O fósforo total é um importante indicador da qualidade da água, com grande impacto no ambiente ecológico dos corpos d'água e na saúde humana. O fósforo total é um dos nutrientes necessários para o crescimento de plantas e algas, mas se a sua concentração na água for muito alta, pode levar à eutrofização do corpo d'água, acelerar a reprodução de algas e bactérias, causar florações de algas e afetar seriamente o ambiente ecológico do corpo d'água. Em alguns casos, como na água potável e na água de piscinas, altos níveis de fósforo total podem causar danos à saúde humana, especialmente a bebês e gestantes.
Fontes de fósforo total na água
(1) Poluição agrícola
A poluição agrícola deve-se principalmente ao uso extensivo de fertilizantes químicos, e o fósforo presente nesses fertilizantes é levado para os corpos d'água pela água da chuva ou pela irrigação agrícola. Normalmente, apenas 10% a 25% do fertilizante é absorvido pelas plantas, e os 75% a 90% restantes permanecem no solo. De acordo com pesquisas anteriores, 24% a 71% do fósforo presente na água provém da fertilização agrícola; portanto, a poluição hídrica por fósforo deve-se principalmente à migração desse fósforo do solo para a água. Segundo as estatísticas, a taxa de utilização de fertilizantes fosfatados é geralmente de apenas 10% a 20%. O uso excessivo de fertilizantes fosfatados não só causa desperdício de recursos, como também leva à contaminação de fontes de água por meio do escoamento superficial.
(2) esgoto doméstico
O esgoto doméstico inclui o esgoto de edifícios públicos, o esgoto residencial e o esgoto industrial lançado na rede de esgoto. A principal fonte de fósforo no esgoto doméstico é o uso de produtos de lavagem que contêm fósforo, excrementos humanos e lixo doméstico. Os produtos de lavagem utilizam principalmente fosfato de sódio e fosfato polissódico, e o fósforo presente nesses detergentes é levado para os corpos d'água juntamente com o esgoto.
(3) Águas residuais industriais
O efluente industrial é um dos principais fatores que causam o excesso de fósforo em corpos d'água. Esse efluente caracteriza-se por alta concentração de poluentes, presença de diversos tipos de contaminantes, dificuldade de degradação e composição complexa. O descarte direto, sem tratamento prévio, causa um enorme impacto nos corpos d'água, com efeitos adversos para o meio ambiente e a saúde da população.
Método de remoção de fósforo do esgoto
(1) Eletrólise
Através do princípio da eletrólise, as substâncias nocivas presentes nas águas residuais sofrem uma reação de redução e uma reação de oxidação nos polos negativo e positivo, respectivamente, sendo convertidas em substâncias inofensivas e, assim, alcançando o objetivo de purificação da água. O processo de eletrólise apresenta vantagens como alta eficiência, equipamentos simples, operação fácil, alta eficiência de remoção e industrialização dos equipamentos; não necessita da adição de coagulantes, agentes de limpeza e outros produtos químicos, evitando impactos no meio ambiente e reduzindo custos. A produção de lodo é pequena. No entanto, o método de eletrólise requer o consumo de energia elétrica e materiais de aço, o custo operacional é elevado, a manutenção e o gerenciamento são complexos, e o problema da utilização integral do lodo ainda necessita de mais pesquisas e soluções.
(2) Eletrodiálise
No método de eletrodiálise, através da ação de um campo elétrico externo, os ânions e cátions na solução aquosa movem-se respectivamente para o ânodo e o cátodo, de modo que a concentração iônica no centro do eletrodo é significativamente reduzida e a concentração iônica próxima ao eletrodo é aumentada. Se uma membrana de troca iônica for adicionada no centro do eletrodo, a separação e a concentração podem ser alcançadas. A diferença entre eletrodiálise e eletrólise reside no fato de que, embora a voltagem da eletrodiálise seja alta, a corrente não é elevada, o que impede a manutenção da reação redox contínua necessária, enquanto na eletrólise ocorre o oposto. A tecnologia de eletrodiálise apresenta as vantagens de não necessitar de produtos químicos, possuir equipamentos e processo de montagem simples e operação conveniente. No entanto, também apresenta algumas desvantagens que limitam sua ampla aplicação, como alto consumo de energia, exigências rigorosas para o pré-tratamento da água bruta e baixa estabilidade do tratamento.
(3) Método de adsorção
O método de adsorção consiste na adsorção e fixação de certos poluentes presentes na água por sólidos porosos (adsorventes), removendo-os. Geralmente, o método de adsorção é dividido em três etapas. Primeiro, o adsorvente entra em contato direto com a água residual para que os poluentes sejam adsorvidos; segundo, ocorre a separação do adsorvente da água residual; terceiro, a regeneração ou renovação do adsorvente. Além do carvão ativado, amplamente utilizado como adsorvente, resinas de adsorção macroporosas sintéticas também são muito empregadas no tratamento de água por adsorção. O método de adsorção apresenta as vantagens de operação simples, boa eficácia e rapidez no tratamento. No entanto, o custo é elevado e a eficácia da adsorção diminui com a saturação. Se a adsorção for feita por resina, análises são necessárias após a saturação, e o descarte do efluente analítico é complexo.
(4) Método de troca iônica
O método de troca iônica baseia-se na troca de íons, onde os íons presentes na água são trocados pelo fósforo presente na matéria sólida, e o fósforo é removido por uma resina de troca aniônica. Esse método permite a remoção rápida e eficiente do fósforo. No entanto, a resina de troca apresenta as desvantagens de fácil envenenamento e dificuldade de regeneração.
(5) Método de cristalização
A remoção de fósforo por cristalização consiste em adicionar à água residual uma substância com superfície e estrutura semelhantes às do fosfato insolúvel. Essa substância destrói o estado metaestável dos íons presentes na água residual, precipitando cristais de fosfato na superfície do agente cristalizante, que atua como núcleo cristalino. O fósforo é então separado e removido. Materiais minerais que contêm cálcio podem ser usados como agentes cristalizantes, como rocha fosfática, carvão ósseo, escória, etc. Dentre eles, a rocha fosfática e o carvão ósseo são mais eficazes. Esse método economiza espaço e é fácil de controlar, porém exige pH elevado e uma determinada concentração de íons de cálcio.
(6) Zona úmida artificial
A remoção de fósforo por zonas úmidas construídas combina as vantagens da remoção biológica, da precipitação química e da adsorção. Reduz o teor de fósforo por meio da absorção e assimilação biológicas, além da adsorção pelo substrato. A remoção de fósforo ocorre principalmente pela adsorção pelo substrato.
Em resumo, os métodos acima podem remover fósforo de águas residuais de forma prática e rápida, mas todos apresentam certas desvantagens. Se um dos métodos for usado isoladamente, a aplicação prática pode enfrentar mais problemas. Os métodos acima são mais adequados para pré-tratamento ou tratamento avançado para remoção de fósforo e, combinados com a remoção biológica de fósforo, podem alcançar melhores resultados.
Método para Determinação de Fósforo Total
1. Espectrofotometria anti-molibdênio-antimônio: O princípio da análise e determinação por espectrofotometria anti-molibdênio-antimônio é o seguinte: em condições ácidas, o fósforo presente em amostras de água reage com o ácido molibdênico e o tartarato de potássio e antimônio na forma de íons, formando complexos ácidos de molibdênio. Esses complexos poliácidos podem ser reduzidos pelo agente redutor ácido ascórbico, formando um complexo azul, que denominamos azul de molibdênio. Ao utilizar esse método para analisar amostras de água, diferentes métodos de digestão devem ser empregados de acordo com o grau de poluição da água. A digestão com persulfato de potássio é geralmente indicada para amostras de água com baixo grau de poluição. Já em amostras de água altamente poluídas, que geralmente apresentam baixo teor de oxigênio, altos níveis de sais metálicos e matéria orgânica, é necessário utilizar um reagente de digestão mais forte e oxidante. Após aprimoramentos e aperfeiçoamentos contínuos, o uso deste método para determinar o teor de fósforo em amostras de água não só reduz o tempo de monitoramento, como também apresenta alta precisão, boa sensibilidade e baixo limite de detecção. Em uma comparação abrangente, este é o melhor método de detecção.
2. Método de redução com cloreto ferroso: Misture a amostra de água com ácido sulfúrico e aqueça até a fervura. Em seguida, adicione cloreto ferroso e ácido sulfúrico para reduzir o fósforo total a íons fosfato. Utilize molibdato de amônio para a reação colorimétrica e meça a absorbância por colorimetria ou espectrofotometria para calcular a concentração de fósforo total.
3. Digestão em alta temperatura e espectrofotometria: A amostra de água é digerida em alta temperatura para converter o fósforo total em íons de fósforo inorgânico. Em seguida, utiliza-se uma solução ácida de dicromato de potássio para reduzir o íon fosfato e o dicromato de potássio em condições ácidas para gerar Cr(III) e fosfato. O valor de absorção do Cr(III) é medido e o teor de fósforo é calculado pela curva padrão.
4. Método de fluorescência atômica: o fósforo total na amostra de água é primeiro convertido em fósforo inorgânico e, em seguida, analisado por um analisador de fluorescência atômica para determinar seu teor.
5. Cromatografia gasosa: O fósforo total na amostra de água é separado e detectado por cromatografia gasosa. A amostra de água foi tratada inicialmente para extrair os íons fosfato e, em seguida, uma mistura de acetonitrila-água (9:1) foi utilizada como solvente para a derivatização pré-coluna. Finalmente, o teor de fósforo total foi determinado por cromatografia gasosa.
6. Turbidimetria isotérmica: converte-se o fósforo total na amostra de água em íons fosfato, adiciona-se tampão e reagente de ácido molibdovanadofosfórico (MVPA) para reagir e formar um complexo amarelo, mede-se o valor da absorbância com um colorímetro e, em seguida, utiliza-se a curva de calibração para calcular o teor de fósforo total.
Data da publicação: 06/07/2023
