13. Quais são as precauções para medir a DQO Cr?
A medição da DQO Cr utiliza dicromato de potássio como oxidante e sulfato de prata como catalisador em condições ácidas, com ebulição e refluxo por 2 horas, convertendo-o em consumo de oxigênio (GB11914–89) através da medição do consumo de dicromato de potássio. Produtos químicos como dicromato de potássio, sulfato de mercúrio e ácido sulfúrico concentrado são utilizados na medição da DQO Cr, os quais podem ser altamente tóxicos ou corrosivos, e requerem aquecimento e refluxo. Portanto, a operação deve ser realizada em uma capela de exaustão e com extremo cuidado. O efluente líquido deve ser reciclado e descartado separadamente.
Para promover a oxidação completa de substâncias redutoras na água, é necessário adicionar sulfato de prata como catalisador. Para garantir uma distribuição uniforme do sulfato de prata, este deve ser dissolvido em ácido sulfúrico concentrado. Após a completa dissolução (cerca de 2 dias), inicia-se a acidificação. O método de teste padrão nacional estipula a adição de 0,4 g de Ag₂SO₄/30 mL de H₂SO₄ para cada medição de DQO (amostra de 20 mL de água), porém, dados relevantes demonstram que, para amostras de água em geral, a adição de 0,3 g de Ag₂SO₄/30 mL de H₂SO₄ é suficiente, não havendo necessidade de adicionar mais sulfato de prata. Para amostras de esgoto analisadas com frequência, desde que haja dados suficientes para controle, a quantidade de sulfato de prata pode ser reduzida adequadamente.
A DQO Cr é um indicador do teor de matéria orgânica no esgoto, portanto, o consumo de oxigênio dos íons cloreto e das substâncias redutoras inorgânicas deve ser removido durante a medição. Para interferências de substâncias redutoras inorgânicas, como Fe²⁺ e S²⁻, o valor de DQO Cr medido pode ser corrigido com base na demanda teórica de oxigênio, considerando a concentração medida. A interferência dos íons cloreto (Cl⁻) é geralmente removida com sulfato de mercúrio. Quando a quantidade adicionada é de 0,4 g de HgSO₄ por 20 mL de amostra de água, a interferência de 2000 mg/L de íons cloreto pode ser removida. Para amostras de esgoto medidas frequentemente, com componentes relativamente fixos, se o teor de íons cloreto for baixo ou se for utilizada uma amostra de água com um fator de diluição maior para a medição, a quantidade de sulfato de mercúrio pode ser reduzida adequadamente.
14. Qual é o mecanismo catalítico do sulfato de prata?
O mecanismo catalítico do sulfato de prata consiste na oxidação de compostos orgânicos contendo grupos hidroxila pelo dicromato de potássio, em meio fortemente ácido, a ácidos carboxílicos. Os ácidos graxos gerados a partir da hidroxila reagem com o sulfato de prata, formando ácidos graxos de prata. Devido à ação dos átomos de prata, o grupo carboxila pode facilmente gerar dióxido de carbono e água, gerando simultaneamente novos ácidos graxos de prata, porém com um átomo de carbono a menos. Esse ciclo se repete, oxidando gradualmente toda a matéria orgânica em dióxido de carbono e água.
15. Quais são as precauções para a medição da DBO5?
A medição da DBO5 geralmente utiliza o método padrão de diluição e inoculação (GB 7488–87). O procedimento consiste em colocar a amostra de água, previamente neutralizada, livre de substâncias tóxicas e diluída (com a adição de uma quantidade adequada de inóculo contendo microrganismos aeróbios, se necessário), em um frasco de cultura e incubar no escuro a 20 °C por 5 dias. Medindo-se o teor de oxigênio dissolvido nas amostras de água antes e depois da cultura, calcula-se o consumo de oxigênio durante os 5 dias e, em seguida, obtém-se a DBO5 com base no fator de diluição.
A determinação da DBO5 é o resultado conjunto de efeitos biológicos e químicos e deve ser realizada em estrita conformidade com as especificações operacionais. A alteração de qualquer condição afetará a precisão e a comparabilidade dos resultados da medição. As condições que afetam a determinação da DBO5 incluem o valor do pH, a temperatura, o tipo e a quantidade de microrganismos, o teor de sais inorgânicos, o oxigênio dissolvido e o fator de diluição, etc.
As amostras de água para análise de DBO5 devem ser acondicionadas em frascos de coleta, devidamente selados, e armazenadas em refrigerador entre 2 e 5 °C até o momento da análise. Geralmente, o teste deve ser realizado em até 6 horas após a coleta. Em qualquer caso, o tempo de armazenamento das amostras de água não deve exceder 24 horas.
Ao medir a DBO5 de efluentes industriais, como estes geralmente contêm pouco oxigênio dissolvido e são compostos principalmente de matéria orgânica biodegradável, para manter o estado aeróbico no frasco de cultura, a amostra de água deve ser diluída (ou inoculada e diluída). Esta operação é a principal característica do método de diluição padrão. Para garantir a confiabilidade dos resultados medidos, o consumo de oxigênio da amostra de água diluída após 5 dias de cultura deve ser superior a 2 mg/L e o oxigênio dissolvido residual deve ser superior a 1 mg/L.
O objetivo da adição da solução de inóculo é garantir que uma certa quantidade de microrganismos degrade a matéria orgânica na água. A quantidade de solução de inóculo deve ser preferencialmente tal que o consumo de oxigênio em 5 dias seja inferior a 0,1 mg/L. Ao utilizar água destilada preparada por um destilador de metais como água de diluição, deve-se verificar o teor de íons metálicos para evitar a inibição da reprodução e do metabolismo microbiano. Para garantir que o oxigênio dissolvido na água diluída esteja próximo da saturação, ar purificado ou oxigênio puro podem ser introduzidos, se necessário, e então a solução deve ser colocada em uma incubadora a 20 °C por um determinado período de tempo para equilibrar a pressão parcial de oxigênio com a do ar.
O fator de diluição é determinado com base no princípio de que o consumo de oxigênio é superior a 2 mg/L e o oxigênio dissolvido remanescente é superior a 1 mg/L após 5 dias de cultivo. Se o fator de diluição for muito grande ou muito pequeno, o teste falhará. Além disso, como o ciclo de análise de DBO5 é longo, uma vez que uma situação semelhante ocorra, não é possível repetir o teste da mesma forma. Ao medir inicialmente a DBO5 de um determinado efluente industrial, pode-se primeiro medir sua DQO (Demanda Química de Oxigênio Crítica) e, em seguida, consultar os dados de monitoramento existentes de efluentes com qualidade de água semelhante para determinar inicialmente o valor de DBO5/DQOcr da amostra de água a ser analisada e, com base nisso, calcular a faixa aproximada de DBO5 e determinar o fator de diluição.
Para amostras de água que contenham substâncias que inibem ou eliminam as atividades metabólicas de microrganismos aeróbicos, os resultados da medição direta da DBO5 por métodos comuns apresentarão discrepâncias em relação ao valor real. É necessário realizar um pré-tratamento adequado antes da medição. Essas substâncias e fatores, incluindo metais pesados e outras substâncias tóxicas inorgânicas ou orgânicas, cloro residual e outras substâncias oxidantes, além de valores de pH muito altos ou muito baixos, impactam a determinação da DBO5.
16. Por que é necessário inocular ao medir a DBO5 de águas residuais industriais? Como se vacinar?
A determinação da DBO5 é um processo bioquímico de consumo de oxigênio. Os microrganismos presentes nas amostras de água utilizam a matéria orgânica como nutriente para crescer e se reproduzir. Ao mesmo tempo, decompõem a matéria orgânica e consomem o oxigênio dissolvido na água. Portanto, a amostra de água deve conter uma certa quantidade de microrganismos capazes de degradar a matéria orgânica presente.
As águas residuais industriais geralmente contêm quantidades variáveis de substâncias tóxicas, que podem inibir a atividade de microrganismos. Portanto, o número de microrganismos em águas residuais industriais é muito pequeno ou mesmo inexistente. Se forem utilizados métodos comuns de medição de esgoto urbano rico em microrganismos, o verdadeiro teor orgânico nas águas residuais pode não ser detectado, ou pelo menos ser baixo. Por exemplo, para amostras de água que foram tratadas com alta temperatura e esterilização e cujo pH é muito alto ou muito baixo, além de tomar medidas de pré-tratamento, como resfriamento, redução de bactericidas ou ajuste do valor do pH, para garantir a precisão da medição de DBO5, medidas eficazes também devem ser tomadas.
Ao medir a DBO5 de efluentes industriais, se o teor de substâncias tóxicas for muito elevado, por vezes são utilizados produtos químicos para a sua remoção; se o efluente for ácido ou alcalino, deve ser neutralizado previamente; e geralmente a amostra de água deve ser diluída antes da utilização do padrão. Determinação por método de diluição. A adição de uma quantidade adequada de solução de inóculo contendo microrganismos aeróbios domesticados à amostra de água (como a mistura utilizada no tanque de aeração para o tratamento deste tipo de efluente industrial) visa conferir à amostra de água uma determinada quantidade de microrganismos com capacidade de degradar a matéria orgânica. Sob a condição de que as demais condições para a medição da DBO5 sejam cumpridas, estes microrganismos são utilizados para decompor a matéria orgânica presente no efluente industrial, e o consumo de oxigénio da amostra de água é medido durante 5 dias de cultivo, obtendo-se assim o valor da DBO5 do efluente industrial.
O líquido misto do tanque de aeração ou o efluente do tanque de sedimentação secundária da estação de tratamento de esgoto é uma fonte ideal de microrganismos para a determinação da DBO5 do efluente que entra na estação de tratamento. A inoculação direta com esgoto doméstico, devido à baixa ou nenhuma presença de oxigênio dissolvido, favorece o surgimento de microrganismos anaeróbios e requer um longo período de cultivo e aclimatação. Portanto, essa solução de inóculo aclimatada é adequada apenas para certos efluentes industriais com necessidades específicas.
17. Quais são as precauções a serem tomadas ao preparar a água de diluição para a medição da DBO5?
A qualidade da água de diluição é de grande importância para a precisão dos resultados da medição de DBO5. Portanto, é necessário que o consumo de oxigênio da água de diluição em branco, durante 5 dias, seja inferior a 0,2 mg/L, sendo ideal que seja mantido abaixo de 0,1 mg/L. O consumo de oxigênio da água de diluição inoculada, também durante 5 dias, deve estar entre 0,3 e 1,0 mg/L.
A chave para garantir a qualidade da água de diluição é controlar o teor de matéria orgânica e de substâncias que inibem a reprodução microbiana, minimizando-os. Portanto, o ideal é utilizar água destilada como água de diluição. Não é recomendável usar água pura obtida por meio de resina de troca iônica, pois a água deionizada frequentemente contém matéria orgânica separada da resina. Caso a água da torneira utilizada para preparar a água destilada contenha certos compostos orgânicos voláteis, é necessário realizar um pré-tratamento para remover esses compostos antes da destilação, a fim de evitar que permaneçam na água destilada. No caso de água destilada produzida em destiladores metálicos, deve-se atentar para o teor de íons metálicos, evitando assim a inibição da reprodução e do metabolismo de microrganismos e comprometendo a precisão dos resultados da medição de DBO5.
Se a água de diluição utilizada não atender aos requisitos de uso por conter matéria orgânica, esse efeito pode ser eliminado adicionando-se uma quantidade adequada de inóculo para tanque de aeração e armazenando-a à temperatura ambiente ou a 20 °C por um determinado período. A quantidade de inóculo é calculada com base no princípio de que o consumo de oxigênio em 5 dias é de aproximadamente 0,1 mg/L. Para evitar a proliferação de algas, o armazenamento deve ser feito em local escuro. Caso haja sedimentos na água diluída após o armazenamento, somente o sobrenadante poderá ser utilizado, sendo os sedimentos removidos por filtração.
Para garantir que o oxigênio dissolvido na água de diluição esteja próximo da saturação, se necessário, pode-se utilizar uma bomba de vácuo ou um ejetor de água para aspirar ar purificado, um microcompressor de ar para injetar ar purificado ou um cilindro de oxigênio para introduzir oxigênio puro. Em seguida, a água diluída e oxigenada é colocada em uma incubadora a 20 °C por um determinado período para permitir que o oxigênio dissolvido atinja o equilíbrio. A água de diluição mantida em temperatura ambiente mais baixa no inverno pode conter oxigênio dissolvido em excesso, e o oposto ocorre em altas temperaturas no verão. Portanto, quando houver uma diferença significativa entre a temperatura ambiente e 20 °C, a água deve ser colocada na incubadora por um período para estabilizar o equilíbrio da pressão parcial de oxigênio no ambiente de cultura.
18. Como determinar o fator de diluição ao medir a DBO5?
Se o fator de diluição for muito grande ou muito pequeno, o consumo de oxigênio em 5 dias pode ser insuficiente ou excessivo, ultrapassando a faixa normal de consumo de oxigênio e comprometendo o experimento. Como o ciclo de medição da DBO5 é muito longo, uma vez que essa situação ocorra, não será possível repetir o teste. Portanto, é fundamental dedicar muita atenção à determinação do fator de diluição.
Embora a composição das águas residuais industriais seja complexa, a relação entre seu valor de DBO5 e seu valor de DQO geralmente fica entre 0,2 e 0,8. Essa relação é menor em águas residuais provenientes das indústrias de papel, impressão e tingimento, e química, enquanto é maior em águas residuais da indústria alimentícia. Ao medir a DBO5 de algumas águas residuais contendo matéria orgânica granular, como as águas residuais da destilação de grãos, a relação será significativamente menor, pois o material particulado se precipita no fundo do frasco de cultura e não participa da reação bioquímica.
A determinação do fator de diluição baseia-se em duas condições: ao medir a DBO5, o consumo de oxigênio em 5 dias deve ser superior a 2 mg/L e o oxigênio dissolvido remanescente deve ser superior a 1 mg/L. O OD no frasco de cultura no dia seguinte à diluição deve ser de 7 a 8,5 mg/L. Assumindo que o consumo de oxigênio em 5 dias seja de 4 mg/L, o fator de diluição é o produto do valor de DQOcr por três coeficientes de 0,05, 0,1125 e 0,175, respectivamente. Por exemplo, ao usar um frasco de cultura de 250 mL para medir a DBO5 de uma amostra de água com DQOcr de 200 mg/L, os três fatores de diluição são: ① 200 × 0,005 = 10 vezes, ② 200 × 0,1125 = 22,5 vezes e ③ 200 × 0,175 = 35 vezes. Se for utilizado o método de diluição direta, os volumes das amostras de água recolhidas são: ①250÷10=25mL, ②250÷22,5≈11mL, ③250÷35≈7mL.
Se você coletar amostras e cultivá-las dessa forma, haverá de 1 a 2 resultados de oxigênio dissolvido medidos que atendem aos dois princípios acima. Se houver duas taxas de diluição que atendam aos princípios acima, seu valor médio deve ser considerado no cálculo dos resultados. Se o oxigênio dissolvido restante for inferior a 1 mg/L ou mesmo zero, a taxa de diluição deve ser aumentada. Se o consumo de oxigênio dissolvido durante o cultivo for inferior a 2 mg/L, uma possibilidade é que o fator de diluição seja muito grande; outra possibilidade é que as cepas microbianas não sejam adequadas, tenham baixa atividade ou a concentração de substâncias tóxicas seja muito alta. Nesse caso, também podem ocorrer problemas com fatores de diluição elevados. O frasco de cultura consome mais oxigênio dissolvido.
Se a água de diluição for água de inoculação, e considerando que o consumo de oxigênio da amostra de água em branco é de 0,3 a 1,0 mg/L, os coeficientes de diluição são 0,05, 0,125 e 0,2, respectivamente.
Se o valor específico de DQO (Demanda Química de Oxigênio) ou a faixa aproximada da amostra de água for conhecida, pode ser mais fácil analisar seu valor de DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxigênio) de acordo com o fator de diluição mencionado anteriormente. Quando a faixa de DQO da amostra de água não for conhecida, para reduzir o tempo de análise, ela pode ser estimada durante o processo de medição da DQO. O método específico é o seguinte: primeiro, prepare uma solução padrão contendo 0,4251 g de ftalato ácido de potássio por litro (o valor de DQO desta solução é 500 mg/L) e, em seguida, dilua-a proporcionalmente para obter valores de DQO de 400 mg/L, 300 mg/L, 200 mg/L e 100 mg/L. Pipete 20,0 mL da solução padrão com valor de DQO de 100 mg/L a 500 mg/L, adicione os reagentes de acordo com o método usual e meça o valor de DQO. Após aquecimento, fervura e refluxo por 30 minutos, resfrie naturalmente até a temperatura ambiente e, em seguida, cubra e armazene para preparar uma série colorimétrica padrão. No processo de medição do valor de DQO (Demanda Química de Oxigênio) da amostra de água pelo método usual, após 30 minutos de fervura e refluxo, compare o valor obtido com a série colorimétrica padrão de DQO pré-aquecida para estimar o valor de DQO da amostra e determinar o fator de diluição para o teste de DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxigênio em 5%). Para efluentes industriais de impressão e tingimento, fabricação de papel, química e outros, que contenham matéria orgânica de difícil digestão, se necessário, realize a avaliação colorimétrica após fervura e refluxo por 60 minutos.
Data da publicação: 21/09/2023
