cloro, gerado quando o mesmo
é exposto a luz solar, e ao bromato, associado à
ozonização.
Formação de subprodutos danosos:

12. Desinfecção
por
cloro
Vantagens: É facilmente disponível como gás, líquido ou
sólido (hipoclorito);
É barato;
É fácil de aplicar devido à sua alta
solubilidade (7,0 g/l a aproximadamente
20ºC);
Deixa um residual em solução, de
concentração facilmente determinável, que,
não sendo perigoso ao homem, protege o
sistema de distribuição;
É capaz de destruir a maioria dos
microorganismos patogênicos.
Desvan-
tagens
:
É um gás venenoso;
É um gás corrosivo;
Requer cuidadoso manejo;
Pode causar problemas de gosto e odor,
particularmente na presença de fenóis.

13. Reações
da
Cloração
Reação do cloro gasoso
Cl2 + H2O è HOCl + Cl- + H+
Reação do hipoclorito de sódio
NaOCl + H2O è HOCl + Na+ + OH-
Reação do hipoclorito de cálcio
Ca(OCl)2 + 2H2O è 2HOCl + Ca2+ + 2OH-
HOCl – Ácido Hipocloroso (produto ativo na desinfecção)

14. Distribuição percentual do ácido hipocloroso e íon hipoclorito
na água para valores diferentes de pH e temperatura
Porcentagem
de
HOCl
Porcentagem
de
OCl
-
Valores de pH

15. Cloração
ao
Ponto
Crí9co
(Break
Point)

16. Disposi9vos
de
adição
e
mistura
do
cloro
a) Difusores em tubulação
b) Canal com vertedor
submerso
c) Canal com ressalto
hidráulico
d) Tanque de mistura com
agitador mecânico
a)
b)
c)
d)

18. Dimensionamento do tanque de contato
Tanque de contato
Planta
Antecâmara
de entrada
vertedor
vertedor
entrada
saída
b
L1
L2
B
Tempo de contato: Tc = 30 min (desinfecção com cloro livre)
Volume útil do tanque: Vtc = Q . Tc . 60 = m3 ( sendo Q = m3/s)
O melhor formato de Tc é o retangular.
Preferir L2/b ≅ 10 (L1/b será próximo em função do tamanho das antecâmaras de
entrada e saída). O comprimento total de canais, dividido pela largura, deve ser
maior ou igual a 40. No exemplo abaixo: [(2.L1 + 2.L2) / b] ≥ 40.
Velocidade da água nos canais: Vh=1 a 4m/min (recomendado).
Dimensões usuais: HTc : 2,0 a 3,5 m ; b: 0,8 a 3,0 m
1 1
Inspeção
≥60x60cm
Htc
≅ 40cm
inspeção
Tanque de contato
Corte 1-1
Ponto de
aplicação
do cloro

19. Dimensionamento do tanque de contato
Exemplo: Dimensionar um tanque de contato para Q = 240 L/s e Tc = 30min.
Considerar o desenho anterior a adotar 4 canais, Htc = 3m, e ∑L / b = 40.
Volume: Vtc = 30 x 0,240 x 60 = 432 m3
Área superficial útil: Atc = 432 / 3 = 144 m2
Atc = ∑L x b ou seja b = Atc/ ∑L Como ∑L / b = 40
substituindo b por Atc/ ∑L resulta: ∑L = (40 x Atc)1/2 ou seja: ∑L = 76 m.
Como ∑L/b = 40 resulta b = 76 / 40 = 1,9 m.
Cada canal terá área de secção transversal: b x Htc = 1,9 x 3 = 5,7 m2.
Sendo assim a velocidade de escoamento no canal será: 0,240 / 5,7 = 0,042 m/s
ou seja: Vh = 2,53 m/min ( recomendado 1 a 4 m/min )
Dimensões internas úteis do decantador em planta:
1,9
1,9
1,9
1,9
1,0m Adotando ( 0,8 m útil e
0,2 m de parede do vertedor)
L2 = 19,5m
vertedor
L2p = Atc / (4 x b) = 144 / 7,6 ≅ 19m
Como em dois canais perdemos 2m de
comprimento, devemos compensar L2:
Compensação = 2m/4 = 0,5m.
L2 = L2p + 0,5m = 19,5m
Conferindo:
∑L = (2 x 19,5) + (2 x 18,5) = 76m

20. Desinfecção por Dióxido de
Cloro
• Gás instável e explosivo em temperaturas superiores a - 40oC;
• Poder oxidante elevado, reage rapidamente com a matéria
oxidável ;
• Capaz de eliminar gosto, odor, ferro e manganês presentes na
água;
• Não forma trialometanos (substância cancerígena);
• Geralmente é utilizado na pré-cloração em águas que
contenham bastante matéria orgânica;
• Apesar de ser muito solúvel, não reage quimicamente com a
água;
• Não reage com o nitrogênio amoniacal;
• Elimina eficazmente os fenóis;
• É mais estável na água do que o cloro.
• É mais eficiente que o cloro para a destruição dos esporos e
mais eficiente que o ozônio para no que diz respeito aos vírus.

21. Fonte: Metcalf & Eddy,1991.
Fluxograma da geração de Dióxido de Cloro

22. Desinfecção por Ozônio
Efeitos da Ozonização:
o Oxidação da matéria orgânica, produzindo ozonidas e
CO2;
o Alvejamento e melhoria da cor;
o Redução dos teores de ferro e manganês;
o Ação sobre os ácidos húmicos, formando produtos
biodegradáveis;
o Desintegração de fenóis;
o Remoção de certas substâncias orgânicas não
biodegradáveis.

23. Instalação de Ozonização:

24. Ozonizador de Pequeno Porte
de Laboratório

25. Ozonizador
de
Grande
Porte

26. Tipos de tanques de contato:
Com turbina
Com chicanas
Por injeção

27. Desinfecção por Ozônio
Vantagens:
o Redução de odor, gosto e cor;
o Poderoso oxidante;
o Ação desinfetante para uma gama de pH bem grande;
o Ação bactericida 300 a 3000 vezes mais rápida que o cloro para
o mesmo tempo de contato;
o Não há perigo quando numa superdosagem;
o Volume do tanque de contato menor do que c/ cloro;
o Qdo produzido com ar não necessita de depósito.
Desvantagens:
– Gasto com energia elétrica 10 a 15 vezes maior que os gastos
com cloro;
– Investimento inicial maior;
– Não tem ação residual.

28. Desinfecção
por
Agentes
Físicos
Desinfecção por meio de Radiação Ultravioleta:
• O UV inativa os microorganismos através da
emissão de doses concentradas de luz ultra-­‐‑
violeta (comprimento de onda de 253,7 nm), que
agem sobre o mecanismo reprodutivo (DNA)
dos microorganismos causando mutações e
impedindo que os mesmos se reproduzam. O
microorganismo é considerado inativo (morto) e
dessa forma o risco de doenças é eliminado.

29. Desinfecção
por
meio
de
Radiação
Ultravioleta
Materiais e Técnicas Empregadas:
• Lâmpadas fluorescentes de vapor de mercúrio e vidro de quarho,
sendo o mais eficiente o tipo de baixa pressão (média e alta pressão
-­‐‑ menor eficiência de geração de UV, maior consumo de energia e
maior aquecimento), permitindo a passagem de 70% a 90% da
radiação UV-­‐‑C;
• As lâmpadas possuem vida útil e eficiência em função do tempo,
onde vão perdendo sua ação germicida com o uso até ficarem
inertes;
• A vazão desejada para o sistema irá definir a quantidade e potência
das lâmpadas;
• Operacionalmente as lâmpadas ficam suspensas sob a massa
líquida ou submergidas.

30. Desinfecção
por
meio
de
Radiação
Ultravioleta
Fonte: Water 21, 2001
Fonte: Water 21, 2001
Fonte: Water 21, 2001

31. Desinfecção
por
meio
de
Radiação
Ultravioleta
Parâmetros do processo:
o A dosagem de UV pode ser fornecida pela fórmula:
o Diferentes microrganismos requerem diferentes intensidades de
irradiação UV para a sua destruição;
o As dosagens requeridas para a destruição de bactérias comuns
chegam a mais de 20mJ/cm2.
o “No caso da desinfecção por radiação ultravioleta, deve ser
observada a dose mínima de 1,5 mJ/cm² para 0,5 log de inativação
de cisto de Giardia spp.”
Dosagem (mJ/cm2) =intensidade (mW/cm2)x tempo (s)
Portaria MS nº2914/11

32. Desinfecção
por
meio
de
Radiação
Ultravioleta
•Rendimento e vida útil da lâmpada: a lâmpada deve apresentar alta
porcentagem de conversão da energia elétrica em radiação UV e
vida útil superior a 7.500 h;
•Comprimento da lâmpada: quando a lâmpada é instalada em
paralelo à direção do fluxo da água, o tempo de exposição é
proporcional ao comprimento da lâmpada;
•Vazão projetada de água: o tempo de exposição é inversamente
proporcional à vazão;
•Diâmetro da câmara de purificação: a dosagem efetiva diminui
logaritmicamente com a distância da lâmpada. Em operação, a
água entra pelo bocal de entrada e flui através do espaço anular
entre o tubo de proteção de quarho (que contém a lâmpada
germicida) e a parede da câmara. A água irradiada sai pelo bocal de
saída.
Parâmetros do processo:

33. Desinfecção
por
meio
de
Radiação
Ultravioleta
Vantagens:
§ Alto poder de desinfecção;
§ Processo físico, não ocorre a adição de
produtos químicos (apenas p/ residual);
§ Não ocorre a formação de subprodutos
prejudiciais a saúde;
§ Eficaz para águas moderadamente turvas;
§ Os minerais benéficos não são removidos;
§ Baixo Tempo de Contato – Processo
Instantâneo (não necessita tanque de
contato);
§ Sua atividade independente do pH e da
temperatura.

34. Desinfecção
por
meio
de
Radiação
Ultravioleta
Desvantagens:
Dificuldade de ação dos raios UV na presença
de sólidos em suspensão e substâncias
químicas dissolvidas (compostos orgânicos e
inorgânicos);
O aumento da profundidade da lamina de água
leva a uma menor eficiência do processo;
Custo relativamente elevado;
Cálcio e magnésio (dureza), e ferro, não afetam
a desinfecção por UV, porém podem precipitar
sobre a lâmpada e assim reduzir a intensidade
de radiação que penetra a água;
Não deixa residual na água.

35. Tipos de fotoreatores:
o A exposição da água à radiação UV é feita em canais ou em condutos sob
pressão, denominados reatores fotoquímicos ou fotoreatores.
o Os fotoreatores utilizados são basicamente 3 modelos:
a) Lâmpadas sobre o líquido, fixadas em refletores;
b) Lâmpadas imersas, protegidas por material transparente à radiação UV;
c) Lâmpadas externas a tubos transparentes, no interior dos quais escoa o
líquido.

36. Instalação da desinfecção
UV + O3

37. Equipamentos com lâmpada UV

38. Temperatura
A Desinfecção Térmica é um dos métodos de maior eficiência e um
dos mais utilizados na destruição de microrganismos. O calor é um
dos agentes físicos mais práticos para a desinfecção. Este pode ser
empregado sob duas formas: úmido e seco.
O calor úmido é muito mais eficiente que o calor seco, pois a água
é um condutor térmico melhor que o ar. Além disso, causa
desnaturação e coagulação das proteínas vitais como as enzimas,
enquanto o calor seco causa oxidação dos componentes orgânicos
da célula. Porém, a forma seca não é aplicável ao tratamento de
água de abastecimento.

39. Quando uma população microbiana é aquecida, a redução do
número de organismos viáveis ocorre de forma exponencial, pois
o calor provoca danos ao alterar destrutivamente as estruturas
dentro da célula.
Temperaturas abaixo de 0ºC inibirão o metabolismo dos
microorganismos em geral, bloqueando o crescimento microbiano,
mas atuando principalmente como microbiostático e não como
microbicida (inibe o crescimento mas não destrói os
microrganismos).
Temperatura

40. Temperatura
Vantagens:
§ Apenas dois fatores a serem controlados:
Tempo e Temperatura;
§ Eficaz no controle microbiano independente
da qualidade da água;
§ Pode alcançar até a esterilização da água;
§ Técnica barata quando se associa
temperaturas mais amenas e aquecimento solar;
§ Processo físico, não ocorre a adição de
produtos químicos;
§ Não ocorre a formação de subprodutos;
prejudiciais a saúde;
§ Os minerais benéficos não são removidos;

41. Desvantagens:
§ Variações resistência de organismo
para organismo
§ Elevado consumo energético;
§ Custos associados ao aquecimento da
água até um mínimo de 75oC
geralmente são significativos;
Temperatura

42. Uso da temperatura no controle de microrganismos
Método Temperatura Aplicações Limitações
Calor Úmido
(autoclave)
121,6 ºC – pressão 15
lb/pol2 Esterilização de instrumentos e meios
Ineficiente contra
microorganismos em
materiais impermeáveis ao
vapor e termossensíveis
Água em ebulição 100 ºC, 10 min.
Destruição de células vegetativas em
instrumentos
Endospóros não são
destruídos, não é esterilizante
Pasteurização
62,8 ºC por 30 min. ou
71,1 ºC por 15 seg.
Destruição de células vegetativas de
microorganismos patogênicos e outros
contidos em leite, sucos e outras bebidas
Não é esterilizante
Calor seco
(forno de ar seco)
170 a 180 ºC por
1 a 2 horas
Esterilização de materiais impermeáveis
ou danificáveis pela umidade (óleos,
vidrarias, instrumentos cortantes, metais)
Destrói materiais que não
suportam altas temperaturas
por muito tempo
Incineração Centenas de ºC
Eliminação de objetos contaminados que
não podem ser reutilizados
O tamanho deve ser
adequado à queima rápida e
completa da maior carga;
apresenta potencial de pol.
do ar
Baixas temperaturas
(congelamento)
Menor q 0 ºC Preservação de alimentos
Microbiostático, não
microbicida
Nitrogênio Líquido -­‐‑196 ºC Preservação dos microorganismos Alto custo
Fonte: Adaptado por Pelczar, 1997.

43. Temperatura
–
Aquecimento
solar

44. Vídeos
• http://www.youtube.com/watch?v=6ccTlh7jaGw
• http://www.youtube.com/watch?v=MPvxXfOFOsc
• http://www.youtube.com/watch?v=7_f0Clatid4

45. Sugestão de Desinfecção em um
Sistema de Abastecimento Rural
1 – Cloração em Pastilhas: Instalar no tubo
de água filtrada, indo para a caixa d’água;
2 – Radiação UV: Instalar na saída da caixa
d’água, indo para o consumo.
Clorador de pastilhas
Lâmpada UV germicida

46. 1 -­‐‑ Instalação da Cloração
por pastilhas

47. 1 -­‐‑ Instalação da Cloração
por pastilhas

48. 2 -­‐‑ Instalação de lâmpada de
Radiação UV

49. FERVURA: O método mais
seguro de desinfecção para a
água de beber, em áreas
desprovidas de outros
recursos é a fervura.
A água fervida perde o ar nela dissolvido e,
em consequência, torna-se de sabor
desagradável. Para fazer desaparecer esse
sabor, é necessário arejar a água.
Chaleira

50. Funcionamento
Equipamento em forma de pirâmide, para facilitar o direcionamento
ao sol. Base de fibra de vidro e cobertura de vidro. Inclinação da
Cobertura em 25º para funcionamento em todo território Brasileiro.
Potabilizador Solar: Tratamento
e Desinfecção

51. FIM
“Obrigado pela atenção”