PT107341A - Sistema de desinfecção localizado para sistemas aquosos de grande dimensão - Google Patents

Abstract

A ESPECIFICAÇÃO PRESENTE DIZ RESPEITO A UM MÉTODO PARA CONTROLAR AS PROPRIEDADES MICROBIOLÓGICAS DE UMA QUANTIDADE DE ÁGUA ADENTRO DE UMA ENTIDADE AQUOSA DE GRANDE DIMENSÃO, TRATANDO A ZONA REFERIDA COM AGENTES QUÍMICOS, CONSOANTE A TEMPERATURA DA ÁGUA, A SUA SALINIDADE, O SEU PODER DE DILUIÇÃO E A DIFUSÃO DOS PRODUTOS QUÍMICOS PELA ENTIDADE AQUOSA DE GRANDES DIMENSÕES.

Description

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DESCRIÇÃO

"SISTEMA DE DESINFECÇÃO LOCALIZADO PARA SISTEMAS AQUOSOS DE GRANDE DIMENSÃO"

DOMÍNIO DA INVENÇÃO A especificação presente diz respeito a um método para controlar as propriedades microbiológicas de uma quantidade de água adentro de uma entidade aquosa de grande dimensão, focando-se no tratamento da porção de água referida, em que a porção de água do sistema aquoso de grande dimensão cumpre determinadas condições especificas de sanidade microbiológica. A especificação presente permite a utilização de grandes sistemas aquosos com fins recreativos por pate de pessoas, de um modo seguro, evitando o tratamento da totalidade do sistema aquoso. 0 método também inclui adicionarem-se compostos químicos em função de um método de determinação de parâmetros baseado na ORP, na temperatura, na salinidade, e opcionalmente na difusão de compostos químicos, bem como no poder de diluição da água. Os resultados incluem a utilização de menos umas ordens de grandeza de produtos químicos para tratar a água, e num menor consumo energético. Deste modo, a especificação presente pode permitir a utilização de determinadas zonas adentro de grandes sistemas aquosos artificiais ou naturais por parte de pessoas, tais como 2 grandes lagos, lagoas, reservatórios, barragens, spas, tanques, ou o mar; com finalidades recreativas e de um modo seguro, ultrapassando a limitação ou a impossibilidade de se tratar a totalidade do sistema aquoso.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Diversos estudos à escala mundial mostram que a qualidade da água existente em diversos sistemas aquosos de grande dimensão, tais como lagos, reservatórios, barragens, e no mar, apresentam caracteristicas bacteriológicas e físicas que não cumprem os padrões de segurança e de qualidade da água necessários para finalidades recreativas. Portanto, a utilização desses sistemas aquosos de grande dimensão para finalidades recreativas pode representar ameaças para a saúde das pessoas, e afectar de modo adverso as comunidades e a geografia circundantes. A poluição da água pode dizer respeito à alteração das suas características químicas, físicas e biológicas devida à actividade humana. Como a população mundial tem crescido exponencialmente ao longo do tempo, a procura de espaços de vida e recreativos tem aumentado, utilizando-se em consequência sistemas aquosos naturais ou artificiais com diferentes objectivos. A população em aumento tem ocupado a periferia das grandes cidades, aumentando a procura de terreno e dos serviços relacionados. Além disto, o número de indústrias tem aumentado, provocando diversas consequências ambientais que também afectam a qualidade destes sistemas aquosos de grande dimensão. 3

Um efeito que contribui para água de má qualidade é a poluição da água. A água pode ser contaminada através da adição de esgotos, por contaminação industrial, pelo desenvolvimento excessivo nas margens dos sistemas aquosos, por fluidos provenientes da agricultura e da urbanização, pela poluição do ar, etc. Além disto, temperaturas mais altas podem afectar de forma adversa as propriedades micro-biológicas e físicas da água e permitir uma proliferação rápida de micro-organismos que podem afectar negativamente a saúde humana. Estes exemplos podem levar a qualidade da água a descer abaixo dos padrões indispensáveis para água com finalidades recreativas.

Inclui-se nos efeitos da poluição da água o impacto sobre a saúde dos organismos vivos adentro dos sistemas aquosos, e eventualmente sobre a saúde dos seres humanos que possam utilizar essa água quer directa, quer indirectamente.

Além disto, a quantidade de nutrientes que entram para dentro dos sistemas aquosos de grande dimensão tem aumentado muito ao longo dos últimos anos, devido sobretudo ao aumento da urbanização e ao da agricultura, levando a um aumento do crescimento microbiano ou a uma eutrofização do sistema aquoso. Em condições de eutrofização, a quantidade de nutrientes leva ao aumento da taxa metabólica das plantas aquáticas, aumentando deste modo a procura bioquímica de oxigénio e diminuindo os valores de oxigénio 4 dissolvido na água. Além disto, a temperatura também afecta o teor em oxigénio dissolvido na água, uma vez que a água quente tem uma menor capacidade de manter oxigénio dissolvido. Portanto, combinando ambos os efeitos de diminuição do oxigénio, tais como os de uma maior quantidade de nutrientes e temperaturas mais elevadas, resulta num enfraquecimento dos organismos à medida que se tornam mais susceptiveis a doenças, parasitas, e outros poluentes. Todos estes problemas originam uma influência negativa sobre a qualidade da água, provocando a proliferação de algas e de outros micro-organismos, que mais tarde morrem e criam um ambiente inseguro para as actividades recreativas das pessoas. Além disto, o aquecimento global tenderá a aumentar este tipo de problema por todo o mundo. Já foram feitos muitos estudos e análises em grandes sistemas aquosos utilizados para propósitos recreativos. Os grandes sistemas aquosos são utilizados para uma grande variedade de propósitos recreativos que incluem banhos, esqui aquático, windsurf, vela, e muitas outras actividades. No entanto, diversos sistemas aquosos utilizados para estes propósitos recreativos não cumprem as condições microbiológicas especificas de segurança sanitária aplicadas ao sistema aquoso por inteiro. Por exemplo, um estudo da EPA foi levado a cabo sobre mais de 1.000 lagos nos E.U.A., para analisar os riscos potenciais da utilização destes lagos para propósitos recreativos com contacto directo, verificando- se que mais do que 30 % de todos os lagos tinham impactos potencialmente de grande 5 espectro sobre a saúde humana, e mais do que 41 % dos lagos apresentam um potencial de exposição elevada ou moderada a toxinas algais. Além disto, verificou-se que as contagens microbianas e as concentrações em toxinas eram maiores em áreas residuais perto das margens do que em áreas de águas livres.

Muitos paises em todo o mundo têm regulamentos para a utilização de água para propósitos que incluam contacto directo, tais como para banhos, em condições seguras e higiénicas, e existem em geral dois tipos de regulamentações em relação à utilização para fins recreativos desses sistemas aquosos. 0 primeiro tipo de regulamentação tem a ver com piscinas, e necessita essencialmente de se manter um tampão clorado elevado e permanente para se manterem teores pequenos em micro-organismos e também em se evitar a contaminação da água quando novos banhistas entram na piscina. 0 tampão de cloro neutraliza os contaminantes e mata micro-organismos trazidos para a piscina por banhistas, entre muitos outros poluentes, mantendo deste modo uma água de alta qualidade adequada para propósitos recreativos. 0 segundo tipo de regulamento aplica-se a sistemas aquosos naturais ou artificiais de grandes dimensões, tais como lagos, o mar, lagoas, reservatórios, ou represas, entre outros sistemas aquosos de grandes dimensões, e referem-se aos critérios para banhos envolvendo contacto com o corpo inteiro com propósitos recreativos. Este regulamento baseia-se no poder de diluição da água. Quando a água tem teores aceitáveis em micro-organismos, e entram novos banhistas num sistema aquoso, os contaminantes são 6 diluídos de uma forma tal que os contaminantes não atingem uma concentração no sistema que cause efeitos significativos. Portanto, em grandes sistemas aquosos, não é necessário um tampão desinfectante devido ao elevador poder de diluição do grande volume de água, e por causa da sua capacidade natural para manter condições de salubridade.

Os regulamentos para água recreativa com contacto directo, tal como o que se aplica a lagos, ao mar, a lagoas ou a barragens; necessitam que a qualidade da água cumpra diversos padrões que permitem a utilização segura desses sistemas aquosos. Para se avaliar a adequabilidade dos sistemas aquosos de grande dimensão para propósitos recreativos com contacto directo, os padrões mais importantes são os parâmetros microbiológicos da água. Por exemplo, os critérios da EPA (Agência de Protecção Ambiental dos E.U.A.) para banhos com contacto directo do corpo todo em água recreativas apontam que para água doce, o E. coli não pode exceder 126 UFC por 100 mL de água, e os Enterococci não podem exceder 33 UFC por 100 mL de água. Para água do mar, as regras da EPA são de que os Enterococci não podem exceder 35 UFC por 100 mL de água. A título de outro exemplo, no Chile, a Norma NChl333 para água recreativas para contacto directo afirmam que a água não pode conter mais do que 1.000 UFC de coliformes fecais por 100 mL de água (incluindo E. Coli, entre outras). Portanto, aplicam-se normas rigorosas quando os referidos sistemas aquosos de grande dimensão são utilizados para finalidades recreativas com contacto directo. 7 É portanto um desafio significativo obterem-se estas condições microbiológicas especificas em sistemas aquosos de grande dimensão que estão correntemente considerados não adequados para propósitos recreativos, uma vez que a aplicação de grandes quantidades de agentes químicos e desinfectantes sobre todo o sistema aquoso de grande dimensão de modo a cumprir as condições específicas de salubridade é tecnicamente inexequível, económica e ambientalmente. Deste modo, o tratamento do sistema total de água para que sejam cumpridas as condições microbiológicas sanitárias específicas quando aplicado ao sistema aquoso é impossível na maior parte das vezes.

Além disto, embora alguns sistemas aquosos possam respeitar os regulamentos microbiológicos para águas recreativas envolvendo contacto directo, ou mesmo regulamentos mais limitativos aplicados ao sistema aquoso, existem organismos patogénicos tais como protozoários, e especificamente amibas, entre outros, que podem estar presentes nestes sistemas aquosos, em particular os de menor salinidade ou as águas mais quentes. Portanto, não há garantias de que mantendo os regulamentos bacteriológicos para águas destinadas a contacto directo recreativo, possa assegurar permanentemente condições de segurança para banhos.

Com grandes massas de água, aparentemente as tecnologias de tratamento de água aplicadas a piscinas obrigam à adição de agentes químicos para se manter um tampão clorado permanente de pelo menos 1,5 ppm, ou a manter um ORP permanente de pelo menos 750 mV. Correntemente, não existem métodos práticos conhecidos para tratar grandes sistemas aquosos contaminados por micro-organismos, tais como lagos, o mar, lagoas, reservatórios, ou represas, porque os métodos correntes são tecnicamente, economicamente, e ambientalmente inviáveis para grandes massas de água. O ORP tem vindo a predominar como metodologia primária para normalizar os parâmetros da desinfecção de águas. O metabolismo dos micro-organismos e consequentemente a sua capacidade para sobreviver e se propagarem são influenciados pelo ORP (Potencial de Oxidação Redução) do meio no qual eles vivem. De um ponto de vista bacteriológico, um composto oxidante remove e aceita os electrões da membrana celular (reacção de redução-oxidação) , fazendo com que a célula se torne instável e levando rapidamente à sua morte. O Potencial de Oxidação Redução (ORP), isto é, a tendência de um composto químico para adquirir electrões provenientes de outra espécie, pode ser controlado pela adição de diferentes desinfectantes que permitem tratar a água e matar os micro-organismos perigosos que podem criar um ambiente perigoso para propósitos recreativos. Além disto, a temperatura da água desempenha um papel importante nas suas características bacteriológicas e na proliferação de micro-organismos, sendo que a proliferação dos micro-organismos tende a aumentar a temperaturas mais elevadas. Além disto, a salinidade da água também desempenha um papel 9 importante nas suas propriedades bacteriológicas, porque vários micro-organismos necessitam de valores de salinidade específicos para serem capazes de proliferar, e não aguentam meios com salinidades diferentes. Por exemplo, alguns protozoários patogénicos só crescem em água com salinidades inferiores a 2 %, em peso, e portanto a salinidades superiores esses micro-organismos não crescerão nem proliferarão.

As tecnologias de tratamento da água das piscinas necessitam da adição de grandes quantidades de agentes químicos, para manter parâmetros de desinfecção adequados. Pra sistemas aquosos de grande dimensão, aplicar as tecnologias correntes de desinfecção de piscinas é inviável tecnicamente e economicamente, por causa da grande quantidade de produtos químicos que seria necessária, e que provocariam danos ambientais importantes.

Correntemente, não existem métodos praticáveis para desinfectar sistemas aquosos de grande dimensão, e o tratamento destes, tais como lagos, o mar, lagoas, reservatórios, ou represas. Caso as tecnologias de desinfecção tradicional fossem utilizadas, um sistema de tratamento e de desinfecção seria tecnicamente, economicamente, e ambientalmente inviável. Portanto, pretende-se proporcionar um método para tratar grandes massas de água, e preferivelmente artes delas bem definidas, para proporcionar zonas que cumpram as condições de sanidade microbio-lógica específica, utilizando-as com propósitos recreativos de um modo seguro. 10

Existe portanto um problema por resolver relativo às utilizações recreativas de grandes sistemas aquosos naturais ou artificiais tais como lagos, lagoas, o mar, ou represas, com uma água de má qualidade. As caracteristicas microbiológicas destes grandes sistemas aquosos têm que cumprir os regulamentos para água de contacto directo ou regulamentos mais limitativos que se apliquem ao sistema aquoso especifico, para permitirem as práticas de actividades recreativas em segurança adentro dos sistemas aquosos, e também para evitar quaisquer ameaças à saúde da comunidade ou aos terrenos próximos, o que hoje em dia não ocorre em muitos dos sistemas aquosos de grande dimensão no mundo.

Estado da Técnica A Patente US N° 6.231.268 descreve um método e um aparelho para o tratamento de sistemas aquosos de grandes dimensões por circulação forçada, em que o dispositivo e o método da US 6.231,268 dizem respeito a manter a circulação da água de grandes massas de água para evitar a falta de oxigénio, áreas estagnadas, congelação, e outras condições de não uniformidade. A US 6.231.268 não menciona nem descreve um método para tratar uma porção da água e um grande sistema aquoso para que cumpra condições sanitárias micro-bacteriológicas bem determinadas, mas descreve apenas um método para manter a circulação adentro do sistema aquoso de grande dimensão. 0 método da US 6.231.268 não 11 aplica produtos químicos através de meios difusores para criar uma zona que cumpre as disposições sanitárias, mas mantém uma circulação adentro do sistema aquoso grande, que poderia dispersar os produtos químicos através do sistema aquoso, não permitindo a criação de uma zona cumprindo as disposições sanitárias. A Patente US N° 6.317.901 descreve uma piscina de água doce ou salgada, em que a piscina é criada sobre um sistema aquoso natural ou artificial, que permite utilizar a água de um tal sistema evitando a contaminação devida ao solo ou a outros sedimentos contidos no sistema aquoso de grande dimensão por intermédio de barreiras físicas que permitem apenas a passagem de água através delas, e não a de contaminantes, o que obriga à instalação de meios de contenção físicos adentro do sistema aquoso de grande dimensão. A Patente CN 102.092.824 descreve um sistema de circulação de água para charcos, lagos, tanques municipais, e outros sistemas aquosos, em que o sistema de circulação de água permite criar um caudal da água do fundo para a água superficial, evitando a eutrofização do sistema aquoso. A Patente CN 102.092.824 não menciona nem descreve um método para controlar as propriedades microbiológicas de uma porção da água adentro de sistemas aquosos de grande dimensão, para criar zonas que cumprem as limitações sanitárias e permitem a utilização da água com propósitos recreativos. 12

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De uma forma surpreendente, a especificação presente controla as propriedades microbiológicas tratando uma porção de um sistema aquoso de grande dimensão, em que a porção tratada do sistema aquoso de grande dimensão cumpre as condições sanitárias microbiológicas especificas sem ser necessário tratar a totalidade do sistema aquoso, proporcionando portanto uma zona que cumpre do ponto de vista sanitário, localizada de tal modo que inclua a área utilizada com propósitos recreativos, aonde a qualidade da água cumpre condições sanitárias microbiológicas específicas . 0 método permite tratar-se uma pequena porção do volume total de água. Portanto o método apenas recorre a uma pequena quantidade de produtos químicos e consome uma pequena quantidade de energia devido à utilização de meios de alimentação que permitem a criação de zonas seguras que cumprem os regulamentos sanitários, sem ser necessário tratar a totalidade do sistema aquoso. Deste modo, a especificação presente possibilita a utilização por parte de pessoas e com finalidades recreativas, de determinadas zonas de sistemas aquosos de grande dimensão, de um modo seguro, ultrapassando a limitação decorrente da impossibilidade de se tratar todo o sistema aquoso de grande dimensão, tratando apenas a zona que será utilizadas para estas finalidades, e permite portanto utilizar-se um grande 13 número de lagos, zonas de costa marítima, lagoas, e muitos sistemas aquosos que hoje em dia se não podem utilizar devido a problemas de segurança ou sanitários, gerando deste modo oportunidades recreativas e turísticas sem precedentes que podem alterar o estilo de vida da pessoas em todo o mundo.

Pode levar-se a cabo o método em sistemas aquosos de grande dimensão, naturais ou artificiais, tais como lagos, o mar, estuários, reservatórios, represas, e lagoas. Além disto, a água contida nestes sistemas aquosos de grande dimensão pode ser água doce, água salobra, água salgada, ou água do mar.

Deste modo, em algumas formas de realização, a memória descritiva presente diz respeito a um método para controlar as propriedades microbiológicas da água identificando uma porção da água. 0 método também inclui manter-se pelo menos um valor mínimo de ORP na água durante pelo menos um período de tempo mínimo, dependendo da salinidade e da temperatura da água, distribuindo agentes químicos para manter pelo menos o valor mínimo de ORP durante pelo menos o período de tempo mínimo. A distribuição dos agentes químicos pode preferivelmente ser levada a cabo com sistemas de alimentação que permitam criar zonas seguras que cumprem os parâmetros sanitários. A distribuição dos agentes químicos pode adicionalmente ser baseada na difusão de produtos químicos na água e no poder de diluição da água. 14

Numa forma de realização, o método da memória descritiva presente inclui: a. identificar uma porção de água que se pretenda utilizar com propósitos recreativos, adentro do sistema aquoso de grande dimensão, e definir os meios de alimentação; b. manter um valor mínimo do ORP na referida porção de água durante pelo menos um período de tempo mínimo, em que o valor mínimo de ORP e o período mínimo de tempo não possam ser menores do que os valores calculados por: i. uma determinação da zona mais desfavorável na referida porção de água; ii. uma determinação da salinidade da água na zona mais desfavorável; iii. uma determinação do valor mínimo de ORP com base na salinidade da água, em que: -para salinidades da água entre 0 % e até 1,5 %, o valor mínimo de ORP seja de 550 mV; -para salinidades da água superiores a 1,5 %, e de até 2,5 %, o valor mínimo de ORP seja calculado pela equação seguinte: 15 [Valor mínimo de ORP, em mV] = 625 - 50*[Salinidade da água, % (Percentagem Ponderai)]; e -para salinidades da água maiores do que 2,5 %, o valor de ORP seja de 500 mV; e iv. uma determinação da temperatura da água na zona mais desfavorável; e v. uma determinação do período de tempo mínimo com base na temperatura da água, em que: -para temperaturas da água de entre 5°C e 35°C, se calcula o período mínimo de tempo pela seguinte equação: [Período mínimo de tempo em minutos] = 80 - 2*[Temperatura da água em °C]; e -para temperaturas da água de entre 35°C e até 45°C, se calcula o período mínimo de tempo pela seguinte equação: [Período mínimo de tempo em minutos] = 5*[Temperatura da água em °C]-165; c. distribuindo-se uma quantidade eficaz de 16 agente químico de modo a que se mantenha pelo menos o valor mínimo de ORP durante pelo menos o período mínimo de tempo e na zona mais desfavorável, e d. Repetindo-se o passo c de modo a evitar que o valor de ORP na zona mais desfavorável diminua mais do que 2 0 % do valor mínimo de ORP.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS documento ilustram presente.

Os desenhos anexos, que se incorporam neste e constituem uma parte da memória descritiva, diversas formas de realização da invenção Nestes desenhos: A Figura 1 apresenta uma vista de cima de uma pequena secção do sistema aquoso de grande dimensão (2), e da zona que cumpre os parâmetros sanitários (1). A Figura 2 apresenta uma vista de cima de uma secção ainda mais pequena do sistema aquoso de grande dimensão e em especial da zona que cumpre os parâmetros sanitários (1), os meios de alimentação (3) e a zona delimitada (4). A Figura 3 apresenta um gráfico que representa a 17 variação do valor mínimo de ORP da água consoante a sua salinidade, em resultado de uma forma de realização do método da invenção presente. A Figura 4 mostra um gráfico que representa a variação do período mínimo de tempo durante o qual se mantém o valor mínimo de ORP de acordo com a temperatura da água, em resultado de uma forma de realização do método da invenção presente.

De acordo com a prática corrente, os diversos aspectos descritos não estão apresentados à escala, mas desenhados de forma a enfatizar características específicas. Os símbolos de referência denotam aspectos idênticos ao longo das Figuras.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO A descrição pormenorizada que se segue refere-se aos desenhos que a acompanham. Embora estejam descritas algumas formas de realização, são possíveis modificações, adaptações e outras implementações delas. Por exemplo, podem fazer-se substituições, adições ou modificações dos elementos ilustrados nos desenhos, e podem modificar-se os métodos descritos neste documento por substituição, colocação sob uma ordem diferente, ou adição de passos aos métodos descritos. Portanto, a descrição pormenorizada que se segue não limita o âmbito da memória descritiva. Embora 18 os sistemas e os métodos estejam descritos em termos de "incluírem" diversos aparelhos ou passos, os sistemas e métodos também podem "ser essencialmente constituídos por" ou "consistir em" os diversos aparelhos ou passos, a não ser quando se afirmar algo em contrário.

Definições À luz da memória descritiva presente, devem entender-se os seguintes termos ou frases com os significados descritos adiante:

Tal como se utilizam neste documento, os tipos gerais de água e as concentrações dos respectivos Sólidos Totais Dissolvidos (TDS) (em mg/L) são: Doce, com TDS^l.500; Salobra, com 1.500<TDS^10.000; Salgada, com 10.000<TDS^30.000; e Água do Mar, com TDS > 30.000. Podem determinar-se os TDS por exemplo utilizando um medidor de condutividade ou aplicando os métodos gravimétricos de se evaporar o solvente e determinar a massa de resíduos remanescentes.

Tal como se utiliza neste documento, "zona cumprindo os parâmetros sanitários" refere-se à porção de água, adentro do sistema aquoso de grande dimensão, que é estabelecida para finalidades recreativas, e da qual se exige que cumpra condições microbiológicas sanitárias específicas, quando for utilizada para finalidades recreativas ou quando for necessária. Deve anotar-se que a zona 19 que cumpre os parâmetros sanitários pode não ser permanentemente a mesma zona física, mas que pode ir-se alterando de acordo com as necessidades das pessoas, com finalidades recreativas.

Tal como se utiliza neste documento, "condições sanitárias microbiológicas específicas" refere-se às propriedades e condições microbiológicas que é necessário conseguir adentro da zona que cumpre condições de sanidade para permitir as finalidades recreativas. Estas condições podem ser determinadas em regulamentos específicos locais, estaduais, federais, para diminuir determinados organismos específicos, ou serem condições específicas diferentes previamente determinadas.

Tal como se utiliza neste documento, "teor mínimo do ORP" refere-se ao valor mínimo de ORP que pode ser permitido na zona mais desfavorável, para se controlarem adequadamente as propriedades microbiológicas dessa zona.

Tal como se utiliza neste documento, "período de tempo mínimo" refere-se ao período de tempo mínimo durante o qual se tem que manter o teor mínimo em ORP na água na zona m ais desfavorável, para se garantirem as condições sanitárias necessárias.

Tal como se utiliza neste documento, a "zona delimitada" corresponde a uma zona virtual gue delimita a zona que cumpre as condições sanitárias, e não precisa de uma barreira física. 20

Tal como se utiliza neste documento, "a zona mais desfavorável" corresponde à zona que exibe os menores valores de ORP adentro da porção de água identificada, em particular depois de se aplicar uma quantidade determinada de agentes químicos. A zona mais desfavorável é amiúde, mas não necessariamente sempre, situada na zona delimitantes da porção de água identificada, e a mais distante do local aonde se adicionam os produtos químicos.

Tal como se utiliza neste documento, os "meios de distribuição" refere-se a quaisquer meios para aplicar um ou mais agentes químicos à água, e que podem ser seleccionados de entre o conjunto constituído por um injector, um difusor, um repuxo, um sistema de adição por peso, condutas, aplicações manuais, e combinações destes; condutas; válvulas; e elementos de ligação que permitem a aplicação adequada dos produtos químicos na porção de água seleccionada para receber o tratamento.

Tal como se utiliza neste documento, os "agentes químicos" que são aplicados na água referem qualquer agente químico que permita conseguir-se o valor pretendido de ORP na água. A "quantidade eficaz de agentes químicos" corresponde à quantidade mínima de agentes químicos que se pode aplicar na água para se manter pelo menos o valor mínimo de ORP durante pelo menos o período de tempo mínimo e na zona mais desfavorável. 21 Métodos da memória descritiva presente A memória descritiva presente permite controlar as propriedades microbiológicas em grandes sistemas aquosos pelo tratamento de uma porção de um tal sistema de grande dimensão, de tal modo que a referida porção do sistema aquoso de grande dimensão cumpra condições sanitárias microbiológicas especificas quando tal seja necessário, ultrapassando deste modo a limitação ou a impossibilidade do tratamento do sistema aquoso de grande dimensão por inteiro. Criam-se zonas que cumprem as condições de sanidade, as quais são estrategicamente localizadas de modo a incluírem largamente a área que se está a utilizar com finalidades recreativas. 0 método descrito necessita de uma quantidade mais pequena de produtos químicos e de um menor consumo energético porque não obriga a tratar o sistema aquoso completo por este método específico (o sistema aquoso pode estar sujeito a outros tratamentos diferentes do método descrito). Deste modo, a memória descritiva presente permite a pessoas utilizar determinadas zonas adentro de grandes sistemas aquosos, com intuitos recreativos e de um modo seguro, e ultrapassa as limitações económicas, técnicas, e ambientais ou a impossibilidade do tratamento do sistema aquoso total, permitindo também que seja utilizado um número muito grande de lagos, costas marítimas, lagoas, e muitos sistemas aquosos que não são hoje em dia utilizáveis devido a problemas de segurança ou de sanidade, 22 gerando oportunidades recreativas e turísticas que podem alterar o estilo de vida de pessoas em todo o mundo.

Podem levar-se a cabo os métodos descritos em sistemas aquosos naturais ou artificiais de grande dimensão, tais como lagos, o mar, estuários, reservatórios, represas, e lagoas. Os métodos descritos podem ser utilizados com diferentes tipos de água, incluindo água doce, salobra, salgada, e água do mar. Numa forma de realização, o método para controlar as propriedades microbiológicas de uma porção de água adentro de sistemas aquosos de grande dimensão inclui: a. identificar-se uma porção de água que se destinará a finalidades recreativas adentro do sistema aquoso de grande dimensão, e definirem-se meios de adição; b. manter-se um valor mínimo do ORP nessa porção de água durante pelo menos um período mínimo de tempo, em que o valor mínimo do ORP e o período de tempo mínimo não possam ser menores do que os valores calculados por: i. uma determinação da zona mais desfavorável na porção de água; ii. uma determinação da salinidade da água na zona mais desfavorável; 23 iii. uma determinação do valor mínimo de ORP com base na salinidade da água, em que: -para salinidades da água entre 0 % e até 1,5 %, o valor mínimo de ORP seja de 550 mV; -para salinidades da água superiores a 1,5 %, e de até 2,5 %, o valor mínimo de ORP seja calculado pela equação seguinte: [Valor mínimo de ORP, em mV] = 625 - 50*[Salinidade da água, % (Percentagem Ponderai)]; e -para salinidades da água maiores do que 2,5 %, o valor de ORP seja de 500 mV; e iv. uma determinação da temperatura da água na zona mais desfavorável; e v. uma determinação do período de tempo mínimo com base na temperatura da água, em que: -para temperaturas da água de entre 5°C e 35°C, se calcula o período mínimo de tempo pela seguinte equação: [Período mínimo de tempo em minutos] = 80 - 2*[Temperatura da água em °C]; - 24 - e - para temperaturas da água de entre 35°C e até 45°C, se calcula o período mínimo de tempo pela seguinte equação: [Período mínimo de tempo em minutos] = 5*[Temperatura da água em °C]-165; c. distribuindo-se uma quantidade eficaz de agente químico de modo a que se mantenha pelo menos o valor mínimo de ORP durante pelo menos o período mínimo de tempo e na zona mais desfavorável, e d. Repetindo-se o passo c de modo a evitar que o valor de ORP na zona mais desfavorável diminua mais do que 2 0 % do valor mínimo de ORP. A localização da zona mais desfavorável, a salinidade da água e a temperatura da água podem variar independentemente umas das outras em resultado das condições externas. Deste modo, o método da descrição pode incluir opcionalmente mais um passo e., no qual se repetem mais uma ou diversas vezes os passos b., c. e d..

Para se determinar a zona que tem que cumprir as condições sanitárias microbiológicas específicas aplicadas 25 ao sistema aquoso, poderia levar-se a cabo uma análise estratégica para se obter uma zona acessível que pudesse permitir finalidades recreativas. A adição do agente químico, preferivelmente devida a meios de adição, é controlada por um método de determinação de parâmetros que combina os efeitos do ORP da água, a sua salinidade e a sua temperatura. Opcionalmente, a difusão de produtos químicos, e o poder de diluição da água podem ser também levados em consideração no método de determinação de parâmetros. Devido ao efeito combinado das propriedades de desinfecção da água (ORP), da resistência de alguns micro-organismos depender da salinidade da água, da temperatura, e opcionalmente do poder de diluição da água, a memória descritiva presente permite utilizar-se muito menos agentes químicos do que os que são necessários para piscinas cumprindo as condições sanitárias microbioló-gicas específicas aplicadas ao sistema aquoso, o que resultou de investigação extensiva. No estado da técnica, existem hoje em dia duas maneiras para se manter uma qualidade da água que cumpram condições sanitárias microbiológicas específicas aplicadas ao sistema aquoso, as quais se relacionam com a adição de uma grande quantidade de agentes desinfectantes, ou em vez disto levando em conta o poder de diluição da água. A memória descritiva presente combina ambos os efeitos para aproveitar o melhor possível as suas sinergias e deste modo proporcionar um método eficaz e sustentável para zonas que cumpram as condições sanitárias microbiológicas específicas. 26

Identificação da porção de água a tratar A localização da porção de água a tratar, que depois do processo da invenção será denominada zona cumprindo os parâmetros sanitários, pode ser determinada identificando estrategicamente a porção de água que tem maior probabilidade de utilização com finalidades recreativas. Esta localização pode ser determinada examinando aonde os utilizadores entrarão mais provavelmente na água, a profundidade da água, o objectivo da água (por exemplo banhos, natação, esqui, vela, pesca, etc.), a temperatura da água, e outros semelhantes. Por exemplo, quando um sistema aquoso se localiza perto de um hotel, a zona em relação à qual haverá queixas de índole sanitária incluirá provavelmente a água perto do hotel aonde os utilizadores entrarão mais provavelmente pela água adentro. Isto está representado nas Figuras 1 e 2, que mostram que a zona 1 de queixas sanitárias se localiza numa extremidade do sistema aquoso de grande dimensão 2. Noutros casos, a zona de queixas sanitárias pode estar ao centro de um sistema aquoso e rodeada pelo sistema aquoso de grande dimensão. Em alguns casos, a zona de queixas sanitárias pode corresponder a uma área recreativa visualmente individualizada por um cabo, ou de outra forma separada fisicamente do resto da água (por exemplo, com uma vedação, ou separada com uma parede).

Em relação às Figuras 1 e 2, a zona 1 cumpre 27 condições sanitárias previamente determinadas. Tal como se descreveu, as condições sanitárias podem ser determinadas por regulamentos locais, estaduais, ou federais, ou por condições específicas diferentes previamente determinadas. Os regulamentos exemplificativos para água com finalidades recreativas afirmam que a E. Coli não deve exceder 126 UFC por 100 mL de água, e que os Enterococci não devem exceder 33 UFC por 100 mL de água. Para água do mar, os regulamentos da EPA afirmam que os Enterococci não devem exceder 35 UFC por 100 mL de água. No Chile, a Norma NChl333 para águas recreativas envolvendo contacto directo afirmam que a água não deve conter mais do que 1.000 UFC de coliformes fecais por 100 mL de água (incluindo E. Coli, entre outros). Em alternativa, as condições sanitárias ou propriedades microbiológicas podem ser determinadas com base na concentração de determinados micro-organismos. Em qualquer caso, a zona que cumpre as disposições sanitárias 1 cumpre as condições de sanidade, enquanto o resto do volume de água 2 pode não cumprir as condições sanitárias específicas aplicadas à zona que cumpre as condições sanitárias.

Adicionalmente, a zona de queixas sanitárias pode incluir um ou mais sistemas de alimentação 3 para distribuir agentes químicos enquanto o resto do sistema aquoso 2 pode não incluir sistemas alimentadores 3. A zona que cumpre as condições sanitárias está virtualmente limitada pela zona delimitativa 4. A zona de 28 delimitação 4 é uma barreira virtual que pode incluir embora não necessite de uma barreira física. A memória descritiva presente não necessita que circule água pelas diversas zonas - zona que cumpre as condições sanitárias, zona de delimitação, e zona mais desfavorável. De facto, em algumas formas de realização, a água é especificamente não circulada. Para os sistemas aquosos de grande dimensão descritos neste documento, pode ser economicamente, tecnicamente e ambientalmente inviável circular a água adentro do sistema aquoso de grande dimensão. A memória descritiva presente trata a água na porção de água identificada com agentes químicos para permitir que essa zona cumpra as condições sanitárias microbiológicas específicas para essa área. Embora a dispersão dos agentes químicos a partir da zona que cumpre os parâmetros sanitários para as outras zonas adentro do sistema aquoso de grande dimensão possa ocorrer, ela não é uma necessidade da memória descritiva presente. Portanto, em algumas formas de realização, a manutenção da circulação da água por todo o sistema aquoso de grande dimensão pode ser contraproducente em relação aos métodos descritos.

Depois de se haver identificado ou estabelecido a porção destinada a ser utilizada com finalidades recreativas no sistema aquoso de grande dimensão, podem definir-se os meios de adição, que são controlados por um método de determinação de parâmetros baseado no ORP da água, a sua salinidade, a sua temperatura, e opcionalmente a difusão de produtos químicos bem como o poder de diluição da água. 29

Os meios de alimentação 3 podem ser seleccionados de entre um ou mais de entre difusores, injectores, asper-sores, sistemas de alimentação ponderai, condutas, aplicação manual, ou combinações destas. Os meios de alimentação são adaptados de modo a descarregarem uma quantidade eficaz de produtos químicos no sistema aquoso; e também podem incluir o equipamento necessário para permitir uma sua operação adequada, tais como condutas, válvulas, e elementos de ligação.

Para se criarem as zonas que cumprem as condições sanitárias microbiológicas específicas aplicáveis ao sistema aquoso, devem aplicar-se concentrações de produtos químicos de acordo com os resultados de um método de determinação de parâmetros baseado no ORP, na salinidade, na temperatura, e opcionalmente na difusão de produtos químicos e também no poder de diluição da água. Os produtos químicos podem de preferência ser dispensados por intermédio de meios de alimentação 3 que são definidos de modo a cobrir o volume de água utilizado com propósitos recreativos.

Deve notar-se que a memória descritiva presente não obriga a uma barreira física para conter a porção de água a tratar, mas em vez disso as concentrações químicas são aplicadas à poção de água de modo a que cumpra as condições sanitárias microbiológicas específicas aplicáveis à área da porção de água. 30

Os meios de alimentação são controlados por um método de determinação de parâmetros baseado no ORP da água, na sua salinidade, na sua temperatura, bem como opcionalmente na difusão de produtos químicos e no poder de diluição da água. Os meios de alimentação aplicam produtos químicos na água para permitirem as condições de difusão adequadas adentro do sistema aquoso cumprindo as condições sanitárias microbiológicas específicas aplicáveis à poção de água. Os meios de alimentação podem ser estrategicamente configurados, e posicionados em relação a e/ou na porção de água destinada a propósitos recreativos, para proporcionarem as concentrações químicas necessárias na zona que cumpre o regulamento sanitário. Número e Disposição de Sistemas de Alimentação

Numa forma de realização, os sistemas de alimentação estão localizados ou são utilizados de modo a cobrir o volume de água da zona que cumpre o regulamento sanitário. O número e a disposição dos sistemas de alimentação para dispensarem os agentes químicos pode ser determinado atentas as condições específicas de cada porção de água que será tratada. A quantidade total de sistemas de alimentação pode ser calculada de acordo com o caudal químico que se irá aplicar ao sistema aquoso, e esse caudal químico pode ser dividido por uma série de sistemas de alimentação para permitir a sua aplicação homogénea por todo o sistema aquoso que se vai tratar. 31

Por exemplo, para tratar uma determinada quantidade de água existe uma quantidade eficaz de produtos químicos que é necessário adicionar. A quantidade eficaz pode ser preferivelmente adicionada por intermédio de diversos sistemas de alimentação com caudais pequenos, ou por intermédio de apenas alguns assegurando caudais grandes, dependendo de diversas variáveis tais como por exemplo o vento, as correntes de água, e muitas outras variáveis que podem influenciar a homogeneidade da aplicação de agentes químicos no volume de água a tratar.

Os sistemas de alimentação podem em geral estar localizados no perímetro da porção de água que será tratada, de modo a cobrir por completo essa porção, mas também podem assumir outras configurações tendo em atenção as necessidades específicas do volume de água a tratar, para manter a homogeneidade da aplicação de agentes químicos e permitir a difusão através do volume de água.

Tipos de Sistemas de Alimentação

Os tipos de sistemas de alimentação que se podem utilizar no método descrito podem variar consoante as necessidades de aplicação de produtos químicos, e podem incluir sistemas de diluição, injectores, sistemas de alimentação ponderai, aplicação manual, distribuidores em rede, condutas, aspersores, agulhetas, ou combinações destes. Os sistemas de alimentação utilizados no método des- 32 crito são preferivelmente agulhetas, e mais preferivelmente inj ectores.

Descarga de uma Quantidade Eficaz de Agentes Químicos

Utilizam-se os agentes químicos para criar as zonas que cumprem os parâmetros sanitários por diminuição do número de micro-organismos na zona que cumpre os parâmetros sanitários até uma quantidade previamente determinada. A concentração dos agentes químicos na zona que cumpre as condições sanitárias pode ser controlada através da quantidade de agente químico disperso a partir de um único sistema de alimentação, bem como da totalidade dos sistemas de alimentação. Por exemplo, pode pretender-se dispensar menos agente químico de um único sistema de distribuição, mas aumentar o número destes sistemas de distribuição na zona que cumpre as condições sanitárias. Um exemplo da utilização de múltiplos sistemas de alimentação está ilustrado na Figura 2, na qual uma série de sistemas de alimentação 3 está localizada em torno da periferia da zona que respeita as condições sanitárias. 0 número e as localizações dos sistemas alimentadores para distribuir os agentes químicos são determinados para cobrir o volume de água na zona que cumpre os parâmetros sanitários, numa forma de realização. 0 sistema de alimentação 3 pode ser um difusor, um injector, um aspersor, um sistema ponderai, condutas, aplicação manual, ou combinações destes. 0 sistema de 33 alimentação descarrega uma quantidade eficaz de agente químico para o sistema aquoso. 0 sistema de alimentação também inclui todo o equipamento necessário para permitir que ele trabalhe, tal como condutas, válvulas, e elementos de ligação.

Incluem-se nos exemplos de agentes químicos agentes antimicrobianos tais como ozono, cloro, e compostos de cloro, compostos de biguanida, compostos baseados em halogéneos, compostos baseados em bromo, e combinações de todos estes. A quantidade total de produtos químicos para se conseguir um determinado valor de ORP na água depende de diversas variáveis, tais como por exemplo o pH, as condições meteorológicas, a chuva, as intensidades de utilização, a carga orgânica, a salinidade, a temperatura, a alcalinidade, a concentração em desinfectante, e/ou a concentração em metais e contaminantes, entre muitos outros factores. 0 ORP é uma medida da tendência para serem oxidadas ou reduzidas determinadas espécies existentes na porção de água, e portanto não representa a quantidade de agentes químicos que a água contém. As medições do ORP apresentam a vantagem de medir não só a concentração em agentes sanificantes, mas também a sua actividade na água e a sua eficácia para matar germes e bactérias. Não existem equações conhecidas que consigam relacionar a temperatura da água, a sua salinidade, e o seu poder de diluição para manter um valor mínimo de ORP numa 34 determinada porção de água durante um período mínimo de tempo consoante a difusão dos produtos químicos na água, devido à complexidade das variáveis e às suas influências mútuas, e portanto levou-se a cabo uma investigação extensiva. Há que construir um modelo intricado para se estimarem as quantidades de químicos que é necessário aplicar na porção de água. Uma vez que a porção de água está contida dentro de um sistema aquoso maior, quando se aplicam os produtos químicos, eles difundirão por toda a porção de água criando um gradiente químico que assegurará maior concentração junto aos sistemas de alimentação e uma menor concentração na proximidade da zona mais desfavorável.

Deve anotar-se que quando a aplicação de produtos químicos se inicia, ao princípio não haverá uma alteração significativa do ORP da água uma vez que os produtos químicos estarão a oxidar uma série de outros compostos na água. No entanto, a certa altura ao longo da aplicação, será gerada uma concentração residual dos produtos químicos, que ajudará a aumentar o ORP até aos valores pretendidos, proporcionando deste modo a capacidade de desinfecção pretendida. Portanto, deve anotar-se que os produtos químicos consumidos se dividem em dois grupos: A quantidade de produtos químicos aplicados que ajuda a oxidar diversos compostos sem afec-tar significativamente o ORP. Este consumo de produtos químicos tem que ser determinado no 35 local, uma vez que depende por completo da qualidade da água na água por tratar. Além disto, a concentração referida poderia ser determinada por um modelo intricado baseado nos parâmetros fisico-quimicos de qualidade da água. A quantidade de produtos químicos aplicados que gera uma concentração residual na água, aumentando deste modo o ORP na água. Pode estimar-se esta concentração em produtos químicos no local, ou seguindo diversos métodos dependendo da qualidade da água e das condições ou parâmetros físico-químicos.

Apesar de quanto precede e sem que se limite a invenção, a aplicação de gamas de oxidantes varia para diversos oxidantes consoante as propriedades da água. As gamas de diversos agentes oxidantes utilizadas habitualmente são as seguintes:

Oxidante Gama de Aplicação (Concentração Residual) Cloro 0,01 - 5 ppm Hipoclorito de Sódio 0,01 - 2 ppm Bromados 0,01 - 2,3 ppm Ozono 0,01 - 0,75 ppm A requerente proporcionará algumas formas de realização para se estimar a quantidade de produtos químicos residuais na água: 36 a. Poderia estimar-se a quantidade mínima de oxidantes que é necessário aplicar na áqua para se obter um determinado ORP na totalidade da porção de água a tratar, assumindo que a porção de água se comporta como um sistema isolado. Por exemplo, estimar-se-ia a quantidade mínima de produtos químicos para se conseguir um determinado ORP no volume total da porção de água. Por exemplo, caso a porção de água tenha um volume de 1.000 m3, e se considere que a porção de água é um sistema aquoso isolado, pode estimar-se que para se conseguir um ORP de 55 0 mV na água, é necessário assegurar uma concentração residual de 0,07 ppm em hipoclo-rito de sódio. Para se obter a mencionada concentração residual de 0,07 ppm, adicionou-se em primeiro lugar uma dosagem de 1,2 ppm de hipoclorito de sódio para enfrentar a procura de cloro na água, e não se gerou nenhuma concentração residual. Em seguida, adicionou-se uma dose de 0,07 ppm para se obter a concentração residual necessária e se obter o valor de ORP pretendido de 550 mV. Portanto, a quantidade de hipoclorito de sódio adicionada à água pode ser calculada de acordo com a sua concentração na porção de água, do seguinte modo: 37

Primeira dose: 1,2 ppm = 1.2 ppm de hipoclorito de sódio x 1.000 m3x1.000 litros litro de água 1 m3

Hipoclorito de Sódio Total = 1.200 kg Concentração residual: 0,07 ppm = 0,07 ppm de hipoclorito de sódio x 1.000 m3x1,000 litros litro de água 1 m3

Hipoclorito de Sódio Total = 70 kg

Portanto, adicionar-se-ia uma quantidade total de 1.27 0 kg de hipoclorito de sódio para se obter uma concentração residual homogénea em hipoclorito de sódio de 0,07 ppm na água, e deste modo se obter um ORP de 550 mV nessa zona. Uma vez que de facto a porção de água se encontra dentro de um sistema aquoso de maior dimensão, a concentração não será homogénea, e portanto a dose que se considerou acima pode ser considerada apenas como um mínimo para se obter o referido valor de ORP, devido à difusão dos produtos químicos devida a correntes. b. Também se poderia utilizar o método do cloro livre, que permite calcular o valor de ORP da água com base no pH e na concentração em cloro 38 livre na água. Quando o pH é mantido a um valor constante, existe uma relação linear entre o ORP e o cloro livre. Portanto a quantidade de produtos químicos necessária para se conseguir uma determinada quantidade d cloro livre pode ser calculada em relação ao valor de ORP como se segue: ORP pH Concentração Residual em Cloro 600 mV 7,0 0,06 ppm O co 0,20 ppm 9,0 1,60 ppm 7 00 mV 7,0 0,30 ppm O 00 1,00 ppm 9,0 2,70 ppm c. A adição dos químicos ser feita sob monitorização periódica para se parar a adição quando se atinge um determinado valor de ORP é mais uma opção. Este método é por tentativas, e permite irem-se adicionando produtos químicos sob a monitorização periódica do ORP, e quando se atinge o ORP pretendido, tem que se parar a adição de produtos químicos. d. Outro método utilizado para se determinar a quantidade de produtos químicos envolve obter-se uma pequena amostra de água e levar-se a cabo um teste em pequena escala para se deter- 39 minar a quantidade de produtos químicos que é necessário aplicar para se conseguir um determinado valor de ORP. Este método é habitualmente utilizado e permite estimar a quantidade de produtos químicos, embora não entre em conta com a difusão ou com outras variáveis. Portanto, os resultados deste método devem ser considerados apenas como valores mínimos dos produtos químicos necessários.

Em algumas formas de realização, pretende-se aplicar mais agentes químicos antes de o valor de ORP na zona mais desfavorável diminuir em cerca de 0,1 %, 1 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 50 %, 75 %, ou 100 %.

Em determinadas formas de realização da invenção, quando existir uma utilização intensiva da zona que cumpre os critérios sanitários devido a grandes números de pessoas, ou quando existam muitas correntes que afectam as características de desinfecção da zona que cumpre os critérios de sanidade, ou devido a segurança ou por outras razões, pode manter-se o valor ORP permanentemente adentro dos valores sanitários na zona durante determinados períodos de tempo.

Além disto, em determinadas formas de realização da invenção, só se utiliza o tratamento da água quando estejam presentes banhistas na zona que cumpre os parâmetros de sanidade, e portanto o tratamento pode não 40 ser operado durante todo o dia, ou não ser permanente. Por exemplo, o tratamento da água pode estar a operar só durante o dia, e pode ser parado durante a noite, quando não haja banhistas na zona que cumpre os parâmetros de sanidade. Portanto, o método de tratamento de água só é aplicado quando a referida zona é efectivamente utilizada com finalidades recreativas.

Em algumas formas de realização, pode pretender-se melhorar a qualidade da água na zona que cumpre os parâmetros sanitários adicionando-lhe água doce ou água de uma porção diferente do sistema aquoso de grande dimensão. Isto pode ter um efeito positivo, por exemplo, para diluir o efeito de contaminantes de utilizadores, mas pode originar um efeito de difusão negativo sobre os produtos químicos. A quantidade mínima eficaz da composição desinfectante pode ser calculada pelas equações seguintes: (Boyce & Hamblin, 1975)

1 r = (r* 4- y2)2

Sendo que a equação acima é a solução relativa a uma fonte volumétrica pontual alimentando constante Q?, J e a continuamente a uma taxa uma concentração de Q |^Λί| 41 num ponto do fluido a uma profundidade de Z [m] , sendo x 41 [m] e y vertical.

[m] respectivamente as distâncias horizontal e

D remA1ΓΓΙ e é o coeficiente de difusão do produto químico específico na água, e K0 é a função de Bessel modificada de segunda espécie. U [cm/s] é a corrente uniforme no sistema aquoso ao longo do eixo dos xx, e y[-] caracteriza o processo de decaimento do produto químico ao longo do tempo.

Zona mais desfavorável

Para cumprir as condições sanitárias microbio-lógicas específicas aplicadas ao sistema aquoso, há que estabelecer a zona mais desfavorável da porção de água estabelecida. A zona mais desfavorável corresponde a uma zona que tenha os menores valores de ORP, em particular depois de se lhe aplicar uma quantidade previamente determinada dos produtos químicos recorrendo aos meios de alimentação, na porção estabelecida de água, e pode estar na zona delimitante ou na zona mais afastada dos meios de alimentação. A quantidade previamente determinada de produtos químicos pode ser estabelecida no local e a sua única finalidade é a de determinar a zona com os menores valores de ORP adentro do sistema aquoso a tratar.

Quando o sistema aquoso a tratar possui uma área inferior a 5 hectares, a zona mais desfavorável está habitualmente localizada na zona central do sistema aquoso. 42

Define-se um método para determinação dos parâmetros de modo a que leve em conta as diferentes condições de operação no sistema. Deve anotar-se que é inviável levar a cabo medições em continuo sobre o sistema aquoso, e portanto a memória descritiva presente permite que se proporcione uma qualidade da água que cumpra as condições microbiológicas sanitárias especificas sem necessitar de medições continuas. 0 método de determinação de parâmetros é baseado no ORP da água, na sua salinidade, na sua temperatura, e opcionalmente na difusão de produtos químicos e no seu poder de diluição adentro da porção de água identificada. 0 ORP, a salinidade, e a temperatura da água podem ser determinados por métodos empíricos, tais como a inspecção visual, métodos baseados na experiência, e métodos analíticos. A memória descritiva presente tem relacionado estas variáveis e tem resolvido uma interacção muito complexa envolvendo a qualidade da água, após uma investigação muito extensiva.

Pode determinar-se a salinidade por métodos empíricos ou analíticos tais como testes visuais; salinómetros que se baseiam na condução da electricidade na água; hidrómetros que se baseiam na densidade da água; ou refractómetros que se baseiam no índice de refracção da água; ou pode ser publicamente conhecida ou provir de informação de outras fontes, entre outros. 43

Pode determinar-se a temperatura da água por métodos empíricos ou analíticos tais como testes visuais; termómetros; termopares; detectores de termómetro de resistência; pirómetros; ou dispositivos de infravermelho; ou ela pode ser publicamente conhecida ou constituir informação proveniente de outras fontes, entre outros.

Pode determinar-se o ORP da água por métodos empíricos ou analíticos, tais como utilizando-se medidores de ORP que possuem eléctrodos para medir a voltagem através de um circuito dentro da água.

Deve registar-se que o ORP da água, a sua temperatura, a sua salinidade, e o seu poder de diluição, podem ser anteriormente conhecidos ou empiricamente determinados, portanto o método da memória descritiva presente pode ser aplicado na porção de água previamente definida conhecendo estas variáveis. 0 método de determinação dos parâmetros inclui manter-se pelo menos um valor mínimo de ORP na zona mais desfavorável durante pelo menos um período de tempo mínimo, para se assegurarem as condições microbiológicas de sanidade necessárias através de toda a porção de água estabelecida, que é parte de um sistema aquoso maior. 0 valor mínimo de ORP pode depender da salinidade da água, uma vez que determinado tipo de micro-organismos, tais como alguns protozoários patogénicos, só conseguem 44 crescer e viver dentro se sistemas aquosos com uma salinidade máxima de apenas 2 %, em peso. Portanto, o valor mínimo de ORP pode depender das propriedades de salinidade da água, uma vez que para determinados teores de concentrações salinas a água não servirá como meio de crescimento de alguns micro-organismos, que dessa forma representem riscos para a saúde e condições de falta de higiene.

Por outro lado, o período mínimo de tempo também pode depender da temperatura da água. A temperatura da água é um factor muito importante para a proliferação de muitos micro-organismos. Quando as temperaturas da água foram baixas, os micro-organismos não se proliferarão tão rapidamente como a temperaturas mais elevadas da água, e portanto este efeito é considerado no método de determinação de parâmetros presente. Até à data, não existem equações conhecidas que relacionem a temperatura da água, a sua salinidade, e o poder de diluição para manter pelo menos um valor mínimo de ORP numa determinada poção da água durante pelo menos fum período mínimo de tempo de acordo com a difusão de produtos químicos na água, devido à complexidade das variáveis e as suas influências interac-tivas. Estas relações entre elas são produto de uma investigação extensiva, e o valor mínimo do ORP bem como o período de tempo mínimo que são utilizados para o método da invenção presente, numa forma de realização preferida, não podem ser inferiores aos valores que se definem tal como se segue: 45

Valor Mínimo de ORP:

Uma vez conhecida a salinidade para a zona mais desfavorável, pode calcular-se o valor mínimo de ORP através das seguintes equações: i. para salinidades de entre 0 % e até 1,5 %, o valor mínimo do ORP da água é de pelo menos 550 mV; ii. para salinidades superiores a 1,5 %, e de até 2,5 %, o valor mínimo do ORP da água é calculado pela equação seguinte: [Valor mínimo do ORP, em mV] = 625 - 50*[Salinidade da Água, em % (Percentagem Ponderai)]; e iii. para salinidades maiores do que 2,5 %, o valor mínimo do ORP da água é de pelo menos 500 mV. O método de determinação de parâmetros mencionado acima está representado graficamente tal como se ilustra na Figura 3.

Por exemplo, se a água apresentar uma salinidade de 1 %, em peso, (ou 10.000 ppm) , o valor mínimo de ORP da água que se tem que manter, de acordo com esta forma de realização, será de 550 mV. 46

Por outro lado, se a água apresentar uma salinidade de, por exemplo, 2 %, em peso, (ou 20-000 ppm) , o valor mínimo do ORP da água que se tem que manter é de 525 mV, de acordo com esta forma de realização, que se calcula utilizando a equação seguinte:

[Valor mínimo de ORP, em mV] = 625 - 50*[2] = 525 mV

Por último, se a salinidade da água for maior do que 2,5 %, por exemplo 3 %, em peso, o valor mínimo de ORP que se tem que manter é de 500 mV.

Período de Tempo Mínimo:

Determina-se o período de tempo mínimo pela temperatura da água, e ele pode ser calculado pelas equações seguintes: i. para temperaturas da água de entre 5°C e até 35°C, o período de tempo mínimo é calculado pela equação seguinte: [Período de tempo mínimo, em minutos] = 80 - 2*[Temperatura da água, em °C]; e ii. para temperaturas da água superiores a 35°C e de até 45°C, o período de tempo mínimo é calculado pela equação seguinte: 47 [Período de tempo mínimo, em minutos] = 5*[Temperatura da água, em °C]-165. A curva que ilustra o comportamento do período de tempo mínimo está representada na Figura 4.

Por exemplo, quando a temperatura da água for de 20°C, o período mínimo de tempo é de 40 minutos, de acordo com a seguinte equação: [Período de tempo mínimo, em minutos] = 80 - 2*[20] = 40 minutos

Por outro lado, se a temperatura da água for de entre 35°C e 45°C, por exemplo de 40°C, o período de tempo mínimo é de 35 minutos, de acordo com a equação seguinte: [Período de tempo mínimo, em minutos] = 5*[40] -165 = 35 minutos O método de determinação de parâmetros na forma de realização acima está descrito apenas para temperaturas de utilização da água de entre 5°C e 45 °C, uma vez que temperaturas fora deste intervalo podem não ser adequadas para finalidades recreativas. O método de determinação de parâmetros também pode significar que aplicarem-se agentes químicos por intermédio do sistema de alimentação significa evitar que o ORP da zona mais desfavorável seja inferior ao valor mínimo de ORP. 48

Quando houver banhistas na zona que cumpre as condições sanitárias, o ORP da água diminuirá mais depressa do que quando não houver banhistas na água. Deste modo, a determinação de parâmetros presente permite incluir-se o efeito do número de banhistas na zona que cumpre as condições sanitárias, que por sua vez é controlado pelo poder de diluição da água. 0 período de tempo que levará a atingir-se o valor mínimo de ORP dependerá da utilização que a zona que cumpre as condições sanitárias tiver e da diluição que os banhistas vierem a encontrar. Portanto, a velocidade de diminuição do ORP dependerá do número de banhistas na água, e portanto, do poder de diluição da água.

As variáveis da água, salinidade e temperatura, ORP, e concentração química, podem variar e ser afectadas por factores externos. Os métodos descritos permitem alguma variação destes factores, de tal modo que pode não ser necessária uma monitorização em contínuo da salinidade da água, da temperatura da água, voltando a calcular-se o valor mínimo de ORP e a concentração química. No entanto, em algumas concentrações, podem monitorizar-se em contínuo a salinidade da água e a temperatura da água, quer a termo, quer em tempo real, proporcionando-se uma correcção a um dispositivo de controlo que volta a calcular automaticamente o valor mínimo do ORP, o período mínimo de tempo, e a concentração em agente químico de acordo com estes novos valores. Em algumas formas de realização, os dispositivos de alimentação podem fazer parte de um sistema global automático de alimentação no qual os sistemas de alimentação proporcionam agentes quiml cos adicionais cm reacção a Uma diminuição do valor mínimo do ORP. Sm algumas formas de realização, podo ser desejável medirem-se periodicamente a salinidade e a temperatura da água, voitándb a calcula r-se o valor min i rao do ORP, o período de l.empo mínimo, e a concentração, quiiri i ca. Estas medições periMldas e cal cu ! os periódicos devem ocorrer de 15 era 15 minutos, de 30 em 30 minutos, a cada hora, de duas em duas horas, seis veres ao dia* quatro vezes ao dia, duas vezes ao dia, diariamente, aemánálmente, ou consoante seja necessário. tevá: reglstar-sã qnp ã memória; descritiva presente não necessita de uma barreira fisica que contenha a porção de áfUa á tratar. Em vgz disto, aplicam-se

Gducenbráç.õ:es quimicáS à porção de aguá dè modo m cumprir áS condições especificas de sanidade mi çrodí© lógica na porção de água. .A. aplicação d® agentes químicos. da modo a manter gelo menos. um. teor mínimo de ORP durante, pelo menos um período de tempo minimo podi per repetida, antes de o valor do ORP diminua de mais do que 21 do valor mínimo de ORP ha tina máíç .desfavoráveis Numa forma dd reaiiiáçao alternativa, A localização da zóna ma is desfavorável, a salinidade da agua e a temperatura. da água podem variar independentemente umas das Outras em resultado ds condições externas, Seste modo> s método dá invenção pode incluir OpelonaImente maio um passo e.:, no qual se repetem os passos fc., d*. e d. mais uma vez* ou repetídamente,. 50

Podem adicionar-se agentes químicos à porção de água estabelecida adentro do sistema aquoso de grande dimensão, recorrendo a meios de alimentação, em que o meio de alimentação seja comandado por um método de determinação de parâmetros que combine os efeitos do ORP da água, a sua salinidade, a sua temperatura, a difusão dos produtos químicos, e o seu poder de diluição.

Os agentes químicos são seleccionados de entre o ozono; o cloro e os compostos de cloro; os produtos biguanida; os compostos baseados em halogéneo; os compostos baseados em bromo, ou uma combinação de quaisquer destes.

Também é possível melhorar a qualidade da água da zona que cumpre as condições de sanidade fornecendo água fresca ou água proveniente de uma porção diferente do sistema aquoso de grande dimensão, à referida porção, de modo a permitir um efeito de diluição relativo à carga de contaminantes da responsabilidade dos banhistas. O exemplo que se segue mão pretende limitar o âmbito das reivindicações da invenção mas pretende em vez de isso constituir um exemplo de uma determinada forma de realização. Pretende-se que quaisquer variações relativas ao método exemplificado, que sejam aparentes aos indivíduos com conhecimentos da técnica, estejam dentro do âmbito da invenção presente. 51

EXEMPLO

Aplicou-se o método descrito no Lago Rapei localizado em Navidad, no Chile. 0 lago tem uma superfície com mais do que 8.000 hectares, e contém mais do que 695 milhões de metros cúbicos de água doce. O lago é normalmente utilizado com finalidades recreativas.

Estabeleceu-se uma porção de água dentro do sistema aquoso de grande dimensão, de acordo com a utilização recreativa habitual do lago, recobrindo cerca de 650 m2 (correspondendo a cerca de 0,0008 % da área total do lago). A porção localizava-se junto à berma do lago. As condições microbiológicas específicas necessárias para esta experiência específica correspondiam aos regulamentos microbiológicos para águas recreativas envolvidas em contacto directo tal como determinado pela EPA.

Instalaram-se cerca de 20 injectores no perímetro norte do lago. Cada injector tinha um caudal máximo de 1,8 litros por hora. A agente químico utilizado foi hipoclorito de sódio, que se diluiu proporcionalmente ao caudal do injector. Preparou-se uma solução aquosa de cloro num recipiente em plástico com uma capacidade de 1 m3. A bombagem da solução de hipoclorito de sódio foi levada a cabo com uma bomba magnética IWAKI com uma capacidade de 18 litros por minuto.

Durante a experiência, a porção de água seleccio-nada tinha em média 60 banhistas, numa base horária. 52 A determinação da zona mais desfavorável foi levada a cabo medindo o ORP em diversos locais na porção de água estabelecida, utilizando um equipamento de teste de ORP HANNA ORP Hl 98201, depois de se ter alimentado uma quantidade previamente determinada de cerca de 1,5 litros de uma solução de hipoclorito de sódio a 10 % na porção de água seleccionada. A zona mais desfavorável localizava-se no centro da zona delimitante da porção de água estabelecida. A salinidade da água foi medida através de um teste de condutividade HANNA Hl 931100N. Verificou-se que a salinidade da água era de 0,07 %, em peso, e que a temperatura média da água era de 21 °C, tal como lida num termómetro.

Determinou-se o valor mínimo de ORP sendo que para salinidades de entre 0 % e até 1,5 %, o valor mínimo do ORP da água é de pelo menos 550 mV. Portanto, o valor mínimo do ORP para água com uma salinidade de 0,07 % deverá ser 550 mV.

Determinou-se o período de tempo mínimo, em que para temperaturas da água de entre 5°C e até 35 °C, o período de tempo mínimo é calculado pela seguinte equação: [Período de tempo mínimo, em minutos]=80-2*[Temperatura da água, em ‘C]

Período de tempo mínimo, em minutos = 80 - 2*[21]

Período de tempo mínimo, em minutos = 38 minutos 53

Adicionou-se hipoclorito de sódio através dos injectores para se manter um valor de ORP de pelo menos 550 mV na zona mais desfavorável durante um período de tempo mínimo de 38 minutos. Inicialmente, adicionou-se 1 ppm de hipoclorito de sódio para tratar a água. Em seguida, adicionou-se hipoclorito de sódio para se manter uma concentração residual de 0,10 ppm, que permitia manter-se pelo menos um valor de 550 mV do ORP na zona mais desfavorável.

Terminada a alimentação da quantidade total de hipoclorito de sódio, mediu-se o ORP da zona mais desfavorável, verificando-se que era de 555 mV. Levaram-se a cabo medições subsequentes, a cada 60 minutos. O ORP diminuiu para 4 90 mV (em cerca de 11 % do valor mínimo determinado para o ORP) ao fim de cerca de 30 minutos, altura em que se adicionou mais hipoclorito de sódio. O poder de diluição da água reflecte-se na quantidade média de banhistas por hora na zona que cumpre os parâmetros de sanidade: para uma menor densidade de banhistas, o valor do ORP da água diminuirá mais lentamente do que para maiores densidades de banhistas. Além disto, a diminuição do ORP é afectada pelo sol e por outras variáveis.

Este exemplo confirmou que a zona que cumpria as condições sanitárias respeitava os regulamentos microbioló-gicos específicos da EPA para águas recreativas envolvendo 54 contacto directo, e mesmo regulamentos sanitários mais rigorosos, e permitia aplicar-se uma pequena quantidade de produtos químicos evitando-se o tratamento da totalidade do sistema aquoso de grande dimensão, pelo tratamento da porção de água identificada, para se criar uma zona cumprindo as condições de sanidade. A quantidade de produtos químicos aplicados no exemplo presente foi de pelo menos 100 ordens de grandeza inferior em comparação com a quantidade de produtos químicos necessários para tratar o sistema aquoso todo. Para se tratar o sistema aquoso todo do Lago Rapei, contendo mais do que 695 milhões de metros cúbicos de água doce, permitindo a sua utilização com finalidades recreativas, é preciso adicionar uma determinada quantidade de produtos químicos para conseguir assegurar a segurança dos banhistas . Para se manter o mesmo valor de ORP que no exemplo (uma concentração de 0,10 ppm de hipoclorito de sódio à qual se adicionou antes 1 ppm para tratar a água) , a quantidade total de hipoclorito de sódio que seria necessário adicionar era de aproximadamente 764,5 Ton, o que é mais do que 100.000 vezes a quantidade de hipoclorito de sódio necessária para tratar a porção de água do exemplo mencionado acima, o que é economicamente e ambientalmente inviável.

Lisboa, 5 de dezembro de 2013

Claims (17)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Método para controlar as propriedades micro-biológicas de uma porção de um sistema aquoso que seja parte de outro sistema aquoso de grande dimensão, caracte-rizado por compreender: a. identificação de uma porção de água destinada a finalidades recreativas, adentro do sistema aquoso de grande dimensão, e definirem-se os meios de alimentação; b. manutenção de pelo menos um valor mínimo do Potencial de Oxidação Redução (ORP) numa porção de água tal como a referida acima, durante um período de tempo mínimo, em que o valor mínimo do ORP e o período de tempo mínimo não possam ser inferiores aos valores calculados por: i. determinação da zona mais desfavorável dentro da porção de água; ii. determinação da salinidade da água na zona mais desfavorável; iii. determinação do valor mínimo do ORP com base na salinidade da água, em que: 2 para salinidades da água de entre 0 % e até 1,5 %, o valor minimo de ORP seja de 550 mV; para salinidades da água superiores a 1,5 %, e de até 2,5 %, o valor minimo de ORP seja calculado pela equação seguinte: [Mínimo de ORP, em mV]=625-50*[Salinidade da água, % (Percentagem ponderai)]; e para salinidades da água superiores a 2,5 %, o valor minimo de ORP seja de 500 mV; e iv. determinação da temperatura da água na zona mais desfavorável; e v. determinação do período de tempo mínimo com base na temperatura da água, em que: para temperaturas da água entre 5°C e 35°C, o período de tempo mínimo seja calculado pela equação seguinte: [Período de tempo mínimo, em minutos] = 80 - 2*[Temperatura da água, em °C]; 3 e para temperaturas da água de entre 35°C e até 45°C, o período de tempo mínimo seja calculado pela equação seguinte: [Período de tempo mínimo, em minutos] = 5*[Temperatura da água, em °C]-165. c. dispensa de uma quantidade eficaz de agente químico para se manter pelo menos o valor mínimo de ORP durante pelo menos o período de tempo mínimo, na zona mais desfavorável, e d. repetição do passo c de modo a evitar que o ORP na zona mais desfavorável diminua em mais do que 20 % do valor mínimo de ORP.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado por compreender também a repetição do passo b.
3. 3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema aquoso ser um sistema aquoso natural ou artificial.
4. 4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema aquoso ser seleccionado de entre os elementos do conjunto constituído por um lago, mar, estuário, represa, lagoa, spa, piscina, tanque e reservatório. 4
5. 5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a água ser água doce, água salobra, água salgada, ou água do mar.
6. 6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a porção de água que se destina a finalidades recreativas ser definida por uma zona delimitante.
7. 7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a porção de água que se destina a finalidades recreativas se localizar junto a uma borda de um sistema aquoso de grande dimensão.
8. 8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a porção de água que se destina a finalidades recreativas se localizar no interior de um sistema aquoso de grande dimensão.
9. 9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a zona mais desfavorável apresentar o valor mínimo de ORP na porção de água que se destina a finalidades recreativas depois de se lhe adicionar o agente químico.
10. 10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por quando a porção de água apresentar uma área superficial inferior a 5 hectares, em que a zona mais desfavorável é a zona central da porção de água.
11. 11. Método de acordo com a reivindicação 1 5 caracterizado por o agente químico ser seleccionado de entre os elementos do conjunto constituído por ozono; cloro e compostos de cloro; produtos biguanida; compostos baseados em halogéneo; compostos baseados em bromo, e misturas destes.
12. 12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o agente químico ser adicionado utilizando um sistema de alimentação seleccionado de entre os elementos do conjunto constituído por um injector, difusor, aspersor, alimentador ponderai, condutas, aplicação manual, e combinações destes.
13. 13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ORP, a salinidade, e a temperatura da água serem determinados por métodos empíricos.
14. 14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se poder fornecer água proveniente de uma parte diferente do sistema aquoso à porção de água destinada a finalidades recreativas, para se permitir um efeito de diluição.
15. 15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se poder fornecer água proveniente de uma parte diferente do sistema aquoso à porção de água destinada a finalidades recreativas, para se permitir um efeito de diluição das cargas contaminantes dos banhistas. 6
16. 16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se mantr o ORP na porção de água destinada a finalidades recreativas permanentemente, durante um determinado período de tempo, de acordo com as necessidades da referida zona.
17. 17. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se aplicar o método quando a porção de água seja de facto utilizada com finalidades recreativas. Lisboa, 5 de dezembro de 2013