Avanços na garantia de água segura : explorando métodos alternativos com foco na inativação de bactérias, protozoários e degradação fotocatalítica de fármacos e agrotóxicos por meio da radiação solar

Abstract

A qualidade microbiológica da água determina a epidemiologia de doenças de transmissão hídrica em assentamentos humanos quando ela é usada para fins recreativos e principalmente para fins potáveis. A presente tese descreve as atividades que visaram contribuir para uma melhor compreensão dos riscos microbiológicos da água, e dos métodos alternativos de baixo custo de tratamento de água no ponto-de-uso. Também visaram o estudo da desinfeção solar (SODIS) e descontaminação fotocatalítica da água. Diferentes revisões críticas e sistemáticas com ou sem meta-análise foram conduzidas. Além disso, foi realizada a avaliação do desempenho da SODIS convencional, bem como dos sistemas de SODIS, e descontaminação fotocatalítica da água. Os nossos achados e seus significados são: (I) A prevalência global de amebas de vida livre (AVL) em águas usadas para recreação (piscinas e água superficiais) é alta (44.34%) e preocupante. (II) O papel da interação das AVL e diferentes vírus de importância médica (incluindo Sars-Cov-2) na persistência ambiental e evolução destes patógenos nos corpos de água merece atenção dos pesquisadores. (III) Os sistemas de SODIS operando em fluxo contínuo ou intermitente de grande vazão podem ser usados no aprovisionamento público em larga escala de água potável segura a baixo custo. IV) O sucesso no combate de doenças de transmissão hídrica pelo uso de tecnologias de baixo custo de tratamento domiciliar de água é influenciado por barreiras e facilitadores enquadrados no domínios psicossocial, promocional e tecnológico. O treinamento adequado dos usuários e a adoação das tecnologias, combinados com alta adesão, são importantes preditores de sucesso. (V) O uso consistente do SODIS resulta em ganhos epidemiológicos devido à melhoria na segurança microbiológica da água potável, e da indução de mudanças imunológicas protetivas (especialmente durante os surtos). (VI) A SODIS convencional (24 horas cumulativas) em condições de forte insolação natural é incapaz de inativar tantos os cistos de Acanthamoeba castellanii quanto Pseudomonas aeruginosa internalizadas, assim a água desinfetada precisa ser consumida dentro de três dias. (VII) O sistema de SODIS desenvolvido inativou cistos de A. castelani (103 cistos/L) e esporos de Bacillus altitudinis (102 UFC/mL), e tem potencial de ser utilizado no abastecimento de água potável em larga escala. (VIII) A integração de TiO2 como fotocatalizador, ao sistema de SODIS permitou degradar simultaneamente doxiciclina (87%), sulfametoxazol (35,5%), dexametazona (32%) e carbendazim (31,8%) em apenas 15 minutos, o sistema tem potencial de ser aplicado em situação real de descontaminação química de água. (IX) Foi submetido um pedido de patente sobre o sistema no Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI).

The microbiological quality of water determines the epidemiology of waterborne diseases in human settlements when it is used for recreational purposes and mainly for human consumption. This thesis describes the activities that aimed to contribute to a better understanding of the microbiological risks of water and low-cost alternative methods for its treatment at the point of use. Also aimed to study solar disinfection (SODIS) and photocatalytic decontamination of water. Different critical and systematic reviews were carried out with or without meta-analysis. Furthermore, an evaluation of the performance of conventional SODIS as well as SODIS systems and photocatalytic water decontamination was carried out. Our findings and their significance are: (I) The global prevalence of free-living amoebas (FLA) in recreational waters (swimming pools and surface waters) is high (44.34%) and therefore worrying due to the microbiological risks. (II) The role of the interaction of ALF and different viruses of medical importance (including Sars-Cov-2) in the environmental persistence and evolution of these pathogens in water bodies deserves attention from researchers. (III) SODIS systems operating at continuous or intermittent high flow can be used for large-scale public supply of safe drinking water at low cost. (IV) Success in combating waterborne diseases through the use of low-cost household water treatment technologies is influenced by barriers and enablers belonging to the psychosocial, promotional and technological domains. Proper user training and adoption of proper technology, combined with high adherence, are important predictors of success. (v) Consistent use of SODIS results in epidemiological gains, which result from improved microbiological safety of drinking water and the induction of protective immunological changes (especially during outbreaks) in SODIS users. (VI) Conventional SODIS (24-hour cumulative exposure) under strong sunligth fails to deactivate Acanthamoeba castellanii cysts and internalized Pseudomonas aeruginosa. Therefore, the treated water must be consumed within three days. (VII) The developed SODIS system successfully inactivated A. castelani cysts (103 cysts/L) and Bacillus altitudinis spores (102 CFU/mL), and has the potential to be used in large-scale public drinking water supply. (VIII) The integration of TiO2 as a photocatalyst in the SODIS system allowed the simultaneous degradation of doxycycline (87%), sulfamethoxazole (35.5%), dxamethasone (32%) and carbendazim (31.8%) in just 15 minutes, the system has potential to be applied in a real situation of chemical water decontamination. (IX) A patent application for the system was filed with the National Institute of Industrial Property (INPI).