Informativo Técnico nº 74
COMPANIA: Beraca Sabara Químicos e Ingredientes Ltda
AUTOR: João Luís dos Santos (Dept. Gerenciamento de Produtos/ Beraca Water Technologies)
Nos últimos anos muito se tem publicado sobre a qualidade da água na dessedentação de animais produzidos com finalidade de alimentação humana, seja diretamente, como aves e suínos, ou indiretamente, como gado de leite.
Notavelmente satisfatório, os resultados já estão sendo colhidos por empresas que adotaram simples processos de desinfecção como uma das fases de tratamento e controle destes sistemas.
Entretanto, o grande número de artigos, trabalhos e divulgações não têm contribuído com as técnicas de aplicação, medição, controle e principalmente com a avaliação do sanitizante escolhido para tal aplicação.
Alguns pontos são fundamentais não apenas para se atingir o resultado esperado, mas para que haja continuidade do processo adotado. Por isso procuraremos apresentar aqui de forma prática e racional com base na experiência que temos, comprovada em campo, no Brasil, dentro de nossa realidade.
Fatores que influenciam na eleição de um Produto Sanitizante
De todas as fases do processo de tratamento de água, a desinfecção é a mais simples e a que apresenta resultados mais rápidos.
Um tratamento completo de água deverá incluir um processo de remoção dos sólidos em suspensão, que causam a cor e turbidez na água, chamados de matéria orgânica; uma filtração, a possível remoção de metais interferentes; como ferro e manganês. Em alguns casos mais complexos a necessidade de remoção da dureza, sais dissolvidos na água. Porém, a desinfecção é fundamental em todo processo.
Em muitos casos não há uma estrutura para se desenvolver todas as fases anteriores à desinfecção, entretanto, ainda assim é possível adequar sistemas de desinfecção de água de forma muito simples como mostraremos a seguir.
Começamos com os principais pontos que influenciam na decisão da eleição de um produto sanitizante:
A forma de apresentação do produto deve contribuir para a minimização deste custo.
Armazenar e distribuir um produto líquido diluído é muito mais custoso que um sólido concentrado.
Operacionalidade do Processo
O processo de aplicação é simples e pode ser executado sem necessidade de profissional especializado.
Produtos que exigem operação de equipamento e geração local requerem maior especialização se comparados com produtos prontos para uso.
Sistema de Aplicação.
O sistema adotado permite mensurar em tempo real o resultado efetivo do produto aplicado.
É possível analisar no local, por meio de métodos simples e de baixo custo, o sanitizante aplicado.
Considerando o grau de importância deste produto, ele é facilmente encontrado no mercado ou tem fornecedores confiáveis, focados no negócio e mercado da empresa cliente.
Produtos novos ou com tecnologias complexas, importados ou com fornecedores que não tem foco no mercado, poderão sofrer interrupção abrupta no fornecimento, prejudicando os resultados de um longo trabalho.
O produto tem aprovação para tal aplicação considerando o âmbito social e não apenas a finalidade.
As pessoas que trabalham na aplicação deste sanitizante podem consumir a mesma água.
Subprodutos da aplicação do sanitizante, consumo de recursos para operacionalização, disposição de embalagens vazias, etc.
O uso sistemático e incorreto de qualquer produto causará impacto ao meio ambiente; seja pela geração de subprodutos ou resíduos.
O produto eleito altera, interfere em aspectos que podem tornar a água imprópria para consumo.
Apesar da eficiência, o produto interfere na coloração, turvação, sabor ou odor da água, tornando-a indesejável.
Valor e Benefício
O custo do processo de tratamento, incluindo logística, aplicação e produto oferecem a melhor relação custo e benefício.
A matéria prima de alguns processos de produção in loco tem baixo custo, mas a operação dos sistemas e até a geração de resíduos podem reduzir este suposto benefício.
Considerando o mercado de produção animal, deparamo-nos com inúmeros pontos de aplicação, nas mais diversas regiões do país, realizada por pessoas com variados níveis de conhecimento, em regiões que exigem transporte contínuo do produto e a necessidade de conciliar tudo isso com o valor percebido do sanitizante eleito, passamos a destacar os principais produtos no mercado e um comparativo entre eles dentro deste âmbito de ação.
Produtos Sanitizantes disponíveis no Mercado
Os pontos iniciais que devemos levar em conta são as características desejáveis em um sanitizante e os aspectos a serem considerados no sanitizante ideal.
Para facilitar o entendimento segue um quadro exploratório deste tema.
Ser ativo contra bactérias, esporos, vírus e protozoários.
Dever ter um amplo espectro de ação. O que requer que o produto seja um oxidante e biocida.
Fácil determinação da concentração de produto dosada na água como garantia da desinfecção.
Produtos como Ozônio e UV vão excelentes sanitizantes, mas não há como medir em tempo real sua dosagem na água.
Produzir residuais como forma de prevenção a eventuais recontaminações da água 'ratada.
A segurança de que o processo de desinfecção será eficiente é a possibilidade de medir nos pontos de consumo um residual oriundo da dosagem inicial.
Metodologia de análise simples e de custo acessível.
Dada a importância de se detectar a dosagem e o residual do produto aplicado, a metodologia de analise deverá ser simples e de baixo custo viabilizando assim a aplicação do produto.
Destruir em tempo aceitável os microrganismos patogênicos.
O produto deve ser eficiente dentro do tempo de contato que se dispõe no local de aplicação.
Não ser tóxico a seres humanos e animais nas dosagens usuais.
Alguns produtos são excelentes sanitizantes, mas são tóxicos ou proibidos para uso. Ex: Bromo e ácido peracético.
Não interferir na qualidade da água (cor, odor e sabor) a ponto de prejudicar o consumo.
Produtos como amônia, iodo e permanganato são bons sanitizantes, mas deixam cor, cheiro e gosto.
Disponibilidade para fácil aquisição, com custo acessível.
Tecnologias como dióxido de cloro são excelentes produtos, porém de custo inviável e acesso restrito.
O transporte de produtos químicos segue uma regulamentação rígida. Devemos considerar que até a chegada no usuário final o produto poderá ser transportado por 2 ou 3 pessoas diferentes.
Com base nestes pontos, consideramos as principais tecnologias no mercado:
Pastilhas Sanitizantes
Produto sólido em forma de pastilhas aplicados por meio de dosadores simples que não requerem especialização. A metodologia de analise é simples e confiável. Mantém um residual ao longo de todo sistema de distribuição e consumo de água garantindo a desinfecção de contaminações cruzadas. Tem custo baixo quando comparado aos outros sistemas existentes hoje no mercado.
O dióxido de cloro é, indiscutivelmente, o mais eficiente dos sanitizantes, chega a ser 100 vezes mais eficiente que o cloro. Mas a tecnologia de produção é cara, exige um reator que requer operação especializada. Os produtos apresentados em solução são na faixa de 5% de ativo, muito diluído.
O custo de analise do produto dosado é altíssimo o que inviabiliza a aplicação para pequenos sistemas.
As lâmpada ultravioleta em um determinado comprimento de onda que queimam e matam os microrganismos. A tecnologia é cara e requer cuidados e manutenção.
As lâmpadas têm uma vida útil contada por horas de operação e são mais efetivas em água limpa, previamente filtrada. Além disso, não há como medir a eficiência no local ou manter um residual de segurança ao longo da distribuição da água.
Não uma metodologia de analise para certificar-se da "dosagem" aplicada.
Muito eficiente mas exige que o equipamento gerador de ozônio passe por revisão periódica. A tecnologia é cara e requer cuidados e manutenção.
A operação exigirá conhecimento para melhor aplicação do produto.
Não há metodologia para detectar o que efetivamente foi dosado, além de não manter um residual ao longo do sistema de abastecimento.
Gerador que produz uma solução clorada por meio de uma corrente elétrica que passa por uma solução de sal e água.
Consome muita energia elétrica e obviamente depende desta para funcionar. Requer manutenções periódicas e conhecimento para operar o sistema.
Ácido Peracético e outros ácidos
São ácidos na forma líquida ou sólida adicionados pontualmente na água ou de forma contínua por meio de bombas dosadoras.
Não são aplicáveis para o consumo humano, por isso tem uso restrito apenas para consumo de animais.
Sanitizante não é um medicamento mas sim um agente biocida de amplo espectro que garante a desinfecção da água.
Podemos afirmar que a água esta doente quando está contaminada e essa doença é transmissível a todos os animais, incluindo o ser humano que entrar em contato com ela.
Segundo a Organização Mundial de Saúde (OMS), cerca de 85% das doenças conhecidas é de veiculação hídrica, ou seja, estão relacionadas à água.
A água é o terceiro agente com maior potencial de contaminação no mundo, perde apenas para o sangue e o leite, em primeiro e segundo lugar respectivamente. Inúmeros microrganismos altamente patogênicos podem estar na água sem causar nesta a nenhuma mudança visível.
A água é o um solvente universal para mais de 70.000 substâncias e centenas destas, altamente tóxicas, podem estar num copo de água sem causar a mínima alteração na mesma e ao ingerirmos estaremos nos contaminando.
Abordaremos a seguir aspectos relevantes quanto à desinfecção da água com cloro.
Mecanismo de ação do Cloro.
Cloro, em uma solução aquosa, mesmo em quantidades pequenas, apresenta rápida ação biocida. Os mecanismos ainda não foram totalmente esclarecidas, apesar de muita investigação feita neste domínio.
Andrewes et al. (1904) estavam entre os pesquisadores que provaram ser o ácido hipocloroso o responsável pela destruição dos microrganismos. Quando o cloro elementar ou hipocloritos são adicionados à água dissociam e formam o ácido hipocloroso, principal agente desinfetante.
Formado o ácido hipocloroso ele também tende à dissociação o que depende do pH e da manutenção do equilíbrio entre o HOCl (ácido hipocloroso) e o OCl- (íon hipoclorito), embora o HOCl seja constantemente consumido devido à sua ação germicida (Baker, 1959).
A eficiência desinfetante do cloro cresce com um aumento do pH, sendo que o contrário também é verdadeiro. Paralelamente a isso, a concentração do ácido hipocloroso também aumenta com a elevação do pH. Isto indica que HOCl tem ação biocida muito mais forte do que o OCl-. Chang (1944) observou em seu trabalho com cistos de Entamoeba histolytica, que o OCl- não teve poder penetrante nos cistos e por isso não teria ação cisticida, embora tenha obtido resultado satisfatório na ação do cloro contra os cistos. A explicação mais provável para o resultado foi que, quando a forma HOCl é consumida no processo biocida, o equilíbrio hidrolítico pode ser deslocado para a esquerda e o HOCl será formado continuamente mantendo o efeito biocida.
O fato de que o OCl- conter íons de cloro ativo poderia ser considerado que ele tenha um poder biocida. Entretanto, Fair et al. (1948) e Marris (1966) calcularam uma curva de eficiência relativa à desinfecção entre HOCl e OCl-, considerando a dosagem necessária para matar 99% de Escherichia Coli em vários níveis pH dentro de 30 minutos, e provaram que o OCl- possui 1/80 da eficiência biocida do HOCl nas mesmas condições de aplicação.
Fatores que interferem na atividade biocida do Cloro
Com um consagrado histórico de aplicação, os compostos clorados já acumulam inúmeros testes de laboratório e campo, objetivando a avaliação de sua eficiência; a maioria dos testes relativos ao hipoclorito, mas com extensão a todos os compostos de cloro ativo. O poder biocida do cloro depende grandemente de sua não dissociação em solução aquosa que esta diretamente relacionada ao pH.
Entretanto, juntamente com o pH, vários outros fatores, isoladamente ou em combinação, irão determinar a ação biocida de cloro. A plena compreensão destes fatores e a correta manipulação destes permitirão a utilização correta dos compostos clorados e, conseqüentemente, a obtenção do resultado esperado.
O pH é o que tem maior influência sobre a atividade biocida do cloro na solução. Um aumento no pH diminui substancialmente a atividade biocida de cloro, e uma diminuição no pH aumenta essa atividade na mesma proporção. Trabalhos apresentados por Rideal et al. (1921) e Johns (1934) mostraram esta dependência do pH na formação do ácido hipocloroso e, conseqüentemente, na eficácia do cloro. Charlton et aI. (1937), utilizando Bacilus metiens e hipoclorito de cálcio, mostraram que 100 ppm disponíveis de cloro a pH 8,2 apresentam o mesmo resultado na eliminação dos esporos que uma solução com pH 11,3 e 1000 ppm, comprovando assim a interferência do efeito do pH. Mais tarde, Rudolph et al. (1941) demonstraram o efeito do pH em solução de 25 ppm de cloro disponível para reduzir 99% de esporos de B. metiens.
Os autores, dada as notórias mudanças no tempo de ação biocida, concluíram que a concentração de HOCL está intimamente relacionada com a velocidade de ação do hipoclorito em solução, sendo o pH um fator decisivo no processo sanitizante.
Fica evidenciado no gráfico ao lado que em pH menor que 6,5 a presença de HClO é de 100% e, portanto, é o ponto no qual o sanitizante atinge sua máxima eficiência.
Mercer (1957), utilizando esporos de B. macerans, mostrou que uma solução de 15 ppm de hipoclorito teria efeito 99% de redução dos microrganismos dentro de 8,5 minutos num pH 6, e que seriam necessários aproximadamente 42 minutos para o mesmo efeito em um pH 8. Ele também não encontrou nenhuma diferença significativa na atividade biocida utilizando cloro gasoso, hipoclorito de sódio e hipoclorito de cálcio.
Friberg et al. (1956), em seu trabalho com bactérias e vírus, concluíram que o efeito virucida do cloro livre disponível é afetado pelo pH da mesma maneira que na ação biocida.
Watkins et aI. (1957) comprovaram a atividade virucida de NaOCl solução, com 12,5 ppm de cloro disponíveis, inativando completamente o Streptococcus cremoris dentro de 30 segundos, sendo que, a eficiência crescia progressivamente quando o pH foi baixando de 9 para 4,4. Este aumento de atividade em níveis inferiores de pH foi algo semelhante aos resultados obtidos com hipocloritos contra bactérias esporuladas e não esporuladas.
Eficiência da desinfecção com base na presença de HClO
Seria lógico supor que um aumento da concentração de cloro disponível em uma solução traria um aumento correspondente na atividade biocida. Esta suposição pode ser verdade, enquanto outros fatores, tais como pH, temperatura e teor de matéria orgânica são mantidos constantes.
Mallman et aI. (1932), em seus experimentos com Staphylococcus aureus, mantendo um pH 9 constante, mostraram que aumentando o cloro disponível em soluções de 0,3, 0,6, 1,2, a 2,0 ppm, o tempo foi reduzido ou a taxa biocida aumentou. Com 2 ppm disponíveis de cloro o tempo de inativação total foi de 5 minutos, sendo que com 1,2 ppm o tempo foi de 10 minutos, enquanto 0,3, mesmo em 30 minutos, não houve inativação completa.
Rudolph et al. (1941) testaram soluções de hipoclorito em concentrações de 25, 100 e 500 ppm de cloro disponível em um pH 10 e temperatura de 20°C, mantidos constantes. Desejava-se encontrar o tempo necessário para eliminar 99,9% dos esporos dos resistentes esporos de Bacillus metiens.
31 min com 500ppm;
63,5 min com 100ppm;
121 min com 25ppm de cloro livre disponível.
Concluíram que um quádruplo aumento da concentração de cloro em solução irá resultar em uma redução de 50% no tempo de ação e num aumento de 30% de redução (ver também Weber et aI., 1944).
Muitos ainda ignoram a importância do tempo de contato para o efeito biocida do cloro.
O cloro não tem ação instantânea. Ele é como um antibiótico, precisa de tempo para agir.
Obviamente, pH, concentração e temperatura podem diminuir o tempo de contato.
Muitos sistemas hoje ainda são montados sem considerar este aspecto. O cloro é adicionado na água e imediatamente esta água é destinada ao seu consumo.
Neste caso, o usuário pode estar ingerindo água com cloro e microrganismos prejudiciais à sua saúde.
Estudo de eficiência da desinfecção variando Tempo, pH e Concentração
Considerando estes princípios, um estudo foi realizado segundo a "Norme Européenne - EN 1040 (1997) - "Antiseptiques et desinfectants chimiques - activité bactéricide de base _ Methode d'éssai et prescripitions (phase 1), cujo objetivo foi justamente avaliar a eficiência do sanitizante em diversas variáveis antes de indicar a forma de aplicação como referência de uso.
São estas as variáveis adotadas:
a) Tempo de Contato variável em 10, 20 e 30 minutos.
b) pH variável em 5, considerado pH ácido, e 9, considerado pH alcalino.
c) Concentração de cloro dosada fixada em 5ppm e 10ppm
d) Cepas utilizadas:
Salmonella thyfimurium 14028
Além do cloro, foi utilizado ácido orgânico para correção do pH de 9 para 5.
Um teste controle foi realizado apenas com o ácido, objetivando avaliar o potencial do ácido como sanitizante e sua sinergia com o cloro.
A tabela demonstra os resultados:
*Estudo realizado no Laboratório Bioagri. Laudo completo pode ser solicitado a Beraca.
Teste 1 - 5ppm de cloro sem correção do pH
Teste 2 - 5ppm de cloro com pH 5
Teste 3 - 5ppm de cloro com pH 9
Teste 4 - 10ppm de cloro sem correção do pH
Teste 5 - 10ppm de cloro com pH 5
Teste 6 - 10ppm de cloro com pH 9
Teste 7 - amostra sem cloro e pH 5 alcançado com ácido orgânico
Fica evidente no Teste 2 que o pH versus o tempo de contato foi determinante na melhora do resultado.
No Teste 3 observamos como o pH 9, alcalino, piorou o resultado em relação ao pH 5.
Com a elevação da concentração para 10ppm observamos uma melhora geral nos resultados. Ainda assim, o tempo de contato teve que ser superior a 20 minutos e os resultados ideais (99,999%) foram alcançados no pH 5 em 30 minutos.
No teste 7 observamos o potencial biocida apenas do ácido. Comparados com 5ppm de cloro sem correção do pH, Teste 1, ou ainda com 5ppm em pH 9, observamos que os resultados do Teste 7 são os melhores.
Manter o pH ácido e uma dosagem de cloro constante, de acordo com o permitido para cada processo, é determinante para a desinfecção.
Porém, o tempo de contato tem que ser um fator de peso. A legislação que regulamenta o tratamento de água para consumo humano fala de um mínimo de 30 minutos de contato antes da distribuição.
Considerando as distâncias a serem percorridas nas redes de abastecimento, é óbvio que o tempo de contato é muito maior que 30 minutos.
Outros Fatores Interferentes no Processo de Desinfecção:
O efeito da temperatura foi demonstrada por Costigan (1936) sobre Micobacterium tuberculose, utilizando 50ppm de cloro disponível em solução de cloro hipoclorito, num pH 8,35, ocorrendo a eliminação total dos microrganismos em 30 segundos, a 60°C. Em 60 segundos, a 55°C, e em 2,5 minutos, a 50°C. De acordo com o mesmo teste e condições, 200 ppm disponíveis de cloro em soluções com pH 9 destruíram o organismo em 60 segundos, a 50°C, e em 30 segundos, a 55 ° C.
Mais tarde, Weber et al. (1944), em outros trabalhos relacionados com soluções de hipoclorito a 25 ppm de cloro disponível e pH em três diferentes níveis (10, 7, 5), variando a temperatura em 10°C, observaram uma redução de 50% a 60% no tempo de ação do cloro. Ainda que uma queda de 10°C aumentou o tempo necessário de exposição em cerca de 2,1 para 2,3 vezes. Este trabalho também revelou que o valor do pH teve apenas uma ligeira influência sobre o efeito da temperatura.
Efeito de Matéria Orgânica
A matéria orgânica em presença na água consome o cloro disponível, reduzindo a sua capacidade de atividade biocida, o que é mais evidente, especialmente nas soluções com baixos níveis de cloro. Foi relatado que os hipocloritos são seletivos nos seus ataques em vários tipos de materiais orgânicos. Parece haver uma diferença de opinião entre os vários pesquisadores sobre o assunto.
Se a matéria orgânica contém formas de amônia (NH), o cloro reage e forma cloraminas, mantendo algumas das suas formas biocidas ativas, apesar dos níveis de cloro disponíveis serem consideravelmente reduzidos. Isto explica alguns resultados questionáveis na literatura quanto ao desaparecimento de esporos de antraz na ausência de cloro livre disponível (Tilley e al. 1930) ou que a solução de hipoclorito a 130 ppm de cloro disponível elimine completamente Salmonella pullorum na presença de 5% de matéria orgânica na forma de fezes de frango. Resultados semelhantes foram reportado com Salmonella typhosa em fezes humanas (McCulloch, 1945).
Interferência da Dureza
Compostos que promovem a dureza da água, tais como bons de Mg++ e Ca++ não apresentam qualquer efeito sobre a desaceleração ação biocida do cloro. Saqui (1948) avaliou uma solução de 5 ppm disponíveis de cloro e 0 e 400 ppm de dureza a 20°C. Ele obteve sucesso nos dois níveis de dureza, o que indica que o aumento da dureza de 0 e 400 ppm não têm qualquer ação inibidora sobre a atividade biocida do cloro.
Microrganismos Resistentes ao Cloro
Vários tipos de bactérias, vírus, fungos e algas apresentam diferentes níveis de resistência ao cloro sob diversas condições práticas. Esta resistência pode ser compensada por um aumento da concentração, através de uma diminuição do pH, ou pelo aumento da temperatura. Tonney et al. (1928 e 1930), em seus estudos com bactérias na forma vegetativa e esporulada, concluíram que diversas linhagens de culturas exibem diferentes resistências ao cloro. Observaram que a forma vegetativa das células são menos resistentes ao cloro do que a forma esporulada, e que 0,15 a 0,25 ppm de cloro livre foi suficiente para destruir a vegetativa dentro de 30 segundos. Visto que a E. Coli é a bactéria mais resistente na forma vegetativa do que os outros microrganismos, esta foi selecionada como o organismo teste para determinar a eficácia de desinfecção por cloro. A forma esporulada dos organismos foram cerca de 10 a 1000 vezes mais resistente ao cloro que as formas vegetativas.
Heathman et aI. (1936) observaram variações na resistência ao cloro por estirpes frescas isoladas de Salmonella typhosa e do grupo Coli-aeróbica. Kabler et al. (1939) relataram que linhagens frescas e isoladas de S. typhosa são consideravelmente mais resistentes do que aquelas que foram cultivadas em meios artificiais por algum tempo. Phillips (1952) e Odlang (1981) fizeram um estudo comparativo da resistência entre as formas esporuladas versus a forma vegetativa bacteriana. Notaram que a resistência dos esporos se deve à mudança na configuração molecular das proteínas protegidas pelo grupo sulfídrico de enzimas essenciais, que no caso das formas vegetativas pareceram ser desprotegidas. Clarke et aI. (1954, 1959) revelaram que alguns vírus, sendo mais resistentes, exigiriam níveis de cloro consideravelmente mais elevados para inativá-los.
Trabalhando com Aspergillus níger e Trichophyton rosaceum, Costigan (1931, 1941) mostrou que elevadas concentrações de esporos são muito mais resistentes e que 135 a 500 ppm de cloro eram necessárias para inativar uma elevada massa de esporos em vários minutos. Palmer et al. (1955), avaliando algicidas, constataram que diferentes espécies de algas mostraram diferentes níveis de resistência ao Ca(OCL)2.
O cloro é certamente o produto sanitizante que reúne as melhores características para aplicação.
Tem baixo custo, é mensurável, permanece na água como um residual de segurança, é ativo contra esporos, vírus e mesmo protozoários, está ao alcance de todos e sua aplicação é simples e prática.
Entretanto, desconhecer as características de aplicação do produto pode induzir a erros e, conseqüentemente, obter resultados não esperados com graves perdas.
Portanto, a desinfecção deve ser orientada por profissionais conhecedores do tema e o fato de se estar adicionando um desinfetante na água nunca desobriga os responsáveis pelo acompanhamento físico, químico e microbiológico do processo.
Para o mercado agroindustrial, cujas aplicações requerem praticidade aliada a segurança e resultado efetivo, adotar a desinfecção imediata como primeira fase do tratamento, preparando-se para posteriores adequações se necessário, será sempre o mais recomendado. Neste caso, o uso de um produto sólido, com alta concentração de cloro e na forma de pastilhas para fácil aplicação é o ideal.