Revisão teórica da radiação UV-C na eficiência do processo fotocatalítico com TiO₂ no tratamento de água

Abstract

A demanda por tratamentos alternativos de água é fundamental. Com o avanço da tecnologia, é de extrema importância que o tratamento de água seja feito de forma eficaz para que não haja nenhum tipo de contaminação e risco à saúde humana. A busca por possibilidades eficientes e sustentáveis tem sido fomentada pelos riscos à saúde e impactos ambientais associados à cloração. Embora esse método tradicional seja eficiente, sua aplicabilidade gera subprodutos indesejados conhecidos como trihalometanos (THMs), amplamente reconhecidos por seu potencial tóxico, carcinogênico e pela facilidade de absorção pelo organismo humano. Diante disto, este estudo teve como objetivo analisar a eficácia do processo de fotocatálise heterogênea, utilizando dióxido de titânio (TiO2) associado à radiação ultravioleta do tipo C (UV-C), como alternativa promissora para a remoção de contaminantes emergentes e microrganismos na desinfecção hídrica. Para a condução dos experimentos, utilizou-se um fotorreator de bancada em batelada e uma suspensão da bactéria Escherichia coli como microrganismo indicador de contaminação fecal. A eficiência do processo foi quantificada tanto por métodos convencionais de plaqueamento (UFC) quanto por análise molecular via qPCR. Os resultados indicaram que a combinação entre UV-C e TiO2 apresentou um desempenho superior à aplicação isolada da radiação ultravioleta, com elevada eficiência na inativação microbiológica e degradação do DNA bacteriano. Essa sinergia explica-se pela geração de espécies reativas de oxigênio, como os radicais hidroxila. Sendo agentes altamente reativos e instáveis, gerados quando a radiação UV-C ativa o fotocatalisador, eles promovem não apenas a inativação bacteriana, mas também a degradação concreta do material genético celular. Somado a isso, os testes de durabilidade demonstraram baixas taxas de fotorreativação ou regeneração bacteriana após três dias. Em suma, os resultados obtidos afirmam a eficácia e a sustentabilidade da fotocatálise heterogênea como tecnologia aplicada ao saneamento hídrico, posicionando-a como uma solução estratégica para a engenharia ambiental e a saúde pública. Adicionalmente, o eminente potencial oxidante do sistema expande sua compreensão de aplicação para o tratamento de efluentes industriais complexos, a degradação de contaminantes emergentes e o reuso seguro de água. The demand for alternative water treatments is essential. With the advancement of technology, it is of utmost importance that water treatment is carried out effectively to prevent any type of contamination and risk to human health. The search for efficient and sustainable possibilities has been driven by the health risks and environmental impacts associated with chlorination. Although this traditional method is efficient, its applicability generates unwanted by-products known as trihalomethanes (THMs), which are widely recognized for their toxic and carcinogenic potential, as well as their ease of absorption by the human body. In view of this, this study aimed to analyze the efficacy of the heterogeneous photocatalysis process, using titanium dioxide (TiO2) combined with ultraviolet C radiation (UV-C), as a promising alternative for the removal of emerging contaminants and microorganisms in water disinfection. To conduct the experiments, a bench-top batch photoreactor and a suspension of the bacterium Escherichia coli were used as an indicator microorganism of fecal contamination. The efficiency of the process was quantified by both conventional plating methods (CFU) and molecular analysis via qPCR. The results indicated that the combination of UV-C and TiO2 showed a superior performance compared to the isolated application of ultraviolet radiation, with high efficiency in microbiological inactivation and bacterial DNA degradation. This synergy is explained by the generation of reactive oxygen species, such as hydroxyl radicals. As highly reactive and unstable agents generated when UV-C radiation activates the photocatalyst, they promote not only bacterial inactivation but also the actual degradation of cellular genetic material. In addition, durability tests demonstrated low rates of bacterial photoreactivation or regrowth after three days. In short, the results obtained confirm the efficacy and sustainability of heterogeneous photocatalysis as a technology applied to water sanitation, positioning it as a strategic solution for environmental engineering and public health. Additionally, the system's high oxidizing potential expands its scope of application to the treatment of complex industrial effluents, the degradation of emerging contaminants, and safe water reuse.