Avaliação da formação de trihalometanos em processos de cloração da água, efeito da natureza da matérias orgânica e de processos auxiliares de desinfecção

Abstract

Resumo: A água para abastecimento público, antes de ser distribuída, deve ser submetida a tratamento, incluindo operações de desinfecção, que evitam a veiculação de doenças pelo seu consumo. A cloração é utilizada como desinfetante da água há mais de um século, sendo o mais disseminado no mundo, e obrigatório nas operações de tratamento no Brasil. Entretanto, outras formas de desinfecção podem ser aplicadas, entre elas a radiação ultravioleta (UV) e a ozonização. A opção por métodos alternativos à cloração é devida à formação de subprodutos indesejados da desinfecção da água, originados na reação entre o desinfetante e a matéria orgânica natural (MON) dissolvida. Entre os subprodutos da cloração, destaca-se a classe dos tri-halometanos (THMs), que são objeto de atenção sanitária por causarem efeitos deletérios à saúde. Objetivou-se neste trabalho verificar de que maneira os desinfetantes cloro, ozônio e radiação UV atacam um modelo da matéria orgânica natural (ácido húmico comercial) e se o uso do ozônio e do ultravioleta como prétratamentos à cloração são eficientes na redução de tri-halometanos. Utilizou-se um planejamento fatorial fracionário a fim de verificar a influência das condições de cloração na concentração de THMs e sua especiação, bem como foram realizados estudos da formação de THMs em função do tempo. Além disso, verificou-se o efeito da aplicação de pré-tratamentos baseados em irradiação UV e ozonização, em que se acompanhou a formação de THMs e a degradação do ácido húmico comercial por meio de técnicas espectroscópicas diversas. Os resultados do planejamento fatorial fracionário indicaram que na cloração e subsequente formação de THMs a influência dos fatores concentração de hipoclorito de sódio, concentração de ácido húmico, concentração de brometo de potássio, temperatura e pH é diferente para cada THM. Foi também percebida a competição entre cloro e bromo na formação de THMs. Apesar das diferenças, as cinéticas de formação podem ser descritas como de primeira ordem em relação aos quatro THMs estudados. Por meio dos ensaios espectroscópicos, observou-se que os três métodos de desinfecção empregados atacam principalmente as estruturas aromáticas da MON. O ozônio apresentou ação pouco seletiva e bastante pronunciada, e a radiação UV se mostrou menos reativa nas condições empregadas. No uso de O3 e UV como pré-tratamentos, observou-se que, apesar de apresentarem comportamentos distintos no ataque ao ácido húmico, as duas técnicas têm comportamento semelhante na posterior produção de THMs: são capazes de reduzir significativamente sua concentração em águas livres de brometos, mas aumentam a concentração destes subprodutos da cloração quando aplicados na presença de brometos. Concluiu-se que o tratamento de água deve ser determinado em função das características da água bruta e não deve ser universalizado, e que o polimento da água imediatamente antes do consumo pode ser recomendável como boa prática sanitária para redução da exposição a THMs. Palavras-chave: Desinfecção. Cloro. Ozonização. Irradiação ultravioleta. Subprodutos de desinfecção.

Abstract: Water for public supply, before being distributed, must undergo treatment, including disinfection operations, which prevents the spread of diseases by its consumption. Chlorination has been used as a water disinfectant for more than a century, being the most widespread in the world, and mandatory in treatment operations in Brazil. However, other forms of disinfection can be applied, including ultraviolet (UV) radiation and ozonation. The choice of alternative methods to chlorination is due to the formation of unwanted by-products of water disinfection, which originate from the reaction between the disinfectant and dissolved NATURAL organic matter (NOM). Among the by-products of chlorination, we highlight the class of trihalomethanes (THM), which are subject to sanitary attention because they cause deleterious effects on health. The objective of this study was to verify how chlorine, ozone and UV radiation attack a natural organic matter model (commercial humic acid) and whether the use of ozone and ultraviolet as chlorination pre-treatments are efficient in the reduction of trihalomethanes. A fractional factorial design was used to verify the influence of the chlorination conditions on the concentration of THMs and their speciation, and studies of the formation of THM as a function of time were also performed. In addition, the effect of the application of pre-treatments based on UV irradiation and ozonation was verified, in which the formation of THM and the degradation of commercial humic acid were monitored through several spectroscopic techniques. The results of the fractional factorial design indicated that in the chlorination and subsequent formation of THM the influence of the factors sodium hypochlorite concentration, humic acid concentration, potassium bromide concentration, temperature and pH is different for each THM. The competition between chlorine and bromine in the formation of THMs was also noticed. Despite the differences, the formation kinetics can be described as first order in relation to the four THM studied. By means of the spectroscopic tests, it was observed that the three disinfection methods employed mainly attack the aromatic structures of NOM. Ozone presented little selective and quite pronounced action, and UV radiation was less reactive under the conditions employed. In the use of O3 and UV as pre-treatments, it was observed that, despite presenting different behaviors in the humic acid attack, the two techniques have similar behavior in the subsequent production of THM: they are able to significantly reduce their concentration in waters free of bromides but increase the concentration of these chlorination by-products when applied in the presence of bromides. It was concluded that water treatment should be determined according to the characteristics of raw water and should not be universalized, and that polishing water immediately prior to consumption may be recommended as good sanitary practice to reduce exposure to THM. Key-words: Disinfection. Chlorine. Ozonation. Ultraviolet irradiation. Disinfection byproducts.