Filtração natural de piscinas: como funciona a ciência do biofiltro

Se já se perguntou como é que uma piscina se mantém límpida sem cloro, a resposta curta é biologia. Um biofiltro usa bactérias que vivem no meio filtrante para retirar fosfato, azoto e carbono da água, de modo que as algas e as bactérias indesejadas quase não têm de que se alimentar.

Essa camada viva, chamada biofilme, também ocupa o lugar das bactérias que os banhistas trazem para a água. Em ensaios de laboratório publicados na revista com revisão por pares npj Clean Water (Nature Portfolio), um biofiltro deste tipo removeu até 99,9 % das bactérias de teste em 24 horas.

Este guia explica como funciona a filtração natural, o que esse estudo mostrou e o que não mostrou, o que medimos em piscinas reais e os limites que vale a pena conhecer antes de escolher.

A filtração natural nasceu nas piscinas biológicas, mas não eram as plantas que faziam a maior parte do trabalho

Uma piscina biológica tradicional tem duas zonas: uma zona de banho profunda e uma zona de regeneração pouco funda, com gravilha e plantas. Partia-se do princípio de que eram as plantas a limpar a água, por isso a resposta habitual à água turva era plantar mais.

Uma piscina biológica só com plantas dedica normalmente 30 a 50 % da sua superfície a essa zona plantada. É muito jardim a ceder, e é por isso que tanta gente imagina que uma piscina natural tem de parecer um lago.

Os nossos microbiólogos, com doutoramento, mostraram que eram as bactérias da gravilha, e não as plantas, que faziam a maior parte do trabalho.

Essas bactérias retiravam fosfato, azoto e carbono, e era a falta destes nutrientes que tornava difícil a sobrevivência das algas e dos agentes patogénicos.

Isso mudou a pergunta de projeto. Se são as bactérias que limpam, podem viver num filtro compacto na casa das máquinas, e a piscina pode ter o aspeto de qualquer outra piscina: sem canaviais, interior ou exterior, aquecida se quiser.

O nosso guia sobre piscinas naturais e lagos de natação trata as opções com plantas.

A remoção biológica de nutrientes tira o alimento às algas e às bactérias

Qualquer piscina recebe um fornecimento constante de alimento para micróbios: células da pele, suor, protetor solar, pólen, folhas e poeira. O cloro trata disso oxidando essa matéria e matando o que cresce.

A filtração biológica segue outro caminho. Bactérias inofensivas comem esse alimento primeiro, e a água que fica é demasiado pobre para sustentar uma proliferação. Chama-se remoção biológica de nutrientes, o mesmo tipo de processo usado no tratamento de águas residuais.

O fosfato é o nutriente que limita o crescimento

As algas precisam de fosfato e, em água doce, é muitas vezes o primeiro nutriente a esgotar-se. Sem ele, as algas têm dificuldade em proliferar, por mais quente ou soalheira que seja a semana. É também por isso que a água da piscina fica verde quando há nutrientes a mais.

Os autores do estudo da npj Clean Water notam que, nos sistemas de água potável, o fosfato é o fator crítico que limita ou favorece o crescimento microbiano. As bactérias do biofilme absorvem-no à medida que crescem.

O mineral+biome® adiciona ainda, durante a filtração, vestígios de um agente que fixa o fosfato. Fica retido no filtro e é removido na contralavagem, por isso nada fica na água do banho.

O azoto é removido em duas etapas

O amónio do suor e de outros contributos dos banhistas é convertido por bactérias nitrificantes em nitrito e depois em nitrato. Mais fundo no biofilme, onde há pouco oxigénio, outras bactérias transformam o nitrato em azoto gasoso, que simplesmente sai da água.

Na água de lago real usada no estudo, o amónio e o nitrito desceram abaixo do limite de deteção em 24 horas e o nitrato caiu cerca de 31 %.

Os banhistas também sentem o azoto. Numa piscina com cloro, os compostos de azoto reagem com o cloro e formam cloraminas, a causa do conhecido cheiro a piscina. Sem cloro, não se formam.

O carbono alimenta as bactérias que turvam a água

O carbono orgânico dissolvido alimenta as bactérias comuns que deixam a água turva. Um biofilme maduro consome-o como alimento próprio, o que mantém essas populações em suspensão sob controlo.

No estudo de 24 horas, as contagens bacterianas gerais mantiveram-se estáveis na água que passou pelo biofiltro, mas subiram na água que passou por uma coluna vazia. O carbono orgânico total não mudou de forma mensurável nesse curto intervalo.

Como funciona um biofiltro, passo a passo

Um biofiltro é um recipiente com meio filtrante de grande superfície. A água atravessa-o devagar o suficiente para as bactérias se fixarem e formarem um biofilme: uma camada fina e viva de muitas espécies, unidas por uma matriz pegajosa que elas próprias produzem.

1. As bactérias colonizam o meio filtrante. No estudo de laboratório, os filtros foram inoculados com água de lago e deixados a amadurecer durante quatro semanas antes dos testes.
2. O biofilme funciona como uma esponja. A sua matriz capta nutrientes e partículas finas da água que passa, mesmo em concentrações muito baixas, e as bactérias usam-nos como alimento.
3. Os nutrientes descem. Sem fosfato, azoto e carbono, a água torna-se um mau sítio para algas e agentes patogénicos crescerem.
4. Os recém-chegados são afastados. Um biofilme estabelecido deixa pouco espaço e pouco alimento às bactérias que chegam. Os investigadores chamam-lhe exclusão competitiva: não se recuperou E. coli viável do meio vivo, enquanto o mesmo meio esterilizado retinha cerca de 1000 por filtro.
5. O UV trata o que resta. Todos os sistemas mineral+biome® incluem uma etapa UV como segunda barreira, com a lâmpada substituída uma vez por ano.

No mineral+biome®, tudo isto está num filtro monobloco na casa das máquinas, com um mineralizador, um controlador com ecrã tátil e uma aplicação, para que o proprietário possa ver a água sem abrir a casa das máquinas. A nossa página de tecnologia mostra a unidade completa.

O que o estudo revisto por pares mostra realmente

A investigação resultou de um doutoramento em parceria, financiado pela UWE Bristol e pela Origin Aqua Technologies.

Foi publicada em 2022 na npj Clean Water, revista com revisão por pares do grupo Nature Portfolio, com o título «The control of waterborne pathogenic bacteria in fresh water using a biologically active filter».

Os autores são Steven, Thorn, Robinson, Turner, Lee e Reynolds. Jack Lee, da Origin Aqua, é coautor.

O ensaio foi propositadamente simples. Colunas de laboratório com meio cerâmico amadureceram durante quatro semanas; depois, água com cerca de 1000 bactérias por 100 ml foi recirculada através delas durante 24 horas.

Em paralelo correram dois controlos: o mesmo meio esterilizado e uma coluna vazia. Isso isola o efeito do biofilme vivo da simples retenção física.

A equipa fez depois passar pelos biofiltros água de superfície real de um lago urbano. Em 24 horas, a E. coli desceu 99,8 % e os enterococos 99,4 %.

São os controlos que tornam o resultado útil. As bactérias sobreviveram, ou cresceram, nas colunas sem biofilme, por isso os autores concluíram que o biofilme vivo foi o principal responsável pela redução.

O que vemos em piscinas reais

O artigo é a ciência independente. As nossas análises são o registo em piscinas reais, e as duas coisas não se devem confundir.

Em muitos anos de análises de rotina, a E. coli não foi detetada nas piscinas Origin Aqua. A norma portuguesa para a água das piscinas, a NP 4542:2017, usada no programa de vigilância sanitária da DGS, fixa um valor limite de 0 E. coli por 100 ml; as nossas piscinas cumprem a norma das piscinas para a E. coli, sem cloro.

Para uma comparação mais ampla, a Diretiva europeia relativa às águas balneares classifica as águas interiores como «excelentes» até 500 E. coli por 100 ml. Os nossos resultados estão pelo menos 100 vezes abaixo desse limite.

A filtração natural comparada com o cloro, o sal e as piscinas biológicas com plantas

A principal diferença está no que mantém a água límpida. O cloro e o sal dependem de um desinfetante na água; a filtração natural depende de retirar o alimento de que os micróbios precisam.

O sal é a comparação em que mais gente se engana: uma piscina de água salgada continua a produzir cloro, apenas o fabrica no local. O nosso artigo sobre se as piscinas de água salgada são mesmo isentas de cloro explica porquê.

Os custos de funcionamento também diferem. Pelos nossos números, o mineral+biome® usa 50 a 70 % menos energia e 50 a 70 % menos água do que o cloro ou o sal.

Perguntas frequentes sobre o biofiltro e a filtração natural da piscina

O que é a filtração natural da água?

É a limpeza da água por processos físicos e biológicos, em vez de um desinfetante adicionado. É o princípio dos filtros lentos de areia usados no tratamento de água. Numa piscina, significa que as bactérias do meio filtrante retiram nutrientes e afastam as bactérias indesejadas.

Como é que uma piscina se mantém limpa sem cloro?

O biofiltro retira o fosfato, o azoto e o carbono de que as algas e as bactérias precisam, e o biofilme estabelecido afasta os recém-chegados. Uma etapa UV trata a água como segunda barreira, e o filtro faz contralavagem para remover a sujidade retida.

O que é um biofilme?

É uma camada fina e viva de bactérias de muitas espécies, presas ao meio filtrante por uma matriz pegajosa que elas próprias produzem. Num biofiltro de piscina, é o biofilme que capta os nutrientes da água e ocupa o espaço que de outra forma seria colonizado por bactérias indesejadas.

É seguro nadar numa piscina com filtração natural?

Em muitos anos de análises de rotina, a E. coli não foi detetada nas piscinas Origin Aqua, o que cumpre o valor limite de 0 por 100 ml da NP 4542:2017 sem cloro. De forma independente, o estudo da npj Clean Water encontrou até 99,9 % das bactérias de teste removidas em 24 horas, em ensaios de laboratório.

Porque é que a água da piscina fica verde?

A água fica verde quando as algas encontram nutrientes, sobretudo fosfato, e o tratamento não as consegue travar; numa piscina com cloro, isso acontece muitas vezes quando o cloro ou o pH saem dos valores certos. A filtração biológica atua na causa: retira os nutrientes de que as algas precisam para proliferar.

A filtração natural funciona numa piscina aquecida ou interior?

Sim. O mineral+biome® funciona em piscinas interiores e exteriores com água até 30 °C. As piscinas interiores são as que mais ganham, porque sem cloro não há vapor de cloraminas no ar.

Quanto tempo demora um biofiltro a estabilizar?

Pode nadar no próprio dia em que o sistema é instalado. A biologia demora 6 a 8 semanas a atingir o equilíbrio completo, e é por isso que o sistema inclui UV desde o primeiro dia.

Uma piscina com filtração natural precisa de plantas?

Não. São as bactérias que fazem a maior parte da remoção de nutrientes, por isso o filtro pode ficar na casa das máquinas. Numa piscina biológica nova projetada à volta do mineral+biome®, a zona plantada pode normalmente ser reduzida para cerca de 20 % da superfície.

Água que cuida de si própria

A natureza sempre limpou a água sem cloro. O nosso trabalho, desde 2010, tem sido pôr esse processo num filtro que cabe numa casa das máquinas normal e mantê-lo mensurável.

Se está a planear uma piscina ou a pensar mudar a que tem, a primeira conversa é simples: fale-nos da piscina e dizemos-lhe se a filtração natural é adequada, com um preço por escrito antes de qualquer visita. Uma piscina existente pode ser convertida em 1 a 2 dias, sem alterações à canalização; o nosso artigo sobre converter uma piscina existente explica o processo, e a amortização situa-se normalmente entre 3 e 7 anos, consoante o tipo e o tamanho da piscina.

Sobre a expressão «sem produtos químicos»: referimo-nos à ausência de desinfetantes (sem cloro, bromo, eletrólise salina ou cobre) e de resíduos químicos na água do banho. Durante a filtração usam-se automaticamente vestígios de um agente que fixa os fosfatos e que é totalmente removido na contralavagem, sem deixar resíduos na água. Os minerais são adicionados em quantidades vestigiais, num veículo de qualidade alimentar. Leia a nossa definição completa.