O sistema de abastecimento de água e drenagem de laboratório é um sistema projetado especificamente com base no abastecimento de água e drenagem do edifício, caracterizado por um design não padronizado e uma variedade de layouts flexíveis.

O projeto do sistema de abastecimento de água e drenagem de laboratório é concluído antes do projeto de engenharia arquitetônica. É um produto integrado juntamente com as obras do edifício e o abastecimento de água e drenagem do edifício; portanto, o projeto deve ser determinado por profissionais de acordo com os requisitos de abastecimento de água e drenagem das bancadas de laboratório configuradas no laboratório, após o que é projetado o layout geral de abastecimento de água e drenagem do empreendimento.

I. Sistema de Abastecimento de Água

Como uma base importante para a pesquisa científica, a segurança e a higiene do laboratório são de importância vital. Isso é especialmente verdadeiro para laboratórios especiais, como laboratórios de pesquisa de vírus infecciosos médicos e laboratórios biológicos, cuja segurança é ainda mais importante, e o papel do abastecimento de água e drenagem — uma parte indispensável da experimentação — não deve ser subestimado. O sistema de abastecimento de água do laboratório inclui o sistema de água de processo do laboratório, o sistema de água doméstica e o sistema de água de proteção contra incêndio. A água de processo do laboratório é dividida em água geral de laboratório e água purificada de laboratório; o sistema de água purificada do laboratório é um sistema de abastecimento de água independente. O sistema de água doméstica e o sistema de água de proteção contra incêndio são consistentes com os sistemas de abastecimento de água de edifícios comuns e geralmente podem ser combinados com o sistema de água geral de laboratório em um único sistema.

Diferentes laboratórios têm requisitos diferentes para a água do laboratório; a qualidade da água de resfriamento recirculante para instrumentos de laboratório deve atender aos diferentes requisitos de qualidade da água de cada tipo de instrumento. Laboratórios que realizam experimentos com ácidos fortes, bases fortes ou líquidos altamente tóxicos com possibilidade de respingos ou explosão devem contar com instalações de chuveiro de emergência nas proximidades; quando a carga de água descarregada de um lava-olhos de emergência exceder 1 m, devem ser adotadas medidas de redução de pressão; as torneiras em laboratórios de Classe II devem usar interruptores acionados por pé, acionados por cotovelo ou acionados por sensor. Os hidrantes de incêndio internos devem estar localizados na zona limpa; a entrada de tubulação do sistema de abastecimento de água geralmente deve estar localizada na zona limpa, usando uma rede de abastecimento de água de cima para baixo (alimentação ascendente).

O sistema de água de proteção contra incêndio interno inclui o sistema de proteção contra incêndio comum, o sistema de abastecimento de água de sprinklers automáticos e o sistema de abastecimento de água de cortina de água. Edifícios como edifícios de laboratório e armazéns devem contar com um sistema de abastecimento de água de proteção contra incêndio externo quando necessário, composto por tubulações de água de incêndio externas, hidrantes externos, bombas de incêndio, etc. Consulte as Figuras 6-44 e 6-45.

II. Métodos de Abastecimento de Água

Um laboratório comum geralmente precisa de apenas uma tubulação de entrada de água; no entanto, se os equipamentos de um grande edifício de laboratórios exigirem um abastecimento de água seguro, devem ser previstas duas tubulações de entrada de água. Uma única tubulação de entrada geralmente adentra o edifício de laboratórios pelo meio da construção, para que a pressão da água seja mais equilibrada. Com duas tubulações de entrada, elas geralmente adentram por lados diferentes do edifício de laboratórios. Se, em circunstâncias especiais, elas só puderem adentrar pelo mesmo lado, deve ser mantido um espaçamento amplo — não inferior a 10 m — entre as tubulações de entrada, e devem ser instaladas válvulas na rede de abastecimento de água que conecta as duas tubulações, para que o abastecimento seguro de água ainda possa ser mantido em caso de falha local. As tubulações de entrada devem ser introduzidas a partir do local com maior consumo de água. Além disso, as tubulações internas de abastecimento de água do laboratório devem ser dispostas de forma racional para facilitar a manutenção das tubulações. Os trajetos das tubulações internas devem ser os mais curtos possíveis e evitar cruzamentos, tornando o abastecimento de água mais seguro e confiável. Em laboratórios comuns, as tubulações geralmente seguem trajetos aparentes ao longo de corredores,

[Figura: Fig. 6-44 “Desenho de Abastecimento de Água de Laboratório” — planta de abastecimento de água de laboratório / disposição de pontos (aproximadamente 1:100), incluindo contorno da planta do edifício, divisórias de salas, pontos de uso de água, trajeto das tubulações de abastecimento de água, linhas de dimensão e números de eixo.]

Fig. 6-44 Desenho de Abastecimento de Água de Laboratório

[Figura: Fig. 6-45 “Diagrama do Sistema de Abastecimento de Água de Laboratório” — incluindo “Diagrama do Sistema de Abastecimento de Água 1:100” (axonométrico) e “Diagrama do Sistema de Produção de Água 1:100”, mostrando colunas de subida de abastecimento/produção de água, tubulações principais, ramificações, válvulas, conexões nos pontos de uso de água, trajeto das tubulações e relações de elevação.]

Fig. 6-45 Diagrama do Sistema de Abastecimento de Água de Laboratório

paredes, tetos ou cantos de colunas como trajetos aparentes, o que é conveniente para a observação, mas acumula poeira facilmente. Portanto, em laboratórios com requisitos de segurança relativamente elevados, geralmente se prefere a instalação embutida, com as tubulações assentadas em poços de tubulação, tetos, valas de tubulação ou galerias de tubulações comuns. É importante ressaltar que todas as tubulações embutidas devem ter aberturas de acesso nas posições das válvulas de controle para facilitar o reparo de falhas. As tubulações de abastecimento de água doméstica geralmente estão localizadas em zonas limpas. Para a entrada de tubulação do sistema de abastecimento de água de um laboratório radioativo, a rede de abastecimento de água frequentemente adota a disposição de cima para baixo (alimentação ascendente). Onde as tubulações passam da zona limpa para equipamentos na zona contaminada — como caixas de luvas, capelas de exaustão e chuveiros — é possível haver contaminação; portanto, elas devem ser alimentadas por meio de um tanque de quebra de pressão local. A capacidade e a altura do tanque de quebra de pressão devem ser adequadas, e um dispositivo de pressurização deve ser adicionado se necessário. Alternativamente, na junção entre zonas de diferentes níveis de radiação, pode ser instalada uma válvula de isolamento em cada extremidade da tubulação, com um ramal conectado entre elas; quando a tubulação não estiver em operação, as válvulas de isolamento são fechadas e a válvula de drenagem é aberta para esvaziar a água residual. Para pequenos laboratórios radioquímicos, pode ser instalada uma válvula de retenção na tubulação antes que ela adentre a zona contaminada para evitar contaminação. O sistema de abastecimento de água do laboratório deve garantir a pressão, a qualidade e a quantidade de água necessárias. Para grandes edifícios verticais de laboratórios, quando a rede externa não puder atender aos requisitos de água dos laboratórios dos andares superiores, ou quando a pressão da rede externa for insuficiente periodicamente — especialmente para garantir o abastecimento seguro de água dos laboratórios — devem ser previstos equipamentos de pressurização locais ou tanques de cobertura e bombas de uso exclusivo dos laboratórios dos andares superiores; devem ser previstos chuveiros de emergência e lava-olhos de emergência, com vazão de água suficientemente grande e válvulas de abertura rápida. Os métodos comuns de abastecimento de água são os seguintes:

  1. Abastecimento direto de água. Quando o laboratório possui poucos pavimentos e a pressão e o volume de água são adequados, geralmente é possível adotar o método de abastecimento direto; nesse modelo, não é necessária a instalação de bomba de pressurização interna, e o sistema costuma ser conectado à rede de abastecimento de água externa.

  2. Abastecimento de água com reservatório elevado. Esse método pode ser adotado quando, durante o pico de consumo hídrico, a pressão da rede externa cai a ponto de não ser possível atender à demanda de água dos pavimentos superiores, ou quando a pressão da rede externa é insuficiente de forma periódica.

  3. Abastecimento de água com bombas de pressurização. Esse método é aplicável quando a pressão da rede externa é inferior à pressão necessária para o abastecimento de água para fins laboratoriais, domésticos e de combate a incêndio.

Requisitos de instalações de abastecimento e drenagem de água para diferentes níveis de laboratório:

  1. BSL-1: Cada laboratório deverá dispor de uma pia de lavagem de mãos próxima à sua saída.

  2. BSL-2: Cada laboratório deverá dispor de uma pia de lavagem de mãos próxima à saída; deverão ser instalados equipamentos de lavagem ocular, dispositivos de chuveiro de emergência, entre outros.

  3. BSL-3: Deverão ser instaladas instalações de lavagem de mãos nas saídas da zona semicontaminada e da zona contaminada; o sistema de abastecimento de água deverá ser equipado com dispositivos anti-refluxo e contar com válvulas de abastecimento não manuais (acionamento sem toque). Deverão ser disponibilizadas instalações de chuveiro na zona limpa; quando necessário, deverão ser instalados dispositivos de chuveiro de desinfecção de emergência na zona semicontaminada. É proibida a instalação de ralos de piso no interior do laboratório principal; a drenagem das zonas semicontaminada e contaminada deverá ser totalmente isolada dos demais sistemas de drenagem, coletada por tubulações exclusivas até um dispositivo independente, e então submetida a processos de desinfecção e esterilização.

III. Sistema de Drenagem

O sistema de drenagem laboratorial é configurado com base na composição, propriedades, vazão e padrão de descarga dos efluentes gerados pelo laboratório. A água de resfriamento descartada por equipamentos laboratoriais, assim como outros efluentes que contenham apenas materiais suspensos ou coloidais inofensivos, não necessitam de tratamento e podem ser lançados diretamente na rede de drenagem externa. Efluentes que contenham múltiplos componentes ou substâncias tóxicas e perigosas, os quais podem interagir entre si, danificar tubulações ou provocar acidentes, deverão ser separados do esgoto doméstico e encaminhados por tubulações exclusivas até um tanque de desinfecção para desinfecção unificada. Resíduos líquidos de solventes relativamente puros ou reagentes tóxicos devem, preferencialmente, ser tratados antes do descarte; os efluentes descartados que se destinam ao reuso deverão receber tratamento adequado. Esses resíduos são classificados como resíduos médico-químicos e não podem ser lançados diretamente na estação de tratamento de esgoto. A disposição das tubulações de drenagem também deve ser racional, com o menor número possível de curvas para Evite o entupimento por impurezas, e a disposição deve ser relativamente concentrada para facilitar a manutenção após falhas. Os tubos de drenagem devem passar ao longo de corredores, cantos de colunas, paredes, tetos, etc., mas é preciso ter cuidado para evitar que passem por laboratórios com altos requisitos de segurança, como salas de instrumentos de precisão. Os tubos principais devem ser dispostos o mais próximo possível de equipamentos com maior volume de drenagem. Pequenos laboratórios com baixo volume de águas residuais podem utilizar um sistema de drenagem único. No entanto, quando o volume de águas residuais for pequeno, mas a sua concentração for elevada, estas podem ser recolhidas em recipientes dedicados e enviadas para uma área de armazenamento de águas residuais ou tratadas em conformidade. As águas residuais radioativas descarregadas requerem tratamento especial: após o decaimento dos isótopos, são tratadas como águas residuais médicas; não devem passar pela zona limpa e devem drenar da zona limpa para a zona contaminada, para evitar a propagação da contaminação. Se o nível de radiação for elevado, devem ser previstas valas de drenagem, poços e canais de tubagem dedicados, juntamente com as medidas de proteção necessárias. Se as águas residuais radioativas forem corrosivas, devem ser selecionados materiais resistentes à corrosão adequados para os tubos, para evitar corrosão e fugas. Geralmente, as valas de tubagem podem ser construídas em tijolo; quando for necessária proteção ou o nível do lençol freático for elevado, deve ser utilizado betão. O revestimento da vala utiliza reboco de cimento, aço carbono ou face de aço inoxidável, pintado com tinta antiferrugem. Ver Figuras 6-46 e 6-47.

[Figura: Planta de drenagem do piso do laboratório (desenho colorido em CAD), que mostra a disposição e os pontos de drenagem das salas funcionais do departamento de laboratório clínico; os rótulos das salas incluem: sala de equipamentos de ar fresco, sala de armazenamento, área de laboratório de imunologia HIV, área de análise de produtos, área de amplificação, área de preparação de amostras, área de preparação de reagentes, sala de lavagem, área tampão, área de preparação, corredor dedicado, sala de inoculação e cultura, sala de teste de escarro, sala de fluidos corporais, sala de identificação, sala estéril, sala de desinfeção, sala de flebotomia, área de grandes instrumentos de chão, bioquímica, imunologia, hematologia, análises clínicas, área de espera, vestiários feminino/masculino, sala de produção de água, UPS, câmara fria, sala de armazenamento de amostras, sala de diagnóstico molecular de agentes patogénicos, laboratório de tipagem tecidular, sala de células, área de oligoelementos, sala de processamento de amostras, sala de colheita de sangue VIP, área de emissão de relatórios, sala de reuniões, sala de arquivos, escritório do departamento de laboratório, escritório do diretor, sala de plantão, etc.]

Fig. 6-46 Desenho de Drenagem do Laboratório

[Figura: Diagrama axonométrico do sistema de drenagem do laboratório, com rótulos de diâmetro de tubo como De50/De75/De110, símbolos de inclinação e elevação, tubos ramificados/tubos verticais, ralos de chão e bocas de limpeza; intitulado “Diagrama do Sistema de Drenagem 1:100” na figura]

Fig. 6-47 Diagrama do Sistema de Drenagem do Laboratório

1. Composição e Riscos das Águas Residuais

As águas residuais geradas pelos laboratórios incluem amostras excedentes, resíduos de amostras de análise, soluções de stock e soluções de lavagem expiradas, e grandes quantidades de água de enxaguamento. Quase todos os itens de análise de rotina apresentam problemas de poluição por águas residuais em diferentes graus. A composição destas águas residuais é abrangente, incluindo a matéria orgânica mais comum, iões de metais pesados e microrganismos nocivos, bem como cianetos relativamente mais raros que requerem tratamento separado; bactérias, toxinas, etc. devem ser esterilizados.

Quando as águas residuais com teor excessivo de metais pesados são descarregadas a jusante em águas limpas, contaminam grandes áreas de água; como estas águas contaminadas por metais pesados são indistinguíveis da água normal em termos de cor e odor, quando são utilizadas para irrigação, o solo e as culturas ficam inevitavelmente contaminados por metais pesados. As pessoas que consomem culturas cultivadas em solo contaminado por metais pesados são facilmente envenenadas por estes metais.

2. Métodos de Tratamento de Águas Residuais

Geralmente, existem métodos físicos, químicos e biológicos. O método físico utiliza principalmente ações físicas para separar a matéria em suspensão das águas residuais; o método químico recorre principalmente a reações químicas para tratar substâncias dissolvidas ou coloidais nas águas residuais; o método biológico remove a matéria orgânica coloidal e dissolvida das águas residuais. Cada um dos três métodos básicos de tratamento tem as suas próprias características e condições de aplicação. Antes de as águas residuais serem descarregadas na rede municipal, o grau de tratamento deve ser determinado de acordo com os requisitos de descarga, tendo em conta a capacidade de autopurificação do corpo hídrico recetor; a carga admissível do corpo hídrico — ou seja, a concentração admissível descarregada no mesmo — é geralmente determinada a partir de indicadores de substâncias nocivas e oxigénio dissolvido.

2.1 Tratamento de Águas Residuais Ácidas

Neutralizar com águas residuais alcalinas para que o pH das águas residuais misturadas se aproxime do neutro; adicionar agentes neutralizantes às águas residuais ácidas; ou filtrar as águas residuais ácidas através de um leito filtrante alcalino para neutralização.

2.2 Tratamento de Águas Residuais Alcalinas

Neutralizar com águas residuais ácidas; adicionar agentes neutralizantes ácidos às águas residuais alcalinas;

injeta gases de combustão (gases ácidos como o dióxido de carbono ou o dióxido de enxofre) nas águas residuais alcalinas; ou utilizar dióxido de carbono dissolvido em água para neutralizar águas residuais alcalinas.

2.3 Tratamento de Efluentes Líquidos Misturados

É adotado o processo “homogeneização da qualidade da água + filtração por neutralização — coagulação por neutralização — eletrólise interna por deslocamento — tanque de adsorção biológica — tanque de sedimentação acrescido de tanque de água limpa”. No tratamento de águas residuais, para proteger o sistema de controlo de pH em linha, utiliza-se a tecnologia de filtração por neutralização para garantir que as águas residuais ácidas e alcalinas cumpram a norma de descarga de forma estável, e se economize o consumo de reagentes. Utiliza-se enchimento combinado para imobilizar as lamas; a etapa de desinfeção recorre a um gerador de ozono avançado; a digestão de lamas utiliza um distribuidor de água por pulso para alcançar a redução de lamas. Este processo consegue decompor a matéria orgânica complexa e tratar de forma estável os efeitos dos reagentes nas águas residuais de laboratório. Além disso, o processo tem custos operacionais baixos, gestão conveniente e uma ampla gama de aplicações.

Através de uma disposição racional, a área de implantação é minimizada; com um bom projeto de paisagismo, a estação de águas residuais é planeada de forma racional para se tornar um elemento distintivo dentro do centro laboratorial.

2.4 Tratamento de Águas Residuais Especiais

As águas residuais que contêm radionuclídeos devem ser divididas, de acordo com a semivida dos nuclídeos, em águas residuais de radionuclídeos de longa duração e de curta duração, as quais devem ser tratadas separadamente. No caso de águas residuais que contêm radionuclídeos de longa duração com concentrações radioativas relativamente elevadas, as águas residuais devem ser armazenadas centralmente; assim que uma determinada quantidade for acumulada, são tratadas por métodos de purificação, e a pequena quantidade de concentrado produzido durante a purificação pode ser tratada por solidificação. As águas residuais de radionuclídeos de curta duração devem ser tratadas pelo método de armazenamento. O tratamento de águas residuais que contêm radionuclídeos deve cumprir a norma vigente GB 8703-88 Regulamento de Proteção contra Radiações. Os efluentes de laboratórios de Nível 4 de Biossegurança e Nível 3 de Biossegurança devem ser desinfetados; após o tratamento, os efluentes devem cumprir a Norma de Descarga de Efluentes Hospitalares. Ver Fig. 6-48. [Figura: Diagrama de fluxo do processo de tratamento de esgoto. A sequência é: águas residuais de laboratório → tanque de homogeneização da qualidade da água → tanque de filtro de neutralização → tanque de neutralização (conectado a um soprador, com dosagem de ácido e álcali) → tanque de sedimentação (a lama é descarregada no tanque de digestão e adensamento de lamas) → tanque de deslocamento por eletrólise interna → tanque de adsorção biológica → tanque de desinfeção (ozônio fornecido por um gerador de ozônio) → tanque de água limpa → descarga em conformidade com as normas. Nota na figura: os resíduos de peneiração e as lamas são desinfetados e depois transportados para fora juntamente com os resíduos perigosos para eliminação inócua.]

Fig. 6-48 Fluxo do Processo de Tratamento de Esgoto

IV. Precauções para o Projeto do Sistema de Abastecimento de Água e Drenagem

  1. O sistema de abastecimento de água e drenagem do laboratório deve ser projetado cientificamente para garantir que a fonte de água não seja contaminada; se as fontes de água do laboratório e de água potável forem diferentes, as torneiras de água potável e de água de laboratório devem ser rotuladas separadamente para evitar confusão.

  2. O edifício do laboratório deve dispor de uma fonte de água de reserva; quando o abastecimento de água municipal for insuficiente ou interrompido, a fonte de reserva pode garantir o abastecimento normal de água de refrigeração para vários instrumentos, água para lava-olhos, água para destiladores e água para condensadores de balão de destilação.

  3. O sistema de abastecimento de água e drenagem deve corresponder aos módulos do laboratório, estar disposto de forma racional e ser de fácil manutenção; os trajetos das tubulações devem ser os mais curtos possíveis e evitar cruzamentos. As tubulações de abastecimento de água e drenagem devem ser encaminhadas ao longo de paredes, colunas, poços de tubulações, cavidades de bancadas, painéis de revestimento de capelas de exaustão e locais semelhantes; não devem ser encaminhadas ao lado de artigos que se decompõem rapidamente, queimam, explodem ou são danificados ao contato com a água, nem acima de instrumentos e equipamentos valiosos. As tubulações em laboratórios comuns podem ser instaladas de forma exposta; em laboratórios com requisitos de segurança mais elevados, devem ser ocultadas sempre que possível, e todas as tubulações ocultas devem dispor de aberturas de acesso nas válvulas de controle para manutenção.

  4. O sistema de abastecimento de água e drenagem deve ser projetado com flexibilidade, com algumas instalações reservadas para garantir a confiabilidade e o funcionamento contínuo do laboratório.

Para sistemas de cima para baixo (abastecimento ascendente), a tubulação principal horizontal de abastecimento de água deve preferencialmente ser assentada acima do corredor do piso térreo ou no teto do porão; para sistemas de baixo para cima (abastecimento descendente), a tubulação principal horizontal deve preferencialmente ser assentada no espaço de serviço de tubulações do piso superior ou acima do corredor do piso superior; em regiões sem congelamento, pode ser assentada no telhado. Deve ser instalada uma válvula em cada tubulação de ramificação que sai da tubulação principal de abastecimento para um laboratório.

  1. As posições dos pontos de uso de água no interior do laboratório devem ser localizadas cientificamente e pré-instaladas; os pontos de uso de água devem ser colocados junto às paredes sempre que possível, facilitando a disposição dos pontos de drenagem e atendendo às necessidades de renovação futura.

  2. Nos locais do laboratório onde forem colocados analisadores bioquímicos totalmente automáticos, analisadores hematológicos e analisadores de imunoensaio, devem ser previstos ralos de piso antiodor dedicados, com uma distância máxima entre o ralo de piso e o instrumento não superior a 2 m.

V. Sistema de Água Purificada

Nos laboratórios atuais, o ambiente hídrico — o ambiente mais básico da grande maioria dos laboratórios — ocupa uma posição muito importante. A qualidade da água muitas vezes determina a autenticidade e a reprodutibilidade de muitos resultados experimentais; para os experimentos, geralmente é exigido que a concentração de elementos e compostos impuros na água purificada esteja no nível de ppb ou ainda mais baixa. Na pesquisa científica laboratorial, o ponto de partida para a purificação é a água da torneira; se o laboratório já dispuser de água destilada, água desionizada ou água de osmose reversa, então apenas o processo de ultrapurificação precisa ser considerado. Um sistema de água purificada para laboratório produz água de pureza extremamente alta — água da qual os meios condutores foram quase completamente removidos, enquanto gases não dissociados, coloides e matéria orgânica (incluindo bactérias) também são removidos a um nível muito baixo. Sua condutividade é geralmente de 0,1–0,055 μS/cm, com resistividade (25°C) > 10×10⁶ Ω·cm e teor de sal < 0,1 mg/L; a água pura ideal (teórica) tem condutividade de 0,055 μS/cm e resistividade (25°C) de 18,3×10⁶ Ω·cm. Ver Fig. 6-49.

[Figura: Plano de abastecimento de água purificada para laboratório (desenho CAD), que mostra o layout do piso de um laboratório médico, com área de espera, área de processamento de amostras, vários laboratórios, corredores e núcleos de escada/elevador visíveis em ambas as extremidades; a tubulação de água purificada é representada por linhas coloridas que indicam o trajeto e os pontos de uso da água, com dimensões marcadas ao redor do perímetro]

Fig. 6-49 Desenho de Abastecimento de Água Purificada para Laboratório

1. Métodos de Purificação de Água e Sua Aplicação Combinada

Em laboratórios médicos — como salas de bioquímica, salas de bacteriologia, salas de células, salas de imunologia e salas de hematologia — utiliza-se água purificada.

A água purificada para laboratório pode ser produzida pelos métodos abaixo; a água ultrapura precisa combinar diversos recursos técnicos para atender plenamente às especificações.

1.1 Destilação

A destilação é um método tradicional e uma forma comum de produzir água purificada a partir de água potável. De acordo com o número de etapas de destilação, ela é classificada em destilação simples, dupla e tripla; a pureza da água aumenta conforme o número de destilações.

As vantagens da destilação são sua simplicidade e o baixo investimento inicial em equipamentos; as desvantagens são o consumo de energia relativamente elevado, além de pureza e vazão de produção limitadas.

1.2 Filtragem

Este método geralmente começa com a pré-filtragem para remover partículas grandes e lodo da água, em seguida utiliza cartuchos de algodão para filtragem grossa e fina, e finalmente aplica a osmose reversa (OR). As membranas de OR são normalmente usadas para filtrar contaminantes de até 1 nm de diâmetro; um processo padrão de osmose reversa consegue remover 90% da contaminação iônica, a maior parte dos contaminantes orgânicos e quase toda a contaminação particulada da água. A osmose reversa tem baixa capacidade de remoção de contaminantes não iônicos com massa molecular inferior a 100 daltons, e a capacidade de remoção da membrana de OR aumenta conforme a massa molecular do contaminante cresce. Teoricamente, este método consegue remover 100% das moléculas com massa molecular superior a 300 daltons e de partículas, incluindo coloides e microrganismos; já os gases dissolvidos não podem ser removidos por esse processo.

No processo de osmose reversa, a água de alimentação é bombeada sob uma pressão determinada (geralmente 4–15 bar, 60–220 psi) até o lado de alimentação da membrana de OR, em regime de fluxo tangencial. As membranas de OR são, em geral, membranas de poliamida muito finas, estáveis em uma ampla faixa de pH, mas podem ser danificadas por oxidantes como o cloro presente na água de abastecimento municipal. Os filtros de profundidade microporosos e as colunas de filtro de carvão ativado usados no pré-tratamento da água de alimentação costumam proteger a membrana de OR contra partículas grandes, metais pesados e cloro livre. Normalmente, 15%–25% da água de alimentação se transforma em permeado; o concentrado retido a montante contém a maior parte dos sais, da matéria orgânica e quase todas as partículas. A razão entre o volume de permeado e o volume de água de alimentação é chamada de taxa de recuperação.

O desempenho das membranas de OR em sistemas de purificação de água costuma ser monitorado por meio da medição da taxa de rejeição iônica, que corresponde à diferença entre a condutividade da água de alimentação e a do permeado, dividida pela condutividade da água de alimentação, expressa em porcentagem. A taxa de rejeição iônica e a taxa de recuperação dependem da qualidade da água de alimentação, da pressão de alimentação, da temperatura da água e do estado de conservação da membrana de OR. Devido à sua excelente eficácia de purificação, a osmose reversa é uma tecnologia muito eficaz para remover a grande maioria das impurezas. No entanto, sua taxa de produção de permeado é relativamente baixa, por isso geralmente é acompanhada por um tanque de armazenamento para reter a água produzida para uso ou purificação adicional. A unidade de osmose reversa protege os sistemas a jusante contra incrustação ou contaminação por coloides e orgânicos; os sistemas a jusante geralmente são equipados com dispositivos de troca iônica ou eletrodeionização. Para entender o princípio de dessalinização da osmose reversa, é preciso primeiro entender o conceito de “osmose”. A osmose é um fenômeno físico: quando duas massas de água com diferentes concentrações de sal são separadas por uma membrana semipermeável, as moléculas de água do lado com menos sal passam pela membrana para a água com mais sal, enquanto o sal não permeia; dessa forma, as concentrações de sal em ambos os lados se igualam gradualmente.

(1) Pré-filtração. A filtração realizada com materiais com tamanhos de poro acima de 5–8 μm é chamada de pré-filtração; ela é aplicada principalmente na entrada de instrumentos de purificação de água para remover partículas grandes da água da torneira.

(2) Ultrafiltração (UF). A filtração contínua com limite de corte de massa molecular de 5.000 daltons é chamada de ultrafiltração. Ela é usada principalmente para purificação de macromoléculas biológicas ou remoção de impurezas. Em instrumentos de água ultrapura, ela é usada principalmente para remover macromoléculas biológicas, como nucleases e endotoxinas, da água ultrapura, atendendo aos requisitos rigorosos dos experimentos biológicos para a água ultrapura.

(3) Microfiltração (MF). A filtração realizada com materiais com tamanhos de poro entre 0,1 μm e 5 ou 8 μm é chamada de microfiltração. Ela é usada para remover partículas e microrganismos da água purificada; estão disponíveis microfiltros em linha no caminho do fluxo ou microfiltros de ponto de uso na saída.

1.3 Adsorção

O método de adsorção utiliza a alta porosidade do carvão ativado para adsorver e remover alguns microrganismos, cloro livre e outras impurezas.

1.4 Foto-oxidação

A foto-oxidação utiliza luz ultravioleta de 185 nm e/ou 254 nm para matar e decompor oxidativamente microrganismos na água, controlando assim o nível de carbono orgânico total (TOC) da água ultrapura.

1.5 Troca Iônica

Com o aperfeiçoamento contínuo da produção industrial, as resinas de troca iônica também foram aperfeiçoadas; combinadas com vários outros meios técnicos, elas deram origem à eletrodeionização, um método de troca iônica que pode ser regenerado em linha.

1.5.1 Troca Iônica Clássica (SDI)

Geralmente, as resinas catiônicas e aniônicas são colocadas em recipientes separados; após um período de uso, elas estão essencialmente saturadas e podem então ser regeneradas fora de linha. A pureza da água deionizada produzida por esse método é de cerca de 1 MΩ·cm.

1.5.2 Troca Iônica com Resina de Grau Nuclear

Este é o produto de resina de troca iônica mais eficiente até o momento; a água tratada com ela pode atingir 18,2 MΩ·cm, água ultrapura de Grau I. Em instrumentos de água ultrapura, as resinas de troca iônica catiônicas e aniônicas de grau nuclear são misturadas e acondicionadas em um único recipiente para uso único; elas são descartáveis e não podem ser regeneradas.

1.5.3 Eletrodeionização (EDI)

Este é um método de troca iônica que combina troca iônica, membranas ionosseletivas e regeneração imediata sob um campo elétrico. A EDI é uma versão aperfeiçoada da troca iônica. A maior vantagem dessa tecnologia é que, em teoria, ela não possui materiais consumíveis; mas suas desvantagens são o grande investimento único e os altos requisitos de pureza do módulo EDI em relação a íons de metais pesados e similares na água de alimentação — caso contrário, ele é facilmente intoxicado, e sob o campo elétrico a resina de troca iônica ativa não pode ser regenerada, portanto o módulo EDI deve ser substituído. A verdadeira importância do EDI reside em empresas como fábricas farmacêuticas com fortes requisitos de certificação, onde a produção contínua pode ser garantida. No âmbito laboratorial, usar um módulo EDI para produção de água aumenta o custo de aquisição e não é a escolha mais eficiente. Com a troca iônica, quanto mais longo o percurso da água através da resina de troca iônica, melhor o efeito de troca.

(1) Usando troca iônica, o processo é o seguinte: água bruta → bomba pressurizadora de água bruta → filtro multimídia → filtro de carvão ativado → amaciante de água → filtro de precisão → filtragem por resina catiônica → filtragem por resina aniônica → resina catiônica/aniônica de leito misto → filtro microporoso → ponto de uso (ou tanque de armazenamento)

(2) Usando osmose reversa de dois estágios, o processo é o seguinte: água bruta → bomba pressurizadora de água bruta → filtro multimídia → filtro de carvão ativado → amaciante de água → filtro de precisão → osmose reversa de primeiro estágio → ajuste de pH → tanque intermediário → osmose reversa de segundo estágio → tanque de água purificada → bomba de água purificada → filtro microporoso → ponto de uso

(3) Usando EDI, o processo é o seguinte: água bruta de equipamento de água ultrapura → bomba pressurizadora de água bruta → filtro multimídia → filtro de carvão ativado → amaciante de água → filtro de precisão → unidade de osmose reversa de primeiro estágio → tanque intermediário → bomba intermediária → sistema EDI → filtro microporoso → ponto de uso

(4) Água bruta → filtro multimídia → filtro de carvão ativado → amaciante de água → tanque intermediário → bomba de baixa pressão → ajuste de pH → misturador de alta eficiência → filtro de precisão → osmose reversa de alta eficiência → tanque intermediário → bomba EDI → sistema EDI → filtro microporoso → ponto de uso

1.6 Aplicação Combinada de Tecnologias de Purificação

Os fornecedores de água purificada ou ultrapura laboratorial costumam combinar múltiplos meios para converter água da torneira na água de alta pureza exigida pelos laboratórios.

2. Classificação da Água Purificada Laboratorial

A água purificada laboratorial pode ser dividida em três graus convencionais: água purificada, água purificada laboratorial de Grau II e água purificada laboratorial de Grau III.

2.1 A água purificada de Grau III geralmente possui pureza física inferior a 50 μS/cm; água destilada simples, água destilada dupla, água deionizada comum e água de osmose reversa pertencem todas a esse grau e geralmente são produzidas por purificação da água da torneira. Os principais usos da água purificada de Grau III são lavagem de vidrarias, água para autoclaves, água para ambientes artificiais e água de alimentação para instrumentos de água ultrapura.

2.2 A água purificada de Grau II é comumente expressa como 5–15 MΩ·cm, embora a faixa de 1–17 MΩ·cm também possa ser considerada como água purificada de Grau II; a água purificada de Grau II geralmente é produzida submetendo a água purificada de Grau III a troca iônica adicional ou eletrodeionização. Ela é usada principalmente para preparar reagentes gerais, água para experimentos químicos comuns e água de alimentação para instrumentos de água ultrapura.

2.3 A água ultrapura de Grau I refere-se à água com pureza física superior a 18 MΩ·cm; uma resistividade de 18,2 MΩ·cm é o indicador da água ultrapura de Grau I. A água ultrapura de Grau I é produzida purificando adicionalmente a água purificada de Grau III ou Grau II através de resina de troca iônica de grau nuclear, e é usada principalmente para experimentos analíticos de alta precisão e experimentos de ciências da vida com requisitos de pureza de água muito elevados.

3. Modos de Fornecimento de Água Purificada Laboratorial

Existem dois modos de fornecimento para a água purificada laboratorial: o modo de fornecimento central e o modo de fornecimento descentralizado.

3.1 Modo de Fornecimento Central de Água Purificada

O modo centralizado de abastecimento de água purificada significa que os equipamentos de produção de água purificada são instalados de forma centralizada, e a água laboratorial é transportada por meio de tubulação de abastecimento até os pontos de uso de água de cada laboratório — seja um laboratório individual ou todo um edifício de laboratórios —, de forma que a água purificada ou ultrapura laboratorial é obtida diretamente da torneira de água purificada em cada ponto de uso.

Vantagens do modo centralizado de abastecimento de água purificada:

(1) Baixos custos operacionais e gerenciamento centralizado.

(2) Uso coletivo, sem possibilidade de máquinas ociosas.

(3) Grande produção; o uso de água é estruturado em rede, com vários pontos de retirada no mesmo laboratório.

Desvantagem do modo centralizado de abastecimento de água purificada: o sistema deve garantir operação segura a longo prazo, caso contrário há risco de interrupção do abastecimento de água.

3.2 Modo Descentralizado de Abastecimento de Água Purificada

O modo descentralizado de abastecimento de água purificada significa que uma máquina de purificação de água ou água pronta para uso é disponibilizada em cada local de uso de água do laboratório.

Vantagens do abastecimento descentralizado de água purificada: cada instrumento tem seu próprio direito de uso e alta taxa de utilização.

Desvantagens do abastecimento descentralizado de água purificada:

(1) Altos custos operacionais, gerenciamento disperso e custos de consumo relativamente elevados.

(2) Instalação em pontos fixos como unidades de piso ou de bancada, retirada de água em ponto fixo, pequena produção e vazão da máquina, e baixa eficiência de trabalho.

(3) Se cada grupo experimental comprar separadamente, o investimento total do proprietário nesses produtos será muito alto, e a taxa de ociosidade pode aumentar devido às diferentes cargas de trabalho de cada grupo, o que é desfavorável para maximizar a eficiência do investimento.

(4) A qualidade da água varia.

Com o desenvolvimento dos equipamentos de laboratório, o abastecimento de água laboratorial em rede e centralizado tornou-se a tendência para a água purificada [em grandes edifícios de laboratório]