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Entenda como o cloro atua na desinfecção da água de consumo

por Kamila Jessie | 11/08/2020
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A cloração é uma etapa crucial do tratamento de água para garantir sua segurança na distribuição

O cenário de pandemia tem colocado a gente para pensar sobre limpeza, higiene e descontaminação em geral, bem como nossos hábitos relacionados a isso. Mas para saber se o tratamento dedicado à superfície ou à água é eficaz, precisamos entender os conceitos por trás da desinfecção. Para isso, vamos falar um pouco da química do cloro na inativação de microrganismos e o que isso tem a ver com engenharia.

O cloro é um agente desinfetante que utilizamos nos sistemas de abastecimento de água, visando manter um residual livre que seja capaz de inativar microrganismos que porventura contaminem a rede ou, por exemplo, nosso reservatório domiciliar (a caixa d’água). Nas soluções residenciais, estamos mais familiarizados com compostos que têm cloro, como hipoclorito de cálcio (comercializado em pastilhas e em geral usado para desinfetar piscinas) e hipoclorito de sódio, a água sanitária.

Considerando o cloro, portanto, como um insumo em uma estação de tratamento de água (ETA), sua demanda é uma questão de gerenciamento da planta e, portanto, de engenharia. Além disso, a maneira como será aplicado também determinará como a instalação será concebida. Formas de aplicação seriam a injeção de cloro gasoso ou a geração no local por eletrólise, por exemplo.

O que é a cloração?

Usamos “cloração” como termo genérico para a adição de cloro à água, que pode ter objetivos como a desinfecção, ou seja, a inativação de microrganismos até um nível seguro para a saúde, ou a oxidação. No segundo caso, estamos nos referindo a alterações nas características da água por reações químicas de oxirredução. O cloro e seus compostos são fortes agentes oxidantes.

A característica oxidante implica em vários efeitos sobre microrganismos. Dentre eles, podemos citar a oxidação do protoplasma celular enquanto o composto é difundido na célula e, além disso, acredita-se que o cloro é capaz de alterar o arranjo de algumas enzimas e, em muitos casos, inativa-las diretamente. Outra questão é o “ataque”, isto é, a alta reatividade com elementos da membrana celular dos microrganismos, destruindo sua permeabilidade seletiva e, portanto, permitindo a difusão de solutos vitais para as células. Basicamente, os microrganismos são inativados diretamente ou tornam-se muito enfraquecidos e expostos às condições ambientais.

Efeito do cloro sobre microrganismos da espécie Amoeba proteus ao longo do tempo. Autor: Faraz Harsini, PhD. Fonte: youtube.com/channel/UC-o0T--lN7iPHc0oWaBYi7g
Efeito do cloro sobre microrganismos da espécie Amoeba proteus ao longo do tempo. Autor: Faraz Harsini, PhD. Fonte: youtube.com/channel/UC-o0T–lN7iPHc0oWaBYi7g

É importante destacar que microrganismos de diferentes espécies apresentam tolerâncias variadas ao desinfetante. Além disso, a inativação em si dependerá de uma relação entre a concentração de cloro disponível na água e o tempo de contato.

Como saber quanto cloro usar?

A demanda de cloro é função da qualidade da água. Entende-se que ao sair do sistema de tratamento convencional, a água estará livre de microrganismos patogênicos e outros compostos oxidáveis, então não haverá muito o que o cloro “atacar”. Entretanto, falando de química, há toda uma questão de equilíbrio que dependerá de fatores como pH e temperatura. Outro detalhe é que para que o cloro aja de forma efetiva para inativar os microrganismos, é necessário um tempo de contato. Em casa, para alvejar roupas, a gente precisa deixa-las de molho por um tempo, não é? A inativação de microrganismos também não ocorre de forma instantânea.

Quando o cloro é adicionado à água, várias espécies encontram-se em equilíbrio, dentre as quais o íon cloreto (Cl) e o ácido hipocloroso (HOCl). A ação desinfetante e oxidante do cloro é controlada pelo ácido hipocloroso, um ácido fraco, que desejamos manter presente na água. Por isso o pH deve ser favorável à sua manutenção. As águas de abastecimento, em geral, apresentam valores de pH em que as formas presentes são o ácido hipocloroso (HOCl) e o íon hipoclorito (OCl), formas que chamamos de cloro residual livre.

O objetivo é manter uma concentração adequada de cloro residual livre na água, sem comprometer a segurança dos usuários e seguindo o Padrão de Potabilidade do Ministério da Saúde (PRC n° 5, 2017). O residual livre, entretanto, não é apenas função de quanto é dosado, mas o nitrogênio amoniacal presente na água, pH, temperatura e tempo de reação. Mas o que esse nitrogênio tem a ver?

Cloração no breakpoint

Quando existem, na água, amônia e compostos amoniacais, ocorre a formação de compostos clorados ativos, denominados cloraminas. O cloro presente sob a forma de cloraminas é denominado cloro residual combinado. Essas substâncias são a monocloramina, dicloramina e tricloramina e sua formação será função de quantidade de nitrogênio presente, bem como pH, temperatura e o tempo de reação.

Existe ação desinfetante por parte das monocloraminas, mas a eficiência é menor do que a obtida pelo íon hipoclorito. Dicloraminas e tricloraminas são desaconselháveis porque apresentam odor forte e baixo poder desinfetante. A destruição dessas moléculas pode ser obtida com o aumento da dosagem de cloro, gerando uma inflexão no gráfico que relaciona o cloro residual disponível com o dosado. Esse ponto é chamado de breakpoint e ele é conhecido por meio de testes em laboratório que usam a água a ser desinfetada, diferentes doses de cloro em um tempo fixo de contato e a análise do residual livre.

Gráfico genérico de cloração ao breakpoint. Adaptado de Macedo et al. 1999.
Gráfico genérico de cloração ao breakpoint. Adaptado de Macedo et al. 1999.

Vale apontar aqui que a desinfecção de esgoto tratado é uma prática ideal para evitar a contaminação do corpo d’água receptor. Essa matriz, diferentemente da água, está mais suscetível a apresentar níveis mais altos de nitrogênio amoniacal, exigindo, portanto, doses de cloro maiores para alcançar o breakpoint.

Referências:

DI BERNARDO, Luiz; DANTAS, Angela Di Bernardo; VOLTAN, Paulo Eduardo Nogueira. Métodos e técnicas de tratamento de água. São Carlos: Editora Cubo, 2017.

MACEDO, J. A. B.; Andrade, N. J.; Chaves, J. B. P.; Araújo, J. M. A.; Silva, M. T. C.; Jordão, C. P. Formação de trihalometanos em soluções sanificantes utilizadas no processo de desinfecção de industrias de alimentação. Revista do instituto de lacticinios Cândido Tostes, 54(309), 216-230, 1999.

MEYER, Sheila T.. O uso de cloro na desinfecção de águas, a formação de trihalometanos e os riscos potenciais à saúde pública. Cad. Saúde Pública,  Rio de Janeiro ,  v. 10, n. 1, p. 99-110,  mar.  1994 .

Tem alguma dúvida sobre desinfecção de água? Conta para a gente nos comentários!

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Kamila Jessie

Engenheira ambiental e sanitarista, MSc. e atualmente doutoranda em Engenharia Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo. http://orcid.org/0000-0002-6881-4217

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