Norma Técnica SABESP NTS 233

Transcrição

Norma Técnica
NTS 233
SABESP
POLIMEROS ORGÂNICOS BASE
POLIACRILAMIDA PARA TRATAMENTO EM ETAs
E ETEs
Método de Ensaio
São Paulo
Dezembro - 2006
NTS 233 : 2006
Norma Técnica SABESP
SUMÁRIO
1 OBJETIVO .......................................................................................................................1
1.1 Escopo..........................................................................................................................1
1.2 Objetivo ........................................................................................................................1
1.3 Aplicação......................................................................................................................1
2 REFERÊNCIAS NORMATIVAS.......................................................................................1
3 DEFINIÇÕES....................................................................................................................1
4 REQUISITOS ...................................................................................................................2
4.1 Descrição .....................................................................................................................2
4.2 Qualificações ...............................................................................................................2
4.3 Requisitos Físicos.......................................................................................................2
4.4 Requisitos Químicos...................................................................................................3
4.5 Impurezas.....................................................................................................................4
4.6 Substâncias Inertes.....................................................................................................5
5 VERIFICAÇÃO .................................................................................................................5
5.1 Geral .............................................................................................................................5
5.2 Amostragem.................................................................................................................5
5.3 Inspeção Visual ...........................................................................................................5
5.4 Procedimentos de Teste .............................................................................................6
5.5 Preparação da Solução.............................................................................................13
5.6 Desempenho do Produto ..........................................................................................17
5.7 Residual do Monômero de Acrilamida ....................................................................19
5.8 Rejeição......................................................................................................................19
6 ACONDICIONAMENTO E MARCAÇÕES .....................................................................20
6.1 Marcação ....................................................................................................................20
6.2 Acondicionamento e Transporte .............................................................................20
6.3 Laudo Técnico ...........................................................................................................20
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POLIMEROS ORGÂNICOS BASE POLIACRILAMIDA PARA
TRATAMENTO EM ETAs E ETEs
1 OBJETIVO
1.1 Escopo
Esta norma trata de polímeros orgânicos base poliacrilamida (PAM) utilizada no
tratamento da água e esgoto, nos processos de coagulação, floculação, filtração,
flotação, adensamento e desidratação de lodo.
1.2 Objetivo
O objetivo principal desta norma é fornecer os requisitos gerais mínimos para produtos de
PAM, incluindo requisitos físicos e químicos, bem como exigências para
acondicionamento, transporte e testes.
Esses requisitos se destinam a garantir a qualidade e uniformidade do produto de PAM.
1.3 Aplicação
Esta norma pode ser usada como referência em especificações de compra e recebimento
de produtos de PAM e como guia para ensaios das propriedades físicas e químicas de
amostras desse produto.
2 REFERÊNCIAS NORMATIVAS
As normas relacionadas a seguir contêm disposições que, ao serem citadas neste texto,
constituem prescrições para esta norma técnica. As edições indicadas são as que estão
em vigor no momento desta edição. Caso haja revisões posteriores, recomenda-se que
seja analisada a conveniência de se adotar as edições mais recentes das normas citadas
a seguir:
NTS 229:2006
Amostragem de Materiais para tratamento
NBR NM ISO 2395
Peneiras de ensaio e ensaio de peneiramento – Vocabulário
ANSI/AWWA B453:2001
Polyacrylamide
3 DEFINIÇÕES
Fabricante: É o responsável pela manufatura, fabricação ou produção dos materiais ou
produtos.
Comprador: É o indivíduo, companhia ou organização que adquire quaisquer materiais
ou serviços.
Fornecedor: É o responsável pelo fornecimento de materiais ou serviços. Pode ou não
ser o fabricante do material.
Poliacrilamida (PAM): Ácido acrílico aniônico/copolímeros de acrilamida, copolímeros de
acrilamida catiônico e homopolímeros não-iônicos de acrilamida.
Polímero: Polímero de PAM no produto. Também chamado de polímero “ativo”.
Produto: Material comercial, “na forma em que é vendido”, contendo polímero. Pode
conter outras substâncias, como água e pode estar em forma de emulsão, pó ou solução
viscosa.
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4 REQUISITOS
4.1 Descrição
Geralmente, a PAM é produzida das seguintes maneiras:
- através da polimerização apenas do monômero de acrilamida (AM) para formar
polímero não-iônico;
- com monômero de ácido acrílico para formar polímero aniônico;
- ou com monômero catiônico para formar um polímero catiônico.
Certas propriedades do polímero, como peso molecular, podem ser alteradas por meio do
controle da reação da polimerização. A densidade da carga do polímero é alterada
através do ajuste da quantidade relativa de ácido acrílico ou monômero catiônico,
adicionados antes da polimerização.
Via de regra, a fabricação da PAM em pó inicia-se com a polimerização do(s)
monômero(s) em solução aquosa de modo a formar um gel que, em seguida, é triturado e
seco. A PAM em emulsão é fabricada emulsionando-se gotículas de monômero(s) e água
em um óleo mineral antes que a polimerização seja iniciada. A emulsão polimerizada é
vendida como é fabricada ou é modificada para remover água ou óleo. A solução de PAM
pode ser fabricada através da polimerização aquosa do(s) monômero(s) ou através da
dissolução da emulsão ou pó, em água.
4.2 Qualificações
Uma vez que a PAM inclui uma vasta gama de polímeros, que podem ser fabricados em
três formas diferentes, as qualificações para os requisitos físicos e químicos descritos nas
seções 4.3 e 4.4 não podem ser estabelecidas genericamente. Porém, o mais importante
é que nenhum dos requisitos físicos e químicos desta norma pode ser usado para
identificar qual produto de PAM apresenta o melhor desempenho em uma aplicação
específica. Somente um ensaio de desempenho real pode fornecer essa informação.
Portanto, esses requisitos se destinam a garantir a qualidade e uniformidade do produto
de PAM escolhida.
O comprador deve determinar as especificações para cada produto de PAM,
separadamente. Aconselha-se fazê-lo com o auxílio do fornecedor ou fabricante,
utilizando as próprias especificações de controle de qualidade deste último. Se essas
informações não estiverem disponíveis, utilizar a gama de propriedades estabelecidas a
partir da folha de dados específicos do produto ou da folha de dados de segurança do
material. O comprador talvez deseje limitar as especificações àquelas propriedades mais
significativas.
4.3 Requisitos Físicos
Os requisitos físicos deverão ser determinados através dos métodos especificados na
seção 5 ou por outros métodos aceitos tanto pela Sabesp como pelo fornecedor.
4.3.1 Aparência (inspeção visual)
Pó: Cor variando do branco ao gelo, grânulos soltos. Pode ter um leve odor de amônia. O
polímero em pó pode apresentar-se em grânulos, flocos ou partículas.
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Emulsão: Liquido transparente, translúcido ou branco opaco, fluido, moderadamente
viscoso, com odor mineral. Pode ocorrer a separação de uma camada clara mineral na
superfície. Géis ou partículas insolúveis não devem estar presentes.
Solução: Liquido transparente, translúcido ou opaco, branco e viscoso. Géis ou
partículas insolúveis não devem estar presentes.
4.3.2 Distribuição de partículas por tamanho.
Pó: Varia de acordo com o tipo de partículas; geralmente, em se tratando de pós
granulares, 99% são menores que 1,7 mm e 92% são maiores que 0,15mm.
4.3.3 Teor de umidade
Pó: Varia de acordo com o produto; geralmente é inferior a 10% sendo tolerado até 15%.
Eleva-se à medida que a densidade da carga aumenta.
4.4 Requisitos Químicos
Os requisitos químicos devem ser determinados através dos métodos especificados na
Seção 5 ou por outros métodos aceitos pelo comprador e fornecedor.
4.4.1 Sólidos totais
O teor de sólidos totais de um produto de PAM pode ser igual ou superior ao teor de
polímero ativo. Em outras palavras, o teor de polímero ativo de um polímero não pode ser
superior ao seu teor de sólidos totais. O teor de sólidos totais e o teor de polímero ativo
podem ser diferentes devido à possível presença de ingredientes inertes ou inativos. O
fornecedor deve informar o teor de polímero ativo de um produto específico. A diferença
entre os sólidos totais mensurados e o teor de polímero ativo declarado pelo fornecedor é
o teor inerte não-volátil e/ou inativo do produto de PAM.
Emulsão: Varia de acordo com o produto e os procedimentos do fabricante; geralmente
a concentração situa-se em, porém não se limita a, uma faixa de 25% a 60% em peso.
Solução: Varia de acordo com o produto e os procedimentos do fabricante; concentração
típica menor que 10%, freqüentemente menor que 5%, porém não se limita a estes
valores.
4.4.2 Viscosidade Brookfield aparente
A viscosidade aparente da emulsão ou solução de PAM (do produto de PAM liquida, na
forma em que é vendida) varia de acordo com cada produto. Geralmente, os produtos de
PAM em emulsão apresentam, porém não se limitam, a uma viscosidade aparente entre
200 a 4.000 centipoise. A viscosidade aparente dos produtos de PAM em solução pode
atingir até dezenas de milhares de centipoises.
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4.4.3 Viscosidade Brookfield especifica
A concentração típica e a faixa de concentrações usadas para determinar a viscosidade
Brookfield especifica são fornecidas na tabela 1. Os requisitos são específicos para cada
produto (seção 4.2).
Tabela 1 – Concentrações típicas e faixas para determinação da viscosidade
Brookfield
Forma
Solução do Produto*
Típica
0,1%
0,5%
5%
Faixa
Pó
0,1% – 1,0 %
Emulsão
0,2% – 1,0%
Solução
1% – 15%
* Por peso do produto, na forma em que é vendido.
Requisitos de Viscosidade
Varia conforme o produto
4.4.4 Viscosidade padrão
Os requisitos variam conforme o produto (seção 4.2)
4.4.5 pH de uma solução
Os requisitos variam conforme o produto (seção 4.2).
4.5 Impurezas
4.5.1 Ausência de substâncias nocivas
A PAM, fornecida de acordo com as especificações desta norma, não deverá conter
nenhuma substância em quantidade capaz de produzir efeitos deletérios ou nocivos à
saúde dos consumidores de água que tenha sido tratada com polímero, conforme as
recomendações do fabricante e dentro da faixa de dosagem máxima permitida.
4.5.2 Acrilamida residual
Os polímeros utilizados devem atender os requisitos de acrilamida residual conforme
segue: nível máximo de contaminantes – 0,05% dosado a 1mg/L (ou equivalente);
objetivo do nível máximo de contaminantes – 0 (zero).
Os níveis de monômero residual de acrilamida não deverão ser superiores a 0,05% em
peso do teor de polímero ativo, a uma dosagem de 1 mg/L baseado na combinação (ou
produto) da dosagem de polímero ativo e no nível de monômero.
4.5.3 Outras impurezas
Os limites específicos de impurezas podem ser detalhados nas especificações do
comprador. Caso esses limites estejam indicados, o comprador deve informar os
métodos de testes a serem usados para determinar que eles sejam obedecidos.
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4.6 Substâncias Inertes
Alguns produtos de PAM em forma sólida podem conter cloreto de sódio ou outras
substâncias inertes. Todos os produtos de PAM em forma de emulsão contém óleo
mineral, surfactantes e podem conter outras substâncias inertes. Os ingredientes inertes
das PAMs em solução podem incluir aqueles presentes nas emulsões ou pós, a partir dos
quais geralmente são preparados.
5 VERIFICAÇÃO
5.1 Geral
Os métodos fornecidos nesta norma são aceitáveis para determinação de variações nas
propriedades físicas e químicas dos produtos de PAM, a serem utilizadas na Sabesp.
Recomenda-se que os fornecedores de PAM utilizem a presente norma.
5.2 Amostragem
Deve ser efetuada conforme a NTS 229.
5.3 Inspeção Visual
5.3.1 Geral
A inspeção visual talvez seja o teste mais fácil a ser usado para garantir a qualidade dos
produtos de PAM. É essencial que a amostra seja coletada e armazenada
adequadamente, e inspecionada o mais rápido possível durante ou após o recebimento
do produto. Deverá ser observada individualmente e também comparada a uma amostra
aceitável, selecionada previamente, estocada de modo adequado e dentro do prazo de
validade.
5.3.2 PAM em emulsão
As amostras deverão ser similares àquelas coletadas em remessas anteriores do mesmo
produto. Não deverão ser comparadas a outros produtos de PAM em emulsão, pois
alguns apresentam cor clara, outros cor branca, outros são translúcidos, o que não tem
relação com o desempenho ou qualidade do produto. Verificar se este é heterogêneo, se
contém torrões, coágulos ou aglomerados. Cada gota d’água ou condensado que penetre
em um produto de PAM em emulsão provocará a formação de um coágulo. Odores
podem ser indícios da presença de óleo mineral. A presença de uma camada superior de
óleo mineral sobre a camada inferior de polímero “branco” não é necessariamente uma
indicação de qualidade inferior, isto indica que o produto necessita ser homogeneizado.
Para verificar a existência de coágulos e/ou grúmulos, girar o frasco da amostra contra a
luz, observando a camada fina de emulsão que adere às suas paredes. O coágulo e/ou
grúmulo aparecerá na forma de partículas heterogêneas presentes na película da
emulsão que adere ao vidro.
5.3.3 PAM em pó
As amostras deverão ser examinadas para verificar a existência de partículas
descoloridas, contaminantes sólidos e especialmente partículas maiores que podem
indicar dificuldade no preparo da solução. Pode ocorrer odor de amônia quando o frasco
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da amostra for aberto. O exame microscópico pode revelar mudanças no formato ou
aparência de cada partícula.
5.3.4 PAM em solução
Quase todos os produtos de PAM em solução comercial aniônica e não-iônica são um
tanto viscosos, geralmente preparados através da dissolução da emulsão ou pó, em
água. A aparência pode variar de clara e translúcida a branco-leitosa. Para verificar a
existência de coágulos/aglomerados e contaminação, girar o frasco da amostra contra a
luz, observando a camada fina de emulsão que adere às suas paredes. Os produtos de
PAM em solução podem degradar-se com o tempo, fato este que pode ser acompanhado
de uma significativa perda de viscosidade e eficácia.
5.4 Procedimentos de Teste
5.4.1 Sólidos Totais/ Porcentual de Umidade
Este é um dos vários procedimentos aplicáveis para determinar o conteúdo de sólidos
totais nos produtos de PAM em solução, emulsão e pó. O procedimento não é corrigido
para ingredientes inertes. Portanto, é possível que não forneça o conteúdo de polímero
ativo da amostra. Os sólidos totais podem ser determinados através do método da Plastic
Materials Manufacturing Association (PMMA - Procedimento para a Determinação de
Sólidos Totais em Adesivos de Uréia Líquidos, Associação dos Fabricantes de Materiais
Plásticos, revisados pela Associação dos Químicos), que é baseado na secagem da
amostra em uma estufa que deixa um resíduo de (0,45 ± 0,05)g, ou conforme abaixo:
5.4.1.1 Equipamento
1 - Balança analítica.
2 - Prato de alumínio para pesagem.
3 - Pipetas gotejadoras ou seringas, de vidro ou plástico, de 1mL a 10 mL.
4 - Estufa de ventilação forçada, capaz de manter a temperatura a ± 2ºC do ponto
estabelecido.
5 - Dessecador e dessecante.
5.4.1.2 Procedimento
1) Aquecer pratos de alumínio em estufa a 150ºC por 1 hora, no mínimo; remover e
resfriar em um dessecador.
2) Registrar o peso tarado do prato de alumínio para pesagem, com uma variação
tolerável de até 0,0001g.
3) Utilizando uma seringa ou pipeta gotejadora colocar uma quantidade suficiente de
produto de PAM no prato de pesagem para obter um resíduo seco de (0,45 ± 0,05)g.
Registrar o peso total da amostra mais o prato de pesagem, com uma variação tolerável
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de 0,0001g. Para os produtos de PAM em pó, adicionar 0,5 g. Para emulsões, adicionar
aproximadamente 2g. Para soluções, adicionar aproximadamente 10g. Espalhar a
amostra sobre a superfície do prato de alumínio para evitar a formação de crosta durante
a secagem. Talvez seja necessário adicionar 3 a 5 mL de água deionizada para auxiliar
esse procedimento.
4) Colocar o prato de alumínio contendo a amostra pesada em uma estufa de ventilação
forçada, a 105ºC – 110ºC, por 3 horas.
Nota: As amostras do produto de PAM em emulsão, ao secarem a 105ºC – 110ºC
durante a noite (24h), talvez apresentem valor baixo devido à evaporação lenta da porção
do óleo mineral com ponto de ebulição mais alto. Nesse caso, usar o número obtido após
24h.
5) Remover o prato de alumínio da estufa e resfriá-lo em um dessecador. Pesar o prato
resfriado, com uma variação tolerável de até 0,0001g.
5.4.1.3 Cálculo
% sólidos totais = (peso do prato + amostra seca) – (peso do prato vazio) x 100 (em%)
(peso do prato + amostra inicial) – (peso do prato vazio)
(Eq.1)
5.4.1.4 Notas
1) As amostras devem ser preparadas em duplicata.
2) A diferença entre as duplicatas das amostras deve ser menor que ± 0,5%. Se for maior
que ± 0,5%, o teste deve ser refeito.
5.4.2 Distribuição de partículas por tamanho
Uma quantidade, previamente pesada, de produto de PAM em pó, é colocada em uma
série de peneiras apropriadas e agitada mecanicamente por um período específico.
Assim, a distribuição de partículas por tamanho é determinada pelo peso da amostra
retida em cada uma das peneiras. Estas peneiras devem ser certificadas por um
laboratório acreditado da RBC – Rede Brasileira de Calibração.
5.4.2.1 Equipamento
1) Peneiras comerciais como Peneiras de Testes B.S. 410, de 8 polegadas com
aberturas de 1,7 mm (# 12), 1,0 mm (#16), 0,71 mm (#25), 0,212 mm (#70), e 0,15 mm
(#100). Dependendo do tipo de partícula (granular, floco, esférico), pode ser necessário
peneiras maiores e menores.
2) Cuba coletora, tampa e cuba inferior para as citadas peneiras.
3) Balança analítica.
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4) Pratos de alumínio para pesagem.
5) Escova para limpeza de peneiras.
O procedimento para determinar a distribuição de partículas por tamanho é o seguinte:
1) Regular o agitador para um movimento constante com uma amplitude de 40. Adicionar,
aproximadamente, 100 g de uma amostra em pó seca de PAM, pesada com uma
variação tolerável de 0,1g (amostra inicial) na peneira superior do conjunto. Para manter
a amostra em pó seca, retirar de uma embalagem recém fornecida e aberta e estocar em
local onde não haja umidade excessiva.
Nota: Os produtos de PAM em pó geralmente contêm partículas de diferentes tamanhos
que tendem a sedimentar durante o armazenamento ou transporte. A obtenção de uma
amostra representativa de um recipiente de PAM em pó, quer seja de um saco de 25 kg
ou do próprio recipiente da amostra, pode ser muito difícil se toda a amostra não for
misturada antes e durante a coleta. Se não for possível misturar, as amostras deverão
ser coletadas em profundidades diferentes e, em seguida, combinadas.
2) Cobrir e agitar por 15 minutos.
3) Transferir o conteúdo das peneiras, um a um, para a cuba coletora, utilizando uma
escova, se necessário, para auxiliar a remoção de material. Transferir o conteúdo da
cuba coletora para um prato de alumínio previamente pesado e pesar novamente, com
uma variação tolerável de 0,1 g. Subtrair o peso do prato de pesagem para determinar o
peso da PAM seca retida na peneira. Repetir o procedimento para cada peneira. Outra
alternativa é pesar cada peneira dentro de um limite de 0,1 g antes e depois do
peneiramento e, em seguida, subtrair o peso anterior do último peso obtido.
5.4.2.3 Procedimento simplificado
Repetir os passos 1,2 e 3 da seção 5.4.2.2, utilizando só dois tamanhos de peneiras, o
que produzirá três frações ao invés de seis. A peneira maior deve ser dimensionada para
reter partículas difíceis de dissolver no equipamento de alimentação. A peneira menor
deve ser dimensionada para a passagem de partículas finas, que possam gerar poeira.
5.4.2.4 Cálculos
1) Para o porcentual da amostra de PAM retida em uma determinada peneira (tamanho):
% do peso em uma peneira =
peso da amostra na peneira
x100 (Eq.2)
peso inicial da amostra
2) Para um porcentual cumulativo, por peso:
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P orcentagem cumulativa maior que o tamanho de uma det er min ada peneira =
PP + PA
x100
PI
onde:
PP = peso da fração de determinada peneira
PA = peso das frações de todas as peneiras maiores anteriores
PI = peso inicial da amostra
5.4.3 Viscosidade aparente Brookfield
É utilizado um viscosímetro Brookfield Synchro-Letric LVT* ou equivalente. As leituras
são obtidas com uma haste de número apropriado, a uma velocidade apropriada, a uma
temperatura constante. O número da haste depende da variação de viscosidade do
produto específico que está sendo analisado. As soluções de PAM são tixotrópicas, de tal
modo que a sua viscosidade diminuirá com o aumento da velocidade da haste.
Aconselha-se usar haste e velocidade indicados pelo fabricante do produto para fins de
controle de qualidade. Entretanto, na ausência de tais informações, pode-se empregar
uma velocidade de 12 rpm, trocando a haste para obtenção de uma leitura no centro da
faixa do viscosímetro.
5.4.3.1 Equipamento
O equipamento requerido para realizar o teste de viscosidade aparente Brookfield inclui o
seguinte:
1) Viscosímetro Brookfield, Modelo LVT ou equivalente.
2) Béquer de 600 mL, ou outro recipiente de igual diâmetro e profundidade.
Os seguintes procedimentos são usados para determinar a viscosidade aparente
Brookfield:
1) Ajustar o viscosímetro sem acoplar a proteção. Nivelar o instrumento.
2) Fixar a haste especificada pelo fabricante do polímero. (Nota: rosqueada para a
esquerda). Se o fabricante não especificar uma haste, iniciar com o número 1 até o passo
9. Repetir os passos de 2 até 9, se necessário, com números crescentes de haste, até
que uma delas forneça, no passo 9, uma leitura que esteja no meio da escala de variação
do viscosímetro.
3) Verter uma quantidade suficiente de amostra no recipiente de modo a cobrir a marca
de nível da haste.
4) Ajustar a temperatura da amostra para (25 ± 1)ºC.
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5) Mergulhar o viscosímetro com a haste acoplada, na amostra, até que a superfície
desta atinja a marca de nível da haste. Esta não deve entrar em contato com o fundo do
recipiente.
6) Ajustar o viscosímetro na rpm escolhida.
7) Ligar o motor do viscosímetro.
8) Após a agulha atingir uma leitura constante, não antes de 5 ou 6 giros, abaixar a chave
existente na parte posterior do viscosímetro para “congelar” a agulha na escala. Com a
chave pressionada, parar o motor do viscosímetro quando a agulha aparecer no visor.
9) Ler e registrar a posição da agulha na escala.
10) Repetir os passos 7 a 9 para obter três leituras.
5.4.3.3 Cálculos
1) Fazer a média das três leituras.
2) Obter a viscosidade Brookfield, multiplicando a leitura média calculada no passo 1
pelos fatores da haste e velocidade fornecidas pelo fabricante do equipamento.
5.4.4 Viscosidade Brookfield de uma solução de PAM
Escolher uma concentração e a base da concentração a ser preparada (item 5.5.1).
Preparar a solução (item 5.5). Medir a viscosidade Brookfield através do método descrito
no item 5.4.3. A concentração deve ser escolhida com base nas especificações da folha
de dados do produto, ou nos procedimentos de controle da qualidade real do produto
obtido do fornecedor ou na ausência dessas informações, com base no item 4.4.3.
5.4.5 Viscosidade Padrão
O procedimento usado para determinar a viscosidade padrão é o seguinte:
5.4.5.1 Equipamento
1) Béquer de 1.000 mL.
2) Béquer de 150 mL.
3) Proveta classe “A”, de 25 mL.
4) Seringa descartável de 5 cm3.
5) Agitador magnético e barras magnéticas revestidas de Teflon.
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6) Misturador elétrico (velocidade ajustável) com hélice de aço inoxidável.
7) Medidor de pH com eletrodo combinado e soluções tampão de referência.
8) Viscosímetro Brookfield, Modelo LVT com adaptador UL, haste e cubeta UL.
10) Pratos de alumínio para pesagem.
5.4.5.2 Reagentes
Os reagentes necessários para a realização do teste de viscosidade padrão incluem:
1) Solução NaCl 10,83% preparada a partir do reagente de grau p.a..
2) Solução NaOH 0,1 N.
3) Solução de ácido sulfúrico 0,1 N.
5.4.5.3 Procedimento (solução estoque).
O procedimento usado para determinar a viscosidade padrão é o seguinte:
1) Adicionar 715g de água deionizada em um béquer de 1.000 mL.
2) Agitar com agitador elétrico para criar um vórtice de cerca de dois terços do nível da
água.
3) Calcular o peso da amostra necessário para formar 1,44g de polímero ativo. Para
tanto, é preciso saber a quantidade exata de polímero na amostra, em termos de
porcentagem em peso. É aconselhável obter essa informação com o fornecedor de
polímero. Se não for possível, prosseguir utilizando os dados abaixo (itens a e b), tendo
em mente que talvez não se consiga exato 1,44g de amostra, portanto a viscosidade
padrão obtida só pode ser comparada às medições realizadas em produtos de PAM
idênticos, obtidas da mesma maneira.
Verificação das Folhas de Dados de Segurança do Material.
a) Obter informação sobre o conteúdo de polímero. Caso não seja possível, passar para
o item abaixo.
b) Sólidos totais. Determinar os sólidos totais e partir da premissa de que estes
constituem o teor de polímero ativo.
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4) Encher uma seringa de 5 cm3 com a quantidade apropriada de amostra de produto de
PAM em emulsão ou solução, e pesar. Ou então, pesar a quantidade apropriada de
amostra de produto de PAM em pó, em um prato de alumínio.
5) Adicionar um pouco mais da quantidade de amostra calculada e registrar essa
quantidade (peso real da amostra). Calcular o peso total da água necessária, conforme
segue:
Adicionar xg de H2O = (715 + peso real da amostra) (peso real da amostra) – (715 + peso real da amostra)
peso calculado da amostra
(Eq. 3)
Adicionar x gramas de água a 715 g de água
Registrar a água total = (715 g +x gramas de água adicionada)
6) Continuar a agitar por 2 horas. Ajustar a velocidade de agitação para manter um
movimento visível na superfície.
7) Pesar 50 g da solução em um béquer de 150 mL, tarado.
8) Adicionar 54g de solução de NaCl 10,83% ao béquer.
9) Agitar por mais 5 minutos em um misturador magnético.
10) Ajustar o pH da solução com NaOH 0,1N ou com H2SO4 0,1N, adicionado em gotas,
conforme segue:
PAM aniônica e não-iônica ajustar o pH para 8
PAM catiônica
ajustar o pH para 5.5
11) Pipetar rapidamente 17 mL da solução em uma cuba Brookfield UL.
12) Nivelar o viscosímetro e medir a viscosidade a 60 rpm a (25 ± 0,5)ºC.
13) Efetuar quatro leituras por um período de, no máximo, 5 minutos.
5.4.5.4 Cálculo
Calcular a leitura média de acordo com o item 13 da seção 5.4.5.3 e multiplicá-la pelo
fator de correção da cuba UL. Esse fator de correção deve ser verificado semanalmente,
conforme procedimento do fabricante do viscosímetro.
Nota: A solução estoque remanescente, conforme o item 6, pode ser usada para outros
testes, conforme necessário.
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5.4.6 pH de uma solução
5.4.6.1 Equipamento
Os materiais necessários para calcular o pH de uma solução incluem:
1) Medidor de pH.
2) Eletrodo combinado.
3) Soluções tampão de referência para pH.
5) Termômetro.
6) Produto de PAM em solução. A concentração específica da solução deve ser escolhida
baseada em literatura do fornecedor. Alternativamente, tanto podem ser usadas as
soluções preparadas para o teste de viscosidade Brookfield (seção 5.4.4), como para o
teste de viscosidade padrão (antes da adição de NaCl, seção 5.4.5).
O procedimento para determinar o pH de uma solução é o seguinte:
1) Padronizar o medidor de pH com soluções tampão acima e abaixo da faixa de pH a ser
testada.
2) Adicionar a solução de polímero em um béquer de 600 mL.
3) Igualar a temperatura do medidor de pH à da solução de polímero que deve estar à
temperatura ambiente: (23 ± 2)ºC.
4) Medir o pH da solução de polímero.
5) Enxaguar cuidadosamente os eletrodos após cada teste.
5.5 Preparação da Solução
5.5.1 Introdução
Com os produtos de PAM em solução, o polímero é simplesmente diluído com água e
homogeneizado para preparar uma solução menos concentrada.
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Os produtos de PAM em pó devem ser adicionados à água de modo a evitar a formação
de aglomerados de partículas que não se hidratam totalmente ou entram na solução.
Para preparar soluções a partir dos produtos de PAM em emulsão, deve-se agitar o
suficiente para evitar a formação de coágulos, porém o cisalhamento não deve ser
grande o bastante para resultar em degradação do peso molecular do polímero. Inclusive,
a quantidade de emulsão adicionada deve ser suficiente para resultar em uma solução
aquosa com surfactante em concentrações capazes de quebrar (inverter) a emulsão;
porém, a concentração de polímero não pode ser tão alta que a viscosidade da solução
impeça a agitação ou manuseio. O surfactante de alta concentração está presente no
polímero em emulsão. Assim, uma solução inicial de produto de PAM em emulsão deve
ser previamente preparada acima de uma concentração especifica. Finalmente o pH
talvez tenha de ser otimizado para a quebra e estabilidade do produto.
Ao final desta seção, serão fornecidos procedimentos para preparar soluções de
polímeros a partir de produtos de PAM em pó e em emulsão. Entretanto, uma vez que
diferentes formulações de produtos podem requerer procedimentos específicos para o
preparo de soluções com características ótimas, é aconselhável seguir as
recomendações do fabricante.
Vários fatores adicionais são importantes:
1) Após o preparo de uma solução de polímero, talvez seja preciso aguardar 1 hora, no
mínimo, antes da realização do ensaio, para que as cadeias de polímero se dispersem.
Embora seja necessário um alto grau de cisalhamento para dispersar o polímero em pó
ou para quebrar uma emulsão, durante essa 1 hora deve-se diminuir a agitação para que
a superfície da solução mova-se imperceptivelmente, a fim de reduzir o potencial de
degradação de cisalhamento.
2) A concentração das soluções de polímeros pode ser determinada em três diferentes
bases: na forma em que é vendido, sólidos totais ou polímero ativo. A base usada é
determinada pela maneira como o polímero será utilizado.
A base, na forma em que é vendido, significa a maneira pela qual o produto sai da
embalagem. Exemplo: solução a 1%, na forma em que é vendida, representa 1g do
produto (pó, emulsão ou solução), conforme é retirado da embalagem, em 99g de água.
Base de sólidos totais significa que o peso do produto usado para preparar a solução é
ajustado para levar em conta o conteúdo de sólidos totais do produto, de modo que a
quantidade necessária de sólidos seja adicionada à água. Exemplo: uma solução de
sólidos totais a 1% de um produto, que contém 50% de sólidos totais, representa 2 g do
produto, conforme é retirado da embalagem, em 98g de água.
Base de polímero ativo significa que o peso do produto usado para preparar a solução é
ajustado, levando em conta o conteúdo de polímero ativo, de modo que a quantidade
desejada de material seja adicionada à água. Exemplo: uma solução de polímero ativo a
1% de um produto que contém 30% de polímero ativo quando seco, representa 3,33g de
polímero conforme é retirado da embalagem, em 96,67g de água.
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3) Deve-se levar em conta o uso final da solução de polímero na escolha da água
utilizada em seu preparo. Se a solução estiver sendo preparada para teste em uma
aplicação, a água a ser reposta deverá ser a mesma usada no preparo da solução. Se
estiver sendo preparada para avaliação por um procedimento analítico, como os da
seção 5, deve-se usar água deionizada ou de qualidade equivalente, a menos que haja
especificação em contrário.
5.5.2 Exemplo de preparação de solução de polímero em pó.
5.5.2.1 Equipamento
1) Agitador magnético e barras magnéticas revestidas de Teflon ou misturadores elétricos
de velocidade variável, com hélice de aço inoxidável.
3) Prato de alumínio para pesagem.
5.5.2.2 Concentração
A concentração usada nesse exemplo é 0,2 %, em peso.
1) Pesar 299,4g de água (deionizada, a menos que haja especificação contrária) em um
béquer de 600 mL.
2) Determinar o peso de um prato de alumínio vazio e nele pesar 0,60g de produto de
PAM em pó.
3) Colocar o béquer contendo a água e a barra magnética revestida de teflon em um
misturador magnético.
4) Ligar o misturador de modo a produzir um vórtice de aproximadamente 2/3 do nível da
água.
5) Despeje cuidadosamente o polímero em pó ao lado do vórtice. Não despeje a amostra
muito rapidamente (não verta tudo de uma vez) ou muito devagar. Geralmente, esta ação
deve demorar entre 5 e 15 segundos. Se algum polímero permanecer no prato de
alumínio, pesá-lo para determinar a exata quantidade de polímero transferido.
6) Continuar a misturar a solução em alta velocidade, por 10 minutos.
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7) Diminuir a velocidade do misturador de modo que a superfície da solução mova-se
imperceptivelmente e continue a agitar por 1h, no mínimo.
Nota: A PAM não-iônico, especialmente em águas frias ou com baixa condutividade,
pode requerer mais de duas horas de agitação para que dissolva por completo.
8) Inspecionar a solução para determinar se está homogênea, se não contém coágulos
ou aglomerados não-dissolvidos. Se detectada a presença desses últimos, continuar a
misturar em alta velocidade por mais 1 hora e inspecionar novamente.
Nota 1: Se for utilizado um misturador elétrico com hélice, o período inicial de mistura, a
uma velocidade mais alta, pode ser reduzido para um período não superior a 5 minutos.
A velocidade (rpm) do motor do misturador deve ser ajustada para criar um vórtice
profundo conforme descrito anteriormente. Se este vórtice não puder criado, usar 500
rpm.
Nota 2: Alguns polímeros podem necessitar de uma agitação mais intensa do que a
proporcionada por um agitador magnético, pois após 2 horas ainda é possível detectar a
presença de coágulos ou aglomerados não-dissolvidos. Nesse caso, é preferível utilizar
um misturador elétrico.
5.5.3 Exemplo de preparação de uma solução de polímero em emulsão (inversão)
5.5.3.1 Equipamento
1) Agitador magnético e barras magnéticas revestidas de teflon ou misturador elétrico de
velocidade variável, com haste e hélice de aço inoxidável.
4) Seringas plásticas de 5 mL.
5.5.3.2 Concentração
A concentração para este exemplo é de 0,5% em peso.
1) Pesar 298,5g de água (deionizada, a menos que haja especificação contrária) em um
béquer de 600 mL contendo uma barra magnética. Registrar o peso exato da água
adicionada com precisão de 0,01g.
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2) Misturar com cuidado o produto de PAM em emulsão em seu recipiente sacudindo ou
agitando vigorosamente o frasco de amostra, por 15 a 30s. Retirar aproximadamente 1,5
mL da emulsão de polímero com uma seringa descartável.
3) Pesar a seringa contendo a emulsão em uma balança analítica com precisão de
0,0001g (0,1mg), e registrar o peso.
4) Agitar a água com um agitador magnético em alta velocidade para produzir um vórtice
com cerca de 2/3 do nível da água.
5) Adicionar rapidamente 1,5g de produto de PAM em emulsão ao vórtice da água. Para
calcular o volume da emulsão de polímero, multiplicar 1,5 pela proporção da densidade
da água (1g/cm³) dividida pela densidade do produto de PAM, conforme mencionado nas
informações técnicas disponíveis. Se houver menção apenas à densidade específica do
produto, simplesmente divida 1,5 por essa medida. Em seguida, pesar a seringa para
determinar a quantidade exata da emulsão (subtrair do peso citado no item 3)
6) Continuar a agitar com o agitador magnético na mesma alta velocidade, por 10
minutos.
7) Diminuir a velocidade do agitador de modo que a superfície da solução mova-se
imperceptivelmente, e continuar agitando por uma hora.
8) Inspecionar a solução para assegurar que está homogênea e que não contém
coágulos ou aglomerados não dissolvidos. Se estes forem detectados, continuar a agitar
em alta velocidade por mais uma hora e inspecionar novamente.
Nota 1: Se for utilizado um misturador elétrico com hélice, o período inicial de mistura a
uma velocidade mais alta pode ser reduzido para um período não superior a 5 minutos. A
velocidade (rpm) do motor do misturador deve ser ajustada para criar um vórtice profundo
conforme descrito anteriormente. Se esse vórtice não puder ser criado, usar 500 rpm.
Nota 2: Alguns polímeros podem necessitar de uma agitação mais intensa do que a
proporcionada por um agitador magnético, pois após 2 horas ainda é possível detectar a
presença de coágulos ou aglomerados não-dissolvidos. Nesse caso, é preferível utilizar
um misturador elétrico.
5.6 Desempenho do Produto
A natureza dos polímeros torna difícil, senão impossível, predizer seu desempenho
baseado apenas nas propriedades físicas ou químicas do produto. Os ensaios e
requisitos descritos nesta norma podem ajudar o comprador a determinar se uma
amostra de um produto específico é similar à outra amostra do mesmo produto – parte
importante do controle de qualidade.
O desempenho de um polímero é o resultado de uma interação específica entre suas
moléculas e as partículas que estas estão ajudando a remover. Essa interação é
influenciada pela composição e temperatura da água. O desempenho será modificado se
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o polímero, a partícula e a água se alterarem, partindo da premissa de que todas as
condições irão se manter constantes. Não existem ensaios analíticos que possam
determinar com segurança as mudanças nas partículas. Assim, a mudança no
desempenho de um produto de PAM, em uma estação de tratamento de água ou mesmo
em um ensaio de laboratório, não pode ser determinada com segurança, a menos que a
amostra atual do produto seja comparada a uma amostra do mesmo produto,
adequadamente armazenada, coletada na ocasião de um desempenho satisfatório.
Se a antiga (aceitável) e a nova amostra do produto apresentar desempenho similar em
ensaios de laboratório (jar-test, etc.), significa que o produto não se alterou, mesmo que o
desempenho seja diferente daquele anteriormente observado. Se o desempenho de
ambas as amostras permanecer inaceitável (peso molecular, tipo de carga, densidade da
carga, etc.), talvez seja preciso selecionar outro polímero e reavaliar cuidadosamente
todos os produtos existentes no mercado.
Se o desempenho das antigas (aceitáveis) e novas amostras do produto diferir
significativamente, suas propriedades físicas e químicas devem ser comparadas,
conforme descrito nesta norma, uma em relação à outra e em relação aos valores das
propriedades físicas normais citadas na folha de dados do fornecedor para aquele
produto específico. Se suas propriedades físicas e químicas também forem diferentes,
então o polímero se alterou. Se forem similares, deve-se realizar uma segunda
comparação de desempenho no laboratório, pois tais testes às vezes estão sujeitos a
erros ou interpretações diferentes. É importante consultar o fornecedor em tais situações,
pois este pode ajudar a identificar quais são os requisitos mais importantes, sugerir
outros ensaios específicos para aquele produto e interpretar os dados.
Nas situações mais importantes, podem ser usadas no mínimo 6 amostras de produtos
de PAM que sejam representativas em termos de desempenho aceitável, para
estabelecer médias e desvios padrão para cada propriedade medida, que podem ser
comparadas estatisticamente à amostra em questão (teste T).
Uma parte importante da verificação é reter, etiquetar e armazenar adequadamente as
amostras dos produtos usados para determinar desempenho satisfatório. Uma vez que
os produtos de PAM degradam-se com o passar do tempo, também é importante coletar
amostras periodicamente, de preferência em todas as remessas e lotes. Geralmente,
quando estocadas à temperatura ambiente, os pós são estáveis por um ano, no mínimo,
as emulsões por 6 meses, no mínimo (ou mais, se agitadas periodicamente) e as
soluções por dois meses. Verificar com o fornecedor informações sobre o prazo de
validade de produtos específicos.
É importante que comprador e fornecedor estabeleçam as características físicas e
químicas abaixo e a faixa de valores aceitáveis para cada produto específico, antes do
recebimento da primeira remessa ou no momento em que esta for entregue:
1) Concentração do produto, haste e velocidade usada para medir a viscosidade
Brookfield da solução de um produto específico;
2) Faixa aceitável da viscosidade;
3) Valores de pH aceitáveis para a solução acima;
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4) Quantidade mínima de sólidos totais que o produto deve conter;
5) Procedimentos para ensaio especificados nesta norma; recomendações do fornecedor,
se necessário.
A comparação entre os resultados de testes, obtidos pelo fornecedor e comprador, será
muito facilitada se o comprador usar os mesmos testes que o fornecedor e se este estiver
familiarizado com os ensaios.
Finalmente, a verificação será mais eficaz se os procedimentos para ensaios aqui
sugeridos, ou acordados em separado entre comprador e fornecedor, forem realizados no
laboratório do comprador para confirmar conhecimento do ensaio, disponibilidade dos
equipamentos necessários e confiança no procedimento desde o início da utilização do
produto de PAM.
5.7 Residual do Monômero de Acrilamida
A determinação do residual do monômero de acrilamida em um produto de PAM é um
procedimento analítico extremamente sofisticado que necessita de pessoal experiente,
um cromatógrafo (HPLC) de coluna líquida de alto desempenho ou um cromatógrafo de
gás (CG) e instrumentação auxiliar. A preparação das amostras deve levar em
consideração a forma da PAM para isolar a PAM ativa dos outros componentes do
produto.
O comprador deve estar ciente de que o fornecedor de PAM deve ser capaz de
providenciar uma versão simplificada desse ensaio ou um procedimento substituto
adequado usado pelo fabricante para fins de controle da qualidade, que tenha sido
adaptado para o uso em forma ou produto específico de PAM.
5.8 Rejeição
Se a amostra for reprovada e o fabricante ou fornecedor desejar realizar novo ensaio,
deverá notificar o comprador no prazo de 5 dias úteis, a partir do recebimento da queixa.
Recebendo a solicitação para novo ensaio, o comprador deverá enviar ao fabricante ou
fornecedor duas amostras seladas, conforme menciona a seção 5.2, para serem
efetuadas analises em laboratório do fabricante ou fornecedor e por um terceiro de
comum acordo entre as partes. Se os resultados obtidos nos ensaios realizados pelo
fabricante ou fornecedor diferirem daqueles obtidos pelo comprador, os resultados
efetuados pelo terceiro laboratório deverão ser aceitos como definitivos.
Recomenda-se às unidades consumidoras manter um estoque estratégico,
possibilitando a execução do processo de rejeição.
Nota: Há incerteza ou falta de precisão envolvida na determinação experimental de
qualquer valor. Portanto, ao se comparar valores medidos àqueles indicados no termo de
garantia do fabricante ou fornecedor, o valor ali indicado deve estar na faixa do valor
medido, isto é, dentro da faixa estabelecida pela média ou desvio padrão.
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5.8.1 Material não-originário do Brasil
Por solicitação do comprador, o fornecedor deverá informá-lo da origem do material. Se o
produto fornecido de acordo com as especificações desta norma for fabricado fora do
país onde será usado, o fornecedor assume total e completa responsabilidade pelo
enquadramento do produto aos requisitos aqui estabelecidos. O comprador poderá
solicitar que o fornecedor informe por escrito as providências adotadas para garantir que
o material fornecido está de acordo com a norma.
6 ACONDICIONAMENTO E MARCAÇÕES
6.1 Marcação
6.1.1 Obrigatória
Cada remessa de PAM deverá estar identificada de algum modo. O peso liquido do
conteúdo, nome do fornecedor, país de origem, marca, se houver, número do produto e
número do lote deverão estar marcados legivelmente em cada embalagem.
6.2 Acondicionamento e Transporte
As poliacrilamidas em emulsão e solução são fornecidas em tambores, ou bombonas. A
PAM em pó é fornecida em sacos, ou “big-bag”. Todas as remessas transportadas por
caminhão deverão ser acompanhadas por etiquetas datadas, com peso impresso. O
transportador deverá obedecer a todos os requisitos municipais, estaduais, federais.
6.3 Laudo Técnico
O comprador pode solicitar ao fabricante ou fornecedor um laudo técnico de análise do
produto para garantir que este atende às especificações técnicas.
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NTS 233 : 2006
POLIMEROS ORGÂNICOS BASE POLIACRILAMIDA PARA
TRATAMENTO EM ETAs E ETEs
Considerações finais:
1) Esta norma técnica, como qualquer outra, é um documento dinâmico, podendo
ser alterada ou ampliada sempre que for necessário. Sugestões e comentários
devem ser enviados à Assessoria para Desenvolvimento Tecnológico - T V V ;
2) Tomaram parte na elaboração desta Norma.
ÁREA
UNIDADE DE
TRABALHO
C
M
R
R
T
T
CSQ
MTP
ROA
RSBB.4
TCCL
TVV
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NOME
Antônio Alves de Mattos
Andréa Andrade de Matos
Marcelo Kenji Miki
Roberto Ferreira
Odair Katsutomo Augusto
Reinaldo Putvinskis
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NTS 233 : 2006
Sabesp - Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo
Diretoria Tecnologia e Planejamento - T
Assessoria para Desenvolvimento Tecnológico - T V V
Rua Costa Carvalho, 300 - CEP 05429-900
São Paulo - SP - Brasil
Telefone: (011) 3388-8091 / FAX: (011) 3814-6323
E-MAIL : [email protected]
- Palavras-chave: poliacrilamida, polímero, tratamento de água, tratamento de
esgoto.
- 20 páginas
04/12/2006

Norma Técnica SABESP NTS 233

Transcrição

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