Guia prático para Controle e Análise de Águas (Laboratório - Campo)

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Guia prático

para Controle e Análise de Águas

(Laboratório - Campo)

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ÍNDICE

Versão original: NEURTEK – Medio Ambiente (Espanha)

Adaptação e Tradução: UMWELT – Assessoria Ambiental

1 INTRODUÇÃO ...3 2 AMOSTRAGEM...4 2.1 Amostras simples:...5 2.2 Amostras compostas:...5 2.3 Amostras integradas: ...6 3 MEDIDA DE VAZÃO ...9

3.1.1 Medidores normalizados. (Canal Parshall, vertedor en V...)...9

3.1.2 Medidores não normalizados: ...10

4 ANÁLISE DA AMOSTRA ...11

4.1 Parâmetros fundamentais em análise de águas...12

4.1.1 Principio da Colorimetría - Lei de Lambert Beer:...13

4.1.2 Transmitância ...14 4.1.3 Absorbância...14 4.1.4 Extinção...14 4.1.5 Tempo de reação...14 4.1.6 Caminho óptico...15 4.1.7 Fotômetros e Espectrofotômetros ... 15

4.1.8 Limite de detecção e limite de quantificação .16 4.1.9 Efeito matrix / Interferências... . .17

4.1.10 Adições padronizados... ..17

4.1.11 Soluções padrão... 18

4.1.12 Precisão e Exatidão... .18

4.2 Preparo da amostra... ..18

4.2.1 Controle e/ou ajuste de pH e Temperatura... ...18

4.2.2 Homogeneização...19 4.2.3 Pipetando... ...19 4.2.4 Diluição...22 4.2.5 Filtração...23 4.2.6 Digestão... ...23 5 SISTEMA DR.LANGE... ...24

5.1 Reativos dos Testes em Cubeta...25

5.1.1 Teste em Cubetas... ...27

5.1.2 Análise de Compostos Nitrogenados... ...27

5.1.3 Metodologia de Trabalho...28

5.2 Controle da Qualidade... .30

5.3 Fotômetros... 32

5.4 Espectrofotômetros... .34

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1 INTRODUÇÃO

Hoje em dia, a preocupação da sociedade com o controle e minimização dos resíduos em fase sólida, líquida ou gasosa têm feito com que a indústria e as administrações se preocupem mais com o meio ambiente.

Neste guia, faremos uma breve descrição das etapas básicas e fundamentais para o correto controle e análise de águas em:

Águas residuárias industriais despejados no corpo receptor ou na rede pública Águas residuais de entrada ou de saída de sistemas de tratamento de efluentes Águas superficiais

Vamos atentar a três aspectos fundamentais: - Tomada da amostra.

- Análise da amostra.

- Interpretação dos resultados.

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AMOSTRAGEM

A coleta de amostra para posterior análise é um ponto que deve ser considerado, já que algumas variáveis interferem neste ponto e afetam posteriormente a obtenção de resultados verdadeiramente confiáveis e representativos.

De nada serve dispor da melhor tecnologia ou do melhor corpo técnico em um laboratório, que necessitam importantes investimentos econômicos, se a coleta não é feita de forma que a amostra seja:

- representativa. - homogênea.

- permaneça inalterada no tempo.

Levando tudo isto em consideração, podem ser estabelecidos diferentes tipos de amostras:

2.1 Amostras simples:

São amostras tomadas em um determinado ponto (local) e em uma determinada hora, e representam a composição da água unicamente nesse ponto e nesse momento. Esta amostragem se pode fazer em águas de composição constante no tempo, como resíduos industriais, águas superficiais…

2.2 Amostras compostas:

As amostras compostas podem ser tomadas em função do tempo, ou em função da vazão.

Amostras em função do tempo:

Mistura de amostras simples tomadas no mesmo ponto em diferentes tempos. Com este tipo de amostragem, se conhecem valores médios de concentração. Este tipo de amostragem pode ser empregado para efluentes de vazão constante, por exemplo para calcular o grau de eficiência de uma estação de tratamento.

Volume mínimo aconselhado: 200 a 300 ml.

Amostras em função da vazão: (ISO 5667-2)

Mistura de amostras simples tomadas de tal forma que o volume de amostra recolhido, seja proporcional à vazão.

Se pode empregar este tipo de amostragem quando a concentração de contaminante é o objetivo da análise.

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2.3 Amostras integradas:

Em alguns casos, o melhor resultado é obtido quando tomam-se várias amostras simples, simultaneamente, de pontos diferentes. Este tipo de amostragem é feita quando, por exemplo, se quer analisar un rio em diferentes pontos.

As técnicas anteriormente descritas podem ser simplificadas com um amostrador automático do tipo AMERICAN SIGMA.

Existem tipos distintos de amostradores: portáteis e refrigerados, automáticos ou não, e a eles podem ser acoplados sensores para determinação de vazão, ou outros parâmetros com a ajuda de eletrodos de íon seletivo.

Programa de amostragem (coleta)

Um programa de amostragem nos permite obter o tipo de amostras das quais acabamos de falar.

Quando se define um programa de amostragem devemos levar em conta muitos fatores antes de colocá-lo em funcionamento.

Temos que ter claramente definido, qual o objetivo do estudo a ser realizado com as amostras obtidas, já que o programa para realizar um estudo de, por exemplo, uma situação, o controle de rendimento de uma planta, a identificação de um resíduo industrial, precisam de programas diferentes. Assim mesmo é importante levar em consideração a capacidade real do laboratório, e os meios técnicos e humanos de que se dispõe.

Uma série de cuidados devem ser tomados antes da coleta da amostra:

Antes de encher o recipiente, rinsá-lo duas ou três vezes com a água que vai ser analisada, com o objetivo de limpar o recipiente, e homogeneizá-lo.

Dependendo do tipo de análise a ser realizada, o recipiente, deverá estar completamente

cheio (análise de compostos orgânicos) ou deve-se deixar um pequeno espaço livre para

aeração e mistura (análise microbiológica).

Dependendo do parâmetro a ser analisado, conseguem-se valores mais representativos utilizando programas de amostragem diferentes, por exemplo, pode ser mais representativo coletar amostras periodicamente no mesmo ponto, ou caso contrário, coletar amostras simultâneas em distintos pontos do processo.

A análise deve ser feita da maneira mais imediata possível depois da amostragem, uma vez que existem parâmetros que devem ser analizados dentro de poucas horas depois da amostragem, conservando as amostras de maneira adequada, como logo veremos.

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A identificação completa de cada recipiente é necessária, com todos os dados possíveis e condições no momento da coleta, permitindo a identificação imediata da mesma, e a disponibilidade de dados complementares para o analista, como lugar, data, hora, temperatura da água, nível, vazão, condições meteorológicas, etc.

Quando a temperatura ambiente é elevada, se faz necessário esfriar as amostras depois da coleta, para que se conservem intactos os valores dos parâmetros a analisar.

Se uma amostra é tomada de uma torneira ou de uma tubulação, devemos primeiramente deixar correr o fluido durante um tempo, para assegurar a representatividade da mesma.

Se são coletadas amostras de água de um rio ou um lago, os valores analíticos podem variar em função da profundidade, ou da vazão

O laboratório deve analisar somente amostras representativas.

O material do recipiente de coleta a ser utilizado é geralmente polietileno, sendo que para

realizar as análises de alguns parâmetros, ou para algumas amostras (orgânicas), devem-se usar recipientes de vidro.

Em função do parâmetro a analisar, a conservação das amostras é diferenciada tal como mostra a tabela a seguir:

Conforme “Standard Methods” Legenda: P - -Plástico V- Vidro

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Parâmetro Recipiente Amostra mínima* Conservação Tempo máx. de armazenamento

Acidez P,V 100 ml Refrigeração 24 horas

Alcalinidade P,V 200 ml Refrigeração 24 horas

D.B.O P,V 1.000 ml Refrigeração 6 horas

TOC V 100 ml Refrigeração e

H2SO4a pH<2

7 dias

D.Q.O P,V 100 ml H2SO4a pH<2 7 dias

Cloro residual P,V 500 ml Análise imediata 0,5 horas

Cor P,V 500 ml Refrigeração 48 horas

Condutividade P,V 500 ml Refrigeração 28 dias

Cianetos totais P,V 500 ml NaOH a pH >12

Refr.;no escuro 24 horas

Fluor P 300 ml Nenhuma 28 dias

Óleos e graxas V 1.000 ml H2SO4a pH<2

Refrigeração 28 dias

Dureza P,V 100 ml HNO3a pH<2 6 meses

Metais (geral) P,V Filtração imediata HNO3a pH<2 6 meses

Cromo-VI P,V 300 ml Refrigeração 24 horas

Mercúrio P,V 500 ml HNO3pH<2,4ºC 28 dias

N-Amoniacal P,V 500 ml H2SO4pH<2,4ºC 7 dias

N-Nitrato P,V 100 ml H2SO4pH<2,4ºC 48 horas

N-Nitrito P,V 100 ml Refrigeração ou

congelamento 48 horas

N-Orgânico total P,V 500 ml Refrigeração

SO4H2a PH<2

7 dias

Odor V 500 ml Refrigeração 6 horas

Pesticidas V Eliminar cloro

residual Refrigeração 7 dias

Fenóis P,V 500 ml H2SO4pH<2,4ºC 28 dias

Oxigênio diss. V 300 ml Análise imediata 0,5 horas

Oxigênio

(WINKLER) V 300 ml Acidificar 8 horas

pH P,V Análise imediata 2 horas

Fosfatos V 100 ml Refrigeração ou

congelamento 48 horas

Salinidade V 240 ml Análise imediata

Silício P Refrigeração 28 dias

Gás de digestão V

Sólidos P,V Refrigeração 7 dias

Sulfatos P,V Refrigeração 28 dias

Sulfitos P,V 100 ml Refrigeração 28 dias

Temperatura P,V Análise imediata

Turbidez P,V Armazenar no

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3 MEDIDA DE VAZÃO

Medida de vazão

Uma vez coletada a amostra, teremos uma alíquota para analisar, portanto, se queremos conhecer a carga total de um rio, por exemplo, ou de uma corrente industrial, necessitaremos conhecer a vazão, para relacionar a concentração da alíquota, à corrente total.

A vazão se pode medir com medidores padronizados, ou não padronizados.

3.1.1 Medidores padronizados. (Calha Parshall, vertedor en forma de V...)

São dispositivos de dimensões conhecidas, por onde percorre a água à velocidade constante, de tal forma que conhecendo a altura do líquido, se pode determinar a vazão.

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3.1.2 Medidores não padronizados:

Para determinar a vazão com este tipo de medidor, necessitamos conhecer a velocidade e a seção transversal do escoamento que estamos analisando.

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4.1 Parâmetros fundamentais em análise de águas

Em seguida não serão detalhados TODOS os parâmetros possíveis a serem analisados para uma amostra de água, mas apenas os parâmetros fundamentais no controle de despejos industriais, despejos para a equalização de ETEs ou para a rede coletora pública .

Parâmetro Método Equipamento e acessórios

pH Eletroquímico pH-metro

Condutividade Eletroquímico Condutivímetro

Temperatura Físico Termômetro

Oxig. dissolvido Eletroquímico Oxímetro

SD30 Físico Cône Imhoff+ Suporte+ Cronômetro

Sólidos

Suspensos Físico Sistema de filtração + bomba de vácuo+estufa de secagem + balança + gel sílico + filtros de fibra de vidro.

D.Q.O Oxidação Ácido

sulfocrômico

DIN 38409-H41 ISO 6060-1989

Fotômetro/ Espectrofotômetro + Bloco de digestão + pipeta automática +Teste em cubetas (Ver anexo)

DBO5 Pirocatecol Fotômetro/ Espectrofotômetro + Bloco de incubação + pipeta automática+ Teste em cubetas(Ver anexo)

T.O.C. (=COT = Carbono Orgânico Total) Oxidação de NPOC a CO2 (Método direto) DIN 38409 H3

Nitratos (NO3-₎ _{2,6-Dimetilfenol}

DIN 38405 D9-2 ISO 7890-1-2-1986

Fotômetro/ Espectrofotômetro + pipeta automática +Teste em cubetas (Ver anexo)

Nitritos (NO2-₎ _Naftilamina

DIN 38405 D10 ISO 6777-1984 BS 6068 Secção 2.16.1984

Amônio (NH4+) Azul de Indofenol

DIN 38406 E5-1 ISO 7150-1……..

Nitrogênio Total

(N-total) 2,6-Dimetilfenol(previa digestão) Fotômetro/ Espectrofotômetro + Bloco dedigestão + pipeta automática +Teste em cubetas (Ver anexo)

Fósforo Total

(P-total) Azul defosfomolibdato

DIN 38405 D11-4 ISO 6878-1-1986

Ortofosfatos Vanadato-molibdato Fotômetro/ Espectrofotômetro + pipeta automática +Teste em cubetas (Ver anexo)

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Muitos destes parâmetros podem ser analisados através de métodos fotométricos ou colorimétricos.

Este tipo de método se baseia em reações colorimétricas, as quais, como o nome indica, se baseiam na reação do composto a analisar, com determinado reagente. Esta reação pode provocar a formação da cor , ou o desaparecimento da mesma em função da reação química que está ocorrendo.

Dependendo da concentração do composto a analisar, a reação colorimétrica e a coloração, será mais ou menos intensa.

Estas reações seguem a Lei de Lambert Beer.

4.1.1 Principio da Colorimetría - Lei de Lambeer Beer:

Esta lei relaciona a concentração de uma substância contida na água, com a absorbância da amostra, quando exposta a um feixe de luz de intensidade conhecida.

Abs: C * d *

C. Concentração da amostra. d. Caminho óptico.

. Constante f (absorbância) específica da substânica

Abs vs. Concentração 0 0,51 1,52 2,53 3,54 Ab so rç ão

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4.1.2 Transmitância

É a proporção entre a intensidade de luz emitida e a intensidade de luz detectada, quando um feixe de luz atravessa uma cubeta que contém a amostra que é objeto de nosso estudo

T : I/Io

4.1.3 Absorbância

É a quantidade de luz absorvida pela amostra. Ela se calcula levando-se em conta a intensidade de luz emitida e a intensidade de luz detectada. Portanto, a Absorbância está diretamente relacionada com a Transmitância.

A : 100 % - T%

4.1.4 Extinção.

É uma expressão matemática que nos permite transformar leituras de absorbância não lineares em leituras lineares.

4.1.5 Tempo de reação

É o tempo que transcorre entre a adição de reagentes à amostra e o final da reação dos mesmos com a substância teste.No caso das reações colorimétricas, pode ser útil seguir o transcurso da reação, assim como o ponto final da reação, porque estas reações provocam a aparição da cor.

Abs vs. Tempo de Reação

0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 tempo de reação Ab s

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4.1.6 Caminho óptico

É a distância que um feixe de luz percorre desde o foco emissor (lâmpada) até que chegue ao sensor do detetor. Mediante a variação do comprimento do caminho óptico, e levando em consideração a fórmula específica que relaciona a concentração com a absorbância, podemos quantificar amostras com uma concentração da substância teste muito baixa, o que normalmente se denomina: análise de traços.

Abs =

* c * l

4.1.7 Fotômetros e Espectrofotômetros

Fotômetro é um equipamento que mede a Absorbância/Extinção de uma amostra a diferentes

comprimentos de onda dentro de um espectro visível. Se trata de medidas pontuais para cada comprimento de onda.

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Espectrofotômetro: é um equipamento que mede a Abs/Ext de uma amostra a distintos

comprimentos de onda dentro de um espectro visível, ou visível/ultravioleta. Se caracterizam por poder fazer varreduras de absorção dentro de uma faixa de comprimentos de onda.

CADAS 200

4.1.8 Limite de detecção e limite de quantificação

Limite de detecção (L.D.): É a concentração mínima que podemos detectar em uma análise. Se diz que o L.D. é duas vezes o ruído de fundo do aparelho.

Ruido de fundo (Background): É a deriva que dá um sistema de análises.

Limite de quantificação (L.C.): É a concentração mínima que podemos quantificar com total garantia, e se diz que o L.C. é 10 vezes o L.D.

Nota: Quando temos resultados entre o L.D. e o L.C., estes nunca poderão ser considerados

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4.1.9 Efeito matriz / Interferências

As interferências em uma amostra são produzidas quando algum composto da amostra reage de forma análoga à substância que é objeto de nosso estudo, ou pela turbidez da amostra. Isto provoca a obtenção de resultados mascarados e, consequentemente, incorretos.

Existem interferências do:

tipo químico: onde a reação se produz com outra substância diferente daquela a ser analisada Ex.: concentrações altas de cloro perturbam a determinação da DQO.

tipo físico:que alteram o resultado sem afetar a reação química. Ex.: turbidez, cor intrínseca da amostra, densidade, etc.

4.1.10 Adições padronizadas

É um método de trabalho, para conhecer a possível existência de interferências da matriz, e quantificar o reagente de forma correta.

A melhor forma de determinar se existem ou não interferências, é trabalhar com padrões. Para isso

Limite de Detecção / Limite de Quantificação 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 Concentração Ab sor ção LQ LD

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4.1.11 Soluções padrão

É uma solução de concentração conhecida. Trabalhar com este tipo de solução é fundamental, sendo que ela nos permite:

Verificar se a análise está sendo realizada de forma adequada. Calibrar os equipamentos com que estamos trabalhando.

4.1.12 Precisão e Exatidão

Estes dois termos muitas vezes se confundem. Porém, seu significado é diferente:

Exatidão: é a medida do grau da obtenção do valor correto, com que se efetuou uma determinação. Precisão: é a concordância dos resultados quando se repetem as medidas, o que indica a reprodutibilidade do procedimento.

4.2 Preparo da amostra

Nesta parte, vamos definir uma série de conceitos e etapas a serem realizadas para a análise correta de uma amostra.

Não é imprescindível cada uma delas, sendo que seu uso dependerá do estado da amostra.

4.2.1 Controle e/ou ajuste de pH e Temperatura

Antes de realizarmos a análise, temos que verificar se o pH da amostra é adequado segundo a metodologia analítica utilizada.

Caso contrário, pode ser que a reação que produz a cor específica não se efetue.

O mesmo ocorre com a temperatura, sendo que esta variável é determinante para a ocorrência da reação.

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4.2.2 Homogeneização

Nos permite ter a CERTEZA da representatividade da amostra a ser analisada. Deste modo, a matéria suspensa em uma amostra, passará a fazer parte da mesma análise.

Aplicação: Análises de DBO5, DQO, Fósforo total, Nitrogênio total, Metais pesados, etc.

Modo de execução: Se utiliza um agitador magnético, que mistura a amostra durante dois minutos entre 700 e 900 r.p.m.

4.2.3 Pipetando

Ponto fundamental para que se realize uma análise correta.

Esta é a etapa onde mais se cometem erros, que são decorrentes mais por metodologia que por dificuldade.

O que é uma pipeta automática?

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