Caracterização de águas residuais

A monitorização de águas residuais (AR) à entrada e saída dos sistemas de tratamento é necessária, para garantir a eficiência do processo e verificar se a qualidade das águas tratadas obedece aos requisitos legais exigidos para a segurança das populações, para a

proteção ambiental e para o uso eficiente dos recursos hídricos (Thomas et al., 1997;

Platikanov et al., 2014).

A caracterização de águas residuais é feita pela determinação de parâmetros como, a Carência Bioquímica de Oxigénio (CBO), a Carência Química de Oxigénio (CQO), o Carbono Orgânico Total (TCO), os Sólidos Suspensos Totais (SST), o pH, a alcalinidade, a condutividade e a concentração de nutrientes tais como, nitrato e fosfato. Contudo a análise conjunta destes parâmetros apenas providencia informações qualitativas limitadas e a determinação de alguns destes parâmetros requer técnicas demoradas, caras (considerando o elevado número de amostras a analisar) e de certo modo complicadas (Thomas et al., 1996; Vaillant et al., 2002; Platikanov et al., 2014).

Assim, é necessária a procura de técnicas alternativas para tornar a monitorização de AR mais rápida, mais barata, e mais adequada à legislação cada vez mais exigente, e que

permita atuar em tempo real no processo com vista à melhoria da sua eficiência (Lourenço et

al., 2006, Brito et al., 2014).

1.4.1 Espetofotometria

Uma técnica que parece contornar alguns destes problemas é a espetrofotometria na região do ultra violeta (UV). A espetrofotometria UV apresenta-se como um método simples e rápido, não destrutivo e pouco dispendioso para complementar a avaliação da qualidade de

AR e identificar a sua matriz orgânica (Thomas et al., 1996; Vaillant et al., 2002; Lourenço et

al., 2006). A espetrofotometria a vários comprimentos de onda, na gama do ultra violeta e visível (UV-VIS) adequa-se à monitorização da qualidade de águas (residuais ou outras) uma vez que a maior parte dos compostos orgânicos e alguns minerais solúveis (como os nitratos) que podem estar presentes numa amostra, apresentarem absorvâncias na região UV (Brito et al., 2014; Platikanov et al., 2014). Tendo já sido testada como método para substituir as técnicas que se utilizam para caracterizar AR, mesmo apresentando alguns problemas do ponto de vista prático, a espetofotometria tem-se mostrado bastante útil, sendo cada vez mais

utilizada para este fim (Vaillant et al., 2002).

O espetro de absorção na região UV da água não é facilmente interpretado pois não apresenta picos relevantes. Contudo o estudo da evolução do espetro de água residual bruta para a água de superfície mostra três tendências relevantes: (i) a absorvância normalmente diminui à medida que o comprimento de onda aumenta; (ii) a área por baixo do espetro também diminui com o aumento da qualidade e (iii) a forma do espectro é perceptivelmente modificada com o desaparecimento da absorvância para comprimentos de onda acima dos 250nm. Esta evolução está principalmente relacionada com alterações na qualidade da água, provenientes especialmente do processo de biodegradação que ocorre quer em sistemas de tratamento de AR, quer em rios (Thomas et al., 1996).

Na absorvância aparente de uma amostra de AR estão envolvidos dois fenómenos: o mecanismo de absorção química que segue a Lei de Beer-Lambert para soluções homogéneas diluídas; e o efeito de dispersão da luz devido à presença de material heterogéneo, como

partículas sólidas em suspensão e coloidais (Thomas et al., 1996; Vaillant et al., 2002; Myers

O espetro de absorção da água na região UV-VIS é de facto o resultado destes dois fenómenos e a sua forma depende, quer da natureza química e concentração dos componentes dissolvidos que absorvem a luz, quer das características físicas e concentração do material heterogéneo em suspensão. Deste modo a forma do espetro UV está relacionada com os sólidos suspensos totais (SST), colóides e parte dos componentes orgânicos e

minerais, dissolvidos (Thomas et al., 1996).

Tendo isto em conta, os métodos espetrofotométricos mais eficientes para a análise qualitativa de AR baseiam-se na eliminação ou restituição das interferências, que correspondem quer ao fenómeno de difusão, quer à presença de uma matriz do complexo dissolvido (Vaillant et al., 2002).

Vários autores sugerem que de facto a espetrofotometria na região do UV deve ser eficiente e útil como técnica complementar para a monitorização da qualidade da água

(Thomas et al., 1996; Thomas et al., 1999; Azema et al., 2002; Lourenço et al., 2006;

Platikanov et al., 2014).

1.4.2 Tensão superficial

A energia superficial de um líquido descreve-se como, a energia necessária para romper as ligações intermoleculares criando uma unidade de área de uma nova superfície. Já a tensão superficial é definida como uma força, força esta necessária para quebrar a superfície de um líquido, por unidade de área, estando relacionada com a energia superficial e forças intermoleculares (Tariq et al., 2012). Em interfaces água-ar a tensão superficial da água surge da atração mais forte entre as moléculas de água (coesão) do que destas para com as moléculas de ar (adesão). O efeito resultante desta atração diferenciada das moléculas resulta numa força que puxa as moléculas de água para baixo, ao mesmo tempo que a impulsão se opõe a esta, resultando na nulidade das forças (equilíbrio). Isto faz com que a superfície da água se comporte, até certo ponto, como uma membrana elástica. Algumas substâncias quando adicionadas à água (dissolvidas ou em suspensão) podem alterar este equilíbrio de forças e deste modo alterar a tensão superficial da água.

Vários métodos podem ser utilizados para medir a tensão superficial: medição direta usando microbalanças (Wilhelmy Plate, Du Nouy Ring), medição da pressão capilar (pressão máxima de bolha, e gota crescente), análise das forças capilares (aumento capilar, volume de

gota), distorção gravítica da gota (gota pendente, gota séssil) e distorção reforçada da gota (gota rolante, micropipeta) (Drelich et al., 2002).

O método do anel de du Noüy mede a força máxima necessária para destacar um anel circular da superfície líquida de uma amostra, ou o peso máximo que o anel é capaz de

manter (Lee et al., 2012). Este método quando utilizado com exatidão pode garantir uma

precisão mais elevada do que qualquer outro método por destacamento (Drelich et al., 2002).

1.4.3 Conceitos de absorvância e tensão superficial

O conhecimento de princípios fundamentais subjacentes a determinada técnica é essencial à compreensão dos fenómenos que os dados por ela fornecidos pretendem explicar. Técnicas como a espetrofotometria e a determinação da tensão superficial permitem comparar propriedades de substâncias contidas em meio líquido. Apesar dos parâmetros determinados por estas duas técnicas não estarem relacionado a priori, a sua análise conjunta pode fornecer pistas sobre os mecanismos relacionados com as propriedades dessas substâncias (Ferreira et al., 2014).

Para consolidar os conceitos de absorvância e tensão superficial foi realizada uma atividade prática que utilizou hortelã como material biológico. Esta atividade e foi apresentada

sob a forma de painel (Anexo 1) na 11th International Conference on Hands-on Science (HSCI

2014) que se realizou entre 21 e 25 de julho de 2014 na Universidade de Aveiro, e publicada nos proceedings desta conferência.