A utilização do ozônio como agente oxidante e desinfetante

O ozônio (O3) é um gás instável, produzido através de uma descarga elétrica em contato com ar atmosférico ou oxigênio. Isto resulta em uma molécula composta de três átomos de oxigênio.
O valor de sua meia vida quando dissolvido em água é de 1,25 minutos a 26°C (depende da concentração de ozônio e de outras substâncias contidas na água), de modo que seu odor e paladar característicos desaparecem rapidamente.
O ozônio é o mais poderoso meio oxidante permitido para o tratamento da água e a sua solubilidade na água situa-se, por exemplo, para uma concentração na fase gasosa de 10 g/m3, em 4,4 mg/l (5°C), 3,8 mg/l (10°C) e 2,9 mg/l (20°C).
Ozônio sob a forma gasosa pode levar a reações explosivas quando em contato com materiais orgânicos, como por exemplo, carvão ativado, gorduras, óleos, borracha.
As concentrações de gás presentes no ar a que podem ser expostas pessoas são mínimas e prescritas por lei (por exemplo, pelo FDA nos Estados Unidos). Portanto, deve-se atentar quando da escolha de equipamentos e seus periféricos, de modo que a sua concepção ofereça o máximo de proteção ao usuário. Na Alemanha, o valor da concentração máxima de substâncias prejudiciais no local de trabalho é de 0,2 mg/m3. O limite para o cheiro é dado com 0,03 mg/m3. Já com 0,04 até 1 mg/m3, após pouco tempo o sentido do olfato pode ser bloqueado, o que na prática pode fazer com que a situação de perigo seja subestimada. Já 20 mg/m3 de ozônio, dependendo do tempo de exposição, levam à inconsciência com conseqüência mortal. A morte pela inalação de ozônio ocorre em concentrações acima de 10.000 mg/m3 dentro de poucos minutos.
Por este motivo, deve-se observar atentamente as determinações técnicas de segurança.
A introdução na água, de ar contendo ozônio ou oxigênio contendo ozônio, assim como a injeção de um fluxo parcial de água com elevada concentração de ozônio, ocorre através de injetores, coluna de corpos de enchimento, câmaras de lavagem, ventiladores centrífugos ou materiais vitrificados. A ozonização, dependendo da utilização, pode ser efetuada em um ponto ou em vários pontos do processo de tratamento.

Em solução ácida o ozônio reage principalmente como molécula de ozônio O3 com as substâncias da água, enquanto que com pH mais elevado, o ozônio dissocia-se mais rápido.
O consumo de ozônio para a oxidação de substâncias inorgânicas é, em regra, por causa das modificações estequiométricas, proporcional à concentração original dessas substâncias contidas na água. Para a oxidação de substâncias orgânicas da água, de modo geral são utilizadas no tratamento de água, de 0,5 a 1,5 mg de ozônio por mg de DOC inicial (carbono ligado organicamente).
Para a desinfecção, é tida como necessária uma concentração de ozônio de 0,4 mg/l, por um tempo de contato mínimo de 4 minutos (como pré-requisito devemos ter o tipo apropriado de reator).
Considerando o aspecto microbiológico, o ozônio é o ozônio é mais eficaz do que o cloro na inativação de vírus.
A ozonização pode ser utilizada para a eliminação do ferro e manganês, já que o ozônio oxida facilmente esses íons metálicos:
2 Fe 2+ + O3 + 5 H2O = 2 Fe (OH)3 + O2 + 4 H+
2 Mn 2+ + 2 O3 + 4 H2O = 2 MnO (OH) 2 + O2 + 4 H+
Para a eliminação de ferro e manganês, a utilização do ozônio é especialmente vantajosa quando os metais reduzidos se apresentam ligados de forma complexa, já que o ozônio provoca simultaneamente uma destruição dos complexos, através de degradação oxidativa.
Através da adição de ozônio, pode surgir uma microfloculação em uma série de águas, de acordo com a origem e tipo das substâncias contidas na água. Em primeiro lugar ocorre a precipitação de sais de cálcio dos ácidos orgânicos ou o declínio da ação estabilizadora de substâncias orgânicas sobre matérias turvadoras. Quando surge uma microfloculação, a ozonização nunca deveria ser a última fase do processo, mas sim sempre utilizada antes de uma separação de partículas sólidas. Esta filtração pode ocorrer mediante um filtro de carvão ativado.

A utilização de cloro na desinfecção da água

O cloro é comumente utilizado como desinfetante e também como agente oxidante. A cloração pode ser feita de duas formas:
- Gasosa: apresentado na forma de cloro líquido, sofrendo evaporação antes da aplicação. Tem uma pureza, por norma, de 99,5%. Apresenta-se comercialmente em cilindros verticais de 27 e 68 kg e horizontais de 860, 940 e 1080 kg.
- Compostos sólidos ou líquidos que contenham cloro.
O hipoclorito de sódio (NaOCl) encontra-se sob a forma de solução a 10% de cloro ativo, embalado em bombonas plásticas de 50 kg de capacidade.
É estável durante algumas semanas até um mês. Decompõem-se pela luz e calor e por esta razão deve ser estocado em locais frios e ao abrigo da luz.

A utilização de dióxido de cloro na desinfecção da água

O dióxido de cloro (ClO2) é um agente de desinfecção utilizado em vários países, entre eles os Estados Unidos (desde meados da década de 40) e a Alemanha (desde a década de 50).
O dióxido de cloro já é utilizado há mais de vinte anos pela indústria internacional de bebidas e alimentos para a desinfecção de água potável e de processo.
Dióxido de cloro é uma ligação gasosa de cloro e oxigênio e não pode ser liquefeito por meios físico-químicos, como por exemplo é possível com o cloro gás. Por este motivo é produzido no local de utilização pelo processo clorito de sódio e ácido clorídrico, utilizando equipamento especificamente construído, que obedece a rígidas normas de segurança.
Os geradores de dióxido de cloro pelo processo clorito-ácido clorídrico podem ser utilizados por exemplo, em tempos de produção fortemente variáveis (8, 16, 24 horas por 5 ou 7 dias por semana).

Reação para obtenção do dióxido de cloro: 4 HCL + 5 NaClO2 -> 4 ClO2 + 5 NaCl + 2 H2O

O dióxido de cloro produzido encontra-se em solução aquosa e pode por isso ser dosado de modo simples, seguro e exato de acordo com a necessidade.
Normalmente como o consumo de água oscila bastante, deve-se ajustar a produção de dióxido de cloro, que pode ser feito através de um medidor de vazão por contato ou indutivo interligados ao gerador. O controle por microprocessador processa o sinal de entrada e controla as bombas dosadoras dos componentes (clorito de sódio e ácido clorídrico). A dosagem desejada é indicada diretamente e regulada de acordo com a necessidade.
A dosagem de dióxido de cloro é feita num by-pass do fluxo principal de água, e intertravada com um controle de fluxo de água da tubulação do by-pass. Um misturador estático promove a pré-mistura do dióxido de cloro com a água do by-pass.
Através do uso de uma sonda amperométrica (eletrodo) pode-se medir, com elevada precisão e especificamente, a concentração de dióxido de cloro. Estes dados da medição são captados por uma impressora e documentados.
Assim com facilidade pode-se verificar se ocorreu uma adequada desinfecção e se a água apresenta uma concentração suficientemente elevada de dióxido de cloro. Caso os limites inferior ou superior dos valores pré-determinados sejam ultrapassados, ocorre sinalização no local ou numa central remota.
Paralelo ao seu amplo espectro de atuação, também possui uma extraordinária eficácia na eliminação de biofilme e oferece uma proteção bacteriostática de longa duração.

A eficiência de dióxido de cloro sobre diversos microrganismos pode ser observada na tabela a seguir, onde se compara as concentrações e tempos de contato necessários para inativar uma variedade de microrganismos:

O dióxido de cloro, ao contrário do cloro, não forma clorofenóis e trihalometanos. Possui ação desinfetante mesmo em faixas de pH mais elevadas. Pode também ser eliminado por meio de rais ultra-violeta, dispensando o uso de carvão ativado.

A utilização de ultravioleta na desinfecção da água

O método de desinfecção por ultravioleta envolve a exposição de um filme de água (120 a 300 mm) à luz ultravioleta produzida por lâmpadas específicas.
Tais lâmpadas produzem luz ultravioleta, em um comprimento de onda de 253,7 nanômetros que é conhecida por sua habilidade de destruir microrganismos como vírus, bactérias e mofos.
A luz UV tem sido utilizada com segurança em hospitais, clínicas, laboratórios e nas indústrias alimentícias, farmacêuticas, cosméticas, laticínios e outras durante mais de cinqüenta anos.
As lâmpadas mais modernas e compactas são mais avançadas tecnologicamente, produzem uma quantia maior de UV-C, são mais duráveis e têm maior vida útil. A dosagem de UV pode ser fornecida pela fórmula:
Dosagem (mJ/cm² = intensidade (mW/cm²) x tempo (seg)

A intensidade é determinada pela lâmpada UV e o tempo, pelo período que o fluido ou superfície é exposta à energia UV. Alguns fatores que afetam o uso de UV:
- Fluxo de água
- Qualidade da água (sólidos dissolvidos e em suspensão).
- Concentração e tipos de microrganismos

O UV não afeta o pH, cor, gosto ou odor e não tem nenhum efeito negativo sobre a estabilidade do produto. Como não deixa resíduo, é necessária a dosagem de um agente desinfetante que permita uma proteção mais longa à água.
O uso de UV pode também servir para decompor o ozônio residual no tratamento de água e pode, por exemplo, eliminar microrganismos contaminantes da água de diluição (blendagem) da cerveja high-gravity.

A filtração por carvão ativado permite a eliminação de qualquer turvação presente na água, assim como compostos orgânicos, produtos de oxidação e ozônio não utilizado.
Para uma eventual filtração posterior, pode-se utilizar filtros de cartucho ou bag, com a micragem adequada para cada processo.

Matthias R. Reinold