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- 1. Renovação do Ar e da Água em Piscinas Cobertas: sua Correlação V. M. Beleza, R. M. S. S. Costa Centro de Estudos de Águas do Instituto Superior de Engenharia do Instituto Politécnico do Porto1 Resumo – Numa piscina coberta os reagentes usados no tratamento de água e os banhistas são os principais responsáveis pela introdução de contaminantes no sistema ar/água. Porque alguns desses compostos incomodam e afectam sua saúde dos banhistas, aqueles devem ser removidos do meio. Para o fazer as renovações do ar e da água são as ferramentas mais utilizadas e sugeridas por diversas Leis, Regulamentos e Directivas, em particular a Directiva CNQ 23/93. Contudo, as renovações instituídas podem não ser suficientes ou muito caras, obrigando a encontrar outros meios para manter a qualidade do ambiente em causa. A redução na quantidade de contaminantes introduzidos é a solução mais interessante e, quiçá, a mais económica. A redução no consumo de reagentes é o primeiro passo. Segue-se formação dos banhistas que é, sem dúvida, o contributo importantíssimo para a manutenção da qualidade do ar e da água de uma piscina. O uso de métodos físico- químicos podem resolver a generalidade dos casos, embora os custos de investimento e de operação possam ser desencorajadores. O uso de ozono como oxidante e a aplicação da foto-oxidação com apoio de radiações ultra-violetas são as técnicas mais usadas no tratamento da água da piscina. A extracção de tricloraminas do ar da nave por um processo de transferência de massa apresenta-se como uma excelente solução para as piscinas cobertas. Palavras-chave: piscina, ar, água, contaminantes, renovação 1 Contacto: [email protected] 1
- 2. Numa piscina, qualquer contaminante introduzido no sistema ou se transforma, ou é rejeitado para o exterior através das renovações da água da piscina e do ar da nave. A acumulação, quer na água quer no ar, de alguns compostos, originais ou resultantes de transformações, podem vir a originar problemas graves para os utilizadores deste tipo de instalações. Os problemas são muito importantes nas piscinas cobertas, as preferidas a nível público. Na figura 1 apresentam-se as entradas e saídas de matéria numa piscina. O uso de reagentes usados no tratamento de água e os banhistas são os principais veículos de contaminantes para o sistema ar/água de uma piscina. Figura 1 – Correntes de entrada e saída de uma piscina coberta A renovação do ar e da água numa piscina tem por objectivo manter a sua qualidade ambiental, sobretudo no que diz respeito à saúde e comodidade dos banhistas e de outros utilizadores da piscina. Tecnicamente, e de acordo com a filosofia da Directiva CNQ 23/93 do Conselho Nacional da Qualidade, as quantidades de ar e de água eliminadas para o exterior devem limitar a concentração de contaminantes introduzidos no sistema, quer directamente pelas correntes de entrada quer devido a reacções químicas que venham a ocorrer entre dois ou mais contaminantes. Numa piscina concentração de um contaminante na água aumentará como consequência da evaporação da água. A quantidade de água a purgar, Qp (m3 .dia-1 ) para que a concentração desse contaminante não ultrapasse um dado limite pode ser calculado pela seguinte equação: 2
- 3. 1 1 − = a p e p c c m Q ρ (1) em que me, kg.dia-1 , é o caudal de água evaporada, ρ é a massa volúmica da água, kg.m-3 , e cp e ca são, respectivamente, as concentrações, mg.L-1 , do contaminante na água de compensação e na água da piscina. Para uma piscina de 400 m2 de área do plano de água, com a lotação máxima diária de 800 banhistas, para ρ = 1.000 kg.m-3 , e para uma evaporação estimada em 2.500 kg/dia de água da piscina, admitindo que 3 , 1 = a p c c virá: 3 , 8 1 3 , 1 1 1000 2500 = − × = p Q m3 /dia, que corresponde a 10,4 L/banhista, valor muito inferior ao recomendado pela Directiva CNQ 23/93 que é de 30 L/banhista. No caso de um contaminante não volátil introduzido simultaneamente como reagente e pela água de compensação e que não participe em qualquer reacção química a quantidade de água a purgar é dada pela equação: a p r a e p c c m c m Q − + = ρ (2) em que mr, g.dia-1 , é a quantidade de contaminante adicionada. Admitamos que o contaminante em causa é o sulfato e que, diariamente, se adiciona sulfato de alumínio equivalente a 1.000 g.dia-1 de sulfato. Para uma concentração, na água de compensação, de 30 mg SO4/L, e admitindo que o contributo dos banhistas é nulo e que as concentrações de sulfato na água de compensação e na piscina são, respectivamente, 30 e 40 mg SO4/L, teremos: 3
- 4. 5 , 107 30 40 1000 30 1000 2500 = − + × = p Q m3 /dia que corresponde a 134,4 L/banhista, valor muito superior ao recomendado pela referida Directiva. Este exemplo mostra bem a necessidade de limitar o uso de reagentes no tratamento de água da piscina. O caso mais flagrante pode coincidir com o uso de desinfectante. Admitamos que se usa um derivado do cloro a uma dose contínua de 0,5 mg Cl2/L. Supondo que todo o cloro adicionado se transforma em cloreto e que este ião não é oxidado a clorito ou clorato, teremos uma produção diária de 2.400 g de cloretos para o caudal de circulação de 200 m3 /h. Se a concentração em cloretos na água de compensação e na água da piscina for, respectivamente, 50 e 65 mg Cl/L, teremos: 168 50 65 2400 50 1000 2500 = − + × = p Q m3 /dia O valor obtido mostra, mais uma vez, que o uso do desinfectante pode obrigar a uma renovação de água bem superior ao recomendado pela Directiva CNQ 23/93. A aplicação dos anteriores princípios à presença de compostos orgânicos e/ou azotados é muito mais complexa, sobretudo pelas reacções químicas que se dão entre os contaminantes e os produtos usados na desinfecção. Essas reacções podem ocorrer com contaminantes inorgânicos, como o brometo e os compostos amoniacais, ou orgânicos, como os aminoácidos, introduzidos pelos banhistas através da urina, suor, cosméticos, etc. e numa quantidade proporcional à sua frequência. O desinfectante (cloro, bromo, e seus derivados) usado para preservar a qualidade bacteriológica da água da piscina reage com alguns dos poluentes orgânicos para formar compostos organo-halogenados, dos quais se destacam os tri-halometanos, TMH’s; Como os THM’s são bastante voláteis eles transferem-se para a atmosfera onde a sua concentração pode atingir valores superiores a 800 µg/L. 4
- 5. A injecção de compostos azotados na água da piscina é essencialmente feita através da urina que é introduzida em quantidades que se estimam entre 25 e 30 mL por banhista, sendo a contribuição de cada banhista é equivalente a cerca de 340 mg de azoto. A ureia, por degradação, gera mais azoto amoniacal e este reage rapidamente com o ácido hipocloroso para formar cloraminas inorgânicas (mono-, , di-, , e tricloramina, NCl ). Cl NH2 2 NHCl 3 A formação da monocloramina 1 mg/L de azoto na forma amoniacal consome 5 mg/L de Cl2. Admitindo que o cloro combinado na água da piscina corresponde essencialmente à presença da monocloramina, e que esta não entra em qualquer reacção química nem se escapa para a atmosfera da nave, a quantidade de água a purgar para manter o nível de cloro combinado na água da piscina em 0,5 mg Cl2/L (equivalente a 0,1 mg N/L) será, para o exemplo que temos vindo a seguir, determinada a partir da equação (3), tendo em atenção que ca = mr = 0 e mb representa a quantidade, g.dia-1 , de azoto introduzida por cada banhista: 0 = − p p b c Q m (3) 2720 1 , 0 800 10 340 3 = × × = = − p b p c m Q m3 /dia O valor obtido é tão elevado que mostra claramente que a renovação da água não é a melhor via para eliminar as cloraminas formadas. A sua remoção da água da piscina é possível por oxidação, usando oxidantes, como o ozono ou o próprio cloro em quantidades acima do ponto de ruptura, ou com a ajuda da radiação ultravioleta. A remoção de cloraminas recorrendo apenas ao cloro obriga a um grande excesso deste desinfectante, geralmente com residuais de 5 a 10 mg/L de Cl2, sendo imperioso que a relação Cl2:N seja superior a 7,6. Melhor seria, contudo, que os banhistas não introduzissem tanto azoto na água da piscina. O cheiro típico da atmosfera de uma piscina é atribuído ao cloro, embora estudos muito bem consolidados tenham demonstrado que tal se deve à presença de cloraminas no ar, em especial a tricloramina. Sendo bastante mais volátil do que as outras duas 5
- 6. cloraminas, ela é facilmente é transferida para a atmosfera. Como a a tricloramina pode ser uma causa de asma e responsável por irritações oculares e respiratórias, é necessário removê-la do sistema. Sendo a tricloramina 100 e 300 vezes, respectivamente, mais volátil do que a di- e a monocloramina, ela predomina na atmosfera da nave de uma piscina e em concentrações que podem chegar a 1,7 g/m3 . As concentrações mais elevadas na atmosfera são favorecidas por: o Valores elevados da relação Cl2:N na água; o Maiores taxas de ocupação da piscina (maior turbulência da água e maior contribuição de contaminantes); o Temperaturas mais elevadas; o Maiores velocidades do ar junto à superfície da água; o Menor renovação de água; o Menor renovação de ar. Em alguns países, como a França, aceita-se, como máxima a concentração de 0,5 mg/m3 de tricloramina no ar da nave. Como se viu anteriormente, a eliminação de cloraminas através da renovação da água da piscina tem reduzido significado. Por isso, a sua expulsão através da renovação do ar é extremamente importante, embora esta solução esbarre com o custo energético que isso pode representar, já que maiores caudais de ar fresco implicam um maior consumo de energia para o seu aquecimento. Os valores preconizados pela Directiva CNQ 23/93 para a renovação do ar da nave podem não ser suficientes para manter a concentração de tricloramina inferior a 0,5 mg/m3 . Por isso, torna-se necessário introduzir nas piscinas públicas um processo de extracção de tricloraminas e outros produtos voláteis recorrendo a unidades de transferência de massa muito simples e com custos bastante mais modestos dos que outros processos como a utilização de ozono, de radiação ultravioleta ou elevadas renovações de água e de ar. Diversos regulamentos tentam suportar a qualidade da água e do ar na sua renovação. A fixação cega de valores para as taxas de renovação não tem em conta nem a natureza dos banhistas, nem o tipo de equipamento recreativo, nem os meios 6
- 7. tecnológicos de tratamento do ar e da água. Assim, a manutenção da qualidade dos serviços prestados por uma piscina obriga a limitar a concentração de contaminantes indesejados. Esta restrição pode ser efectuada por renovação da água e do ar, embora se verifique que tal só é razoavelmente conseguido se os valores reais superarem os preconizados na Directiva CNQ 23/93. Por isso, alguns cuidados devem ser considerados prioritários, a saber: o Os banhistas devem ter conhecimento que eles são os principais veículos de contaminantes para a água e o ar da piscina; o Para limitar o nível de contaminação, os banhistas devem dedicar especial atenção à sua higiene; um prévio e abundante banho de chuveiro, de preferência em nu, é uma boa garantia para a qualidade da água e do ar; o Assoar, cuspir, urinar, etc., para a água da piscina é uma prática que deve ser liminarmente banida das piscinas públicas; o O uso de produtos químicos (coagulantes, neutralizantes, desinfectantes, etc.) deve ser feito com parcimónia. O abuso custa dinheiro e aumenta o grau de contaminação; o Devem ser evitados residuais mais elevados de desinfectante (cloro ou bromo) que favorecem a formação de organo-halogenados, em particular tri- halometanos, e cloraminas. A formação da tricloramina ocorre para razões Cloro:Azoto mais altas; o Temperaturas da água da piscina mais elevadas aumentam a velocidade de formação de compostos indesejáveis e promovem a transferência de compostos voláteis para a atmosfera; o A oxidação de cloraminas com cloro ou ozono, ou a sua foto-oxidação com recurso à radiação ultra-violeta, são ferramentas muito úteis para limitar a presença de organo-halogenados e cloraminas na água da piscina e no ar da nave; o A remoção da água da piscina da tricloramina e de outros compostos voláteis por um processo de transferência de massa é um meio simples e eficaz de garantir a qualidade da água e do ar; o A renovação da água da piscina e do ar da nave deve ser feita de modo a garantir o cumprimento de requisitos de qualidade a definir (concentração máxima de tricloramina no ar, razão entre as concentrações de cloretos na água 7
- 8. da piscina e na água de compensação, por exemplo). A fixação de taxas de renovação com base no banhista, como o faz a Directiva CNQ 23/93, não é garantia absoluta de uma piscina pública saudável. Bibliografia Beleza, V. M., 2003, Inter-relações Ar/Água em Piscinas Públicas Cobertas, 2º Congresso da Associação Portuguesa de Profissionais de Piscinas, Instalações Desportivas e Lazer, Porto Carbonnelle, S., 2003, Les Risques Sanitaires des Produits Dérivés de la Chloration des Eaux de Bassins de Natation, Vertigo, Vol 4, nº 1, pp. 32 – 37 Conselho Nacional da Qualidade, 1993. “Directiva CNQ 23/93”, Lisboa Fantuzzi, G., Righi, E., Predieri, G. Ceppelli, G., Gobba, F., Aggazzoti, G., 2001, Occupational Exposure to Trihalomethanes in Indoor Swimmig Pools, The Science of the Total Environment, nº 264, pp. 257 - 265 Gèrardin, F., Gerber, M., Héry, M., Quénis, B., 1999, Extraction de Chloramines par Contact Gaz/Liquide dans les Eaux de Piscines, Cahiers de Notes Documentaires - Hygiéne et Securité du Travail, nº 177, pp. 21 – 29 Gèrardin, F., Muller-Rodriguez, N., Quenis, B., 2001, Strippage de la Trichloramine dans les Bacs Tampons des Piscines, Cahiers de Notes Documentaires - Hygiéne et Securité du Travail, nº 184, pp. 25 – 36 Héry, M., Hecht, G., Gerber, J. M., Gendre, J. C., Hubert, G., Blachère, V., Rebuffaud, J., Dorotte, M., 1994, Exposition aux chloramines das les atmosphères des halls de piscine, Cahiers de Notes Documentaires - Hygiéne et Securité du Travail, nº 156, pp. 285 – 292 Holzwarth, G., Balmer, R. G., Soni, L., 1984, The Fate of Chlorine and Chloramines in Cooling Towers Henry’s Law Constantes for Flashoff, Water Research, Vol. 18, 11, pp. 1421 - 1427 Nemery, B., Hoet, P. H. M., Nowak, D., 2002, Indoor Swimming Pools, Water Chlorination and Respiratory Health, European Respiratory Journal, 19, pp. 790 - 793 Thickett, K. M., McCoach, J. S., Gerber, J. M., Sadhra, S., Burge, P. S., 2002, Occupational Astma Caused by Chloramines in Indoor Swimming-pool Air, European Respiratory Journal, 19, pp. 827 – 832 Weber, W. J., 1972, Physicochemical Process for Water Quality Control, J. Wiley, Co, New York WHO, 2000, Guidelines For Safe Recreational-Water Environments. Vol. 2: Swimming Pools, Spas and Similar Recreational-Water Environments, Geneva, World Health Organisation 8