O biofilme é um daqueles problemas de tratamento de água que podem parecer enganosamente simples.
Os microrganismos se fixam a uma superfície, se multiplicam e começam a construir uma comunidade. A resposta natural é desinfetar, aplicar oxidante suficiente para matar os microrganismos e manter um residual forte o bastante para mantê-los sob controle; no entanto, na prática, raramente é tão simples.
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Um sistema pode manter o que parece ser um residual desinfetante adequado e ainda assim desenvolver biofilme persistente. Aumentar a dose de oxidante pode melhorar o controle por um tempo, mas o problema geralmente retorna. Mesmo quando muitos dos microrganismos são inativados com sucesso, o material ao redor deles pode permanecer aderido à superfície e continuar a favorecer o seu crescimento.
O motivo fica mais fácil de entender quando paramos de pensar no biofilme simplesmente como microrganismos crescendo em uma superfície.
Um biofilme maduro é uma estrutura tridimensional complexa. Os microrganismos estão imersos em uma matriz polimérica extracelular, que é uma parte ativa do biofilme, composta principalmente de polissacarídeos, proteínas, DNA extracelular, lipídios, minerais e material orgânico coletado da água circundante.
Essa matriz ajuda a comunidade a se fixar às superfícies, reter nutrientes e água e permanecer estável em condições variáveis. Ela também cria uma barreira física e química entre os microrganismos e qualquer tratamento que esteja sendo aplicado.
É aqui que o controle do biofilme começa a diferir da desinfecção convencional.
Um oxidante que se move através da água em massa pode encontrar diretamente um microrganismo em suspensão livre. Dentro de um biofilme, esse mesmo oxidante primeiro precisa atravessar uma matriz orgânica reativa, onde parte de sua capacidade oxidativa pode ser consumida, redirecionada ou perdida antes mesmo de atingir os organismos mais profundos.
Nesse ponto, o próprio biofilme passa a fazer parte da demanda química e a química oxidativa começa a importar, com o biofilme em primeiro plano, de uma forma muito mais intencional.
Da química oxidante à química reativa
No tratamento de água, normalmente identificamos um tratamento pelo produto químico ou tecnologia aplicada. Cloro, dióxido de cloro, ozônio, peróxido de hidrogênio, permanganato, oxicloretos minerais, oxidação avançada baseada em UV e outros processos oxidativos são exemplos comuns.
Essa descrição só é útil se nos disser o que é introduzido na água. Assim que o tratamento começa a interagir com a própria água, a química pode se tornar mais complexa do que o nome do oxidante original sugere.
Dependendo do oxidante e da química da água circundante, espécies reativas adicionais podem se formar por meio de dissociação, decomposição, reações catalíticas, reações fotoquímicas ou processos de transferência de elétrons. Como resultado, as espécies que efetivamente realizam o trabalho oxidativo podem ser consideravelmente mais diversas do que a substância química adicionada inicialmente. Essas espécies reativas não se comportam da mesma maneira. Algumas são extremamente potentes, mas existem por apenas uma fração de segundo, enquanto outras são menos reativas, porém permanecem disponíveis por mais tempo. Algumas reagem com praticamente tudo o que encontram, enquanto outras são muito mais seletivas. Algumas contribuem principalmente por meio da oxidação direta, enquanto outras participam de reações secundárias que geram espécies reativas adicionais e ampliam ainda mais a química envolvida.
O tratamento oxidativo que acaba se desenvolvendo na água pode, portanto, ser bastante diferente do que o nome do oxidante original por si só poderia sugerir.
Assim, uma vez que um oxidante entra em contato com a água, a questão importante deixa de ser apenas o que foi adicionado , e passa a ser qual reação química ele cria.
Essa compreensão é especialmente importante no caso de biofilmes, onde o tratamento não se concentra em um único alvo microbiano, mas em um ambiente quimicamente complexo capaz de consumir, redirecionar e responder de maneira diferente a cada espécie reativa que encontra.
Diferentes oxidantes criam diferentes ambientes oxidativos.
Os principais agentes oxidantes utilizados no tratamento de água não produzem todos a mesma reação química quando entram em contato com a água.
Com cloro, a química é dominada pelo ácido hipocloroso e pelo hipoclorito, e o equilíbrio entre os dois varia bastante com o pH. O ozônio se comporta de maneira diferente. Ele pode reagir diretamente com contaminantes, mas, ao se decompor, também pode gerar radicais hidroxila e outros intermediários reativos de oxigênio. O peróxido de hidrogênio é um oxidante em si, mas também pode se tornar um precursor em processos de oxidação avançada projetados para gerar espécies mais reativas. Os sistemas baseados em UV adicionam outra dimensão, utilizando energia para iniciar reações que, de outra forma, não ocorreriam tão facilmente.
A química dos oxicloretos minerais também vai além do comportamento convencional do hipoclorito, combinando a química reativa do cloro com vias que envolvem espécies reativas de oxigênio e interações redox catalíticas.
A questão não é que uma dessas abordagens seja universalmente melhor que a outra. É que cada uma pode criar um ambiente oxidativo diferente, e essas diferenças tornam-se particularmente importantes quando o alvo do tratamento é o biofilme.
Um biofilme apresenta muitos alvos químicos e biológicos simultaneamente. Membranas e proteínas microbianas fazem parte da sua estrutura. A matriz circundante também contém polissacarídeos, DNA extracelular, matéria orgânica acumulada, minerais e outros materiais, cada um com sua própria demanda química.
Um oxidante altamente eficaz em danificar uma célula microbiana pode não ser igualmente eficaz em degradar a matriz que a envolve. Da mesma forma, uma espécie altamente reativa pode promover uma oxidação intensa perto da superfície externa de um biofilme, mas ser consumida antes de atingir camadas mais profundas. Outra espécie pode reagir mais lentamente, porém permanecer disponível por tempo suficiente para penetrar mais profundamente na estrutura.
Ao analisarmos o biofilme dessa forma, não devemos nos limitar a questionar se um oxidante é forte o suficiente e se a dose é adequada. Devemos também questionar quais ações esse oxidante, e a química reativa que ele cria, podem de fato realizar dentro de uma estrutura tão complexa.
O desempenho oxidativo vai muito além da força.
Os oxidantes são frequentemente comparados pelo seu potencial de oxidação, e por um bom motivo. O potencial de oxidação descreve a tendência termodinâmica de uma espécie em aceitar elétrons e nos fornece informações valiosas sobre sua força oxidante. Mas a força por si só não nos diz como um oxidante se comportará quando entrar em um ambiente aquoso complexo.
Não nos informa a rapidez com que uma espécie reativa reagirá, o grau de seletividade dessa reação, por quanto tempo a espécie permanecerá disponível ou a que distância ela poderá se deslocar em um biofilme antes de ser consumida. Na prática, essas características podem ser tão importantes quanto o próprio potencial de oxidação.
O radical hidroxila é um bom exemplo. É uma das espécies oxidantes mais fortes relevantes para o tratamento de água e reage extraordinariamente rápido com uma ampla gama de compostos orgânicos, o que o torna tão valioso na oxidação avançada. Mas essa mesma reatividade extraordinária também o torna excepcionalmente efêmero. Ele reage quase imediatamente após ser formado, portanto, sua força e sua vida útil são partes inseparáveis de seu comportamento.
Outras espécies oxidantes apresentam diferentes compensações. Algumas podem ser menos potentes, mas permanecer disponíveis por mais tempo. Outras podem reagir de forma mais seletiva ou persistir o suficiente para percorrer distâncias maiores antes de serem consumidas. Essas diferenças podem determinar onde a oxidação ocorre e o que ela é capaz de realizar.
Ao considerarmos todas essas características em conjunto, classificar os oxidantes simplesmente do mais forte ao mais fraco começa a parecer incompleto. O biofilme não é um alvo único, e a oxidação não é uma reação única.
A eficácia de um tratamento oxidativo depende não apenas da sua capacidade de oxidar, mas também das espécies reativas presentes, com o que elas reagem, da rapidez com que reagem, do tempo que permanecem ativas e do local onde essas reações podem ocorrer.
Isso nos proporciona uma maneira muito mais ampla de pensar sobre o desempenho oxidativo, especialmente quando o alvo é algo tão estrutural e quimicamente diverso quanto o biofilme.
Fonte: Water Online
