Desinfecção de água contaminada com Escherichia Coli: desenvolvimento de fotorreator e estudo cinético

• Ano de defesa: 2006
• Autor(a) principal: SILVA, Andreza Barbosa da
• Orientador(a): SARMENTO, Sandra Maria
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Palavras-chave em Português: Escherichia coli; Desinfecção; Radiação UV; Fotorreator Anular; Modelagem; Cinética
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/6591

A água tem influência direta sobre a saúde, a qualidade de vida e o desenvolvimento do ser humano. A maioria das enfermidades (80%) que ocorrem em países em desenvolvimento é ocasionada por contaminação microbiana da água. Em conseqüência, a desinfecção de água de consumo e residuária é necessária. O uso da Radiação UV-C (= 253,70 nm) como agente germicida data do início do Século XX. A princípio foi discreto devido aos problemas relacionados com alguns fatores, tais como, o alto custo de processo e manutenção, o projeto dos fotorreatores, as lâmpadas não-eficientes. Este processo é limpo, pois não apresenta subprodutos tóxicos ou carcinogênicos, como no caso da cloração, que gera os trihalometanos quando em presença de substâncias húmicas. O poder germicida da Radiação UV-C devese a modificações genéticas no DNA dos microrganismos que levam a formação do dímero da pirimidina. O presente trabalho utilizou a radiação UV-C para desinfetar água destilada e estéril contaminada com a bactéria Escherichia coli. Desenvolveu-se um fotorreator anular em escala de bancada, especialmente, apropriado para obtenção da cinética intrínseca do processo. O fotorreator foi acoplado em série a um tanque de reciclo dentro de um circuito contínuo. Objetivando-se simplificações no modelo desenvolvido para o perfil de concentração de bactérias ativas, o tanque de reciclo munido de agitação mecânica foi projetado para ter um volume útil dez vezes superior ao do fotorreator. As simplificações de modelo matemático permitiram que o ponto de amostragem fosse posicionado a 8 cm após a saída do tanque. As fontes de radiação UV-C foram as lâmpadas germicidas de baixa potência, TUV HO 75W (alta emissão) e TUV 36W (baixa emissão). Foram realizados estudos sobre a distribuição do tempo de residência no tanque de reciclo para sistema sem e com agitação mecânica (250 rpm e 1000 rpm), utilizou-se a técnica de estímulo resposta (tipo pulso). A agitação mecânica trouxe melhorias na qualidade de mistura do líquido no tanque de reciclo, assim como levou o comportamento dinâmico a aproximar-se consideravelmente de um tanque de mistura perfeita, o que possibilitou a aquisição de dados cinéticos na saída do tanque de reciclo. O modelo utilizado para taxa de reação de inativação de bactérias ativas foi uma simplificação do proposto por Labas et al. (2006) e apenas um evento de exposição à radiação UV-C foi considerado. Os modelos desenvolvidos para as propriedades do campo de radiação são semiempíricos, utilizou-se o modelo radial de incidência para representar a propagação de fótons no espaço reacional. Os valores obtidos para a energia incidente na entrada ótica do fotorreator foram: 1,34 x 10-9 Einstein.cm-2.s-1 (TUV HO 75W) e 1,36 x 10-9 Einstein.cm-2.s-1 (TUV 36W), estes resultados mostraram que a lâmpada de 75W encontrava-se com uma emissão inferior à esperada. No processo de desinfecção de água a concentração inicial de bactérias ativas variou dentro da faixa de 106 a 108 NMP/100 cm3, a vazão de reciclo e a velocidade de agitação foram 48,30 cm3.s-1 e de 1000 rpm. Em todas as corridas experimentais a eficiência de inativação foi de 100%, ocorrendo em tempos distintos de processo cujo máximo foi de 1440 s, o que correspondeu ao tempo efetivo de irradiação de 87,28 s. A inativação das bactérias não foi observada de imediato em todas as corridas, o que está relacionado com a dose de radiação UV-C, que depende diretamente da concentração inicial de bactéria e da energia radiante na entrada ótica do fotorreator. A dose mínima de Radiação UV foi compatível com valores observados na literatura para 90% de inativação. A avaliação da cinética do processo utilizando a simplificação do modelo de Labas et al. (2006) forneceu resultados coerentes dentro da faixa de erro de 4,68 5,15%. A taxa de reação inicial de inativação, a constante de inativação e a ordem de reação foram: a) concentração inicial de 1,60x 106 NMP/100 cm3: 0,06 NMP/100 cm3.s, 2,24 x 102 s-1(cm3.Einstein-1)m e 0,50; b) concentração inicial de 1,60 x 108 NMP/100 cm3: 0,13 NMP/100 cm3, 4,01 x 102 s-1(cm3.Einstein-1)m e 0,40