Desinfecção solar da água - SODIS

Enquanto a pessoa caminha com o saco-mochila de água nas costas, o primeiro processo de desinfecção da água - SODIS

• Desinfecção solar da água ou SODIS (SOlar water DISinfection) é um método de desinfecção da água de baixo custo que utiliza o raios ultravioleta do sol e garrafas plásticas do tipo PET transparentes. Segundo trabalhos de pesquisa o método inativa as seguintes bactérias: Escherichia coli, Vibrio cholerae, Streptococcus faecalis, Pseudomonas aeruginosa, Shigella flexneri, Salmonela typhi, Salmonella enteritidis, Salmonella paratyphi e alguns vírus, tais como: bacteriófago f2, rotavírus, vírus da encefalomiocardite, e oocistos de Cryptosporidium SP.

Principio:

Foi demonstrado que a luz solar pode inativar alguns micro-organismos causadores de diarreia em água não tratada. Três efeitos atribuídos à radiação contribuem para a inativação de micro-organismos patogênicos:

• UV-A - interfere diretamente com o metabolismo e destrói as estruturas celulares das bactérias.
• UV-A (320-400 nm) - reage com o oxigênio dissolvido na água e produz formas altamente reativas de oxigênio (radicais livres de oxigênio e peróxidos de hidrogênio), que acredita-se que causem danos aos patógenos.
• A radiação infravermelha aquece a água. Se a temperatura da água sobe acima de 50 °C, o processo de desinfecção é três vezes mais rápida.

Alguns autores atribuem também como fator de inativação bacteriana o efeito ocasionado pela temperatura, radiação e anaerobiose da água. Neste caso, o O2 transforma-se em O3

O crescimento acentuado da população mundial tem tido como consequência o aumento na demanda pelos recursos hídricos tanto para abastecimento público quanto para a produção de alimentos. Também, o uso inadequado das águas e o lançamento de resíduos sem tratamento têm afetado negativamente a qualidade das águas. Além disso, as fontes de água de boa qualidade estão se tornando cada vez mais escassas e, em muitas regiões do mundo, não há disponibilidade de água para suprir as necessidades diárias da população. Sobretudo, há ainda regiões nas quais a população não tem sequer acesso à água. Estes fatos indicam que os recursos hídricos estão sendo contaminados de maneira descontrolada e mostram a importância de se enveredar todos os esforços para a preservação dos recursos hídricos.

• Nesse contexto, o reúso de águas residuárias na agricultura como ferramenta para a gestão dos recursos hídricos permitiria a redução na demanda de água de melhor qualidade e a diminuição na poluição dos recursos hídricos. Atualmente, diversas cidades do mundo aproveitam as águas residuárias na agricultura. Entretanto, não há na literatura dados fidedignos nem sobre a extensão das áreas irrigadas com águas residuárias nem sobre o percentual dessas águas utilizadas na irrigação.

Algumas estimativas da Organização Mundial de Saúde (OMS) sugerem que a extensão das áreas irrigadas com águas residuárias no mundo corresponde a 7% do total das áreas irrigadas no mundo, o que equivale a, aproximadamente, 20 milhões de hectares (OMS, 2006). Também, existem poucos estudos que descrevem e quantificam a produção de alimentos devido à utilização de águas residuárias, mas estudos realizados em cidades da África relatam que entre 50 a 90% dos vegetais consumidos são produzidos com irrigação com águas residuárias (DRECHSEL et al., 2006). 

• Entretanto, antes do uso indiscriminado das águas residuárias na agricultura deve-se considerar que as fezes humanas contêm microrganismos potencialmente danosos à saúde humana. Assim, o uso dos efluentes domésticos como fonte segura de abastecimento de água para a agricultura requer a adoção de medidas de desinfecção para a obtenção de padrões de qualidade adequados.

No entanto, a maioria dos métodos de desinfecção são processos dispendiosos, de difícil aplicabilidade em pequenas propriedades ou em comunidades de baixa renda sem infraestrutura para construir e manter o sistema. Para que países em  desenvolvimento e/ou comunidades de baixa renda possam utilizar águas residuárias na agricultura sem riscos sanitários faz-se necessária à adoção de um sistema de desinfecção eficaz, com baixo custo de instalação, de fácil utilização e com poucos gastos de manutenção. 

• Uma alternativa bastante promissora para o preenchimento destas características é o processo de desinfecção solar (SODIS: solar disinfection), para o qual existem diversos modelos e maneiras de realização. De modo geral, o sistema é composto apenas por um recipiente que permite a exposição da água à radiação solar, podendo ser utilizadas garrafas PET, garrafas de vidro, reatores, caixas de concreto, etc. 

A ação bactericida dos raios solares para desinfetar a água está comprovada. Estudos que avaliam o número médio de bactérias inativadas em diferentes amplitudes de onda de luz mostram que os maiores efeitos germicidas são observados na amplitude correspondente à dos raios UV (ACRA et al., 1984; WEGELIN et al., 1994).

Considerando: 

1. O reúso de águas residuárias na agricultura proporciona uma diminuição na demanda e na poluição dos recursos hídricos; 
2. Os efluentes sanitários apresentam patógenos que devem ser removidos através de processos de desinfecção antes do reúso dessas águas; 
3. A maioria dos processos de desinfecção são de difícil aplicabilidade em comunidades rurais, pois são dispendiosos e muitas vezes necessitam de técnicos qualificados para operar o sistema; 
4. Os efeitos bactericidas da radiação solar são comprovados e podem ser aproveitados para desinfetar águas residuárias para posterior reúso na agricultura; 
5. Os sistemas de desinfecção de águas residuárias devem apresentar baixo custo de instalação e manutenção e devem ser de fácil utilização para que pequenas propriedades ou comunidades de baixa renda possam adotá-los.

Reúso de águas residuárias na agricultura:

A utilização de águas residuárias, de lodo e de fezes animais na agricultura é uma prática antiga realizada há milhares de anos em diversas regiões do planeta, inclusive em antigas civilizações da Ásia, da Europa e do Mediterrâneo (ANGELAKIS et al., 2005).

• Nos últimos séculos, a prática da agricultura irrigada com água residuária foi comum em fazendas dos Estados Unidos e da Europa, mas com os acentuados avanços tecnológicos e econômicos e com o aumento das preocupações com a saúde e com o meio ambiente, ocorridos no século XX, os países desenvolvidos deixaram de utilizar águas residuárias na agricultura (ASANO et al., 2007).

Em contraste, devido a aspecto sócio-econômicos e ambientais o reuso de efluentes urbanos na agricultura tornou-se uma pratica em países em desenvolvimento. Estudos realizados por Jiménez (2006), e pela OMS (2006) e por Raschid Sally e JayaKody (2008) mostram que os principais fatores responsáveis pelo reuso de águas residuárias na agricultura irrigada nos países em desenvolvimento são:

• Ausência de tratamento adequado dos efluentes gerados nos centros urbanos. As cidades não tratam e/ou não conseguem tratar o grande volume de efluentes, o que leva à poluição das águas superficiais utilizadas na irrigação;
• Carência de fontes de água seguras;
• Pobreza e falta de educação;
• Aumento da população e da demanda por alimentos;
• Incentivo dos mercados para a produção de alimentos nas proximidades dos centros urbanos, locais onde os corpos d’água, geralmente, são poluídos;
• Percepção dos produtores sobre a composição e os valores nutricionais das águas residuárias.

Portanto, observa-se que o uso de águas residuárias em países em desenvolvimento é uma mistura de escassez de água, pobreza, educação, crescimento populacional, demanda por alimentos, interesses econômicos e pouca infraestrutura. Consequentemente, a falta de políticas públicas, de recursos financeiros e de infraestrutura, frequentes nestes países, induziram o reúso de águas residuárias descontrolado, sem nenhum planejamento e fiscalização.

• Um fenômeno recente muito interessante tem sido observado nos países desenvolvidos, os quais estão retomando a prática de disposição de efluentes na agricultura, uma vez que o grande crescimento populacional das últimas décadas causou um aumento exagerado na demanda pelos recursos hídricos, seja para uso doméstico quanto para uso agrícola. Assim, a água que seria utilizada na irrigação está sendo destinada para outras necessidades, enquanto que a irrigação tem sido realizada com águas residuárias tratadas, reduzindo a escassez hídrica e a poluição dos corpos d’água desses países (AJIMEZ et al., 2010; PEDRERO et al., 2010).

O estudo de Jiménez et al. (2010) define quatro possíveis tipos de reúso para águas residuárias na agricultura: 

• Reúso direto: refere-se à utilização de águas residuárias sem tratamento para irrigação;
• Reúso indireto: refere-se ao uso de água residuária diluída, ocorre à jusante do ponto de lançamento dos efluentes no corpo d’água;
• Reúso de esgoto tratado: refere-se ao uso de águas residuárias que são tratadas e transportadas diretamente da estação de tratamento até o local onde será utilizada;
• Reúso planejado: refere-se à utilização de normas e diretrizes para regulamentar as práticas de reúso de efluentes tratados, sem tratamento e/ou diluídos na agricultura.

O relatório sobre reúso de águas residuárias na agricultura realizado em 2010 pelo Banco Mundial (SCHEIERLING et al., 2010) associa os tipos de reúso de águas residuárias na agricultura e os problemas decorrentes dessa prática com o nível econômico de diferentes países. Em países de baixa renda, como por exemplo, Gana, onde as redes de coleta e os sistemas de tratamento de esgoto são precários e/ou inexistentes, o uso de água residuária na agricultura é comumente realizado de maneira direta e indireta e sem nenhum planejamento. Já nos países de renda média, como Chile e Jordânia, o uso direto e indireto de águas residuárias na irrigação ainda é observado, mas com a introdução de sistemas de tratamento nos centros urbanos o reúso direto de água residuária tratada está se tornando uma prática comum. Em alguns desses países de renda média já é possível observar-se o reúso planejado das águas residuárias na agricultura. Os países de alta renda, como Estados Unidos e Israel, para reverter o cenário de escassez hídrica e poluição dos corpos d’água, investiram em tecnologias de tratamento de águas residuárias e desenvolveram diretrizes para nortear e controlar as práticas de reúso. Desta maneira, o reúso de efluentes na agricultura destes últimos países é realizada com águas residuárias tratadas e de forma planejada. Jiménez et al. (2010) afirmam que o uso de águas residuárias na agricultura irrigada é predominantemente indireto e que não ocorre exclusivamente em países de baixa renda, mas também em países de renda crescente, como o Brasil.

• Corroborando esta afirmação, o relatório de conjuntura do ano de 2009 da Agência Nacional de Águas (ANA) mostra a carência de redes coletoras de águas residuárias no Brasil, o que indica a ausência de sistemas de tratamento, a disposição final inadequada das águas residuárias e, consequentemente, a poluição das águas superficiais.

Estes dados mostram que as relações entre produção e coleta e entre produção e tratamento são muito baixas, evidenciando que está ocorrendo à poluição dos corpos d’água, já que grande parte do volume de efluente gerado não é coletado e/ou não recebe tratamento adequado antes de ser disposto no ambiente.

• Em resumo, no Brasil ainda é necessário um grande avanço na coleta e no tratamento das águas residuárias e também nas práticas e diretrizes para reúso destas águas na agricultura.

Águas residuárias na agricultura:

Riscos e benefícios da utilização de águas residuárias na agricultura:

O uso de águas residuárias na agricultura irrigada pode causar impactos positivos e negativos conforme mostrado por vários autores em estudos realizados em diferentes regiões do planeta (IRÉNIKATCHÉ AKPONIKPÈ et al., 2011; MUYEN et al., 2011; ROJAS-VALENCIA et al., 2011; TIWARI et al., 2011).O aspecto positivo de maior importância do reúso das águas residuárias na agricultura é que estas águas estão disponíveis durante todo o ano, uma vez que não dependem das precipitações pluviométricas e das estações do ano. Esse aspecto permite o aumento das áreas irrigadas, a produção anual de alimentos e a irrigação em locais que sofrem com falta de água, principalmente regiões com climas árido e semiárido (KERAITA et al., 2008).

• Um estudo realizado por Carr et al. (2011), na Jordânia, constata que os produtores reconhecem como um benefício importante a disponibilidade contínua de águas residuárias urbanas, o que lhes permite a produção de alimentos durante todo ano, bem como os benefícios econômicos consequentes. Outro aspecto benéfico é a composição destas águas, pois são extremamente ricas em nutrientes. Algumas estimativas sugerem que 1.000 m3 de águas residuárias urbanas podem fornecer para um hectare irrigado a quantidade de 4-24 kg de fósforo, 2-69 kg de potássio, 16-62 kg de nitrogênio, 27-182 kg de sódio, 18-208 kg de cálcio e de 9-110 kg de magnésio. Além disso, as águas residuárias podem fornecer diversos micronutrientes essenciais para o crescimento vegetal como o ferro, o manganês, o cobre e o zinco (QADIR et al., 2007).

Conforme Hespanhol (2008), a elevada concentração de nutrientes das águas residuárias permite que os produtores reduzam, ou até eliminem, a aplicação de fertilizantes comerciais em suas culturas. Também, a matéria orgânica presente nos efluentes pode alterar a estrutura do solo, aumentando a capacidade de retenção de água. Os resultados práticos obtidos na Índia com a utilização de águas residuárias na agricultura (SINGH et al., 2012) confirmam que estas águas não só fornecem os nutrientes essenciais às culturas, como também aumentam a disponibilidade de nutrientes e de micronutrientes e a concentração de matéria orgânica no solo. Este estudo indica, portanto, que o uso de efluentes na agricultura aumenta a fertilidade dos solos.

• Em contraste, o excesso de nutrientes pode induzir ao crescimento vegetativo das culturas, à eutrofização de corpos d’água, ao crescimento das algas nos sistemas de irrigação e à contaminação das águas de subsuperfície (QADIR; SCOTT, 2010).

Além do eventual excesso de nutrientes, outros componentes das águas residuárias urbanas podem causar impactos negativos às culturas, ao ambiente e à saúde humana. Sais, metais pesados provenientes de indústrias, sólidos suspensos, compostos orgânicos, ácidos e bases podem causar salinização e poluição dos solos, danos aos sistemas de irrigação, crescimento vegetativo das culturas, alteração da mobilidade de metais no solo, poluição das águas subterrâneas, contaminação das culturas e danos à saúde dos consumidores e dos irrigantes (OMS, 2006).

• O maior risco associado ao uso de águas residuárias na agricultura são os possíveis impactos à saúde pública devido à presença de patógenos nessas águas. As bactérias, vírus, protozoários e helmintos estão presentes nas águas residuárias e podem contaminar os solos e as culturas representando um risco à saúde tanto dos trabalhadores como a dos consumidores de alimentos produzidos nas áreas irrigadas com águas residuárias (SCHEIERLING et al., 2010).

Segundo a OMS (2006), os maiores riscos de contaminação por patógenos estão relacionados ao consumo de alimentos crus. Além disso, alguns desses microrganismos sobrevivem por longos períodos de tempo no solo e nas culturas, e também podem sobreviver tanto ao transporte quanto à estocagem dos alimentos. Duarte (2006) mostrou que pimentões irrigados por gotejamento com água residuária tratada são menos contaminados do que os frutos comercializados. Assim, antes do uso indiscriminado de águas residuárias na agricultura irrigada é necessário adotar-se sistemas de desinfecção destas águas que garantam padrões de qualidade para a proteção da saúde humana, da saúde animal e também do meio ambiente.

Processos de desinfecção de águas residuárias:

A principal forma de desinfecção realizada nas estações de tratamento em todo o mundo, inclusive no Brasil, é a cloração (AISSE et al., 2003). Processo de desinfecção química que utiliza cloro, mas que apresenta significativas desvantagens, uma vez que o cloro pode reagir com material orgânico formando compostos cancerígenos e, também, porque existem microrganismos resistentes a esse tratamento (PONTIS, 1990; RELI 1992).

• Os métodos físicos baseiam-se na retenção mecânica dos microrganismos por filtragem ou pelo aquecimento do líquido. A desinfecção fotoquímica tem efeito bactericida quando os fótons de luz são absorvidos pelos fotosintetizadores, passando a um estado de excitação elétrica e reagindo com moléculas de oxigênio, produzindo espécies reativas do oxigênio que causam ruptura das pontes de hidrogênio do material genético das bactérias (KEHOE et al., 2001).

No entanto, a maioria dos métodos de desinfecção são processos dispendiosos e que muitas vezes necessitam de mão de obra especializada, ou seja, são de difícil aplicabilidade em pequenas propriedades e em comunidades de baixa renda sem infraestrutura para construir e manter o sistema operante. Para que países em desenvolvimento e/ou comunidades rurais de baixa renda possam utilizar águas residuárias na agricultura com poucos riscos sanitários faz-se necessário à adoção de um sistema de desinfecção eficaz, com baixo custo de instalação, que não precise de produtos químicos ou energia elétrica, de infraestrutura simples, de fácil utilização e com manutenção pouco dispendiosa.

• Uma alternativa bastante promissora para o preenchimento destas características é o processo de desinfecção solar (SODIS: solar disinfection), uma vez que a radiação solar é uma fonte de energia limpa e renovável, que não gera subprodutos tóxicos e está disponível a todos.

Desinfecção solar:

O primeiro trabalho que constatou o efeito da luz sobre bactérias e outros organismos foi realizado no final do século XIX por Downes e Blunt (1877), que relataram os efeitos inibidores da radiação solar sobre o crescimento bacteriano.

• Porém, foi somente no final do século XX, em Beirute, que a tecnologia SODIS foi estudada e desenvolvida como uma solução extremamente barata para a desinfecção de água para consumo humano (ACRA et al., 1984). Os resultados obtidos mostraram que é possível diminuir em três logaritmos (log) a concentração de E.coli com apenas 75 minutos de exposição à radiação solar e que os maiores efeitos germicidas são observados na amplitude de onda correspondente à dos raios UV.

Segundo Oates (2001) o sol emite energia na forma de radiação eletromagnética e a tecnologia SODIS utiliza a energia de diferentes bandas do espectro eletromagnético para destruir os patógenos. 

• Para os humanos, a UV-B é a radiação mais perigosa, pois é a principal responsável pela ocorrência de câncer de pele e é parcialmente absorvida na atmosfera (RYER, 1998). Entretanto, para os microrganismos a radiação UV-C é a mais letal, porque é na faixa de onda de 260nm que ocorre a absorção máxima de radiação por seu material genético (USEPA, 2003).

A camada de ozônio na atmosfera terrestre absorve grande parte da radiação UV-C e UV-B, permitindo que apenas a radiação UV-A atinja a superfície em quantidades significativas (EAWAG/SANDEC, 2002). Portanto, o efeito bactericida da radiação solar está associado principalmente à radiação UV-A (315 a 400nm), como demonstrado nos trabalhos de Acra et al. (1984) e Wegelin et al. (1994).

Desinfecção solar da água utilizando garrafas PET