x-003 - procedimentos analíticos e resultados no

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X-003 - PROCEDIMENTOS ANALÍTICOS E RESULTADOS NO
MONITORAMENTO DO TRATAMENTO DE ESGOTOS
Aline Pires Veról(1)
Graduanda em Engenharia Civil – Escola Politécnica/UFRJ, Bolsista IC-CNPq/PROSAB
Maria Cristina Treitler Paixão
Esp., Bióloga do Laboratório de Engenharia do Meio Ambiente - Escola Politécnica/UFRJ
Isaac Volschan Junior
D.Sc., Prof. Adjunto, Depto. de Recursos Hídricos e Meio Ambiente - Escola Politécnica/UFRJ
Eduardo Pacheco Jordão
Dr.Eng., Prof. Adjunto, Depto. de Recursos Hídricos e Meio Ambiente - Escola Politécnica/ UFRJ
Endereço(1): Rua Mariz e Barros, 554/503 – Tijuca – Rio de Janeiro – RJ – CEP: 20270-001 – Brasil – Tel:
+55 (21) 2569-2186 - e-mail: [email protected].
RESUMO
O acompanhamento e a avaliação de desempenho dos processos de tratamento de esgotos é principalmente
efetuado em termos das concentrações de DQO, DBO e SST, determinadas segundo seus respectivos métodos
analíticos. Considerando o tempo e o custo requerido para essas determinações, investigações recentes vêm
sendo empreendidas no Laboratório de Engenharia do Meio Ambiente da Escola Politécnica da UFRJ para a
melhor condução e otimização de suas atividades de rotina.
Nesse sentido, o presente trabalho compara os procedimentos e os resultados alcançados pelos métodos Padrão
Refluxo Aberto e Hach para a determinação da DQO, avalia a determinação de SST segundo variações do
tempo de secagem em estufa, correlaciona a Turbidez obtida pelos métodos Nefelométrico e FAU, e por fim
também correlaciona a Turbidez obtida pelo método FAU e a concentração de SST.
Os resultados do trabalho ressaltam a importância da contínua revisão dos procedimentos metodológicos de
análises físico-químicas e microbiológicas de forma a assegurar a qualidade e a segurança dos resultados. O
presente trabalho foi desenvolvido no âmbito do PROSAB (MCT/FINEP, Edital 4).
PALAVRAS-CHAVE: Procedimentos Analíticos, DQO, SST, Turbidez
INTRODUÇÃO
Parâmetros de qualidade de água podem ser correlacionados visando a melhor compreensão dos resultados
obtidos e a análise do desempenho do processo de tratamento. Neste particular, há o entendimento da
correlação entre Turbidez e Sólidos em Suspensão Totais.
O presente trabalho tem como objetivo comparar os procedimentos e os resultados obtidos em análises de
DQO realizadas pelos métodos Padrão Refluxo Aberto e Hach; de SST submetidas a variações do tempo de
secagem em estufa, e de Turbidez realizadas pelos métodos Nefelométrico e FAU. Pretende-se também
correlacionar os resultados das análises de Turbidez, segundo o método FAU, com os resultados de SST.
Este trabalho tem como motivação a otimização operacional de um laboratório de análise de qualidade de
águas, responsável pelo monitoramento de uma série de processos de tratamento de esgotos que demandam,
diariamente, a realização de uma grande quantidade de análises. Assim, aplicando-se as diferentes
metodologias para análise de um mesmo parâmetro de qualidade, em amostras iguais, sob as mesmas
condições, o trabalho motiva a discussão sobre os resultados alcançados.
MATERIAIS E MÉTODOS
As amostras utilizadas na realização do trabalho são provenientes de diferentes unidades do Centro
Experimental de Tratamento de Esgotos da UFRJ (CETE/UFRJ). O CETE/UFRJ tem como missão atender aos
objetivos acadêmicos de ensino e pesquisa dos cursos de graduação e pós-graduação da UFRJ voltados à
engenharia de recursos hídricos, sanitária e ambiental. Consiste em uma central de operações, processos e
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tecnologias, dotada ainda das seguintes unidades de tratamento de esgotos: grade de barras, desarenador por
gravidade, desarenador aerado, decantação primária convencional, decantação primária quimicamente
assistida, reator UASB, tanque séptico, filtro anaeróbio, filtro aerado submerso, lodos ativados, lagoa aerada,
lagoa de sedimentação, lagoa facultativa e lagoa de maturação. Todas as unidades de tratamento apresentam
capacidade para população equivalente de 500 habitantes.
Todas as análises foram processadas no Laboratório de Engenharia do Meio Ambiente da Escola Politécnica
da UFRJ (LEMA-Poli/UFRJ), de acordo com o que preconizam o Standard Methods for the Examination of
Water and Wastewater e o Manual da Hach.
Demanda Química de Oxigênio (DQO)
Sabe-se que a determinação da demanda química de oxigênio (DQO) fornece a medida de oxigênio
equivalente à porção de matéria orgânica em uma amostra susceptível de oxidação pela ação de um oxidante
químico forte, como por exemplo, o dicromato de potássio (K2Cr2O7) em meio ácido.
A maioria das matérias orgânicas é oxidada por uma mistura em ebulição dos ácidos crômico e sulfúrico
(dicromato de potássio em meio ácido). Somente em presença de sulfato de prata (AgSO4), catalisador, é que
os componentes orgânicos de peso molecular baixo e os ácidos graxos são oxidados.
No método Padrão Refluxo Aberto, a amostra é submetida a refluxo com quantidade conhecida de dicromato
de potássio (K2Cr2O7) e ácido sulfúrico (H2SO4). O excesso de dicromato é titulado com sulfato ferroso
amoniacal (Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O). A medida do consumo de oxigênio ocorrido durante a oxidação química da
matéria orgânica é proporcional ao dicromato consumido.
Na oxidação da matéria orgânica por dicromato de potássio em meio ácido, ocorre a produção de dióxido de
carbono, água, além de outros elementos orgânicos que também sofrem oxidação, conforme a equação (1).
2KC8H5O4(aq)+10K2Cr2O7(aq)+ 41H2SO4(aq) → 16CO2(g)+H2O(l)+ 10Cr2(SO4)3(aq)+ 11 K2SO4(aq) equação(1)
Neste método, a análise de DQO é realizada por titulação e baseada no consumo de dicromato de potássio.
Tem duração de aproximadamente 2 horas a uma temperatura de 200°C. No caso do LEMA-Poli/UFRJ, a
capacidade de processamento do bloco digestor Quimis modelo Q325, é limitada em 7 amostras (20 ml cada)
por análise de DQO.
A análise de DQO através do método Hach é baseada nos mesmos princípios do método Padrão Refluxo
Aberto utilizando, no entanto, o reator Hach para a digestão e o espectrofotômetro para leitura de absorbância.
A duração do procedimento é também de 2 horas a uma temperatura de 150°C, mas no caso do LEMA
Poli/UFRJ a capacidade de processamento é de 15 amostras (2 ml cada) por análise de DQO. É também
importante considerar que o consumo de reagentes no método Hach é inferior ao método Padrão Refluxo
Aberto.
Curva de Calibração
Absorbância
0,4
y = 0,0004x + 0,0049
R2 = 0,9999
0,3
0,2
0,1
0,0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
Concentração (mg/l)
Figura 1: Curva de Calibração.
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A leitura do teste de DQO pelo método Hach utiliza o espectrofotômetro de mesma marca, modelo DR/2010 e
a Curva de Calibração elaborada para o comprimento de onda de 600 nm, de acordo com a Figura 1. O cálculo
de DQO pelo método Hach é realizado em tréplica. Da absorbância média obtida, é associado por intermédio
da Curva de Calibração, o valor da DQO.
Sólidos em Suspensão Totais
Os sólidos podem ser suspensos, coloidais ou dissolvidos. As partículas de maior dimensão, retidas num papel
de filtro de tamanho especificado, correspondem aos resíduos não filtráveis, também usualmente denominados
Sólidos em Suspensão Totais (SST). De acordo com VON SPERLING (1996), tais partículas têm diâmetro
superior a 100µm.
Para determinação da concentração de SST em uma amostra, o papel de fibra de vidro é lavado com três
volumes sucessivos de 20 ml de água destilada e secado em mufla a 550ºC por 30 minutos. A amostra
devidamente homogeneizada é filtrada à vácuo, no papel de fibra de vidro previamente preparado. O volume
de amostra a ser filtrada pode variar de 30 a 250 ml em função das características da amostra.
A metodologia preconizada pelo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater para a
análise de SST, indica que após a filtração da amostra deva o papel de fibra de vidro, contendo os resíduos não
filtráveis, ser submetido à secagem em estufa a 105°C, por 12 horas ou até adquirir peso constante.
Visando otimizar a rotina operacional do laboratório, e com base em procedimentos alternativos já praticados
por outros laboratórios, as amostras dos esgotos do CETE Poli/UFRJ foram analisadas segundo períodos de
secagem de 12 horas e de somente 1 hora. No caso, as amostras comparadas utilizaram papéis de fibra de vidro
de mesmo peso inicial.
Turbidez
A turbidez das águas é devida à presença de partículas em estado coloidal, em suspensão, de natureza orgânica
ou inorgânica e outros organismos microscópicos. Ela representa o grau de interferência da passagem da luz
através da amostra de água.
A determinação da turbidez das amostras provenientes do CETE Poli/UFRJ é realizada no campo, por meio de
turbidímetro portátil Orbeco-Hellige, modelo 966-R1 e no laboratório, por meio do espectrofotômetro Hach,
modelo DR/2010.
O método Nefelométrico é baseado na comparação da intensidade da luz espalhada pela amostra em condições
definidas, com a intensidade da luz espalhada por uma suspensão de padrão referência. Quanto maior a
intensidade da luz espalhada, maior será a turbidez da amostra. No caso, a leitura é feita em turbidímetro, que
consta de um nefelômetro e é expressa em unidades nefelométricas de turbidez (NTU). O turbidímetro é um
aparelho portátil, sendo também utilizado para medições no campo. A Turbidez máxima a ser medida por este
método é de 40 NTU.
O método FAU é sugerido pelo Manual da Hach. A leitura é realizada através de espectrofotômetro Hach e sua
unidade é expressa em unidades de atenuação da formazina (FAU). A Turbidez máxima medida por esse
método é de 450 FAU.
RESULTADOS
Demanda Química de Oxigênio (DQO)
O gráfico da Figura 2 ilustra a correlação entre as concentrações de DQO obtidas para as mesmas amostras de
esgoto sanitário e processadas pelos dois métodos: Padrão Refluxo Aberto e Hach.
A diferença obtida entre as concentrações de DQO processadas por ambos os métodos demonstram a
necessidade de criteriosa avaliação dos procedimentos metodológicos empregados.
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500,0
y = 0,8316x + 21,675
R2 = 0,8932
MÉTODO PADRÃO REFLUXO ABERTO (mg/l)
450,0
400,0
350,0
300,0
250,0
200,0
150,0
100,0
50,0
0,0
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
400,0
450,0
500,0
550,0
600,0
MÉTODO HACH (mg/l)
Figura 2: Correlação entre os métodos de DQO “Padrão Refluxo Aberto” e “Hach”.
As vantagens que o Método Hach proporciona em relação à produtividade de processamento de análises e
consumo de material reagente são notáveis. No entanto, a substituição do Método Padrão Refluxo Aberto pelo
Método Hach deve ser realizada de forma que seja assegurada uma melhor correlação entre os resultados das
análises que aquele alcançado até o momento presente no LEMA-Poli/UFRJ e apontados por este trabalho.
Sólidos Suspensos Totais (SST)
A avaliação comparativa do tempo de secagem em estufa das membranas para a determinação da concentração
de Sólidos em Suspensão Totais é apresentada na Figura 3.
SST - tempo de secagem de 1hora (mg/l)
50
y = 1,0089x + 0,6558
45
R2 = 0,9814
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
SST - tempo de secagem de 12 horas (mg/l)
Figura 3: Avaliação comparativa entre os tempos de secagem em estufa (SST).
Foram obtidos resultados equivalentes quando as amostras foram submetidas à secagem nos tempos de 1h e
12h, como demonstra o Coeficiente de Determinação R2 = 0,9814. A pequena diferença observada é não
significante; em alguns casos foram obtidos idênticos resultados. A continuidade de análises de SST segundo
ambos os tempos de secagem em estufa subsidiará o LEMA-Poli/UFRJ para a decisão de adotar ou não tempos
de secagem inferiores a 12 horas para o processamento de amostras de esgotos provenientes do CETE/PoliUFRJ.
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Turbidez
A correlação entre os resultados das análises de Turbidez segundo os métodos Nefelométrico e FAU é
apresentada na Figura 4.
340
320
y = 1,5454x + 12,712
300
2
R = 0,7817
280
260
240
220
FAU
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
NEFELOMÉTRICO
Figura 4: Método Nefelométrico x FAU.
Segundo o melhor Coeficiente de Determinação R2 alcançado, foi obtida a equação (2) para associação entre
as unidades de turbidez NTU e FAU.
equação (2)
FAU = 1,5454 NTU + 12,712
Em relação à correlação entre Turbidez (FAU) e SST (mg/l), a Figura 5 aponta para um Coeficiente de
Determinação R2 de 0,9027 e para a equação de correlação (3).
equação (3)
FAU = 0,8829 SST – 6,5589
240
220
y = 0,8829x - 6,5589
R2 = 0,9027
200
180
SST (mg/l)
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
Turbidez (FAU)
Figura 5: Turbidez (FAU) x SST (mg/l).
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CONCLUSÕES
Os resultados da pesquisa permitirão ao LEMA-Poli/UFRJ a reflexão sobre a aplicação das técnicas e dos
métodos analíticos, visando melhor condução de suas atividades cotidianas e a sua otimização operacional por
meio da a realização de uma maior quantidade diária de análises e de custos mais apropriados.
Entende-se também que o domínio e a capacitação para o processamento de análises segundo diferentes
técnicas possibilitarão o melhor entendimento dos resultados e conseqüentemente a melhor avaliação do
desempenho dos processos de tratamento de esgotos do CETE Poli/UFRJ.
Ressalta-se a importância da contínua revisão de procedimentos metodológicos de análises físico-químicas e
microbiológicas no sentido de assegurar a qualidade e a segurança dos resultados alcançados. Os discrepantes
resultados de DQO obtidos pelos dois diferentes métodos justificam esta preocupação.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1.
SPERLING, Marcos Von. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 2 ed. Belo
Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais;
1996.
2.
AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard Methods for the Examination of Water
and Wastewater. 17ª ed., Washington, D.C., 1989.
3.
FEEMA. Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente. Manual do Meio Ambiente; métodos.
Rio de Janeiro Dicomt, 1983, vol 2.
4.
DI BERNARDO, Luiz. Métodos e Técnicas de tratamento de água. vol. I. Rio de Janeiro: ABES, 1993.
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