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ORP e os Aquários

Em muitos aquários grandes ou muito povoados com um sistema de filtragem e circulação ineficientes é comum que haja acúmulo de matéria orgânica e um baixo nível de oxigênio na água, uma combinação que pode causar estresse nos animais e o surgimento de algas e cianobactérias no aquário. Nessas condições é muito comum o uso de um reator de ozônio para aumentar a ORP (Potencial de Oxirredução) do aquário e nesse texto vamos explicar alguns detalhes desse assunto.

Antes de falar do ozônio, vamos explicar o que significa a ORP e como ela se relaciona com os diversos processos físicos, químicos e biológicos do aquário. Vamos falar também de outros processos que aumentam a ORP sem ser com o uso de ozônio.


ORP vem do termo em inglês Oxidation Reduction Potential que significa o potencial de dos compostos de serem oxidados e reduzidos, também chamado de potencial de redução, potencial de oxirredução e outros. Todo mundo que já cursou o ensino médio já ouviu falar disso nas aulas de química, mas provavelmente não atinou que isso tem uma grande utilidade e importância nos aquários.


A ORP mede o nível relativo de oxidação ou redução do aquário, ou seja, a tendência de os compostos serem oxidados ou reduzidos. Para isso vamos definir ou relembrar alguns termos importantes para o maior entendimento desse assunto:

Oxidação: É o processo em que há a perda de elétrons para o composto reduzido. Quando o assunto é composto orgânico pode-se dizer que é quando o composto recebe átomos de oxigênio ou se liga a um oxigênio (perdendo hidrogênio).


Redução: É o processo em que há o ganho de elétrons do composto oxidado. Quando o assunto é composto orgânicos pode-se dizer que é quando o composto ganha átomos de hidrogênio.


Agente Oxidante: É a substância que tem a capacidade de remover elétrons de outras substâncias. Ex: Oxigênio (O2), ozônio (O3), cloramina (NH2Cl) e água oxigenada (H2O2).


 Agente redutor:  É a substância que tem a capacidade de doar elétrons a outras substâncias. EX: carbono orgânico (açúcares, lipídios, amido, etc.), fenóis, proteínas e vitamina C.


É pela vitamina C ser um agente redutor muito reativo que ela remove o cloro e cloraminas da água (funcionando como um excelente condicionador de água para remover cloros e similares). Isso já foi dito no nosso texto sobre o teste de cloro.


Agente catalisador: É o agente que acelera o processo de oxidação. Alguns processos acontecem bastante devagar naturalmente como o enferrujamento de uma lã de aço no ar seco, mas acelera se estiver molhado e mais ainda se estiver em uma solução ácida. As bactérias nitrificantes catalisam a oxidação da amônia e nitrito já que é um processo muito lento naturalmente.


Reatividade: É a característica dos agentes oxidantes de reagirem e oxidarem as outras coisas. Tanto o ozônio quanto o gás oxigênio são agentes oxidantes, porém o ozônio é muitas vezes mais reativo que o oxigênio gasoso. É por essa característica que o cloro e ozônio na água matam os peixes e micro-organismos e o oxigênio não.


Pode não parecer, mas as reações de oxirredução são muito comuns nos aquários e em nossa vida cotidiana. A ferrugem é o processo de oxidação do ferro. A respiração celular é a oxidação de compostos orgânicos para a obtenção de energia. A nitrificação é o processo de oxidação da amônia pelas bactérias nitrificantes obterem energia. A desnitrificação é a oxidação de compostos pelo nitrato também para obterem energia. É a oxidação de certos compostos orgânicos pelo ar atmosférico que deixa as bananas e maçãs escuras quando partidas. Enfim, são muitos exemplos das reações de oxirredução.


Os níveis da ORP são medidos em Volts (V) ou miliVolts (mV) e indicam a facilidade de receber ou doar elétrons do sistema independentes dos agentes oxidantes e redutores contidos.  


Os compostos possuem um potencial relativo de oxidação que é a facilidade de receber ou perder elétrons. O ozônio possui potencial relativo de 2,07V e o oxigênio dissolvido possui um potencial relativo de 1,23V, sendo que esse valor é alterado pelo pH da água. A Vitamina C tem potencial de redução de -0,066V em pH 7 e -0,283V em pH 2 [1]. Se for positivo é um agente oxidante e se for negativo é um agente redutor. 


 No rios, lagos e oceanos a ORP varia de acordo com a quantidade de agentes redutores e oxidantes contidos neles. Águas poluídas possuem ORP baixo, menores que 200mVe as águas não poluídas entre 250mV e quase 700mv. Nas águas superficiais mares a ORP varia entre 300mv e 450mv, mas podem chegar a menos de -380mV nos mangues.

Agora que o processo de oxirredução está entendido em seus princípios, vamos relacionar com a utilidade prática deles nos aquários e aprender a usar isso para melhorar a qualidade da água.


 Manter os níveis de ORP adequados trazem uma série de benefícios como diminuir a quantidade de matéria orgânica por oxidação química ou biológica, tem um poder de controlar a quantidade de micro-organismos na água (inclusive os patogênicos) e algas, seja por concorrência ou pelo estresse oxidativo, e mantém alto o nível de oxigênio dissolvido na água.

O estresse oxidativo pode destruir células de micro-organismos e animais

Existe uma série de tabelas que são usadas para comparação entre o valor da ORP da água e o tempo para a morte de patógenos de água residual. Procurei muito algumas doenças de peixes, mas não encontramos uma tabela voltada ao aquarismo, mas como veremos à frente, não faz muita diferença.

Em níveis de ORP acima de 550 alguns micro-organismos não sobrevivem poucos minutos. Isso depende não só do valor da ORP, mas do potencial relativo do agente oxidante e de sua reatividade.

É possível aumentar a ORP dos aquários de três formas: melhorando a oxigenação, equipamentos especiais ou adicionando ozônio.


Oxigenação dos aquários


Já fizemos um texto sobre a oxigenação dos aquários que pode ser lido aqui e vamos continuar com detalhes em relação à ORP que não apareceram no primeiro texto.


Num estudo[2] foi mostrado a relação do oxigênio dissolvido com o pH que pode ser visto na tabela abaixo.

Quando as substâncias são oxidadas, seja espontaneamente ou por bactérias, a ORP da água diminui, reduzindo assim a quantidade de oxigênio disponível no sistema. Assim, é preciso manter constantemente a oxigenação do sistema.


A vantagem do oxigênio sobre os outros sistemas é que não precisa ser controlado. Para o oxigênio dissolvido se tornar tóxico é preciso que haja condições muitos especiais para manter a água acima do nível de saturação. A própria circulação da água faz com que os níveis se mantenham próximo à saturação.


A maior oferta de oxigênio favorece o metabolismo dos micro-organismos melhorando a remoção compostos orgânicos, amônia e nitrito deixando assim o aquário mais limpo e com uma qualidade de água melhor. O oxigênio é um dos principais fatores limitantes da filtragem biológica que já foi abordado nesse nosso texto aqui.


A Desvantagem do oxigênio é que a reatividade dele é baixa em relação ao ozônio e outras formas reativos de oxigênio como a água oxigenada (H2O2) e a hidroxila (OH-), assim sendo não tem um grande poder bactericida.


Uma forma de aumentar a ORP é dissolvendo oxigênio puro na água, o que pode ser feito com um cilindro de oxigênio equipado com controlador de pressão e difusor, como se fosse um difusor de CO², mas com Oxigênio no lugar do CO². Nos, da Aquários Sobrinho desenvolvemos um outro sistema de injeção de oxigênio, muito mais barato e mais simples, que é o nosso gerador de O².


Veja aqui sobre o nosso Gerador de Oxigênio


Equipamentos Especiais


Existem alguns equipamentos no mercado que possuem a capacidade de produzir espécie reativas de oxigênio como a hidroxila (OH-) que é mais reativa e potente que o ozônio, peróxido de hidrogênio (H2O2) e até mesmo ozônio. Todas essas espécies reativas de oxigênio aumentam a ORP.


Entre os mais famosos equipamentos desse tipo está o Twinstar, que através da eletrólise, e talvez feito corona, produz peróxido de hidrogênio, ozônio e hidroxila. O Twinstar, da mesma forma que o reator de ozônio, precisam ser usados de maneira muito controlada porque seus agentes redutores são muito reativos e podem ser nocivos aos animais, plantas e bactérias nitrificantes.


O interessante desses agentes redutores como o peróxido de hidrogênio, hidroxila e ozônio é que o que sobra das reações de oxidação é o oxigênio, água e gás carbônico fazendo com que aumente a disponibilidade de oxigênio no aquário.


Nós da Aquários Sobrinho desenvolvemos um equipamento chamado Oximax que oxida a matéria orgânica, patógenos na água, algas através de seus eletrodos especialmente escolhidos para essa função.  Praticamente todo seu efeito de oxidação acontece nos eletrodos e não na água do aquário, o que exige um nível de controle mínimo e sem risco de afetar os animais.


O Oximax também aumenta a quantidade de oxigênio dissolvido na água.


Veja aqui sobre o Oximax


Ozônio


O ozônio é de longe o mais famoso método de aumentar a ORP dos aquários e de desinfecção de águas, seja para abastecimento urbano ou piscinas, e possui várias utilidades muito ou pouco conhecidas.


O ozônio possui uma série de características:


  • Tempo de vida curto, varia entre alguns segundos até muitos minutos dificilmente passando de horas.

  • Oxida nitrito direto para nitrato

  • Oxida uma grande quantidade de compostos orgânicos e compostos que tingem a água

  • Oxida substâncias não biodegradáveis e em substâncias mais biodegradáveis

  • Precipita uma grande quantidade de compostos

  • Grande poder de desinfecção

  • Se transforma em oxigênio se não oxidar nada.

Diferente do que a maioria acha, a desinfecção em aquários e pisciculturas é um processo complicado devido à recirculação de água. Para a desinfecção é necessária uma concentração de ozônio entre 0,1 e 2ppm de ozônio por um tempo de contato que varia de 1 a 30 minutos de acordo com o patógeno, existem micro-organismos mais e menos resistentes a agentes oxidantes fortes. O problema é que esse ozônio não pode ir para o aquário pois em quantidades menores que 0,01ppm pode matar em poucas horas ou dias os peixes e outros animais. O ozônio, da mesma forma que o cloro, machuca severamente as guelras dos peixes. Desse jeito, é muito difícil que a água fica em contato com o ozônio muito tempo e passe por uma desinfecção efetiva.


A ozonização é um excelente processo para tratar a água que entra no aquário, seja para troca parcial e a água que sai no caso das pisciculturas como forma de evitar que alguma doença se espalhe, mas não é muito eficiente no aquário em si. Um grande amigo nosso usava ozônio para tratar a água que entrava na criação de cavalos marinhos, mas não tinha efeito na água que já estava no sistema.


 O maior benefício que traz à saúde dos peixes é reduzindo o estresse devido ao baixo nível de oxigênio e promovendo uma melhor qualidade de água. Com uma qualidade de água melhor é possível reduzir o número de micro-organismos devido à menor oferta de matéria orgânica e favorece a competição entre outros micro-organismos não patogênicos.  Esse conjunto reduz a incidência de doença nos peixes.


Mas nem tudo são flores para quem usa ozônio, tem alguns detalhes que tem que atinar.

É preciso manter o controle preciso do ozônio que entra no sistema e que sai do reator pois todo ozônio residual é extremamente nocivo ao aquário. É preciso usar um reator adequado ao sistema para que não vá nenhum ozônio residual para o aquário.


Com a eliminação do nitrito pelo ozônio, as bactérias que oxidam o nitrito vão diminuindo gradativamente sem esse nutriente. Se após um longo período de uso do ozônio e esse removendo boa parte do nitrito do sistema pode ocorrer acúmulo de nitrito caso o uso do ozônio seja suspenso.


Considerações Diversas


Existem uma série de compostos oxidantes e redutores que não foram mencionados no texto. O iodo, iodato e nitrato são exemplos de outros agentes oxidantes encontrados nos aquários, como também carbonato de cálcio e substâncias à base de ferro e magnésio são substâncias redutoras encontrados nos aquários. Há uma infinidade de substâncias e relações que fica impossível mensurar e analisar. Existem outros oxidantes como permaganato de potássio que algumas pessoas usam para fins diversos no aquário, não achamos pertinente falar desse tipo de agente oxidante nesse texto para evitar alguns acidentes.


A ORP não deve ser vista como um parâmetro milagroso para resolver todos os problemas do aquarismo, é apenas mais uma ferramenta que auxilia a manter os aquários em boas condições para os seus habitantes. Com uma boa circulação e sistema de filtragem corretamente dimensionado não há nenhuma real necessidade de um sistema só para aumentar a ORP. Esses sistemas são úteis em aquários com baixa circulação como aquários plantados, aquários com peixes lentos como kinguios ou aquários densamente povoados.


Os equipamentos como o Oximax e o Twinstar, se usados como indicados pelos fabricantes, não necessitam do medidor de ORP. É fundamental para a segurança do uso do ozônio que se faça medições constantes da ORP. A precisão dos equipamentos que medem a ORP é variável devido a uma série grande de fatores e por isso é necessário trabalhar com uma certa margem de segurança. 


Em toda a literatura de sistemas recirculantes de piscicultura foi mostrado a ineficiência do ozônio e outros agentes oxidantes para real desinfecção da água devido à necessidade do tempo de contato entre o ozônio e a água. Nos aquários geralmente o contato dura alguns segundos apenas, o que ajuda na oxidação de diversas substâncias e na oxigenação, mas não na desinfecção. Assim como o reator UV, o ozônio não tem alcance para patógenos no substrato e rochas, mas o Oximax e Twinstar tem.


A oxidação natural da respiração celular produz espécies de oxigênio muito reativo, os famosos radicais livres, e que podem causar problemas. Por isso uma alimentação de alta qualidade é importante para garantir a devida quantidade de antioxidantes aos peixes e outros animais.


Referências

[1] Borsook, Henry, and Geoffrey Keighley. "Oxidation-reduction potential of ascorbic acid (Vitamin C)." Proceedings of the National Academy of Sciences 19.9 (1933): 875-878.

[2] Copeland, Ari, and Darren A. Lytle. "Measuring the oxidation–reduction potential of important oxidants in drinking water." JOURNAL AWWA 106 (2014): 1.

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