ÁREA: Ambiental
TÍTULO: INATIVAÇÃO DA PSEUDOMONAS AERUGINOSA EM ÁGUA PURA POR RADIAÇÃO UV-C: CINÉTICA E DOSE DE RADIAÇÃO
AUTORES: SILVA, E. C. (UFPE) ; PALHA, M. A. P. F. (UFPE) ; SARMENTO, S. M. (UFPE)
RESUMO: O processo de inativação por radiação UV-C da Pseudomonas aeruginosa em água sem nutrientes foi analisado com base no modelo empírico de Chick-Watson modificado e conceito de Dose. Utilizaram-se os conceitos recorrentes para a intensidade de radiação: irradiancia emitida e da fluência da intensidade de radiação no fotorreator de acordo com o Modelo clássico de Beer-Lambert, assim como, por aquele desenvolvido para a fluência da energia radiante incidente para um fotorreator anular (Silva, 2007). Estas maneiras distintas de interpretar-se a variável de processo intensidade de radiação levaram a distintos valores para os parâmetros cinéticos e a Dose, sendo que o uso da energia radiante incidente leva a valores mais realistas (k = 1,7978 cm2.mW-1.s-1 e Dose = 37,7 mW.s.cm-2).
PALAVRAS CHAVES: pseudomonas aeruginosa; dose de radiação uvc; cinética de inativação
INTRODUÇÃO: O processo de inativação de microrganismos via radiação UV-C é uma alternativa limpa aos processos químicos. A ação germicida da UV-C dá-se com a inibição da função reprodutora das células microbianas resultante da formação fotoquímica do dímero da
pirimidina no DNA das células. A eficiência do processo depende das características do campo de radiação desenvolvido no fotorreator, as quais dependem do projeto deste. O projeto de equipamentos eficientes pauta-se na modelagem
rigorosa do processo a desenvolver. Para os fotorreatores, além das análises dos campos de concentração e térmico é necessária análise do campo de radiação. Desta análise, obter-se-ão as variáveis de processo: energia radiante na
entrada do fotorreator, perfil de atenuação desta energia ao longo do caminho ótico e etc (Cassano et al., 1997). A dose de radiação UV-C (Dose) é uma variável básica do processo de desinfecção de águas. É definida (sistema bataleda) como Dose=I*.tirr (I*: intensidade de radiação, tirr: tempo de irradiação). O valor de I* tem sido calculado segundo as interpretações: irradiancia da lâmpada, a irradiância na entrada ótica do fotorreator, alguma taxa de fluência no fotorreator (Labas et al., 2007). Este trabalho contribui relevantemente sobre o processo de inativação da bactéria Pseudomonas aueruginosas em água sem nutrientes, cuja análise está focada na avaliação dos parâmetros cinéticos e Dose, sendo:
a) Modelo de Chick-Watson modificado: (dC(t)/dt)=-k(VI/VT)*I*C(t);[1]
b) Intensidade de radiação emitida, Modelo E-SDE: I0=P/(2.µ^2.R.L);[2]
c) Média ao longo do caminho ótico da intensidade de radiação dada por (Beer-Lambert) (Cassano et al., 1997): I*=I0.exp(-alpha.r);[3]
d) Energia radiante incidente média (Silva, 2007): <Gv(t)>=(Gw/KT(t).(AI/VI).{1-exp[-KT(t).(ri-re)]};[4]
MATERIAL E MÉTODOS: A cepa de utilizada Pseudomonas aeruginosa foi a ATCC 27853 - DAUFPE: 416. O fotorreator anular (Figura 1) foi construído em quartzo e borosilicato, tubos interno e externo, respectivamente. A lâmpada germicida usada foi de Marca Philips, Modelo TUV-36W. As águas-modelo (volume total: 8.000 cm3), em diversas concentrações, foram preparadas diluindo-se uma dada fração da suspensão-mãe, bactéria inoculada em 100 cm3 de meio asparagina por 24h a 35°C, em água destilada estéril. As amostras (20 cm3), no total de 15, foram realizadas a cada 300 s. A concentração de bactéria foi avaliada pelo método de espalhamento por semeadura usando-se para tal o meio de isolamento para Pseudomonas, Marca Difco (condição de incubação: 24h a 35°C). O fluxo de radiação incidente (Gw) e intensidade especifica espectral (I0) na entrada ótica do fotorreator, a 254 nm, foram quantificados por actnometria do ferrioxalato de potássio associada com as modelagens do campo de radiação e do perfil de concentração (Silva, 2007) e pelo Modelo de fonte tridimensional com emissão superficial difusa, Modelo E-SDE (Cassano et al., 1995), respectivamente. O coeficiente neperiano de absorção da bactéria a 254 nm foi medido via espectroscopia.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Pseudomonas aeruginosa apresentou coeficiente neperiano de absorção igual a 3,62x10^-9 cm2.UFC-1. De acordo com a especificação do fabricante o valor da potência útil da lâmpada Phillips TUV-36W é igual 5,61 w. Portanto, os valores calculados para I0 e <I> de acordo com as Equações 2 e 3, são 4,55458 mW.cm-2.sr e 3,52980 mW.cm-2.sr, respectivamente. Da actnometria tem-se que Gw=0,641 mW.cm-2, o que leva à 0,546 mW/cm2 para o valor do fluxo de radiação incidente médio. Obteve-se uma inativação de 99,99% da concentração inicial da bactéria em todos os casos. A Figura 2 apresenta a evolução dinâmicas da concentração média normalizada da Pseudomonas aeruginosa ao longo do processo, assim como aquela para a Dose (Co=1,46E7 UFC.cm-3). Como pode ser verificado, as curvas cinéticas estão praticamente sobrepostas uma as outras, indicando que a constante de inativação, k, independe da concentração inicial da bactéria. Ao sjustar-se o Modelo de Chick-Watson modificado aos dados, obtem-se os seguintes valores para k: 0,2157 sr.cm2.mW-1.s-1; 0,2781 sr.cm2.mW-1.s-1 e 1,7978 cm2.mW-1.s-1 para o Modelo E-SDE, modelo da intensidade de radiação média, e para o modelo da energia radiante incidente média respectivamente. Observa-se na Figura 2 que a forma de expressar-se a propriedade de campo chamada de intensidade de radiação afeta fortemente no valor calculado da Dose, sendo que a obtida com base na modelagem do campo de radiação, Equação 4, e no valor da fluxo de energia radiante incidente na entrada ótica do fotorreator, Gw, leva a valores mais realistas. Para uma inativação de 99% das células ativas necessitou-se de uma Dose de 37,7 mW.s/cm2. Para este patamar de inativação Chernicharo et al. (2001) obtiveram 10,5 mW.s/cm2 para a mesma bactéria (obtido por radiometria).
CONCLUSÕES: A cinética de inativação da pseudomonas aerugionsa em água pura, nas condições operacionais testadas, independe da concentração inicial, porém depende da forma como a chamada intensidade de radiação é definida. Quando usada a energia incidente radiante média, leva a valores para a constante de inativação (k = 1,7978 cm2.mW-1.s-1) e a Dose de radiação (Dose = 37,7 mW.s/cm2) mais realísticos.
AGRADECIMENTOS: CNPQ, CAPES e Depto de Antibióticos-UFPE pelo financiamento da pesquisa, bolsa de mestrado ao Eng E.C. Silva e fornecimento da cepa da bactéria, respectivamente
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CHERNICHARO, C.; DANIEL, L. A.; SENS, M.; FILHO, B. F. 2001. Pós-tratamento de Efluentes Anaeróbios por Sistemas de Desinfecção. Belo Horizonte. 544p. Projeto PROSAB;
LABAS, M. D.; BRANDI, R. J.; MARTÍN, C. A.; CASSANO, A. E. 2006. A Contribution to The UV Dose Concept for Bacteria Disinfection in Well Mixed Photoreactors. Chemical Engineering Journal, 116, 197-202;
SILVA, A. B. 2007. Desinfecção de água contaminada com Escherichia coli por radiação UVC - desenvolvimento de fotorreator e estudo cinético. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Pernambuco.
