Amostragem e análise

Outra problemática associada ao FE de N2O proposto pelo IPCC (2006) está no plano de

amostragem realizado por Czepiel et al. (1995), o qual cobria apenas medidas no período da manhã. Uma amostragem nos períodos de mínimo e máximo emissão de N2O deve ser realizada

de modo a evitar a sub ou super estimativa do FE, devido à diferentes perfis diários e particular de cada sistema de tratamento de esgotos. O primeiro estudo de monitoramento das emissões de N2O por um período de 24 horas foi realizado por Ahn et al. (2010) em uma ETE com RBN

(sistema Bardenpho de 4 estágios) nos EUA, o qual mostrou uma variabilidade no FE de N2O

dentro da faixa de 0 a 60 g N2O pessoa-1 ano-1, com os maiores FEs no período da manhã (Figura

19). Por outro lado, em uma ETE com RBN localizada na Holanda, Daelman et al. (2013) reportou que as maiores emissões de N2O ocorreram no período da noite, com o pico de emissão

próximo à meia noite (Figura 20). A diferença observada nos períodos (horário do dia) de máxima emissão de N2O entre os estudos de Ahn et al. (2010) e Daelman et al. (2013) estão

associadas, principalmente, a extensão da rede de coletas de esgotos, e consequentemente maior carga de NT afluente em horários distintos.

Figura 19. Variabilidade diária nos fatores de emissão de óxido nitroso em um sistema de tratamento de esgotos com remoção biológica de nitrogênio (processo Bardenpho de 4 estágios).

Fonte: AHN et al. (2010)

Figura 20. Variabilidade diária nos fatores de emissão de óxido nitroso em um sistema de tratamento de esgotos com remoção biológica de nitrogênio no período de 3 a 10 de dezembro. As linhas verticais representam o horário de meia noite.

Fonte: DAELMAN et al. (2013)

Da mesma forma, a variabilidade sazonal deve ser incluída no plano de amostragem para determinação dos FEs de N2O, com medidas realizadas em períodos de menores (inverno) e

maiores (verão) temperaturas. Daelman et al. (2013) reporta uma ampla faixa nas taxas de emissões de N2O de 0 a 455 kg N dia-1 de uma ETE localizada na Holanda no período

compreendido de novembro de 2010 a janeiro de 2012, e com o maior valor obtido no final do inverno (mês de março) (Figura 21). Semelhante a Daelman et al. (2013), Ribeiro et al. (2013) encontraram as maiores emissões de N2O no início do inverno (mês de junho) em uma ETE de

lodos ativados convencional localizada no Brasil. Entretanto, o estudo realizado por Ribeiro et al. (2013) não apresentou correlação significativa das emissões de N2O com a temperatura, sendo

associadas principalmente ao menor efeito da diluição do esgoto nos meses de inverno (período com menor consumo de água quando comparado aos meses do verão), resultando em maiores concentrações de NT afluente e consequentemente, maiores emissões de N2O. Diferentemente

dos resultados reportados por Daelman et al. (2013) e Ribeiro et al. (2013), Brotto et al. (2015) encontraram uma correlação positiva entre temperatura e emissão de N2O proveniente de uma

ETE de lodos ativados com aeração modificada, com as maiores emissões nos meses de fevereiro e abril (Figura 22), e relacionadas com o acúmulo de NO2- no reator.

Figura 21. Variabilidade sazonal nos fatores de emissão de óxido nitroso em um sistema de tratamento de esgotos com remoção biológica de nitrogênio no período de novembro de 2010 a janeiro de 2012.

Fonte: DAELMAN et al. (2013)

Figura 22. Correlação entre as emissões de óxido nitroso (triângulo preto) e temperatura (círculo branco) do esgoto durante o período compreendido de janeiro a julho de 2010.

Fonte: BROTTO et al. (2015)

Em relação a ampla faixa observada nos FEs de N2O de estudos realizados em escala

amostragem (duração e frequência) e análise (cromatografia em fase gasosa ou analisador de infravermelho). Por exemplo, Wicht e Beier (1995) determinaram FEs de N2O a partir de 25

ETEs e tomando uma única amostra em cada ETE, com horários distintos (amostragem randômica). Sümer et al. (1995) e Sommer et al. (1998) realizaram as suas amostragens através das coletas de uma única amostra (com horários e dias distintos), duas vezes por semana e durante um período de 1 ano e 1 ano e meio, respectivamente. Quando comparados os FEs de N2O, Wich e Beier (1995) encontraram valores bastante superiores (0-14.6%) aos valores

encontrados por Sümer et al. (1995) (0.001%) e Sommer et al. (1998) (0.02%) (Tabela 2). A escolha de um menor número de amostras e cobrindo apenas uma pequena faixa horária estão associadas à limitação da metodologia de análise (cromatografia em fase gasosa). Por exemplo, Ribeiro et al. (2013) justificaram a escolha do plano de amostragem com coletas apenas no período da manhã em razão da necessidade de realizar as análises das amostras por cromatografia em fase gasosa dentro de um prazo curto (12 horas) após a coleta.

Recentemente, os planos de amostragem foram elaborados de forma a cobrir tanto a variabilidade diária (apenas uma amostragem de 24 horas) (Ahn et al., 2010) quanto sazonal (diversas amostragens de 24 horas durante o período de 1 ano) (Daelman et al., 2013), sendo apenas praticável com a utilização de um analisador de infravermelho (com a realização de medições contínuas in situ). Tais resultados geraram FEs de N2O mais precisos e acurados,

reduzindo assim a influência da amostragem na variabilidade do FE. Por exemplo, a faixa dos FEs de N2O reportados por Ahn et al. (2010) (0,01-1,8%) e determinados para 12 diferentes

ETEs está no limite inferior daquela reportada anteriormente por Wich e Beier (1995).

Em relação aos métodos de amostragem, os estudos realizados em escala real utilizaram de abordagem semelhante (funil emborcado, câmara estática ou dinâmica, etc.). Como exemplo, Brotto et al. (2010) utilizaram da técnica do funil emborcado para coletar amostras gasosas para quantificação do N2O em superfícies turbulentas (tanque de aeração) (Figura 23A e 23B). Esta

técnica é baseada na utilização de um aparato que consiste de um tubo de PVC acoplado a um funil invertido. Por dentro do tubo de PVC há um outro tubo plástico de menor diâmetro (4 mm), ao qual em uma de suas extremidades está acoplado uma seringa, sendo a outra extremidade direcionada para o headspace do funil. Um número de amostras, 3 ou 4 seringas, são retiradas do interior do headspace (para verificar a sua homogeneidade) e posteriormente analisadas por cromatografia em fase gasosa (Figura 23C). Já a câmara dinâmica é utilizada para medições contínuas in situ (Figure 24A), onde as bolhas de ar que se desprendem da superfície do esgoto

são continuamente direcionadas para um analisador de infravermelho (Figura 24B). E, portanto, pequenas variações de concentração ao longo do tempo podem ser observadas.

Figura 23. (A) coleta de amostras gasosas no tanque de aeração através da técnica do funil emborcado. (B) Aparato e dimensões do funil emborcado. (C) Cromatografia em fase gasosa com detector de captura de elétrons.

Fonte: BROTTO et al. (2010) e DE MELLO et al. (2013)

Figura 24. (A) determinação in situ das concentrações de óxido nitroso através da técnica da câmara dinâmica. (B) analisador de infravermelho (Los Gatos Research).