Validação de Métodos e Controlo da Qualidade em Análises de Águas Residuais. Exemplo : Determinação do CB05. Maria Ascensão Trancoso

Validação de Métodos e Controlo da

Qualidade em Análises de Águas Residuais

Exemplo :

Determinação do CB05

2 M. A, Trancoso

03/07/13

CBO₅

Método das Diluições:

• Execução muito morosa • Usa mais reagentes

• Usa muito material de

vidro

• Engloba várias etapas • Mínimo 5 diluições • Limitação temporal

(análise: 4ª, 5ª, 6ª feira)

Método Manométrico:

• Execução mais rápida

• Uso reduzido de reagentes • Uso reduzido de material de

vidro

• Método direto

• Intervalos de medição

muito mais amplos

• Sem limitação temporal

(registo contínuo de valores)

• Amostra sem pré-diluição –

representação mais próxima das condições naturais da degradação bioquímica

3 M. A, Trancoso

 Equipamento ) (O ) (O 2 2 _p T T V V V T R M BOD 0 m I I t m 5            

M(O2) - massa molar de O2 (mg mol-1); R - constante molar dos gases (L·mbar/mol·K); Tm - temperatura de medição do ensaio (K); Vt - volume da garrafa BOD

(mL); VI - volume do balão de transvasamento (mL); - coeficiente de Bunsen para o oxigénio; T0 - temperatura de referência (273,15 K); p(O2) - diferença da

pressão parcial de oxigénio obtida no ensaio (hPa)

Equação geral do sistema BSB/BOD-Sensomat System AL 342, da AQUALYTIC:

DETERMINAÇÃO DE BOD₅ EM ÁGUAS RESIDUAIS PELO MÉTODO MANOMÉTRICO

Neste trabalho apresenta-se:

Neste trabalho apresenta-se:

• Programa de validação com vista à

Acreditação do método manométrico de

determinação de CBO

₅

)

(

)

(

2 0 2 5

p

O

T

T

V

V

V

T

R

O

M

CBO

m I I t m































MENSURANDA

 





a nóculo i nóculo i 5 I equip 5 L mg 2 V V BOD V BOD O C -1    

Início Análise Não Temperatura aceitável? Ajustar temperatura pH entre 6 a 8? Corrigir pH Não

Sim _excesso?Cloro em

Eliminar com NaSO3

Sim

Temperatura da

incubadora Temperatura 20±1ºC?

Não Corrigir temperatura

Sim

- Descontaminar material - Preparar novas soluções

Não Sim

Controlo dentro limite aceitação?

Sim

- Utilizar outra fonte de inóculo

Não Gama de Aplicação (Volume Amostra) Gráfico com cinética 1ª ordem? Sim Não Avaliação da

Precisão Amplitude dentro limite aceitação?

Sim

Sim

- Homogeneização da amostra eficiente?

Não

- Corrigir volume a incubar e escala Não Escala medição adequada? Sim Avaliação da exactidão Comparação métodos?

- Calibração sensor satisfatória? - Overflow?

- Leitura excedem temporáriamente escala? - Underflow? Resultado Não Ensaio Interlaboratorial?

Sim Z-score aceitável?

Não Acções correctivas

Programa de Validação 1 2 3 4 5 6 Água diluição inoculada satisfatória? Acondicionamento da amostra Padrão de Controlo Não Sim

0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tempo (dias) m g O 2 L -1 0 1 2 3 4 5 pH = 7,4 pH = 2,6 pH = 10,5

Acondicionamento da amostra

Efeito do pH da amostra

1

pH є [6,5;8,0]

(SMEWW) Amostra a:

– É importante manter o pH ≈ 7

0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tempo (dias) m g O 2 L -1 0 1 2 3 4 5 [HOCl] = 0 mg/L [HOCl] = 36 mg/L Amostra Padrão de Controlo (210 ± 20 mg O₂ L -1₎

Presença de cloro residual

na amostra

Acondicionamento da amostra – Substâncias Tóxicas

1 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tempo (dias) m g O 2 L -1 0 1 2 3 4 5 [HOCl] = 0 mg/L [HOCl] = 36 mg/L

- O cloro residual presente numa amostra deve ser previamente

eliminado.

- O mesmo se passa para outras substâncias tóxicas (ex: CN

-

_{, fenóis,}

)

(

)

(

2 0 2 5

p

O

T

T

V

V

V

T

R

O

M

CBO

m I I t m





























Influência da Temperatura da Incubadora

- O valor de CBO

₅

depende do valor da temperatura da incubadora

Sensores I.V.:

Temperatura de medição = 293,15K (20 ºC)

Constante da velocidade de reacção:

2 Temperatura mg O2 L -1 Padrão de Controlo 20 ± 1 ºC 22 - 23ºC (*) 210 ± 20 260 ± 16 ) 20 ( 20 



T

k

k

T



(*) média de 3 ensaios ) (x  s

- A temperatura da incubadora deve ser mantida a 20 ± 1 ºC, com garantia

da homogeneidade da temperatura no seu interior.

Padrão de Controlo 3

Água de Diluição Inoculada

x = 3,0 ± 2,0 mg O₂ L-1 _{(x ± 2s)}

Carta de Controlo de Valores Individuais

•O ensaio da água de diluição inoculada é realizado em paralelo com o ensaio

do padrão de controlo.

•Serve exclusivamente para o PC

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 0 10 20 30 40 50 N.º ensaios LA(-) = 0,0 Z o n a d e A v is o LA(+) = 4,8 LC(+) = 6,3 1,7  x 1 dil/mgL água 5 BOD Nº ensaios 1,9  x LC(+) = 6,3 LA(+) = 4,8 LA(-) = 0,0 1 /mgL  dil água 5 BOD

Padrão de Controlo

Aceitação do Padrão de

Controlo

3 µ = 210 ± 20 mg O₂ L-1

 

_





_

_águadil QC dil água dil água QC QC

BOD

V

V

V

BOD

₅ 5 2

O











• (150 mg ácido glutâmico + 150 mg glucose) /L

• Valor teórico CBO₅: 210 ± 20 mg O₂ L-1 _{[EN – 1899-1]} O2QC  O2ref /mg L-1 ref s /mg L-1 O2_obs  /mg L-1 obs s /mg L-1 n Rm

Solução padrão GGA

(vide A-III.6) 10,5 - 11,10 0,86 11 1,1

Solução padrão de controlo de

GGA (vide A-III.3) 210 20 214 10 50 1,0

O2QC

 – concentração em massa de O2 dissolvido consumido durante a oxidação da matéria

orgânica e/ou inorgânica da solução padrão, durante um período de incubação de 5 dias, na ausência de

luz, a 20 ºC

(Eq. 4.2);  

ref 2

O

 e s_ref – valor de referência e desvio padrão de referência de O₂_QC, respectivamente;  

obs 2

O

 – valor médio da concentração obtida experimentalmente, (Eq. 3.3);

obs

s – desvio padrão observado (Eq. 3.2) de O₂_QC; R_m– valor médio da recuperação de n ensaios (Eq. 3.19).

0 100 200 300 400 500 600 700 800 Tempo (dias) m g O 2 L -1 0 1 2 3 4 5 escala medição [0;800] escala medição [0;400] Gama de aplicação 4

• O oxigénio contido na garrafa é um factor limitante de resultados exactos.

a)

b)

a) Volume bem seleccionado [CBO₅] dentro gama medição (escala 0-800)

b) Volume mal seleccionado [CBO₅] excede gama medição (escala 0-400)

estimativa a partir da oxidabilidade

Limite Superior ≈ 2000 mg O₂ L-1 (directo) Limite Inferior LQ Volume de Amostra (escala de medição) Δ ≈ 15% (ensaio interlaboratorial)

- A ocorrência de overflow conduz a distorções dos valores medidos,

conduzindo a desvios negativos.

Volume de Amostra

4

Calibração

do sensor

• Pastilha AQUALYTIC Cat Nº 418328 (CAL test): µ = 314 ± 30 mg O₂ L-1_. • Avalia estanquicidade do sistema

funcionamento do sistema

- Evolução correcta da Calibração

Ensaio 1 = 318 mg O₂ L-1 Ensaio 2 = 324 mg O₂ L-1 CAL test µ = 314 ± 30 mg O₂ L-1 CAL test µ = 314 ± 30 mg O₂ L-1 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tempo (dias) m g O 2 L -1 0 1 2 3 4 5 µ 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tempo (dias) m g O 2 L -1 0 1 2 3 4 5 µ - Calibração insatisfatória

Sensor não pode ser utilizado

0 2 4 6 8 10

duplicados (am ostra)

m g O2 L -1 LC _ R

- Os resultados de amostras que não se enquadram dentro do intervalo estabelecido pelas cartas de controlo são rejeitados e as amostras repetidas.

5

_{Avaliação da Precisão}

• A partir das cartas de controlo de amplitudes.

R

LC



3

,

27



N

R

R





i s = 0,98 mg O₂ L-1 RSD = 6,2% s = 4,5 mg O₂ L-1 RSD = 1,5 %

128

,

1

R

s



Gama: [0;100] mg O₂ L-1 _{Gama: [100;800] mg O} 2 L-1

%

100





x

s

RSD

0 5 10 15 20 25 30 duplicados (amostra) m g O2 L -1 LC _ R

Gama

 

O2  /mg L-1 Valores de referência n

Valores observados Modo 1 Modo 2

 

O_{2 ref}  /mg L-1 ref s /mg L-1  



ref



u O₂ /mg L-1

 

O2 _obs  /mg L-1 obs s /mg L-1

 

Rm s

 

m rel R u 10-100 - - - - - 10,5 - - 11 11,1 - 0,082 - 0,028 100-800 210 20 2,64 50 214 10 - 0,014 - 210 - - 50 214 - 0,049 - 0,0070

Avaliação da Veracidade

Ensaios Interlaboratoriais

Iz_scoreI ≤ 2 Resultado satisfatório

2 < Iz_scoreI < 3 Resultado questionável Iz_scoreI ≥ 3 Resultado insatisfatório

- Desempenho satisfatório

interlab. score

s

x

Z



(





)

/mg L -1 /mg L -1 /mg L -1 z-score /mg L-1 Avaliação do desempenho 141 29,9 159 0,61 Satisfatório 144 34 140 -0,13 Satisfatório 178 41 166 -0,29 Satisfatório 356 82 399 0,52 Satisfatório 451 105 517 0,63 Satisfatório 265 59,1 303 0,65 Satisfatório 162 43 173 0,26 Satisfatório  O2 _ref  ref s _{ } obs 2 O 

-y = 1,14x + 17,88 R2 = 0,97 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 400 500 600 700 800 mét. diluições (mg O2 L-1) m é t. m a n o m é t. (m g O2 L -1 )

Avaliação da Exactidão

6 Comparação de métodos

Barra de erro:

x



s

_interlab.

Doméstico I Urbano

Doméstico II Doméstico III

DETERMINAÇÃO DE BOD₅ EM EFLUENTES PELO MÉTODO MANOMÉTRICO

 Características de desempenho do método

BOD

₅

em Águas Residuais

Método Manométrico: ME 200_27

19/25



FLUXOGRAMA

Acondicionamento da amostra

- Temperatura entre 15 a 20 - pH entre 6,5 a 8,0

- Eliminação de cloro residual em excesso - Oxidabilidade

- COD

Selecção do volume de amostra a incubar

- Magnete na garrafa - Absorvente no contentor de borracha

(4 gotas, [KOH]=400 g L-1₎ - Garrafa selada com sensor-I.V.

Início de medição com BSB/BOD Sensomat Incubação a 20±1ºC, durante 5 dias - Modo de operação: Routine BOD Standard BOD - Garrafa na plataforma de agitação inductiva

Registo de valores Preparação do sistema

Sensomat

Perfazer volume com amostra

Perfazer volume com inóculo Perfazer volume de 428 mL com água diluição inoculada Adição inibidor de nitrificação [ATU]=1 g L-1 em balão de 157 mL Adição de inibidor [ATU]=1 g L-1 Adição de inóculo Amostra

Valor indicativo de BOD5

Resultado

Ensaio com amostra Ensaio do inóculo Ensaio da água de diluição inoculada Preparação do PC a 300 mg L-1 _{com água de} diluição inoculada Perfazer volume de 157 mL com solução de PC Ensaio de Controlo

Intervalo medição Volume - 40 mg O2 L-1 428 mL - 80 mg O2 L-1 360 mL - 200 mg O2 L-1 244 mL - 400 mg O2 L-1 157 mL - 800 mg O2 L-1 94 mL - 2000 mg O2 L-1 56,0 mL

 Selectividade  Gama de trabalho  Limite de Detecção  Limite de Quantificação  Precisão (reprodutibilidade intralaboratorial)

 Veracidade (soluções padrão de

controlo de ác. glutâmico e glucose)

 Exactidão (estimativa da

Incerteza) Ensaios de aptidão

D Validação e QC interno B Componentes individuais (GUM) A Modelos de Cálculo _{Modo 1:} Modo 2: (Valor consensual)                N 1 i i 2 2 i c u x x f y u  



_rel 



2



_rel 



2 rel c y u precisão u veracidade u    

 

2 ref ref 2 obs 2 obs rel u n s veracidade u _                         n R s veracidade u m m R rel      



 



2 ref rel 2 bias rel u RMS veracidade u    Parâmetros

 Características de desempenho do método

DETERMINAÇÃO DE BOD₅ EM EFLUENTES PELO MÉTODO MANOMÉTRICO

COMPARAÇÃO DE ESTIMATIVA DE INCERTEZAS OBTIDAS POR DIFERENTES ABORDAGENS – CASOS PRÁTICOS DE MÉTODOS

DE ENSAIO

21/25



MENSURANDA



_{DIAGRAMA DE CAUSA-EFEITO:}

BOD

₅

em Águas Residuais

ME 200_27

C(O2) BOD5equip R Va precisão V inóculo Vt V’I VI M(O2) Tm fT p(O2) V’ Vt VI VI Tm  T0 fcal incubadora fequipamento BOD5inóculo R M(O2) fT p(O2) V’’ Vt V’I V’I Tm  T0 VI Vtemp VI Vcal Vtemp _Vinóculo Vcal Vtemp Vcal Tm Vinóculo Vtemp Vcal  

_

_

a nóculo i nóculo i 5 I equip 5 L mg 2 V V BOD V BOD O C -1    

                   _{ }   2 2 2 2 inóculo 5 2 0 2 0 inóculo 5 2 2 inóculo 5 2 I 2 I inóculo 5 2 t 2 t inóculo 5 2 m 2 m inóculo 5 2 2 inóculo 5 2 2 2 2 inóculo 5 inóculo 5 O p u O p BOD T u T BOD u BOD ' V u ' V BOD V u V BOD T u T BOD R u R BOD O M u O M BOD BOD u                                                                                      





                 _{ }   2 2 2 2 equip 5 2 0 2 0 equip 5 2 2 equip 5 2 I 2 I equip 5 2 t 2 t equip 5 2 m 2 m equip 5 2 2 equip 5 2 2 2 2 equip 5 equip 5 O p u O p BOD T u T BOD u BOD V u V BOD V u V BOD T u T BOD R u R BOD O M u O M BOD BOD u                                                                                       inóculo I V V Va  _{r  1} inóculo I;V V 

COMPARAÇÃO DE ESTIMATIVA DE INCERTEZAS OBTIDAS POR DIFERENTES ABORDAGENS – CASOS PRÁTICOS DE MÉTODOS DE ENSAIO

22/2 5



QUANTIFICAÇÃO DAS COMPONENTES DE INCERTEZA

Lei da Propaga ção de Erros ) V , V ( entre Correlação _{I inóculo}

      _{ }   _{ }   _{ }   _{ }   _{ }     _{   }        _{  }                                                             inóculo I;V V inóculo I inóculo 2 I 2 2 inóculo 2 inóculo 2 2 inóculo 5 2 inóculo 5 2 2 a 2 a 2 2 I 2 I 2 2 equip 5 2 equip 5 2 2 r V u V u V O C V O C V u V O C BOD u BOD O C V u V O C V u V O C BOD u BOD O C O C u 23/25



QUANTIFICAÇÃO DAS COMPONENTES DE INCERTEZA

BOD₅; ME 200_27

Lei da Propagação

Componente

precisão

a partir da

repetibilidade do ensaio:

 











 



2



_{ rep}



2 2 1 -2 c precisão u O C u L mg O C u   

INCERTEZA COMBINADA

Componente

precisão

a partir do CQ

(reprodutibilidade intra-laboratorial:

 











 



2



_Rep



2 2 1 -2 c _{C O mgL u C O u precisão} u     C O 



mgL



2 u C O  U ₂ -1   c ₂ 

INCERTEZA EXPANDIDA

24/2 5

 CONTRIBUIÇÃO RELATIVA DAS COMPONENTES DE INCERTEZA vs. CONCENTRAÇÃO

Repetibilidade do ensaio: Reprodutibilidade intra-laboratorial:

1 – Passo a Passo

Método Manométrico: ME 200_27

-5 15 35 55 75 95 10,1±1,1 16,2±1,6 69,6±5,8 103,1±5,3 173,4±9,5 182,7±8,7 248±13 266±12 303±13 381±16 402±18 517±22 (%)

BOD5 equip VI Va BOD5 inóculo

Vinóculo precisão (Rec) cor(VI, Vinóculo)

   -1 2 O O L O mg C U C ₂ ₂ 4,4 % 4,2 % 10,5 % 9,7 % 8,3 % 5,1 % 5,5 % 4,8 % 5,3 % 4,5 % 4,3 % 4,3 %  C  % U 2 O -5 15 35 55 75 95 10,1±1,1 16,1±1,6 69,6±6,5 103,1±7, 173±12 183±13 248±18 266±19 303±22 381±27 402±29 517±37 (%)

BOD5 equip VI Va BOD5 inóculo

Vinóculo precisão (Rep) cor(VI, Vinóculo)

   -1 2 O O L O mg C U C 2 2  7,1 % 7,1 % 10,6 % 10,1 % 9,3 % 7,2 % 7,1 % 7,1 % 7,1 % 7,1 % 7,1 % 7,1 %  C  % U 2 O

Abordagem intralaboratorial

– modelo A (componentes individuais)

– modelo B, modo 1 (validação e controlo de qualidade interno) – modelo B, modo 2 (validação e controlo de qualidade interno)

Abordagem interlaboratorial

– modelo D (ensaios de aptidão)

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0 100 200 300 400 500   γ O₂  Urel (O2)/mg L-1 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0 100 200 300 400 500   γ O₂  Urelγ O₂  Urelγ O₂  Urel (O2)/mg L-1

Comparação das metodologias

DETERMINAÇÃO DE BOD₅ EM EFLUENTES PELO MÉTODO MANOMÉTRICO

Modelo A - Urel_[_(O

2)]  com  (O2);

constante para (O₂) > 100 mg L-1

Modelo B - Urel_[_(O

2)] constante em

cada gama (modo 2:  com  (O₂)

Modelo D -Urel_[_(O

2)] cerca de 2

superior ao modelo A

Cliente satisfeito?

 Estimado a partir do Decreto-Lei nº 236/98, de 1 de Agosto:

 Precisão: 25 % (valor paramétrico)

 Exactidão/Veracidade: 10 % (valor paramétrico)

Parâmetro (valor VLE parâmétrico)

Urel _[_(O

2)]

Abordagem intralaboratorial Abordagem interlaboratorial

Modelo A _{modo 1}Modelo B _{modo 2} Modelo C Modelo D

BOD₅ 40 mg L-1 28 % 10 % > 6 %* 13 % - > 24 %*    O₂  rel exp U

 Adequabilidade ao fim a que se destina - Comparação com INCERTEZA ALVO

 

 O₂ 

rel exp

U

ILC com valor consensual

* Valor estimado na gama [100 – 800[ mg L-1

    2 2 rel exp 3 10 , 0 2 25 , 0 2 U                2 O 

VLE – Valor Limite de Emissão; Cliente não

satisfeito!

Uso de fornecedores de ILC’s com valor de referência

Obrigada pela vossa atenção