AVALIAÇÃO METODOLÓGICA NA DETERMINAÇÃO DE DBO5 POR
RESPIROMETRIA E LUMINESCÊNCIA
Francine Schulz – francine.schulz@gmail.com
Universidade do Vale do Rio dos Sinos - UNISINOS, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil Av. Unisinos, 950
93022-000 – São Leopoldo – RS
Companhia Riograndense de Saneamento, Departamento de Controle de Efluentes e Resíduos
Av. Eng. Irineu de Carvalho Braga, 98A
92200-380 – Canoas - RS
Carine Helena Molz – camolz@bol.com.br
Universidade do Vale do Rio dos Sinos - UNISINOS, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Companhia Riograndense de Saneamento, Departamento de Controle de Efluentes e Resíduos
Luís Alcides Schiavo Miranda – lalcides@unisinos.br
Universidade do Vale do Rio dos Sinos - UNISINOS, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil Andréia Cristina Paes Pires – andreia.pires@hotmail.com
Companhia Riograndense de Saneamento, Departamento de Controle de Efluentes e Resíduos
Resumo: O presente artigo busca comparar duas metodologias para o parâmetro da análise de DBO5. As metodologias comparadas foram as de respirometria e luminescência. Com o objetivo de verificar qual metodologia testada é a mais coerente com outros parâmetros analíticos, os resultados foram comparados com os parâmetros de DQO, SST e OD inicial das amostras. Com o objetivo de fazer tais verificações foram realizados testes estatísticos de regressão linear e de correlação aplicados aos resultados obtidos de 132 amostras selecionadas aleatoriamente. Todas as amostras foram analisadas no Laboratório de Controle de Efluentes e Resíduos da CORSAN utilizando amostras de afluente e efluente de estações de tratamento de efluentes e corpos receptores.Os dados sugeriram que as metodologias testadas não são equivalentes quando o OD inicial das amostras é inferior a 8,0 mg/L O2. No entanto, quando o OD inicial das amostras apresenta-se maior do que 8,0 mg/L O2, a correlação entre as metodologias testadas para a análise de DBO5 melhora, sugerindo que estas podem ser consideradas equivalentes. Com os resultados alcançados, conclui-se que a metodologia de respirometria foi a que apresentou mais coerência com os demais parâmetros analisados nas correlações lineares testadas.
Palavras-chave: DBO5, respirometria, luminescência, estatística.
EVALUATION OF METHODOLOGIES FOR THE DETERMINATION OF BOD
5(RESPIROMETRY AND LUMINESCENCE)
Abstract: This article aims to compare two methods for the analysis of BOD5. The methods compared were the respirometry and luminescence. In order to check which tested methodology is more consistent with other analytical parameters, the results were compared with the parameters of COD, TSS and initial DO of the samples. In order to do it, statistical tests of
linear regression and correlation were applied to the results obtained from 132 randomly selected samples. All samples were analyzed at the Laboratory of Control of Wastewater and Waste – CORSAN – the samples were from influent and effluent from sewage treatment plants and their water receptors. Data suggested that the tested methods are not equivalent when the initial DO of the samples is less than 8.0 mg / L O2. However, when the initial DO of the samples is more than 8.0 mg / L O2, the correlation between the tested methodologies for the analysis of BOD5 improves, suggesting that they can be considered equivalents. With the results obtained, it is concluded that the methodology of respirometry showed the most consistency with the other parameters in the linear correlations tested.
Keywords: BOD5, respirometry, luminescence, statistics.
1. INTRODUÇÃO
Um dos principais parâmetros utilizados para avaliar o efeito do impacto de despejos industriais e domésticos sobre corpos receptores é a Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5) (METCALF & EDDY, 2004). A análise é definida
como a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica biodegradável em condições aeróbicas à temperatura de 20ºC durante cinco dias. Esse tempo de análise é aceito como adequado, pois nos cinco primeiros dias há decomposição de 60.0 a 70.0% de todas as substâncias orgânicas da amostra (SIWIEC et al., 2011).
Existem várias metodologias para determinação da DBO5. Nesse trabalho utilizou-se o método respirométrico,
ou manométrico, e o da luminescência. O sistema respirométrico (Oxitop®) é constituído por um microprocessador sem mercúrio que permite a leitura da DBO5 de acordo com a pressão exercida dentro dos frascos. Isso porque há uma redução de
pressão dentro dos frascos à medida que os microrganismos degradam a matéria orgânica. O sensor do aparelho identifica essa redução que é proporcional ao material orgânico presente na amostra (SANTOS et al., 2003). Já o método da luminescência é composto por um sensor de material polimérico que mede a DBO5 pelo fenômeno físico da luminescência. A
luminescência é definida como a propriedade que alguns materiais têm de emitir luz quando excitados por um estímulo que não o calor. Quando as moléculas de oxigênio se encontram em contato com o polímero fotoluminescente elas são capazes de absorver a energia dos elétrons do nível mais elevado, fazendo com que voltem ao nível energético fundamental sem emissão de luz. Assim, quanto maior a concentração de oxigênio, maior é a redução na intensidade da luz emitida pelo aparelho (HÄCK, 2000).
A análise da Demanda Química de Oxigênio (DQO) consiste na medida da quantidade de oxidante químico energético necessário para oxidar a matéria orgânica de uma amostra expressa em unidades equivalentes a mg de O2 por litro.
(NBR 9896/1993). De acordo com Jordão e Pessoa (2011) a DQO engloba não somente a demanda de oxigênio satisfeita biologicamente (DBO), mas tudo o que é suscetível às demandas de oxigênio, em particular os sais minerais oxidáveis.
Devido ao longo período de obtenção do resultado da análise de DBO5 o cálculo das alíquotas de amostras a serem incubadas pode ser estimado em função do valor da DQO (LIMA et al., 2006). Para águas residuais típicas existem algumas relações entre DBO5 e DQO determinadas pela literatura e que variam de 0,3 a 0,8. Águas residuárias que
apresentam uma relação 0,5 ou superior são consideradas de fácil tratabilidade por meio biológico, se a relação apresentar-se abaixo de 0,3 pode apresentar componentes tóxicos (METCALF & EDDY, 2004).
Os sólidos suspensos totais (SST) são todos os sólidos sedimentáveis e flutuantes presentes nas amostras, que são passíveis de serem retidos por filtração em filtro à base de fibra de vidro e posteriormente secos a 103 -105ºC até peso constante (NBR 10664/1989). Quanto maior a quantidade de SST, maior a matéria orgânica presente nas amostras, e consequentemente maior é o valor da DBO5. Os esgotos sanitários podem ser classificados de acordo com a concentração de
sólidos encontrados, em esgotos de concentração média, 70.0% de seus sólidos são de origem orgânica, sendo geralmente uma combinação de carbono, hidrogênio e nitrogênio (JORDÃO & PESSOA, 2011).
O objetivo deste trabalho é analisar os resultados de DBO5 encontrados para mesmas amostras utilizando-se dois
métodos distintos, o método respirométrico e o de luminescência, avaliando possíveis relações com os parâmetros de Oxigênio Dissolvido (OD), DQO e SST.
2. METODOLOGIA
padrão adotado pela Companhia Rio-grandense de Saneamento (CORSAN) e analisadas pelo laboratório de físico-químico do Departamento de Controle de Resíduos e Efluentes (DECER).
As amostras analisadas foram selecionadas de diferentes afluentes, efluentes e corpos receptores dos pontos de monitoramento de diferentes Estações de Tratamento de Esgoto da CORSAN. Nenhuma diluição foi efetuada para a realização das análises de DBO5. O monitoramento ocorreu ao longo do ano de 2013, proporcionando um “n” amostral de
132 amostras.
Para análise da DBO5 foi utilizado o método respirométrico, com aparelho Oxitop® de acordo com o método
5210 D do Standard Methods for Examination of Water and Wastewater (APHA, 2012). Paralelamente foram realizadas as análises das mesmas amostras com o uso de um sensor LDO (Luminescent Dissolved Oxygen) conforme o método 5210 B do
Standard Methods for Examination of Water and Wastewater (APHA, 2012).
Na análise de OD foram usados os valores obtidos na leitura inicial do sensor LDO (Luminescent Dissolved
Oxygen) conforme o método 4500-O G do Standard Methods for Examination of Water and Wastewater (APHA, 2012).
Para análise da DQO foi empregado o método do refluxo fechado segundo a metodologia 5220 D do Standard
Methods for Examination of Water and Wastewater (APHA, 2012).
A análise de SST utilizou o método gravimétrico, conforme o procedimento 2540 D do Standard Methods for
Examination of Water and Wastewater (APHA, 2012).
Foram realizadas as análises estatísticas de correlação e de regressão para avaliar e comparar as metodologias de respirometria e luminescência com os parâmetros de OD, DQO e SST. O programa utilizado foi o Microsoft Office Excel 1997-2003.
3. RESULTADOS
Foram analisadas 132 amostras para DBO5 pelas metodologias de respirometria e luminescência e para OD; 123
amostras para SST e 119 amostras para DQO. Devido à demanda de solicitação de análise do laboratório não foram realizados todos os ensaios para todas as 132 amostras.
A Figura 1 ilustra os dados obtidos para as 132 amostras determinadas para DBO5 nas metodologias de
respirometria e luminescência.
Figura 1- Gráfico dos valores obtidos para a análise de DBO5 por respirometria e por luminescência para as mesmas
Excluindo-se as amostras com OD inicial menor do que 8,0 mg/L O2, obteve-se 67 amostras, representadas na
Figura 2. Com a retirada destas amostras, observou-se uma equivalência nos resultados apresentados.
Figura 2 - Gráfico dos valores obtidos para a análise de DBO5 por respirometria e por luminescência quando o OD
inicial era maior do que 8,0 mg/L de O2.
Os dados que foram obtidos para as 112 amostras (excluindo-se 03 outliers) para os parâmetros de DQO, SST, OD e DBO5, pela metodologia de respirometria, e testados estatisticamente pela regressão linear, apresentaram um R
2
de 0,5506.
Como exposto na Tabela 1 os parâmetros de DQO, SST e OD, dentro dos limites testados, pareceram influenciar no resultado da DBO5 pela metodologia da respirometria.
Tabela 1 – Resultado do teste de regressão linear para a análise de DBO5 pela metodologia da respirometria.
Em contrapartida, quando o teste de regressão linear foi aplicado para as mesmas amostras com os parâmetros de DQO, SST, OD e DBO5, por luminescência, o R2 calculado foi de 0,2145. Pelos valores apresentados, o parâmetro DQO
foi o que pareceu influenciar significativamente no resultado obtido pela DBO5 na metodologia da luminescência (Tabela 2).
Tabela 2 - Resultado do teste de regressão linear para a análise de DBO5 pela metodologia da luminescência.
Quando se excluíram as amostras com OD inicial menor do que 8,0 mg/L O2 geraram-se 60 observações, e,
tanto para as análises de DBO5 por respirometria, quanto por luminescência, os resultados obtidos pareceram ser
influenciados pelas variáveis de SST e DQO, conforme os dados das Tabela 3 e Tabela 4. Sendo que em ambos os casos os valores de R2 foram baixos: 0,4240 para respirometria e 0,3876 para luminescência.
Tabela 3 – Resultado do teste de regressão linear para a análise de DBO5 por respirometria quando excluídas as
amostras com OD inicial menor do que 8,0 mg/L O2.
Tabela 4 – Resultado do teste de regressão linear para a análise de DBO5 por luminescência quando excluídas as
amostras com OD inicial menor do que 8,0 mg/L O2.
Quando o teste de correlação foi aplicado para os resultados das 132 amostras para DBO5 pelas metodologias de
respirometria e luminescência obteve-se um r= 0,2685. Esse valor indica uma correlação fraca e pode-se inferir que as duas metodologias não foram equivalentes para as amostras testadas.
Isolando as amostras com OD inicial menor do que 8,0 mg/L O2 obteve-se uma correlação mais fraca ainda
(r=0,1745) entre os resultados obtidos para as análises de DBO5 por respirometria e luminescência.
Porém, quando os resultados obtidos para as amostras com OD inicial maior do que 8,0 mg/L O2 o teste de
correlação apresentou um r =0,5920. Esse valor indica uma correlação moderada entre os resultados obtidos para as duas análises realizadas em concomitância (DBO5 por respirometria e luminescência).
Ainda considerando o teste de correlação, a variável da DQO também foi analisada, pois teoricamente que este parâmetro é intimamente relacionado ao parâmetro de DBO5, sendo que a relação mais aceita pela literatura é de 0,5
(DBO5/DQO). Dessa forma, esta foi a relação considerada para a aplicação do teste de correlação. Os valores obtidos para o
teste de correlação das 119 amostras encontram-se na Tabela 5. Observou-se que a maior correlação encontrada foi para os resultados das análises de DQO e DBO5 pela metodologia da respirometria (r=5862).
Tabela 5 – Correlações obtidas para os resultados das análises de DQO e DBO5 por respirometria e por
luminescência.
O teste de correlação foi aplicado nos mesmos moldes para as amostras cujos resultados do OD inicial foram maiores do que 8,0 mg/L O2 (60 amostras) e os valores obtidos encontram-se na Tabela 6. Observou-se um aumento na
correlação entre todas as variáveis testadas, sendo que o maior valor obtido foi para os parâmetros de DQO e DBO5 por
Tabela 6 - Correlações obtidas para os resultados das análises de DQO e DBO5 por respirometria e por
luminescência (OD inicial maior do que 8,0 mg/L O2).
As amostras cujos OD iniciais foram menores do que 8,0 mg/L O2 também foram testadas nos mesmos moldes e
os resultados encontrados estão apresentados na Tabela 7. Nota-se que, assim como nos grupos anteriores de amostras, a correlação mais significativa apresentada foi para os parâmetros de DQO e DBO5 na metodologia de respirometria. As
demais correlações testadas ficaram, inclusive, mais fracas para os demais parâmetros (DQO e DBO5 por luminescência e
DBO5 por luminescência e respirometria).
Tabela 7 - Correlações obtidas para os resultados das análises de DQO e DBO5 por respirometria e por
luminescência (OD inicial menor do que 8,0 mg/L O2).
4. CONCLUSÕES
Os parâmetros de DQO, SST e OD demonstraram influenciar nos resultados das análises de DBO5 tanto por
respirometria quanto por luminescência, sendo que o parâmetro da DQO parece ser o mais significativo frente aos resultados estatísticos obtidos.
Os dados sugeriram que as metodologias testadas não são equivalentes quando o OD inicial das amostras é inferior a 8,0 mg/L O2.
Considerando os testes estatísticos realizados conclui-se que a metodologia da respirometria para as análises de DBO5 apresentou melhores resultados para as amostras testadas do que na metodologia de luminescência.
Como todas as amostras testadas foram analisadas sem diluições, sugere-se que as amostras com OD inicial menor do que 8,0 mg/L O2 sejam diluídas para as análises de DBO5 por luminescência.
REFERÊNCIAS
AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA). 2012. Standard methods for the examination of water and wastewater. 22 nd ed., Washington, American Public Health Association Pub., 1935 p.
HÄCK, M. 2000. Relatório de aplicação. Análise do processo LDO. Medição óptica da concentração de oxigênio em água. JORDÃO, E.P.; PÊSSOA, C.A. Tratamento de esgotos domésticos, ABES, 6ª ed., Rio de Janeiro, 2011, 1050 p.
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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10664: Águas - Determinação de resíduos (sólidos) - Método gravimétrico - Método de ensaio – prescreve os métodos de determinação das diversas formas de resíduos (total, fixo, volátil; não-filtrável, não-filtrável fixo, e não-filtrável volátil; filtrável fixo e filtrável volátil) em amostras de águas, afluentes domésticos e industriais, lodos e sedimentos. Rio de Janeiro, 1989.
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