Avaliação da inativação de microrganismos indicadores em água para consumo por LED-UVC como tecnologia de inativação em ponto de consumo domiciliar
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Maria Clara Vieira Martins Stlarling
Maria Ines Zanoli Sato
Juliana Delgado Tinoco
Rodrigo de Freitas Bueno
Maria Ines Zanoli Sato
Juliana Delgado Tinoco
Rodrigo de Freitas Bueno
Resumo
A contaminação microbiológica da água, proveniente de mananciais superficiais ou subterrâneos, ainda representa um desafio relevante à saúde pública global. Dentre os agentes infecciosos, os vírus vêm recebendo destaque devido à sua elevada presença em excretas humanas e à sua capacidade de causar doenças respiratórias e gastrointestinais, afetando especialmente populações vulneráveis. A interconectividade global intensifica o risco de disseminação viral, inclusive de cepas emergentes. Embora a cloração seja amplamente empregada como método de desinfecção, sua aplicação pode gerar subprodutos nocivos, como trihalometanos — compostos potencialmente carcinogênicos — além de odor e gosto residuais, levando à rejeição da água tratada por parte da população.
Nesse contexto, a radiação UV desponta como alternativa eficaz para inativação de microrganismos, especialmente em comunidades não atendidas por sistemas convencionais de abastecimento. Dentre as tecnologias UV, os LEDs UVC vêm se destacando por apresentarem vantagens como baixo consumo energético, robustez, emissão em comprimento de onda específico e possibilidade de alimentação por energia solar.
Este trabalho avaliou o uso de LEDs UVC (265 e 275 nm) na desinfecção de água para consumo humano, com foco na construção e teste de um protótipo aplicável em comunidades isoladas da Amazônia. Em bancada, foram testadas amostras de água tratada e não tratada inoculadas com E. coli Famp, E. coli CN-13, bacteriófagos MS2 e φX-174. As doses necessárias para inativação de 99,99% variaram de 13,48 a 15,1 mJ/cm² para Famp, 16,15 a 17,9 mJ/cm² para CN-13, e de 35,42 a 55,28 mJ/cm² para os bacteriófagos. Em etapa posterior, avaliou-se a inativação de vírus patogênicos, obtendo-se doses de 27 a 36 mJ/cm² para SARS-CoV-2, 54 a 63 mJ/cm² para adenovírus (HAdV), 51 a 90 mJ/cm² para HSV-1 e 92 a 102 mJ/cm² para o Vaccinia virus (VACV), demonstrando desempenho comparável ao de lâmpadas de mercúrio.
O protótipo desenvolvido demonstrou 100% de inativação de E. coli para vazões de até 100 mL/min. No entanto, o aumento da vazão resultou em menor tempo de exposição e reduções abaixo de 4 log, restringindo sua aplicação a fluxos reduzidos. Os resultados evidenciam o potencial da tecnologia LED UVC como solução viável, sustentável e descentralizada para desinfecção de água em contextos de vulnerabilidade e difícil acesso.
Abstract
Microbiological contamination of water from surface and groundwater sources remains a
significant global public health concern. Among microbial contaminants, viruses have gained
increasing attention due to their high prevalence in human waste and potential to cause
respiratory and gastrointestinal illnesses, particularly in vulnerable populations. Global
interconnectedness further facilitates the rapid spread of viral pathogens, including emerging
strains. While chlorination is the most commonly used disinfection method, it poses drawbacks
such as the formation of potentially carcinogenic byproducts (e.g., trihalomethanes), as well as
undesirable taste and odor, often leading to consumer rejection and increased risk from
alternative water sources.
Ultraviolet (UV) radiation has emerged as an effective alternative for microbial inactivation,
particularly in communities without access to centralized water treatment systems. Within UV
technologies, UVC LEDs stand out for their advantages, including low energy consumption,
robustness, emission at specific wavelengths, and compatibility with solar power systems.
This study evaluated the use of UVC LEDs (265 nm and 275 nm) for drinking water
disinfection, focusing on the development and testing of a prototype for potential use in remote
Amazonian communities. In bench-scale experiments, treated and untreated water samples
were inoculated with E. coli Famp, E. coli CN-13, and bacteriophages MS2 and φX-174. The
UV doses required for 4-log (99.99%) inactivation ranged from 13.48 to 15.1 mJ/cm² for Famp,
16.15 to 17.9 mJ/cm² for CN-13, and 35.42 to 55.28 mJ/cm² for the bacteriophages. In a
subsequent phase, disinfection tests using pathogenic viruses indicated required doses of 27–
36 mJ/cm² for SARS-CoV-2, 54–63 mJ/cm² for adenovirus (HAdV), 51–90 mJ/cm² for HSV-
1, and 92–102 mJ/cm² for vaccinia virus (VACV), demonstrating efficacy comparable to
mercury-based UV lamps.
The prototype device achieved 100% inactivation at flow rates up to 100 mL/min. However,
higher flow rates reduced particle residence time and led to inactivation below 4-log, indicating
the device’s suitability for low-flow applications. The results highlight the potential of UVC
LED technology as a viable, decentralized, and sustainable solution for water disinfection in
underserved and remote areas.
Assunto
Engenharia sanitária, Saneamento, Vírus - Doenças, Microorganismos patogênicos, Radiação ultravioleta, Água - Purificação
Palavras-chave
LED-UVC, Vírus, Indicadores patogênicos, Desinfecção de água