19. Quantos métodos de diluição de amostras de água existem para medir a DBO5? Quais são as precauções operacionais?
Na medição da DBO5, os métodos de diluição de amostras de água dividem-se em dois tipos: método de diluição geral e método de diluição direta. O método de diluição geral requer uma quantidade maior de água para diluição ou água de inoculação.
O método geral de diluição consiste em adicionar cerca de 500 mL de água de diluição ou água de inoculação a uma proveta de 1 L ou 2 L, adicionar um volume calculado da amostra de água, completar o volume com mais água de diluição ou água de inoculação e, utilizando uma vareta de vidro com ponta de borracha, agitar lentamente a solução para cima e para baixo, submergindo-a. Por fim, utilizando um sifão, transfira a solução homogênea da amostra de água para um frasco de cultura, preenchendo-o com um pouco de água acima da borda, tampe cuidadosamente o frasco e vede-o com água. Para amostras de água com segunda ou terceira diluição, pode-se utilizar a solução restante. Após o cálculo, adicione uma quantidade específica de água de diluição ou água de inoculação, misture e transfira para o frasco de cultura da mesma maneira.
O método de diluição direta consiste em introduzir inicialmente cerca de metade do volume de água de diluição ou água de inoculação em um frasco de cultura de volume conhecido por sifonagem. Em seguida, injeta-se ao longo da parede do frasco o volume de água da amostra que deve ser adicionado a cada frasco de cultura, calculado com base no fator de diluição. Depois, introduz-se água de diluição ou água de inoculação até o gargalo do frasco, fecha-se cuidadosamente a rolha e sela-se a boca do frasco com água.
Ao utilizar o método de diluição direta, deve-se ter especial atenção para não introduzir a água de diluição ou inoculá-la muito rapidamente no final. Ao mesmo tempo, é necessário explorar as regras operacionais para introduzir o volume ideal, a fim de evitar erros causados por transbordamento excessivo.
Independentemente do método utilizado, ao introduzir a amostra de água no frasco de cultura, o movimento deve ser suave para evitar bolhas, dissolução de ar na água ou escape de oxigênio. Ao mesmo tempo, certifique-se de fechar bem o frasco com a tampa para evitar que bolhas de ar permaneçam em seu interior, o que pode afetar os resultados da medição. Quando o frasco de cultura estiver em incubadora, o selo de vedação deve ser verificado diariamente e a água deve ser reposta para evitar a evaporação e a entrada de ar. Além disso, os volumes dos dois frascos de cultura utilizados antes e depois de 5 dias devem ser iguais para minimizar erros.
20. Quais são os possíveis problemas que podem surgir ao medir a DBO5?
Quando a DBO5 é medida no efluente de um sistema de tratamento de esgoto com nitrificação, como este contém muitas bactérias nitrificantes, os resultados da medição incluem a demanda de oxigênio de substâncias nitrogenadas, como o nitrogênio amoniacal. Quando é necessário distinguir a demanda de oxigênio de substâncias carbonáceas da demanda de oxigênio de substâncias nitrogenadas em amostras de água, o método de adição de inibidores de nitrificação à água de diluição pode ser usado para eliminar a nitrificação durante o processo de determinação da DBO5. Por exemplo, adicionando 10 mg de 2-cloro-6-(triclorometil)piridina ou 10 mg de propeniltioureia, etc.
Uma relação DBO5/DQOc próxima de 1 ou até mesmo superior a 1 geralmente indica um erro no processo de análise. Cada etapa do teste deve ser revisada, com atenção especial à homogeneidade da amostra de água coletada. É normal que a relação DBO5/DQOmn seja próxima de 1 ou até mesmo superior a 1, pois o grau de oxidação dos componentes orgânicos em amostras de água pelo permanganato de potássio é muito menor do que pelo dicromato de potássio. O valor de DQOmn da mesma amostra de água pode, por vezes, ser inferior ao valor de DQOcr.
Quando se observa um fenômeno recorrente em que quanto maior o fator de diluição, maior o valor de DBO5, a razão geralmente reside na presença de substâncias inibitórias na amostra de água. Quando o fator de diluição é baixo, a proporção de substâncias inibidoras na amostra é maior, impossibilitando a biodegradação eficaz por parte das bactérias e resultando em valores baixos de DBO5. Nesse caso, é necessário identificar os componentes específicos ou as causas da ação antibacteriana dessas substâncias e realizar um pré-tratamento eficaz para eliminá-las ou mascará-las antes da medição.
Quando a relação DBO5/DQOc é baixa, como abaixo de 0,2 ou mesmo abaixo de 0,1, se a amostra de água analisada for efluente industrial, isso pode ocorrer devido à baixa biodegradabilidade da matéria orgânica presente na amostra. No entanto, se a amostra de água analisada for esgoto urbano ou misturada com certos efluentes industriais, que representam uma proporção de esgoto doméstico, as causas não se devem apenas à presença de substâncias químicas tóxicas ou antibióticos, mas também, e mais comumente, ao pH não neutro e à presença de resíduos de cloro e fungicidas. Para evitar erros durante o processo de medição da DBO5, os valores de pH da amostra de água e da água de diluição devem ser ajustados para 7 e 7,2, respectivamente. Inspeções de rotina devem ser realizadas em amostras de água que possam conter oxidantes, como cloro residual.
21. Quais são os indicadores que apontam para a presença de nutrientes vegetais nas águas residuais?
Os nutrientes para as plantas incluem nitrogênio, fósforo e outras substâncias necessárias para o crescimento e desenvolvimento vegetal. Níveis moderados de nutrientes podem promover o crescimento de organismos e microrganismos. O excesso de nutrientes que chegam aos corpos d'água causa a proliferação de algas, resultando no fenômeno conhecido como eutrofização, que deteriora ainda mais a qualidade da água, afeta a produção pesqueira e prejudica a saúde humana. A eutrofização severa de lagos rasos pode levar ao alagamento e à morte de organismos aquáticos.
Ao mesmo tempo, os nutrientes vegetais são componentes essenciais para o crescimento e reprodução de microrganismos no lodo ativado, sendo um fator chave para o funcionamento normal do processo de tratamento biológico. Portanto, os indicadores de nutrientes vegetais na água são utilizados como um importante indicador de controle em operações convencionais de tratamento de esgoto.
Os indicadores de qualidade da água que indicam a presença de nutrientes para plantas no esgoto são principalmente compostos nitrogenados (como nitrogênio orgânico, nitrogênio amoniacal, nitrito e nitrato, etc.) e compostos fosfatados (como fósforo total, fosfato, etc.). Em operações convencionais de tratamento de esgoto, geralmente se monitora o nitrogênio amoniacal e o fosfato na água de entrada e de saída. Isso visa, por um lado, manter o funcionamento normal do tratamento biológico e, por outro, verificar se o efluente atende aos padrões nacionais de descarte.
22. Quais são os indicadores de qualidade da água relacionados aos compostos nitrogenados comumente utilizados? Como eles se relacionam?
Os indicadores de qualidade da água mais utilizados para representar os compostos de nitrogênio na água incluem nitrogênio total, nitrogênio Kjeldahl, nitrogênio amoniacal, nitrito e nitrato.
O nitrogênio amoniacal é o nitrogênio presente na água nas formas de NH₃ e NH₄⁺. É o primeiro produto da decomposição oxidativa de compostos orgânicos nitrogenados e indica poluição da água. O nitrogênio amoniacal pode ser oxidado a nitrito (NO₂⁻) pela ação de bactérias nitrificantes, e o nitrito pode ser oxidado a nitrato (NO₃⁻) pela ação de bactérias nitrificantes. O nitrato também pode ser reduzido a nitrito pela ação de microrganismos em um ambiente sem oxigênio. Quando o nitrogênio na água está principalmente na forma de nitrato, isso pode indicar que o teor de matéria orgânica nitrogenada na água é muito baixo e que o corpo d'água atingiu o estado de autodepuração.
A soma do nitrogênio orgânico e do nitrogênio amoniacal pode ser medida pelo método de Kjeldahl (GB 11891–89). O teor de nitrogênio em amostras de água medido pelo método de Kjeldahl também é chamado de nitrogênio Kjeldahl, sendo o nitrogênio Kjeldahl comumente conhecido a soma do nitrogênio amoniacal e do nitrogênio orgânico. Após a remoção do nitrogênio amoniacal da amostra de água, o valor medido pelo método de Kjeldahl corresponde ao nitrogênio orgânico. Se o nitrogênio Kjeldahl e o nitrogênio amoniacal forem medidos separadamente em amostras de água, a diferença também será o nitrogênio orgânico. O nitrogênio Kjeldahl pode ser usado como indicador de controle do teor de nitrogênio na água de entrada de equipamentos de tratamento de esgoto e também como indicador de referência para o controle da eutrofização de corpos d'água naturais, como rios, lagos e mares.
O nitrogênio total é a soma do nitrogênio orgânico, nitrogênio amoniacal, nitrogênio nitrito e nitrogênio nitrato na água, que por sua vez é a soma do nitrogênio Kjeldahl e do nitrogênio total oxidado. O nitrogênio total, o nitrogênio nitrito e o nitrogênio nitrato podem ser medidos por espectrofotometria. Para o método de análise do nitrogênio nitrito, consulte GB7493-87; para o método de análise do nitrogênio nitrato, consulte GB7480-87; e para o método de análise do nitrogênio total, consulte GB 11894-89. O nitrogênio total representa a soma dos compostos nitrogenados na água. É um importante indicador para o controle da poluição da água em ambientes naturais e um parâmetro de controle importante no processo de tratamento de esgoto.
23. Quais são as precauções a serem tomadas ao medir o nitrogênio amoniacal?
Os métodos mais comuns para a determinação de nitrogênio amoniacal são os métodos colorimétricos, nomeadamente o método colorimétrico com reagente de Nessler (GB 7479–87) e o método do ácido salicílico-hipoclorito (GB 7481–87). As amostras de água podem ser preservadas por acidificação com ácido sulfúrico concentrado. O método específico consiste em utilizar ácido sulfúrico concentrado para ajustar o pH da amostra de água para valores entre 1,5 e 2, e armazená-la em ambiente a 4 °C. As concentrações mínimas de detecção do método colorimétrico com reagente de Nessler e do método do ácido salicílico-hipoclorito são de 0,05 mg/L e 0,01 mg/L (calculadas em N), respectivamente. Quando se analisam amostras de água com concentração superior a 0,2 mg/L, pode-se utilizar o método volumétrico (CJ/T75–1999). Para obter resultados precisos, independentemente do método de análise utilizado, a amostra de água deve ser previamente destilada para a medição do nitrogênio amoniacal.
O valor do pH das amostras de água influencia significativamente a determinação de amônia. Se o pH for muito alto, alguns compostos orgânicos nitrogenados serão convertidos em amônia. Se o pH for muito baixo, parte da amônia permanecerá na água durante o aquecimento e a destilação. Para obter resultados precisos, a amostra de água deve ser neutralizada antes da análise. Se a amostra de água for muito ácida ou alcalina, o pH pode ser neutralizado com solução de hidróxido de sódio 1 mol/L ou solução de ácido sulfúrico 1 mol/L. Em seguida, adicione solução tampão fosfato para manter o pH em 7,4 e realize a destilação. Após o aquecimento, a amônia evapora da água na forma gasosa. Nesse momento, utiliza-se ácido sulfúrico diluído a 0,01~0,02 mol/L (método do fenol-hipoclorito) ou ácido bórico diluído a 2% (método do reagente de Nessler) para absorvê-la.
Para algumas amostras de água com alto teor de Ca²⁺, após a adição de solução tampão de fosfato, o Ca²⁺ e o PO₄³⁻ geram um precipitado insolúvel de Ca₃(PO₄³⁻)₂ e liberam H⁺ do fosfato, o que reduz o valor do pH. Obviamente, outros íons que podem precipitar com o fosfato também podem afetar o valor do pH das amostras de água durante a destilação a quente. Em outras palavras, para uma amostra de água desse tipo, mesmo que o valor do pH seja ajustado para neutro e uma solução tampão de fosfato seja adicionada, o valor do pH ainda será muito menor do que o esperado. Portanto, para amostras de água desconhecidas, meça o valor do pH novamente após a destilação. Se o valor do pH não estiver entre 7,2 e 7,6, a quantidade de solução tampão deve ser aumentada. Geralmente, 10 mL de solução tampão de fosfato devem ser adicionados para cada 250 mg de cálcio.
24. Quais são os indicadores de qualidade da água que refletem o teor de compostos fosforados na água? Como eles se relacionam?
O fósforo é um dos elementos necessários para o crescimento de organismos aquáticos. A maior parte do fósforo na água existe em várias formas de fosfatos, e uma pequena quantidade existe na forma de compostos orgânicos de fósforo. Os fosfatos na água podem ser divididos em duas categorias: ortofosfato e fosfato condensado. O ortofosfato refere-se aos fosfatos que existem na forma de PO₄³⁻, HPO₄²⁻, H₂PO₄⁻, etc., enquanto o fosfato condensado inclui pirofosfato e ácido metafosfórico. Sais e fosfatos poliméricos, como P₂O₇⁴⁻, P₃O₁₀⁵⁻, HP₃O₉²⁻, (PO₃)₆³⁻, etc., também são encontrados. Os compostos organofosforados incluem principalmente fosfatos, fosfitos, pirofosfatos, hipofosfitos e fosfatos de amina. A soma dos fosfatos e do fósforo orgânico é chamada de fósforo total e também é um importante indicador da qualidade da água.
O método de análise de fósforo total (ver GB 11893–89 para métodos específicos) consiste em duas etapas básicas. A primeira etapa é utilizar oxidantes para converter as diferentes formas de fósforo presentes na amostra de água em fosfatos. A segunda etapa consiste em medir o ortofosfato e, em seguida, calcular o teor de fósforo total. Durante as operações rotineiras de tratamento de esgoto, o teor de fosfato no esgoto que entra no dispositivo de tratamento bioquímico e no efluente do tanque de sedimentação secundária deve ser monitorado e medido. Se o teor de fosfato na água de entrada for insuficiente, deve-se adicionar uma certa quantidade de fertilizante fosfatado para suplementá-lo; se o teor de fosfato no efluente do tanque de sedimentação secundária exceder o padrão nacional de descarga de primeiro nível de 0,5 mg/L, devem ser consideradas medidas de remoção de fósforo.
25. Quais são as precauções para a determinação de fosfato?
O método para medir fosfato consiste em, em condições ácidas, o fosfato e o molibdato de amônio gerarem um ácido heteropolifosfomolibdênio, que é reduzido a um complexo azul (denominado azul de molibdênio) utilizando o agente redutor cloreto estanoso ou ácido ascórbico (Método CJ/T78–1999). Também é possível utilizar combustível alcalino para gerar complexos coloridos multicomponentes para medição espectrofotométrica direta.
Amostras de água contendo fósforo são instáveis e devem ser analisadas imediatamente após a coleta. Caso a análise não possa ser realizada imediatamente, adicione 40 mg de cloreto de mercúrio ou 1 mL de ácido sulfúrico concentrado a cada litro de amostra de água para preservação e, em seguida, armazene-a em um frasco de vidro âmbar e mantenha-a em geladeira a 4 °C. Se a amostra de água for utilizada apenas para análise de fósforo total, nenhum tratamento de preservação é necessário.
Como o fosfato pode ser adsorvido nas paredes das garrafas de plástico, estas não podem ser usadas para armazenar amostras de água. Todas as garrafas de vidro utilizadas devem ser enxaguadas com ácido clorídrico ou ácido nítrico diluídos e quentes, e depois enxaguadas várias vezes com água destilada.
26. Quais são os diversos indicadores que refletem o conteúdo de matéria sólida na água?
A matéria sólida no esgoto inclui matéria flutuante na superfície da água, matéria em suspensão na água, matéria sedimentável que afunda até o fundo e matéria sólida dissolvida na água. Objetos flutuantes são grandes pedaços ou partículas de impurezas que flutuam na superfície da água e têm densidade menor que a da água. Matéria em suspensão são impurezas de partículas pequenas suspensas na água. Matéria sedimentável são impurezas que podem se depositar no fundo do corpo d'água após um período de tempo. Quase todo esgoto contém matéria sedimentável com composição complexa. A matéria sedimentável composta principalmente de matéria orgânica é chamada de lodo, e a matéria sedimentável composta principalmente de matéria inorgânica é chamada de resíduo. Objetos flutuantes são geralmente difíceis de quantificar, mas diversas outras substâncias sólidas podem ser medidas utilizando os seguintes indicadores.
O indicador que reflete o teor total de sólidos na água é o sólido total. De acordo com a solubilidade dos sólidos na água, o sólido total pode ser dividido em sólidos dissolvidos (Dissolved Solid, abreviado como DS) e sólidos em suspensão (Suspend Solid, abreviado como SS). De acordo com as propriedades voláteis dos sólidos na água, o sólido total pode ser dividido em sólidos voláteis (VS) e sólidos fixos (FS, também chamados de cinzas). Dentre eles, os sólidos dissolvidos (DS) e os sólidos em suspensão (SS) podem ser subdivididos em sólidos dissolvidos voláteis, sólidos dissolvidos não voláteis, sólidos em suspensão voláteis, sólidos em suspensão não voláteis e outros indicadores.
Data da publicação: 28/09/2023
