Parâmetros analíticos

Nos diferentes órgãos de uma estação de tratamento de águas residuais ocorrem transformações físicas, químicas e biológicas nas águas brutas afluentes, com o objetivo de se obter um efluente final em condições de ser lançado num meio recetor, sem prejuízo para este. Por esta razão, o controlo do funcionamento de uma ETAR obriga à determinação analítica de determinados parâmetros, que permitem avaliar o funcionamento global de uma instalação de tratamento de águas residuais, bem como cada uma das suas etapas. Assim, é possível determinar eventuais alterações nos processos e proceder ao ajuste dos respetivos parâmetros, de modo a otimizar o sistema de tratamento.

As amostras de efluente que são retiradas em diferentes pontos de um sistema de tratamento de águas residuais para a determinação analítica de parâmetros podem ser de dois tipos: pontuais e compostas. Uma amostra é considerada pontual quando a sua colheita é realizada num momento bem determinado, sendo as características presentes

26

do efluente nesse momento as representadas pela amostra. Uma amostra é designada como composta quando a amostragem não é imediata, isto é quando se prolonga por um período de tempo mais longo, em que a amostra representa as características médias do efluente que aflui ao local durante esse período de tempo [19].

A seguir são descritos os diferentes parâmetros analíticos que são avaliados, normalmente, num sistema de tratamento, expondo a importância da necessidade da sua análise.

 Sólidos sedimentáveis (V30)

A determinação de sólidos sedimentáveis (V30) é baseada no volume, em

mililitros, ocupado pelos sólidos, de 1 litro de amostra de efluente, sedimentados num cone Imhoff após um período de tempo específico, nomeadamente por 30 minutos [11]. Este parâmetro é bastante importante para se concluir acerca da boa sedimentabilidade e qualidade das lamas biológicas formadas num reator biológico, permitindo assim conhecer o estado do processo.

 pH

O pH é um parâmetro de qualidade importante da água residual e apresenta diferentes valores de acordo com o tipo de amostra em que é analisado. Na água residual o pH varia de acordo com a sua origem, apresentando normalmente um carácter básico para efluentes industriais de origem têxtil, e para efluentes de origem doméstica encontra-se frequentemente próximo da neutralidade [37][38]. A determinação do pH num tanque de neutralização funciona como um controlo sobre este parâmetro no efluente de entrada de um reator biológico, devendo o valor estar compreendido entre 6 e 9, de forma a garantir as condições adequadas para o crescimento e manutenção dos organismos intervenientes no processo biológico [37]. A análise do pH no interior de um reator biológico tem como finalidade a avaliação do estado do processo de tratamento biológico. Num sistema de lamas ativadas onde ocorre a remoção de matéria

27

orgânica e de azoto, com o crescimento dos organismos verifica-se uma redução do valor do pH, devido à libertação de metabolitos ácidos, como por exemplo de ácidos orgânicos. Por outro lado, o valor de pH pode ser elevado devido à atividade dos organismos desnitrificantes, pois a ocorrência do processo de desnitrificação permite repor grande parte da alcalinidade removida durante o processo de nitrificação, como já referido anteriormente [39]. Na decantação secundária, a análise ao pH serve como indicador de eventuais disfunções, podendo ocorrer processos de nitrificação ou desnitrificação. À saída de uma instalação de tratamento, o pH do efluente final deve obedecer aos valores limite de emissão considerados pela legislação.

 Temperatura

A medição da temperatura do efluente nas várias fases de tratamento também é um parâmetro a considerar no controlo de uma ETAR. A água residual apresenta normalmente uma temperatura ligeiramente superior à temperatura ambiente, o que pode afetar determinados processos, como a decantação secundária, a remoção de óleos e gorduras e a velocidade de processos biológicos. Um dos efeitos mais importantes de um aumento de temperatura do efluente de uma ETAR está relacionado com o decréscimo da concentração de oxigénio dissolvido, influenciando negativamente o processo de tratamento biológico [37].

 Concentração de oxigénio dissolvido

A análise da concentração de oxigénio dissolvido no efluente numa etapa de desengorduramento/desarenamento permite avaliar o estado do funcionamento do sistema de arejamento instalado para a elevação das gorduras existentes na água residual. Num reator biológico este parâmetro é bastante importante, visto que a concentração de oxigénio no meio é determinante em processos de desnitrificação e nitrificação. A necessidade de oxigénio é maior nos meses quentes de Verão, visto que a temperatura ambiente é superior, influenciando a dissolução do oxigénio no meio [37].

28

A análise a este parâmetro permite ainda avaliar o estado do funcionamento de um sistema de arejamento.

 Redox

Um outro parâmetro analítico é o potencial redox. Este indica a tendência de uma espécie química em ganhar eletrões e ser reduzida. Portanto, o potencial redox permite conhecer a reação de oxidação- redução que está a decorrer no momento da leitura através da quantificação da atividade dos eletrões. Em processos aeróbios o potencial redox é normalmente superior a + 50 mV [37].

 Condutividade elétrica

Este parâmetro expressa a concentração de compostos ionizados com capacidade de conduzir a corrente elétrica. Portanto, a presença de uma grande quantidade de iões numa amostra de efluente traduz-se num valor maior em condutividade elétrica [37].

 Carência bioquímica de oxigénio (CBO)

Um dos parâmetros analíticos utilizado na determinação da poluição orgânica de uma água residual é a carência bioquímica de oxigénio (CBO). Este parâmetro baseia-se na medição da concentração de oxigénio dissolvido, numa amostra de efluente, consumido pela comunidade de microrganismos durante a oxidação bioquímica da matéria orgânica [11]. Portanto, a partir da análise a este parâmetro é possível estimar a carga orgânica biodegradável existente numa amostra de água residual. O método mais aplicado para esta determinação baseia-se na incubação da amostra durante 5 dias a uma temperatura constante e adequada (aproximadamente 20ºC), para que este fator não tenha interferência sobre a taxa de oxidação. A seleção do tempo de incubação referido deve-se ao facto de que a maior parte do oxigénio dissolvido é consumido nesse período

29

[37]. Normalmente, uma amostra de água residual municipal apresenta 120 a 380 mg/L de CBO [11].

 Carência química de oxigénio (CQO)

Um outro parâmetro analítico que é aplicado na avaliação da carga orgânica de uma amostra de água residual é a carência química de oxigénio (CQO). A partir deste parâmetro determina-se a quantidade de oxigénio equivalente à porção de matéria orgânica total, de uma amostra de água residual, passível de ser oxidada quimicamente. Com a aplicação desta análise é possível determinar a carga orgânica biodegradável ou não biodegradável de uma amostra, considerando que em condições ácidas a maior parte dos compostos orgânicos podem ser oxidados por um agente oxidante químico. Um dos métodos aplicados para a determinação da CQO é o do refluxo fechado com o oxidante dicromato, que apresenta vantagens em relação ao uso de outros oxidantes, como por exemplo a sua maior capacidade de oxidação, pode ser aplicado a uma grande variedade de amostras e é fácil de manipular [37] [40]. A CQO de uma água residual municipal varia usualmente entre 260 a 900 mg/L [11].

 Sólidos

As águas residuais são constituídas por uma grande variedade de sólidos de diferentes dimensões, sendo estes matéria suspensa ou dissolvida. A quantificação da carga poluente de uma amostra de água residual pode ser realizada através da determinação da quantidade da matéria sólida que ela contém, designada como sólidos totais (ST), expressos em mg/L, sendo estes o resíduo resultante após evaporação total da água da amostra, a uma temperatura entre 103 e 105ºC, até que se atinja um peso constante. Os sólidos totais incluem os sólidos dissolvidos totais (SDT) e os sólidos suspensos totais (SST). Os SDT, expressos em mg/L, são referentes aos sólidos orgânicos e minerais dissolvidos que passam através de um filtro de fibra de vidro específico. Os SST, expressos em mg/L, são a parte dos sólidos totais de uma amostra

30

de água residual que é retida no filtro. Parte dos SST, cerca de 2/3, são sólidos de natureza orgânica, sendo estes designados por sólidos suspensos voláteis (SSV), e os restantes são sólidos inorgânicos ou minerais, designados por sólidos suspensos fixos (SSF). A matéria orgânica volatiliza quando submetida à temperatura de 550ºC. Por outro lado, a matéria inorgânica ou mineral a essa mesma temperatura mantem-se inalterável, permanecendo sob a forma de cinzas. Os sólidos suspensos podem servir, mais rapidamente, de indicação relativamente à carga poluente de uma água residual [37] [40]. Os valores dos diferentes parâmetros variam de acordo com a amostra em que são analisados. Para uma amostra de água residual municipal o valor dos SST pode variar entre 120 a 370 mg/L [11]. A determinação da concentração de biomassa presente num reator biológico de um sistema de lamas ativadas, pode ser realizada através da análise dos sólidos suspensos voláteis. Este parâmetro é muito utilizado para acompanhar o crescimento da biomassa num sistema de tratamento biológico, visto que a sua medição é simples e é requerido apenas um período de tempo curto para análise. O valor dos SSV de uma amostra não só indica a quantidade de biomassa existente, como também de outras partículas orgânicas igualmente presentes. As águas residuais podem conter uma certa quantidade de SSV não biodegradáveis e possivelmente os SSV do afluente podem ser degradados durante o processo de tratamento. Estes sólidos são também quantificados juntamente com a biomassa, na medição do valor de SSV de uma amostra de efluente. Todavia, a medição dos SSV tem servido como um indicador da produção de biomassa e fornece uma medida útil de sólidos presentes num reator biológico [11]. Portanto, para o bom funcionamento do tratamento biológico num sistema de lamas ativadas a concentração da biomassa no interior do reator deve ser mantida num valor ótimo, podendo para tal, se proceder à variação do caudal de recirculação e do caudal de purga. A medição dos SST e SSV numa amostra de lamas em recirculação permitem avaliar a fração de sólidos de natureza orgânica que estão a ser alimentados ao reator. A recirculação das lamas provenientes do decantador secundário é assim um fator importante para garantir a concentração desejada de biomassa no interior do reator biológico [11]. A análise aos sólidos de uma amostra à saída e à entrada do decantador secundário permitem avaliar a eficiência do tratamento que ocorre nesta etapa. O tratamento de lamas biológicas também é avaliado quanto ao seu funcionamento, a partir da determinação da concentração de sólidos das amostras nos vários pontos deste processo. O funcionamento dos sistemas de espessamento e desidratação pode ser avaliado pela análise dos SST das escorrências resultantes dos

31

processos, visto que o principal objetivo destes tratamentos é a remoção da fração líquida da lama biológica para diminuição do seu volume [11]. Os valores de matéria seca e volátil de amostras de lamas em excesso, espessadas e desidratadas podem ser também obtidos. A análise à eficiência do tratamento de lamas de uma ETAR passa pela determinação destes parâmetros e posterior cálculo das taxas de remoção (ou captura) de sólidos para cada equipamento. A concentração de sólidos suspensos na amostra de efluente final deve cumprir a legislação aplicável, procedendo-se à análise em laboratório para controlo deste parâmetro.

 Concentração de azoto e fósforo

Os elementos de azoto e de fósforo são nutrientes essenciais ao crescimento dos microrganismos, de plantas e animais. O azoto é um elemento fundamental na síntese proteica, sendo por isso importante conhecer os dados sobre as suas quantidades, para avaliação do processo de tratamento biológico do efluente. Na água residual o azoto pode ser encontrado sob várias formas: azoto amoniacal (NH3), o ião amónio (NH4+), os

iões nitrato (NO3-) e nitrito (NO2-) e como azoto orgânico. Este último consiste numa

mistura de vários compostos, como proteínas, aminoácidos e ureia. O azoto total de uma amostra de efluente engloba as várias formas que este composto pode assumir, referidas anteriormente [11]. Na água residual fresca os compostos de azoto apresentam-se sob a forma orgânica, sendo ao longo do tempo convertido noutras formas [37]. Atualmente, há um grande interesse em controlar as quantidades de compostos de fósforo que se encontram na água residual, devido à proliferação de algas tóxicas nos ecossistemas provocada pela sua descarga no meio hídrico. Normalmente, uma água residual municipal apresenta uma concentração de fósforo entre 4 a 16 mg/L. O fósforo total numa água residual pode-se apresentar de diferentes formas, como ortofosfatos (PO43-,

HPO42-, H2PO4-, H3PO4), polifosfatos e fosfatos orgânicos. Os compostos de fósforo que

estão em maioria numa água residual são os ortofosfatos, estando estes disponíveis para o metabolismo biológico [11] [37]. Os polifosfatos podem sofrer hidrólise em solução aquosa convertendo-se na forma de ortofosfatos, sendo este um processo normalmente lento [11]. Portanto, para a avaliação do funcionamento de um sistema de lamas

32

ativadas com remoção de nutrientes é importante determinar as concentrações dos diferentes compostos de azoto e de fósforo presentes nas amostras de água residual.