FIGAWA - Desinfecção de água

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FIGAWA - Desinfecção de água
Comunicado Técnico FIGAWA n.º 20/98
Radiação com luz ultravioleta no tratamento de água potável e
águas residuais para fins de desinfecção
Grupo de Trabalho FIGAWA: Tratamento de água com luz ultravioleta (UV)
Esse Comunicado Técnico do Grupo de Trabalho FIGAWA “Tratamento de água
com luz ultravioleta” se destina aos especialistas do setor. Ele foi elaborado por
profissionais que aplicam na prática a desinfecção de água com luz ultravioleta. São
apresentados exemplos de aplicação de desinfecção de água com luz ultravioleta com
o objetivo de despertar o interesse para esse processo e informar a respeito das
possibilidades tradicionais e novas de aplicação da desinfecção de água com luz
ultravioleta. Todas as informações mencionadas podem na prática fornecer
subsídios, tanto na utilização como na tomada de decisão. A gerencia da FIGAWA
aceita sugestões e complementações em relação ao presente Comunicado Técnico.
Introdução
Uma aplicação segura da desinfecção de água com luz ultravioleta só é possível através
de uma técnica qualificada e parceiros qualificados, que representem uma técnica
atualizada. Já estão disponíveis os resultados de um projeto público de pesquisa, bastante
dispendioso, que estabelecem a aplicação da desinfecção de águas com luz ultravioleta.
Um dos resultados mais importantes dessa pesquisa é a constatação de que a
desinfecção ultravioleta no setor de tratamento de água se apresenta com qualidade
convincente no processo de desinfecção. Ela não agride o meio ambiente e quando os
regulamentos técnicos forem seguidos, não devem surgir subprodutos.
A água que desde sua origem não corresponder às exigências microbiológicas da
regulamentação para água potável, deve ser tratada e desinfecçionada. Na desinfecção
ultravioleta são utilizadas instalações de passagem ultravioleta, que a seguir serão
chamadas simplesmente de “ instalações UV” . O potencial de desinfecção de instalações
UV é influenciado por diversos fatores, sejam eles específicos da instalação ou da
empresa, alem da natureza da própria água. Modelos de cálculos matemáticos e análises
químicas e físicas informam sobre o dimensionamento de tais instalações. O potencial de
desinfecção de uma instalação UV é confirmado no âmbito de um teste de modelo por
meio de análises microbiológicas padrão e para determinados casos de aplicação. Para
que a energia elétrica utilizada possa ser aproveitada ao máximo para a desinfecção, são
escolhidos posições dos radiadores e concepções de passagem de vazão diferentes.
Exemplos correspondentes são apresentados mais adiante de forma esquemática.
Como diferentes águas oferecem espaço de vida para diversas espécies de
microorganismos, que apresentam diferentes capacidades de resistência à radiação
ultravioleta, o regulamento atual tem que tomar isso em consideração. Por isso esse
Comunicado Técnico alerta nos seus diversos capítulos para os regulamentos
correspondentes.
1
1. Conceitos
Radiação (Dose de radiação)
Força de radiação integral durante a duração da operação de radiação (comparar DIN1
5031 Parte 1). A prova de radiação se dá através do biodosimetro. Observação: para
“radiação” na prática freqüentemente é usado o conceito “ dose de radiação” .
Biodosimetria
Método para avaliação da eficiência da radiação para com microorganismos de
propriedades definidas (comparar DVGW W294, ÖNORM M5873).
Destruição ou desativação de microorganismos patogênicos (compare DIN-4046) na
quantidade necessária, conforme os regulamentos da respectiva área de uso (p.ex.
regulamentação sobre água potável…). Após ser processada corretamente uma com
água potável, não há mais como provar a existência de agentes patogênicos num volume
definido com métodos especificados, e o número de microorganismos não especificados
está abaixo de um valor exigido.
Índice de germinação (UFC ml-1)
Número das colônias comprovadas que se desenvolvem a partir de bactérias comparar
DEV2 para análises de água, águas residuais e lodo ou as respectivas normas aplicáveis e
diretrizes da União Européia).
Coeficientes da ótica
Quando uma radiação eletromagnética (luz ultravioleta) passa através de um meio (p.ex.
água), então ela se enfraquece pela absorção de substancias dissolvidas nela (p.ex.
ligações de ferro ou manganês e ligações orgânicas, ácidos húmicos). Esse valor do
Coeficiente de Absorção Espectral SAK-λ
λ3 (m-1) não é calculado, pois é determinado
analiticamente por meio de um fotômetro. O Coeficiente de Enfraquecimento Espectral
SSK-λ
λ (m-1), considera alem do SAK-λ
λ ,a dispersão de luz provocada por substancias
suspensas. A quota de disperção só pode ser verificada de maneira fotométrica pela
subtração da amostra não filtrada em relação ao valor da amostra filtrada.
Transmissão
O conceito de transmissão introduzido na prática (porcentagem referente a espessura da
camada em mm) é uma medida indicada em % para o grau de transmissão espectral
referente ao comprimento de onda, p.ex. 254 nm, em determinadas espessuras de
camada. Essa espessura de camada tem uma influencia exponencial sobre o valor da
permeabilidade ultravioleta. Observação: importante é a indicação da espessura da
camada cubeta, pois a unidade é expressa em porcentagem (comparar DIN 5036 Parte 1).
1
DIN = Norma alemã da indústria
2
DEV = Procedimentos padronizados da Alemanha
3
λ = Comprimento de cada onda em nm
2
A Tabela 1, elaborada para a prática, descreve as relações dos coeficientes da ótica, que
são essenciais para a escolha da instalação UV apropriada.
Tab. 1: Tabela de conversão para conceitos da área fisica de
-1
SAK (m )
T 10 mm (%)
T 50 mm (%)
T 100 mm (%)
0,44
0,88
1,32
1,77
2,23
2,69
3,15
3,62
4,10
4,58
5,55
6,55
7,57
8,62
9,69
12,49
15,49
22,18
30,10
99
98
97
96
95
94
93
92
91
90
88
86
84
82
80
75
70
60
50
95
90
86
82
77
73
70
66
62
59
53
47
42
37
33
24
17
7,8
3,1
90
82
74
67
60
54
48
43
39
35
28
22
17
14
11
5,6
2,8
0,6
0,1
SAK
= Coeficiente de absorção espectral em 254 nm.
T 1 cm = Transmitância através 1 cm
T 5 cm = Transmitância através 5 cm
T 10 cm = Transmitância através 10 cm.
Taxa de redução
Redução do número de microorganismos por meio de um processo de desinfecção. Ela é
indicada em porcentagem ou em logaritmos decimais (escalas lg.) referente ao número
inicial.
Envelhecimento de radiador
Diminuição da capacidade de radiação de um radiador UV, dependendo da duração e das
condições da empresa.
Vida útil de radiador
Número de horas acesas de um radiador UV, indicado pelo fabricante de instalação UV,
dentro das quais é garantida a capacidade de radiação necessária para a desinfecção,
desde que obedecidas as condições indicadas da empresa, após o que o radiador terá
que ser trocado.
Capacidade de radiação de um radiador ultravioleta
Capacidade de emissão na área espectral microbicida (Capacidade de radiação UV-C)
3
Turbidez
Diminuição da transparência da água devido a substancias suspensas finas e dispersas. A
definição da turbidez ocorre conforme DIN EN 27027. Ela é indicada em “ Formazine
Attenuation Units” (FAU) para medição da passagem de luz ou em “ Formazine
Nephelometric Units” (FNU) para 90º de medição de luz dispersa num comprimento de
onda de 860 nm. Esclarecimento: para a desinfecção UV são essenciais as substancias
turvas que diminuem a radiação em 254 nm, cuja influencia também é registrada na
medição do coeficiente de enfraquecimento (SSK-254).
Sensor ultravioleta
Dispositivo para medição física seletiva espectral da radiação na área espectral
microbicida de 240-290 nm. Um sensor UV controle permanentemente a intensidade de
radiação ultravioleta na posição de controle numa instalação UV para fins de segurança,
para que seja mantido um índice suficiente de . Para isso o transdutor de medição do
sensor ultravioleta precisa liberar o sinal para processamento externo afim de que, quando
o índice de alarme não for alcançado, e a qualidade da for comprometida, essa seja
restabelecida através de medidas apropriadas.
2. Fundamentos
A comprovação da radiação ultravioleta invisível ocorreu pela primeira vez em 1901.
Desde então se descobriu e pesquisou uma série de processos fototécnicos e
fotobiológicos, dos quais resultaram muitas aplicações na química e na biologia. Hoje
existem fontes de radiação ultravioleta que são otimizadas para a respectiva aplicação.
Caracterização da radiação ultravioleta
A radiação UV pertence à radiação eletromagnética – como também a luz visível – mas
não à radiação ionizadora. A Figura 1 mostra a posição da “ luz UV” invisível dentro do
espectro total eletromagnético.
As propriedades físicas da radiação UV podem ser representadas ou descritas em forma
de onda ou também como partículas de energia (fótons). Aqui valem igualmente as
regularidades óticas fundamentais (reflexão, absorção, transmissão, dispersão). De
acordo com sua ação biológica, distingue-se três áreas espectrais na radiação UV. A
divisão seguinte é aplicada na prática, conforme DIN 5031 Parte 1:
UV-A
UV-B
UV-C
315 – 380 nm
280 – 315 nm
100 – 280 nm
4
Luz
Figura 1: Espectro de radiações eletromagnéticas
Princípio de ação
A desativação de germes com raios ultravioleta processa-se basicamente através da
reação fotoquímica nos ácidos nucleicos dos microorganismos sem a adição de
substancias estranhas. Os raios ultravioletas (fótons) atingem os centros de informação e
replicação de um microorganismo, o ácido nucleico Desoxyribo (DNA). O espectro de
absorção do DNA e o espectro de ação de destruição de germes caracterizam-se por
máximas de absorção largas perto de 260 nm. Consequentemente para uma desativação
prestam-se raios que emitam radiação UV numa área espectral entre 240-290 nm. A linha
de ressonância do radiador de vapor de mercúrio com 254 nm supre bem essa condição,
pois está próxima das duas absorções máximas (ver Figura 2).
As reações fotoquimicas nos microorganismos agem dentro de frações de segundos. Os
resultados dependem da radiação.
Curva de acção espectral da
inactivação celular (destruição)
Curva de absorção do ácido
nucleico
Comprimento de onda
[nm]
Figura 2: Espectro de absorção dos ácidos nucleicos
5
Intensidade relativo da emmissão
Radiador ultravioleta
Como fontes de radiação UV para o aproveitamento técnico, são aplicados radiadores de
descarga de gases. Os radiadores UV fabricados com material que permite a passagem
dos raios UV contem uma mistura de gás ou vapor que sob ação elétrica emite um
espectro que consiste principalmente de linhas isoladas de emissão. Para geração de uma
intensiva radiação UV-C atualmente necessita-se de radiadores de vapor de mercúrio.
Aqui há que se distinguir entre radiadores de baixa e média pressão. Ambos emitem entre
outras também no espectro de 240-280 nm e por isso são apropriados para a
desinfecção. As Figuras 3 e 4 mostram seus espectros típicos de emissão. Suas
características e propriedades estão discriminadas na Tabela 2.
Observação: radiação com um comprimento de onda menor do que 240 nm não deve ser
emitida pela fonte de radiação UV para desinfecção de água potável conforme a diretriz
alemã DVGW-Arbeitsblatt W 294 (edição 10/97).
comprimento de onda [nm]
Intensidade relativo da emissão
Figura 3: Espectro típico - radiador de baixa pressão
comprimento de onda [nm]
Figura 4: Espectro típico - radiador de média pressão
6
Tabela 2: Características e propriedades de radiadores ultravioleta de baixa e média pressão
Características e propriedades
Radiador de baixa pressão
Pressão de vapor de mercúrio
0,01 – 1,0
Espectro
Monocromático
Cumprimento de onda na faixa
254
UV-C (nm)
Absorção de potência (W)
10 – 200
Densidade de potência relativa
1-2
ao comprimento do arco voltaico
(W) cm
ca. 20 – 30
Potência UV-C (254nm)(%)
relativa à potência el. introduzida
em estado novo no fim da vida
útil do radiador
Temperatura da superfície (°C)
40 – 50 (100)
Tempo de utilização (vida útil/h)
tempo médio de utilização 8000
Vantagens
• elevada eficiência
• elevado tempo de utilização
• baixa temperatura de
superfície
Desvantagens
•
•
baixa densidade de potência
possibilidade reduzida de
ajuste
Radiador de média
pressão
1 - 10
de borda larga
240 - 280
1000 – 30000
100 - 200
ca. 8 - 11
•
•
•
•
•
600 - 900
2000 – 5000
alta densidade de
potência
boa possibilidade de
ajuste
baixa eficiência
elevada temperatura de
superfície
tempo de utilização
menor que do radiador
de baixa pressão
3. Aparelhos e técnica de instalação
Radiador submerso
A utilização de radiadores submersos significa a montagem direta de lâmpadas ultravioleta
em recipientes disponíveis. Antes da montagem deve ser verificado se todos os materiais
na área de radiação são resistentes contra UV. Qualquer posição de montagem pode ser
considerada. Como os radiadores submersos em sistemas existentes geralmente são
integrados, deve-se ter atenção redobrada em relação às condições de segurança na
radiação UV.
Câmara de radiação ultravioleta
Os diversos tipos de construção se diferenciam pela disposição dos radiadores
ultravioleta, visto que as câmaras de radiação UV são projetadas ou para um
funcionamento sob pressão (modelo) resistente à pressão ou então para ser operada
numa área sem pressão (modelo “ sem pressão” ou “ aberto” ). Os radiadores UV, por
motivos de construção, podem ser dispostos de formas variadas; compare desenhos a até
f como possíveis tipos de construção de instalações UV:
7
Radiadores internos dispostos de forma concentrada (a e b)
Um ou mais radiadores ultravioleta dispostos dentro da câmara de radiação paralelos à
direção da corrente:
Radiadores externos dispostos de forma concentrada (c)
Vários radiadores ultravioleta com
refletores, dispostos ao redor da
câmara de radiação permeável aos
raios ultravioleta, paralelos à direção
da corrente:
Radiadores dispostos de forma diagonal (d)
Um ou mais radiadores dispostos
dentro da câmara de radiação em
diagonal à direção da corrente.
Calhas abertas (e)
Radiadores de fluxo transversal (f)
8
Instalações de controle
As instalações ultravioleta devem ser construídas de tal forma que as condições de
operação possam sempre ser mantidas e controladas. Nisso o valor do sensor tem a
mesma função que a medição da concentração de um desinfetante químico.
p.ex. Elementos de controle interno
- Sensor ultravioleta
- Contador de horas de operação
- Controle do radiador
- Contador de impulsos (freqüência no uso do interruptor)
p.ex. Elementos de controle externo
- Comando de bomba pelo valor do sensor
- Controle da quantidade de vazão
- Controle a distancia
- Atendimento ao cliente, manutenção
O controle pelo sensor ultravioleta é representado na Figura 5 com as respectivas
possibilidades de influencia.
Sinal de alarme
Ponto-pré de alarme
Sensor-UV
♦ resistente ao envelhecimento
♦ nenhum drift de valor de medição
Vidro de quartzo do a frente sensor-UV
♦ Formação de uma camada
Água
Absorção de radiação-UV
p. ex.:
♦ substâncias dissolvidas:
Ferro, Manganês
♦ substâncias suspensa
Tubo de proteção de quartzo
♦
Formação de uma camada
Irradiador-UV
♦
Queda de potência através do
envelhecimento
Figura 5: Fatores que podem provocar mudança do valor de marcação
9
Quantidade de vazão
Uma ultrapassagem da vazão permitida pode ser evitada por meio de uma limitação de
vazão. Ela é conveniente na operação em paralelo de várias instalações UV. Quando ,no
caso de um transtorno, se fizer necessária uma interrupção automática da vazão, poderá
ser aproveitado um sinal liberado pela instalação UV para desligamento de uma bomba de
vazão ou para fechamento de um dispositivo de bloqueio.
Dimensionamento de instalações ultravioleta
O dimensionamento de instalações baseia-se principalmente nos seguintes parâmetros:
- quantidade de vazão máxima (m3/h)
- um dos valores característicos óticos da água num comprimento de onda de
254 nm, p.ex. a transmissão com indicação da espessura da camada
requisitos microbiológicos (radiação) p.ex. regulamentação sobre água potável, setor de
bebidas e alimentos, água super limpa.
Alem disso são tomadas em consideração as circunstâncias específicas de aplicação e
do cliente. A Figura 6 mostra, como exemplo, a dependência das áreas de trabalho dos
três principais parâmetros de influencia mencionados acima, ou seja, vazão, transmissão e
radiação. A diagonal serve como exemplo para um caso de aplicação, a superfície abaixo
da diagonal é descrita por uma área de desinfecção suficiente. Os pontos operacionais 1 e
3 encontram-se dentro da área de desinfecção. A superfície acima da diagonal representa
uma área de desinfecção limitada da instalação UV.
Esclarecimento:
Deslocamento dos pontos operacionais:
1⇔2 A influencia pela absorção e dispersão (valores característicos óticos)
da água sobre a capacidade de desinfecção se reflete num deslocamento na
ligação entre os pontos 1 e 2.
3⇔2 Um movimento ao longo da linha entre os pontos 2 e 3 mostra a influencia da
vazão sobre a capacidade de desinfecção. Quando a vazão máxima for ultrapassada, a capacidade de fica reduzida.
Curva característica
(Emissão constante)
max.
vazão
[m³/h]
Redução de
desinfecção
Zona de segurança entre o
ponto de dimensionamento e
ponto crítico
Área de desinfecção
Figura 6: Zona de trabalho dependente do fator de influência
10
4. Áreas de aplicação
4.1 Água potável
Caso o fornecimento de água potável livre de bactérias não possa ser assegurado
permanentemente, ela precisa ser desinfecçionada.
A desinfecção é um dos processos mais importantes no preparo de água potável. Existe
uma variedade de métodos de desinfecção, dos quais a cloração é o mais conhecido.
Modernas centrais de abastecimento de água mostram uma tendência à utilização de
instalações de desinfecção ultravioleta. Uma radiação ultravioleta não provoca alterações
químicas nas substancias contidas na água. Com a operação correta das instalações UV
não surgem subprodutos. Há que se destacar principalmente o fato de que o cheiro e o
gosto natural da água potável não são comprometidos.
Fundamentos legais na Alemanha
Como a água potável se destina a “ ser consumida por pessoas de forma inalterada,
preparada e processada” , a água potável é considerada um alimento no sentido do
Parágrafo 1 (LMBG). A exigência de uma desinfecção da água potável se dá através dos
requisitos microbiológicos conforme Parágrafo 1 da regulamentação sobre água potável. A
aplicação de raios ultravioletas sobre alimentos é regulamentada pela legislação de
alimentos. Conforme Parágrafo 2, item 1 dessa lei, a aplicação direta da desinfecção
ultravioleta para água potável é permitida. Não existe um compromisso para uma
caracterização especial, de acordo com Par.3 da lei.
Na água potável tratada com radiação ultravioleta trata-se de água potável
desinfeccionada.
Nível técnico atual
As instalações UV devem estar técnicamente atualizadas. O nível técnico atual está
descrita na Informação de Trabalho W294 da DVGW4 “ Instalações de desinfecção
ultravioleta para o abastecimento de água potável – requisitos e prova” 10/97 e na
ÖNORM5 M5873 “ Requisitos de instalações para desinfecção de água através de raios
ultravioletas” 02/96. Também deve ser observado o Aviso W293 da DVGW “ Instalações UV
para desinfecção de água potável” 10/94.
No dimensionamento de instalações UV para a área de água potável, os fabricantes de
instalações estabelecem uma radiação de ≥ 400 J/m2 conforme Informação de Trabalho
W294 da DVGW e ÖNORM M5873. Com um tal dimensionamento todos os relevantes
agentes patogênicos da água potável (bactérias e vírus) são destruídos ou desativados
em no mínimo 4 décimos (níveis de logaritmo decimal).
A prova do potencial de desinfecção de uma instalação é efetuada numa amostra ou em
outras instalações sob condições de funcionamento. O processamento de instalações UV
deve ser controlado em razão da intensidade de vazão e radiação. O cumprimento da
regulamentação sobre água potável deve ser comprovado por meio de análises
microbiológicas correspondentes.
4
5
DVGW = Associação alemã das centrais de abastecimento de água e gás
ÖNORM = Norma da Austria
11
Requisitos a natureza da água
A observação dos requisitos da regulamentação sobre água potável ou seu cumprimento
por instalações de tratamento de água pré-colocadas, é um pressuposto para a aplicação
de desinfecção UV. Os requisitos a natureza da água potável a ser desinfeccionada estão
estabelecidos no Aviso W 293 Capítulo 6 da DVGW.
Os elementos ferro e manganês, quando dissolvidos nas concentrações permitidas na
regulamentação sobre água potável, absorvem a radiação ultravioleta somente de forma
não essencial e por isso praticamente não contribuem para o SSK 254 da água. Acima
dessas concentrações pode, entretanto, ocorrer uma rápida formação de sedimentação
nos tubos de proteção de quartzo. Mesmo que as concentrações sejam ultrapassadas em
bem pouco, podem fazer com que se formem sedimentos de ferro e manganês. Elas
absorvem a radiação UV de modo que os tubos de proteção de quartzo tenham que ser
limpados. A frequência de limpeza depende da qualidade da água existente. Quando os
tubos de proteção de quartzo estiverem progressivamente mais sujos, isso será acusado
pelo sinal UV indicado (medição da intensidade da radiação). Com isso uma limpeza
profilática é reconhecível e planejável.
4.2 Água quente
O problema que ocorre com maior freqüência na água quente é a proliferação de
“Legionella pneumophila” , um bacilo termofilo causador de doenças. A infeção acontece
basicamente pela inalação ou pelo contato com água infeccionada de “ legionellas” com
mucosas ou feridas abertas. Não é conhecida nenhuma infeção que tivesse afetado
estômago ou intestino. Pessoas idosas e com menor poder imunológico estão mais
propensas a isso.
Fundamentos legais na Alemanha
A regulamentação sobre água potável vale igualmente sem nenhuma restrição para água
potável esquentada. Após esse processo a água potável deve estar livre de agentes
patogênicos.
Nível técnico atual
Providencias técnicas em relação à operação, à construção e ao processo estão
detalhadas na instrução de Trabalho W 552 da DVGW.
A reprodução de “ Legionella pneumophila” na água é estimulada por uma temperatura da
água entre 35 e 45º C, alem disso também por sedimentos de lodo em recipientes,
incrustações em canalizações e ferragens, biofilme em zonas paradas. Aparecimento de
protozoários em água quente.
Complementando os requisitos mencionados no capítulo “ Dimensionamento de
instalações UV” , deve-se observar ainda o seguinte:
- uma proliferação de “ legionellas” dentro de áreas de proteção (p.ex. amebas)
- temperatura oscilante de água quente
- pela consideração da concentração de nitrato e os parâmetros de interpretação, a
formação fotoquimica de nitrato em nitrito pode ser reprimida
- processos para se evitar a formação de cálcio são recomendáveis
- pode ser necessário lançar mão de outras medidas técnicas de construção
12
4.3 Indústria de bebidas e alimentos
Na indústria de bebidas e alimentos a água potável é um dos mais importantes
ingredientes. A qualidade da água tem influencia decisiva sobre a qualidade do produto.
Na produção sempre haverá algum contato direto ou indireto entre a água e o alimento.
Devido a água existente estar sujeita a uma série de bactérias, podem ocorrer graves
problemas na indústria de bebidas e alimentos, em decorrência de haver em parte uma
alta quantidade de substancias nutrientes e pela longa permanência em armazenagem.
Uma vantagem da desinfecção ultravioleta consiste no fato de não ocorrerem alterações
químicas nas bebidas e nos alimentos e por isso fica assegurada uma esterilização livre
de resíduos.
Fundamentos legais na Alemanha
De acordo com a regulamentação sobre água mineral e água de mesa, “ águas minerais
naturais” , bem como “ águas de fonte” não podem ser submetidas a nenhum processo que
altere o número de germes. Não é permitido o tratamento de tais águas com UV. Uma
água distribuída sob a designação de “ água de mesa” pode ser desinfeccionada conforme
essa prescrição. A radiação ultravioleta não substitui a pasteurização e esterilização de
produtos prontos (compare também o item 4.1 Água Potável).
Nível técnico atual
Complementando os requisitos mencionados no Capítulo “ Dimensionamento de
instalações UV” , deve-se observar ainda o seguinte:
Como as exigências à regulamentação sobre água potável freqüentemente não oferecem
proteção suficiente para a fabricação de bebidas e alimentos, os fabricantes de tais
produtos com freqüência estabelecem exigências que ultrapassam em muito os requisitos.
Para permitir um controle de entrada de mercadorias e assegurar sua qualidade, procedese regularmente a análises de microorganismos que sejam prejudiciais aos produtos.
4.4 Instalações técnicas para mudança de ar ambiental
A montagem e o funcionamento de umedecedores de ar tipo spray e equipamentos de
refrigeração em instalações técnicas para mudança de ar ambiental provocam bastante
sujeira na água circulante. Essa sujeira leva a contaminação biológica da água. O
processo físico de radiação ultravioleta não ocasiona alterações químicas da água. A
eliminação de desinfetantes não acarreta problemas em relação a legislação vigente. Uma
vantagem na utilização de instalações UV para a desinfecção consiste no fato de que as
instalações técnicas para mudança de ar ambiental não formam nenhuma substancia que
possa atuar de maneira sensibilizadora sobre as pessoas: a qualidade da água
geralmente influi sobre a aplicação e a ação de tratamento ultravioleta.
Nível técnico atual
A natureza da água circulante não deve ultrapassar os valores-padrão (< 103 UFC ml-1)
recomendados na VDI6 3803 e na DIN 1946 Parte 4 para umedecedores de ar/uso normal
ou (se possível < 104 UFC ml-1) para equipamentos de refrigeração. Complementado os
6
VDI = Norma da associação da indústria alemã
13
requisitos mencionados no item “ Dimensionamento de instalações UV” , deve-se ainda
observar o seguinte:
- ocorre uma entrada permanente de microorganismos
- a temperatura da água pode oscilar ao longo do ano
- pela grande concentração de substancias contidas na água, pode acontecer
precipitações deles
Podem ser usados radiadores submersos como também equipamentos de passagem com
circuito fechado separado.
4.5 Tratamento de efluentes
Principalmente se a captação de água potável for de água superficial, os efluentes terão
que ser desinfeccionados quando isso é lançada na área de atuação de uma instalação de
captação de água potável. Por ocasião da introdução da diretriz européia sobre requisitos
da qualidade higiênica das águas para banho, foi constatado que muitas águas
superficiais usadas para o banho apresentam uma preocupante quantidade de germes.
Em algumas localidades isso levou até a proibição de banhos.
A poluição higiênica das águas superficiais se deve a uma série de fatores, como ingresso
de resíduos de estações de tratamento de efluentes, transbordo de águas misturadas e
entrada de águas de chuva, bem como entradas difusas de desgarramentos de terras
agricolas, peixes, colônias de pássaros, etc. Os resíduos de estações municipais de
tratamento de efluentes freqüentemente se constituem nas principais fontes de poluição,
oferecendo o maior potencial de infeção. Isso se explica em virtude dos causadores de
quase todas as doenças infecciosas serem expelidas pelo intestino ou via urinária e em
parte ingressam nas águas superficiais através da canalização e das estações de
tratamento de efluentes.
Para preservação das fontes de água potável e em parte pela necessidade de se
economizar água potável, freqüentemente uma parte da corrente de efluentes limpos
biológicamente pela desinfecção ultravioleta para ser usada como água industrial, é
preparada pela estação de tratamento de efluentes. Com isso se economiza custos, pois
em vez de se usar água potável, aplica-se água industrial. Observação: para o uso como
água industrial é obrigatório haver uma rede de canalização separada.
Fundamentos legais na Alemanha
A desinfecção ultravioleta em estações de tratamento de efluentes visa desativar agentes
patogênicos em efluentes afim de alcançar uma concentração inofensiva desses germes
para que não se precise temer uma infeção. Uma vantagem especial da desinfecção UV
na aplicação em efluentes, consiste no fato de que também os vírus são neutralizados.
Os requisitos microbiológicos às águas de banho são regulamentados na diretriz européia
(76/160 EWG de 8.12.1975) sobre a qualidade das águas de banho (compare Tabela 3).
Esses requisitos às águas de banho, anteriormente mencionados, na prática
freqüentemente se aplica ao lançamento de efluentes.
14
Tabela 3: Exigências em águas de balneabilidade
Parametros Microbiológicos
Valor de condutância
Valor de limite
Coliformes totais/100 ml
500 (80)
10.000 (95)
Coliformes fecais/100 ml
100 (80)
2.000 (95)
Strept. fecais/100 ml
100 (90)
2.000 (95)
Salmonella/1000 ml
-
0 (95)
Virus intestinais/10 l
0 (95)
Os valores nos parênteses são expressos em %, e não devem ser ultrapassados
Nível técnico atual
O nível técnico atual da desinfecção de efluentes está documentada no Aviso ATV M 205
“Desinfecção de efluentes limpos biológicamente” da Associação Técnica de Efluentes.
Recomenda-se uma comparação de processos na UV, mesmo considerando todos os
fatores de influencia.
Complementando os requisitos mencionados no item “ Dimensionamento de instalações
UV” , deve-se observar ainda o seguinte:
- as substancias suspensas devem ser reduzidas por meio de medidas apropriadas, de
acordo com Aviso ATV7 M 205
- as concentrações máximas permitidas de ferro e manganês (fundamentais nos
intervalos de limpeza), devem ser mantidas. Comparar requisitos conforme Aviso
DVGW W 293, especialmente em quantidades oscilantes de efluentes.
Como regra usa-se sistemas fechados ou calhas abertas para a desinfecção de todo o
processo da estação de tratamento de efluentes, sempre que houver tratamento
ultravioleta. Por outro lado usa-se sistemas fechados para o preparo de água industrial de
uma corrente parcial. Em cada caso devem ser colocados dispositivos de segurança e
sinais de alerta junto às instalações UV.
4.6 Horticultura
Radiação ultravioleta em horticultura intensiva: na Bélgica, na Holanda e no Luxemburgo a
maioria das hortaliças são cultivadas em culturas sem solo. Nesse esquema as plantas
úteis crescem sobre um material filtrante que se encontra numa “ banheira” calafetada
junto a terra. Esse mesmo material é atravessado por uma solução nutriente aguada que
combine com o tipo de cultura. A parte da solução nutriente que não for absorvida pelas
plantas (ca. 20-40 %) será recirculada. O desenvolvimento da cultura sem solo e
consequentemente a recirculação das soluções nutrientes se tornou necessário nos
países acima mencionados em virtude de prescrições legais para limitar o crescente
comprometimento de lençóis freáticos. Como exemplo pode ser citada a Holanda, onde
praticamente todos os lençóis freáticos estão poluídos pela intensa aplicação de adubos.
No meio tempo as prescrições legais para serviços de horticultura foram reforçados de tal
maneira que se exige uma produção “ sem resíduos” . Na “ cultura sem solo” existe, no
entanto, o risco de parasitas que podem proliferar rapidamente devido a solução nutriente
7
ATV = Associação Técnica de Efluentes da Alemanha
15
circulante. Para prevenir o risco das plantas serem danificadas por fitopatogênicos, montase uma instalação ultravioleta no ciclo. Também são aplicados processos de desinfecção
pelo aquecimento ou ozonização das soluções nutrientes. Geralmente aplica-se uma
intensidade de radiação ultravioleta na ordem de 1000-1200 J/m2. Isso leva a uma ampla
desativação dos germes na solução nutriente. A desinfecção ultravioleta se consolidou na
horticultura há cerca de 5 anos. Pela aplicação da desinfecção ultravioleta até foi possível
aumentar a receita (F. Benoit & N.Ceustermans 1995, European Vegetable R&D Centre,
Bélgica). Contudo, até hoje não foi possível encontrar uma resposta definitiva para esse
resultado.
Fundamentos legais na Alemanha
Não existem.
Nível técnico atual
Nos locais onde o potencial de risco por fitopatogenos é alto demais, a ultravioleta se
consolidou como processo de , em contrapartida ao aquecimento e a ozonização.
4.7 Indústria farmacêutica e cosmética
Indústria farmacêutica
Em geral a meta mundial na água dessalinizada da indústria farmacêutica se constitui num
resíduo germinal da ordem de < 10 UFC 100 ml-1. Mas a maioria dos livros de remédios
dos vários países não aceita esse índice. Vale, portanto, uma certa “ acomodação” . Com
uma desinfecção ultravioleta com alta radiação, p.ex. pela aplicação de 1200 J/m2, esse
valor seguramente será alcançado. A aplicação acontece em regra atrás dos tanques de
água super limpa. Essa água circula em condutos circulares. As instalações ultravioleta
são montadas nesses condutos circulares (Figura 7).
Adicionalmente à radiação ultravioleta, ainda pode ser aplicado ozônio, que é gerado
eletroliticamente da água super limpa. Geralmente após o final do expediente é acionada a
produção de ozônio através de um programa PC em condutos circulares correntes. Nesse
processo é gerado no máximo 10 g/h. É suficiente quando ao longo de todo sistema
circular for alcançado em minutos uma concentração de 0,1 mg/l. Na prática o ozônio
existente é mantido constante enquanto não houver produção, por exemplo, durante a
noite ou no fim de semana. Nesse esquema a desgerminação chega a quase 100 %.
Como o ozônio incomoda na fabricação de produtos farmacêuticos, ele terá que ser
removido novamente.
Portanto às 3 horas da manhã desliga-se a geração de ozônio e religa-se a radiação
ultravioleta. Nas 3 a 5 horas seguintes até o início do expediente, todo resto de ozônio
será seguramente transformado em oxigênio. Para isso é necessária uma radiação de
2000 J/m2. Como a radiação ultravioleta está ligada durante o expediente diurno, também
se consegue através da reposição de água com poucos germes, alcançar uma diminuição
adicional de germes. É óbvio que os horários de desligamento do ozônio e de ligação do
ultravioleta devem ser mantidos sem falha.
Existem no mercado medidores de restos de ozônio, mas requerem muita manutenção,
por isso são raramente usados.
16
Indústria cosmética
Aqui valem praticamente os mesmos requisitos da indústria farmacêutica. A aplicação de
ultravioleta e ozônio é a mesma.
Tanque intermediário p/o
armazenamento de agentes
de desinfetantes
Água
dessalinizada
Água para
distribuição
bomba
Amostrador para controle
microbiológico de água
Figura 7: Produção de água limpa isenta de microorganismos através de desinfecção UV
Fundamentos legais na Alemanha
O Livro Europeu de Remédios prescreve uma quantidade residual de germes de < 100
UFC 100 ml-1 para “ água purificada” , portanto toda água dessalinizada no setor
farmacêutico, com exceção da “ água para injeção” . Importantes empresas farmacêuticas
chegam a exigir um resíduo de germes de < 10 UFC 100 ml-1.
Nível técnico atual
Devem ser observados dados específicos de clientes da indústria farmacêutica e
cosmética. Na prática procura-se alcançar um índice residual de germes na ordem de < 10
UFC 100 ml-1.
4.8 Indústria microeletrônica e ótica
Devido ao progresso tecnológico, a distancia das vias condutoras num chip fica sempre
menor. Partículas mecânicas na indústria microeletrônica e ótica podem ser destacados
por filtros cada vez mais finos. As bactérias podem em pouco tempo ultrapassar filtros de
0,2 µm. Esses microorganismos provocam danos sobre microchips pelas estreitas
estruturas das vias condutoras.
Através da desinfecção ultravioleta com a radiação de 254 nm seguramente é alcançado
um número residual de germes de 1 UFC (Unidade Formadora de Colônias) por litro de
água super limpa. Isso significa que somente pode ser comprovada a existência de uma
bactéria “ capaz de ser partida em células” num litro de água desgerminado. A dose de
radiação, no entanto, devido a exigência para um número de germes tão baixo, está bem
acima, p.ex. em água potável perfaz 400 J/m2. Em geral aplica-se uma radiação de 12001600 J/m2 para poder alcançar esse número tão baixo de germes.
17
Apesar de tudo ainda são necessários filtros de partículas, afim de, após a radiação
ultravioleta, poder se destacar mecanicamente as bactérias ainda vivas, mas que não
podem mais ser desmembradas em células. O tamanho das bactérias está entre 0,2 e 0,8
µm.
A TOC total organic carbon (substancia carbonífera dissolvida organicamente) estorva na
água super limpa porque em algumas tecnologias, eventuais sedimentações podem se
transformar em “ pontos de combustão” . Pela radiação ultravioleta com 185 nm uma
oxidação de hidrocarboneto pode ser transformada em gás carbônico. A intensidade de
radiação situa-se ainda bem acima, em cerca de 4000-6000 J/m2. Nisso a maior parte da
substancia carbonífera dissolvida organicamente já é destacada pelos processos
tradicionais, como p.ex.:
Água sem tratamento
1 – 4 mg/l
após osmose reversa
0,2 – 0,5 mg/l
após trocadores de ânions de básica forte
0,05 mg/l = 50 ppb
após oxidação ultravioleta
1 – 3 ppb
A previsão de sucesso ainda não é certa, pois vários hidrocarbonetos são oxidados só
parcialmente pela UV 185 nm. Elaborar análises para verificar quais hidrocarbonetos se
encontram na água, resultam sempre só num “ valor momentâneo” .
Fundamentos legais na Alemanha
Não existem fundamentos legais para a desinfecção ultravioleta e para a redução da TOC
na área de água super limpa.
Nível técnico atual
Deve-se observar requisitos específicos dos clientes da indústria microeletrônica e ótica.
Em novas instalações exige-se como garantia: resíduo de germes quando da entrada no
conduto circular < 5 UFC 100 ml-1 ou resíduo de germes no fim do condutor circular <10
UFC 100 ml-1, chegando para determinadas aplicações até < 1 UFC 1000 ml-1 .
5. Resumo
Nos últimos anos houve um notável desenvolvimento nas instalações ultravioleta que há
muito tempo estão sendo utilizadas. Um dispendioso projeto federal conjunto na
Alemanha, terminado em 1993, demonstrou que a desinfecção ultravioleta de água
potável na prática certamente é aplicável. Um resultado importante desse projeto de
pesquisa é a definição da radiação apropriada de 400 J/m2 para a desinfecção de água
potável. Esse padrão já está prescrito em vários países da Europa. Baseado nos
conhecimentos científicos desse projeto conjunto de pesquisa, as instalações ultravioleta
foram melhoradas em eficácia, controle e eficiência. Os requisitos para os conceitos e os
sensores de controle, que examinam a função das instalações ultravioleta, agora são
comuns no mercado. Em breve estarão disponíveis amostras revisadas de instalações
ultravioleta para determinadas aplicações. A desinfecção ultravioleta em princípio se
presta para diversos tipos de aplicação. Uma vantagem geral da aplicação dessa
tecnologia consiste na desinfecção não química de águas.
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6. Leis alemãs – Regulamentos – Normas Tecnicas
Gesetz über technische Arbeitsmittel (Gerätesicherheitsgesetz) vom 30.10.1992, BGBI S. 1564 (1992)
Gesetz zur Verhütung und Bekämpfung übertragbarer Krankheiten beim Menschen (Bundes- Seuchengesetz
– BseuchG) vom 18.12.1979 BGBI 1S. 2262 ff.(1980)
Verorodnung über Trinkwasser und über Wasser für Lebensmittelbetriebe (Trinkwasserverordnung TrinkwV)
vom 5.12.1990, BGBI 1S. 2612(1990), ber.a. 23.01.1991, BGBI 1 S. 227 (1991)
Verordnung über die Behandlung von Lebensmitteln mit Elektronen-, Gamma- und Röntgenstrahlen oder
ultravioletten Strahlen (Lebensmittelbestrahlungsverordnung) vom 19.Dezember 1959, BGBI 1 S.761 (1959)
Richtlinie des Rates vom 8. Dezember 1975 über die Qualität der Badegewässer (76/160/EWG)
DIN 1946 T.4 Raumlufttechnische Anlagen in Krankenhäusern 12/89
DIN 5031, versch. Teile Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik
DIN 5036, versch. Teile Strahlungsphysikalische und lichttechnische Eigenschaften von Materialien
DVGW-Merkblatt W 293 UV-Anlage zur Desinfektion von Trinkwasser, 10/94
DVGW-Arbeitsblatt W 294 UV-Desifektionsanlagen für die Trinkwasserversorgung – Anforderungen und
Prüfung, 10/97
DVGW- Arbeitsblatt W 552, Trinkwassererwärmung- und –leitungsanlagen; technische Maßnahmen zur
Verminderung des Legionellenwachstums; Sanierung und Betrieb, 04/96
ÖNORM M 5873 Anforderungen an Anlagen zur desinfektion von Wasser mittels Ultraviolett-Strahlen, 02/96
ATV-Merkblatt M 205 Desinfektion von Abwasser, 07/98
VBG 103 § 16 UV-Strahler, Berufsgenossenschaft für Gesundheitsdienst und Wohlfahrtspflege
7. Fornecedores de normas alemãs
DIN EN ISO-Normen, ÖNORM; Beuth Verlag, Tel. 030/2601-2668, Fax 030/2601-1260
DVGW-Regelwerk; WVGW Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft mbH, Tel. 0228/2598-400, Fax 0228/2598420
ATV-Regelwerk; Abwassertechnische Vereinigung ATV und GFA, Tel. 02242/872-135
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8. Informações resumidas sobre a FIGAWA
A FIGAWA - Associaçao Federal das Empresas do Setor de Gas e Água é uma
associação especialista independente técnico cientifica fundada em 1926. Hoje na
associação, nas duas áreas de gás e água/encanamentos, tem 1000 firmas associadas e
16 associações técnicas. A missão principal da FIGAWA é o fomento da técnica e
cientifica dos setores gás e água. Para isso, a FIGAWA trabalha em conjunto com
associações de renome no país e no exterior, especialmente com o editor e de normas
técnicas para o setor de gás e água, o DVGW Associação Alemã do Gás e Saneamento
e.V., Bonn.
Foi fundado em 1983 dentro da FIGAWA-grupo técnico „Tratamento de Água“ um grupo
de „ Tratamento de Àgua UV“ . Este grupo acompanha continuamente as normas técnicas
atuais, assim como a continua evolução das correspondentes instalações e equipamentos.
Comentários e incentivos para esta comunicação técnica a direção da FIGAWA
aceitará com prazer.
Endereço para correspondências:
FIGAWA – Arbeitskreis „ UV – Wasserbehandlung“
z.H. Dipl.-Ing. V. Steiner
Marienburger Str. 15
D-50968 Köln
Tel. 0221/37668-20
Fax. 0221/37668-60
e-mail [email protected]
Literatura
Bernhardt H. et.at.: Desinfektion aufbereiteter Oberflächenwässer mit UV-Strahlen – Konsequenzen für die
Wasserversorgung aus den Ergebnissen des F- und E-Verbundvorhabens.- gwf Wasser Abwasser Nr.
135/1994, S.677-689
FIGAWA-AK “ UV-Wasserbehandlung“ : Zur Zertifizierung von UV-Desinfektionsanlagen für die
Trinkwasserdesinfektion.Marktübersicht, bbr Wasser und Rohrbau, Heft 12/97, S. 11 ff.
Hensel H., Jacob S., Jacobs K.& Stadt P.: Eine Überwachungseinheit für die Strahlungsmessung, in UVDesinfektionsanlagen.- gwf Wasser-Abwasser, Heft 10/97, S. 138 ff.
Hoyer, O.: Anforderungen an UV-Anlagen zur Trinkwasserdesinfektion. bbr Wasser und Rohrbau, Heft 12/96,
S. 12 ff.
Leuker G.: Beschreibung und Anwendung der Biodosimetrie
-Ein Prüfverfahren für UV-Anlagen. – bbr Wasser und Rohrbau, Heft 2/98, S.18 ff.
N.N.: Empfehlung der Trinkwasserkommission des Umweltbundesamtes zum Einsatz von UV-Anlagen zur
Desinfektion von Trinkwasser. – Bundesgesundheitsblatt, Heft 12/95, S. 498
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