Avanços Recentes na Pasteurização Solar de Água

Não é necessário ferver a água para matar os micróbios

O principal objetivo dos fogões solares é transformar os raios de sol em calor para então cozinhar os alimentos. Estamos todos acostumados com a eficiência dos fogões solares cozinhando e assando uma grande variedade de alimentos. Neste artigo quero considerar o uso do calor obtido nos fogões solares para outros propósitos além de cozinhar. Meu foco principal será a Pasteurização Solar da Água, que pode complementar o cozimento solar e evitar problemas críticos de saúde em vários países em desenvolvimento..

A maioria das doenças dos países em desenvolvimento atualmente são doenças infecciosas causadas por bactérias, vírus e outros micróbios que são eliminados nas fezes humanas e poluem a água que as pessoas usam para beber e lavar roupa. Quando as pessoas bebem os micróbios vivos, eles se multiplicam, causam a doença, e são eliminadas junto com as fezes novamente na água, continuando o ciclo de transmissão da doença..

No mundo todo, água contaminada é o maior problema. Estimadamente 1 bilhão de pessoas não tem acesso a a água potável. É estimado também que a diarréia resultante de água contaminada mata 2 milhões de crianças e causa algo em torno de 900 milhões de episódios da doença a cada ano.

Fervendo a Água contaminada

Como poderiam os micróbios infecciosos da água serem mortos para fazer a água segura para se beber sem riso de doenças? Nas cidades dos países desenvolvidos isto é frequentemente garantido pela adição de cloro na água (cloração) depois dela ter passado por uma filtragem. Nos países em desenvolvimento, porém, os sistemas de água das cidades são menos confiáveis, e água de córregos, rios e alguns poços podem estar contaminados com fezes humanas oferecendo risco à saúde. Para as bilhões de pessoas que não tem água saudável (potável) para beber, que recomendações as autoridades de saúde pública propõem? A única recomendação maior é ferver a água, as vezes mais de 10 minutos. Este processo é conhecido desde o tempo de Louis Pasteur, 130 anos atrás, que o calor da fervura é muito eficiente no extermínio de todos os micróbios que causam doenças tanto no leite como na água.

Se água contaminada pode se tornar potável para beber através da fervura, porque  a fervura não é amplamente praticada? Aparentemente parece haver 5 motivos principais: 1) As pessoas não acreditam na teoria dos germes causadores de doenças, 2) O processo de fervura demora muito, 3) Água fervida tem um gosto desagradável, 4) Combustível frequentemente escasso ou caro, 5) Calor e fumaça são desagradáveis.

Alguns exemplos do custo da fervura da água merecem ser mencionados. Durante o surto de cólera no Peru, o ministro da saúde obrigou todos os habitantes a ferver a água por 10 minutos. Isto custaria 29% da renda média das casas pobres. Em Bangladesh, ferver a água antes de beber custaria 11% da renda de uma família. Em Jakarta, Indonésia, mais de U$ 50 milhões de dólares são gastos a cada ano pelos habitantes para ferver a água. Estima-se que na cidade de Cebu, nas Filipinas, com uma população em torno de 900.000 habitantes, metade das famílias fervem a água que bebem, e a proporção é de fato maior para famílias que obtém água de um encanamento não confiável de água clorada. Por causa da quantidade de combustível consumido para ferve água ser muito grande, aproximadamente 1KG de madeira para ferver um litro de água, e porque lenha e carvão serem usados para este fim, um sistema de suprimento inadequado de água contribui significativamente para o desmatamento, poluição urbana e outros problemas relacionados ao meio ambiente e energia.

Se madeira, lenha ou esterco são usados como combustível para ferver a água, a fumaça cria um risco a saúde toda vez que se cozinha. Estima-se que 400 a 700 milhões de pessoas, principalmente mulheres tem problemas de saúde por causa da poluição interna do ar de suas casas. Como microbiologista, tenho ficado perplexo da razão pela qual a fervura é recomendada, pois este processo precisa de muito mais calor do que é necessário para matar os micróbios infecciosos da água. Eu presumo que a razão disto é para se ter certeza que a temperatura letal para as bactérias será alcançada, porque a não ser que se tenha um termômetro é muito difícil dizer a que temperatura a água está até podermos ver ela começar a borbulhar. Todo mundo conhece o processo de pasteurização do leite. Trata-se de um processo de aquecimento que é suficiente para matar os micróbios causadores de doença do leite, como a bactéria da tuberculose, streptococos e a salmonela. Qual temperatura se usa para pasteurizar o leite? A maioria do leite é pasteurizada a 71.7° C (161° F) por apenas 15 segundos. Alternativamente, 30 minutos a 62.8° C (145° F) pode também pasteurizar o leite. Algumas bactérias são resistentes ao calor e podem sobreviver ao processo de pasteurização, mas estas bactérias não causam doenças nas pessoas. Elas podem, entretanto, coalhar o leite, por isso, assim mesmo o leite pasteurizado é mantido sob refrigeração.

Existem diferentes micróbios causadores de doenças na água, mas eles não raramente são resistentes  ao calor. As causas mais comuns de doenças causadas pela água, e sua sensibilidade ao calor são apresentados na tabela 1. A causa mais comum de diarréia aguda entre crianças nos países em desenvolvimento é a bactéria Scherichia coli,  Shigelia SD e também os vírus do grupo Rotavírus. Estes são rapidamente mortos a temperaturas de 60° C ou mais.

Pasteurização Solar da Água

 Aquecendo a água em um fogão solar as temperaturas acima de56° C começarão a matar os micróbios causadores de doenças. Um aluno de graduação, David Ciochetti, investigou isto em sua tese de mestrado em 1983 e concluiu que aquecendo a água a 66° C em um fogão solar é o suficiente para pasteurizar a água e matar todos os micróbios causadores de doenças. A oportunidade de podermos transformar água contaminada em água potável apenas aquecendo a esta baixa temperatura—apenas 66° C—ao invés de 100° C  (fervura) apresenta uma real oportunidade para tratarmos a água contaminada nos países em desenvolvimento.

Testando a contaminação fecal da água

Como se pode determinar se a água de um poço, bomba, córrego, etc é segura para se beber? O procedimento mais comum consiste em examinar a água a procura de bactérias indicadoras de poluição fecal. São usadas dois tipos de bactérias como indicadoras.A primeira é a bactéria coliforme que é usada como indicadora nos países desenvolvidos onde a água é clorada. Bactérias coliformes vem das fezes e das plantas. A bactéria colifrome usada como segundo indicador chama-se Escherichia coli. Esta bactéria está presente em grande quantidade nas fezes humanas (aproximadamente 100.000.000 por grama) e de outros mamíferos. Ela é o principal indicativo de que a água não é clorada. Água contendo 100 E. coli por 100ml oferece um risco substancial a saúde.

O método padrão utilizado para testar a presença dos coliformes e da E. coli requer pessoal treinado, fácil acesso a laboratórios, ou uma unidade móvel e estes fatores geralmente não estão presentes nos países em desenvolvimento. Então os suprimentos de água quase nunca são examinados nem testados.

Novo método de teste em países em desenvolvimento.

Em 1987, o teste Colilert MPN Test (CLT) foi introduzido como o primeiro método que usa a tecnologia de extrato definido para detectar simultaneamente coliformes e E. coli. O CLT vem com substâncias químicas desidratadas contendo dois nutrientes indicadores: um para coliformes e outro para a E. coli. Então se adiciona 10ml de água no tubo de ensaio sacudindo-o bem para dissolver os produtos químicos, depois incuba-se na temperatura do corpo por 24 horas. Eu prefiro incubar os tubos de ensaio entre meu corpo e meu cinto. A noite eu durmo de costas e uso os tubos entre minha roupa de dormir e meu corpo.

Se nenhum coliforme estiver presente, a água permanecerá transparente. Entretanto se um ou mais coliformes estiverem presentes na água, após 24 horas seu crescimento metabolizará o ONPG e a água mudará de cor, de transparente para amarelo (semelhante a urina). Se a E. coli estiver entre as bactérias presentes, elas vão metabolizar  o MUG e o tubo de ensaio ficará azul florescente quando o tubo for exposto a uma lâmpada de luz ultravioleta, indicando um sério perigo a saúde. Tenho convidado os participantes dos workshops sobre fogões solares de caixa em Serra Leoa, Mali, Mauritânia e Nepal para testar o suprimento de água de suas casas com o CLT. Cento e vinte participantes trouxeram amostras. Em todos os quatro países, onde a água vinha de áreas urbanas e rurais, a maioria das amostrar continha coliformes, e no mínimo metade delas tinham a presença de E. coli. Testes bacteriológicos com resultado positivo de ONPG e MUG trazidos de volta de Mali e Mauritânia, verificaram a presença de coliformes/E. coli em aproximadamente 95% das amostras. É provável que logo o teste Colilert MPN Test (CLT) será modificado para que o teste para E. coli, não necessite de uma luz ultravioleta, e o tubo de ensaio mudará em outra cor diferente do amarelo se a E. coli estiver presente. Isto tornará o teste menos caro e mais fácil para o uso em países em desenvolvimento para avaliar as fontes de água.

Efeito da água potável na diarréia de crianças

Qual seria o benefício se a água contaminada pudesse se tornar limpa e segura para se beber através da fervura ou pasteurização? Uma estimativa das Filipinas diz que se as famílias que usam poços moderadamente contaminados (100 E. coli a cada 100 ml) forem capazes de usar uma fonte de água de alta qualidade, a diarréia entre suas crianças seria reduzida em 30%. Então se a água contaminada por E. coli for pasteurizada utilizando a energia solar, ela se tornará limpa e isto ajudará a reduzir as chances de diarréia, especialmente em crianças.

Indicador de pasteurização da Água (WAPI)

Como se pode determinar se a água atingiu os 65° C? Em 1988, Dr. Fred Barrett (aposentado da USDA) desenvolveu o protótipo do Indicador de Pasteurização de água (Water Pasteurization Indicator-WAPI). em 1992 Dale Andreata, um estudante de engenharia da Universidade da Califórnia, em Berkeley, desenvolveu o atual WAPI. O WAPI consiste em um tubo de policarbonato, com duas extremidades seladas, onde dentro se colocou um pouco de gordura de soja, que tem a temperatura de derretimento a 69° C ("MYVEROL" 18-06K, Eastman Kodak Co., Kingsport, TN 37662).O WAPI é colocado dentro do recipiente com água com a porção que contém a gordura na parte de cima do tubo. Uma arruela manterá o WAPI no fundo do recipiente, que se aquece lentamente num fogão solar de caixa. Se o calor da água derreter a gosdura, a gordura amolecerá e escorregará para a parte de baixo do WAPI indicando que a água está pasteurizada. Se a gordura ainda estiver na parte de cima do WAPI, a água não foi pasteurizada. O WAPI é re-usável. Depois que a gordura esfria e se torna solida novamente na parte de baixo, a linha de pescar é amarrada na outra ponta e a arruela deslizada até a parte de baixo, e isto recoloca a gordura no topo do tubo. Outro indicador de pasteurização está sendo desenvolvido por Roland Saye, que se baseia na expansão de um disco bi-metálico que fica alojado num recipiente plástico. Este indicador mostra-se ser muito promissor e está ainda na fase de testes iniciais. .

O WAPI poderá ser útil imediatamente para pessoas que normalmente fervem a água para torná-la segura para beber. O WAPI indicará claramente quando a temperatura de pasteurização foi atingida e economizará muito combustível que normalmente está sendo desperdiçado pelo aquecimento excessivo.

[Nota do editor: Usando cera de abelha e cera de carnaúba para indicar a temperatura: no SBJ #15 discutimos o uso de cera de abelha que derrete a relativamente 62º C, como um indicador de pasteurização. descobrimos agora que misturando um pouco de cera de carnaúba com cera de abelha  (na proporção de~1:5) aumenta a temperatura de derretimento da cera de abelha para 70º - 75º C. Cera de carnaúba é um produto do Brasil e pode ser comprado nos EUA nas madeireiras e ferragens. Mais testes precisam ser feitos para confirmar que a temperatura de derretimento se mantém a mesma após o primeiro derretimento. Escreva para webmaster@solarcooking.org e nós lhe mandaremos um pouco de  cera de carnaúba para você fazer as experiências.) 

Estratégias diferentes para a pasteurização solar da água.

O forno solar de caixa foi o primeiro usado para pasteurizar água. David Ciochetti construiu um fogão de caixa solar para pasteurizar muitos litros de água. Nesta época do ano em Sacramento, cerca de 13 litros de água podem ser pasteurizadas nos nossos típicos dias ensolarados..

Dale Andreatta e Derek Yegian da Universidade da California.em Berkeley,tem desenvolvido maneiras criativas para aumentar grandemente a quantidade de água que pode ser pasteurizada, como iremos ouvi-lo falar nesta conferência..

Estou também muito animado com a possibilidade de pasteurizar a água usando simples fogões solares de painel. E colocando o recipiente preto com água desntro de um saco de poliéster para criar um efeito estufa, e usando muitos refletores para centralizar a luz na jarra, é possível pasteurizar quantidades consideráveis de água com um sistema bastante simples. Demora aproximadamente 4 horas para  que eu consiga pasteurizar um galão de água no verão com o sistema que estou usando. Fogões solares de painel abrem anormes possibilidades de aquecimento de água não só para pasteurização, mas também para fazer café e cha, que são muito populares em alguns países em desenvolvimento. A água aquecida pode também ser mantida quente por um longo tempo colocando-a numa sacola e depois colocá-la dentro de uma caixa isolada. No recipiente isolado que eu uso um galão com 80° C, a água estará a aproximadamente 55° C depois de 14 horas. Água a temperatura de 55° C estará a  40° C depois de 14 horas, ideal para banho/barbear pela manhã.

Vou concordar com o que disse o mais famoso microbiologista, que foi pioneiro no uso de vacinações por volta de 1890: Louis Pasteur. Quando perguntaram a ele qual o segredo de seu sucesso ele respondeu que acima de tudo seu segredo era a persistência. Eu diria que você precisa de boas informações para ser persistente, e nós certamente temos isto com os fogões solares através do trabalho em Sacramento, Bolívia, Nepal, Guatemala, e qualquer lugar onde o sol brilhe. O uso contínuo de madeira como combustível é insustentável. Precisamos persistir até que o conhecimento que obtivemos se espalhe e se torne conhecido em todo mundo.

Dr. Robert Metcalf
1324 43rd St.
Sacramento, California 95819 USA.

Você pode ouvir alguns discursos do Dr. Metcalf's  Aqui. (inglês)

IDEXX Laboratories, Inc. produz o Colilert kit e se situa no seguinte endereço:

IDEXX Laboratories, Inc.
One IDEXX Drive
Westbrook, ME 04092
USA

Voice: (800) 321-0207 or (207) 856-0496
Fax: (207) 856-0630

Aqui está a página a página deles: Web page on the Colilert System.
 

Veja também: Solar Puddle Pasteurizer.

Nota do Editor: Note: Testando água em países em desenvolvimento.

O Colilert system torna possível testar a água sem a necessidade de laboratório.Os laboratóiros IDEXX, fabricante, recomenda que você use 5 tubos de teste para cada amostra. Bob Metcalf explica que 5 tubos conterão 50ml, que é a quantidade mínima para amostras permitidas pela legislação dos USA. este é um método irreal para julgar a água em países em desenvolvimento, onde você está examinando água que está sendo bebida, apesar do fato que a água possa estar causando doenças nas pessoas. Usando 1 tubo de teste (10ml) existe uma chance muito pequena que sua amostra não contenha o pequeno número de bactérias que pode estar presente.

Os Laboratóeios IDEXX  também lhe dirá que você precisa de uma incubadora para obter resultado satisfatórios. Novamente Bob Metcalfs diz que tudo que se precisa é manter os tubos encostados em nosso corpo por 36 horas desde que a temperatura do corpo seja a temperatura de incubação correta.

O que você realmente estará verificando no teste é a presença de 1) bactérias coliformes e 2) E. coli, um tipo de bactéria coliforme que é amplamente encontrada em material fecal. Um teste positivo para a bactéria coliforme pode indicar bactérias coliformes provenientes de plantas mortas e então não nos oferecer risco a saúde. Um teste positivo para E. coli, entretanto pode indicar que qualquer contaminação bacteriológica vio de uma fonte fecal, que pode também conter Giardia, cólera ou outros micróbios infecciosos sérios.