Guia prático para Controle e Análise de Águas (Laboratório ...umwelt-sc.com.br/pdfs/doc04-controle_agua.pdf · UMWELT Ltda - Rua Quixabás, 245 – BLUMENAU – SC – 89040-290

Guia práticopara Controle e Análise de Águas

(Laboratório - Campo)

Abril 2001

_________________________________________________________________________UMWELT Ltda - Rua Quixabás, 245 – BLUMENAU – SC – 89040-290

Tel/Fax: (47) 326 7131 [email protected]

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ÍNDICE

Versão original: NEURTEK – Medio Ambiente (Espanha)Adaptação e Tradução: UMWELT – Assessoria Ambiental

1 INTRODUÇÃO ..........................................................................................32 AMOSTRAGEM.........................................................................................42.1 Amostras simples:......................................................................................52.2 Amostras compostas:.................................................................................52.3 Amostras integradas: .................................................................................63 MEDIDA DE VAZÃO .................................................................................93.1.1 Medidores normalizados. (Canal Parshall, vertedor en V...).......................93.1.2 Medidores não normalizados: ..................................................................104 ANÁLISE DA AMOSTRA ........................................................................114.1 Parâmetros fundamentais em análise de águas.......................................124.1.1 Principio da Colorimetría - Lei de Lambert Beer: ......................................134.1.2 Transmitância ..........................................................................................144.1.3 Absorbância.............................................................................................144.1.4 Extinção. ..................................................................................................144.1.5 Tempo de reação.....................................................................................144.1.6 Caminho óptico ........................................................................................154.1.7 Fotômetros e Espectrofotômetros ........................................................... 154.1.8 Limite de detecção e limite de quantificação .164.1.9 Efeito matrix / Interferências................................................................... . .174.1.10 Adições padronizados.............................................................................. ..174.1.11 Soluções padrão....................................................................................... 184.1.12 Precisão e Exatidão................................................................................. .184.2 Preparo da amostra................................................................................. ..184.2.1 Controle e/ou ajuste de pH e Temperatura............................................. ...184.2.2 Homogeneização.........................................................................................194.2.3 Pipetando................................................................................................. ...194.2.4 Diluição........................................................................................................224.2.5 Filtração.......................................................................................................234.2.6 Digestão................................................................................................... ...235 SISTEMA DR.LANGE............................................................................ .....245.1 Reativos dos Testes em Cubeta..................................................................255.1.1 Teste em Cubetas.................................................................................... ...275.1.2 Análise de Compostos Nitrogenados....................................................... ...275.1.3 Metodologia de Trabalho.............................................................................285.2 Controle da Qualidade............................................................................... .305.3 Fotômetros.................................................................................................. 325.4 Espectrofotômetros.................................................................................... .346 ANÁLISES EM CONTÍNUO........................................................................37



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1 INTRODUÇÃO

Hoje em dia, a preocupação da sociedade com o controle e minimização dos resíduos em fasesólida, líquida ou gasosa têm feito com que a indústria e as administrações se preocupem maiscom o meio ambiente.Neste guia, faremos uma breve descrição das etapas básicas e fundamentais para o corretocontrole e análise de águas em:

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

Vamos atentar a três aspectos fundamentais:

- Tomada da amostra.

- Análise da amostra.

- Interpretação dos resultados.

OBJETIVO :

REALIZAR UMA ANÁLISE CORRETA



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2 AMOSTRAGEM



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AMOSTRAGEM

A coleta de amostra para posterior análise é um ponto que deve ser considerado, já que algumas variáveis interferemneste 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, quenecessitam importantes investimentos econômicos, se a coleta não é feita de forma que a amostraseja:

- 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, erepresentam a composição da água unicamente nesse ponto e nesse momento. Esta amostragemse pode fazer em águas de composição constante no tempo, como resíduos industriais, águassuperficiais…

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, seconhecem valores médios de concentração. Este tipo de amostragem pode ser empregado para efluentes de vazãoconstante, 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, sejaproporcional à vazão.Se pode empregar este tipo de amostragem quando a concentração de contaminante é o objetivoda análise.Volume mínimo aconselhado: 50 ml.



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2.3 Amostras integradas:

Em alguns casos, o melhor resultado é obtido quando tomam-se várias amostras simples, simultaneamente, de pontosdiferentes. 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 dotipo AMERICAN SIGMA.Existem tipos distintos de amostradores: portáteis e refrigerados, automáticos ou não, e a elespodem ser acoplados sensores para determinação de vazão, ou outros parâmetros com a ajuda deeletrodos 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 decolocá-lo em funcionamento.Temos que ter claramente definido, qual o objetivo do estudo a ser realizado com as amostrasobtidas, já que o programa para realizar um estudo de, por exemplo, uma situação, o controle derendimento de uma planta, a identificação de um resíduo industrial, precisam de programasdiferentes. Assim mesmo é importante levar em consideração a capacidade real do laboratório, eos 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 completamentecheio (análise de compostos orgânicos) ou deve-se deixar um pequeno espaço livre paraaeração e mistura (análise microbiológica).Dependendo do parâmetro a ser analisado, conseguem-se valores mais representativosutilizando programas de amostragem diferentes, por exemplo, pode ser mais representativocoletar amostras periodicamente no mesmo ponto, ou caso contrário, coletar amostrassimultâneas em distintos pontos do processo.A análise deve ser feita da maneira mais imediata possível depois da amostragem, uma vezque existem parâmetros que devem ser analizados dentro de poucas horas depois daamostragem, 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 econdições no momento da coleta, permitindo a identificação imediata da mesma, e adisponibilidade de dados complementares para o analista, como lugar, data, hora, temperaturada água, nível, vazão, condições meteorológicas, etc.Quando a temperatura ambiente é elevada, se faz necessário esfriar as amostras depois dacoleta, para que se conservem intactos os valores dos parâmetros a analisar.Se uma amostra é tomada de uma torneira ou de uma tubulação, devemos primeiramentedeixar 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 variarem função da profundidade, ou da vazãoO laboratório deve analisar somente amostras representativas.O material do recipiente de coleta a ser utilizado é geralmente polietileno, sendo que pararealizar as análises de alguns parâmetros, ou para algumas amostras (orgânicas), devem-seusar recipientes de vidro.

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

Conforme “Standard Methods”

Legenda: P - -Plástico V- Vidro



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Parâmetro Recipiente Amostra mínima* Conservação Tempo máx. dearmazenamento

Acidez P,V 100 ml Refrigeração 24 horasAlcalinidade P,V 200 ml Refrigeração 24 horasD.B.O P,V 1.000 ml Refrigeração 6 horasTOC V 100 ml Refrigeração e

H2 SO4 a pH<27 dias

D.Q.O P,V 100 ml H2 SO4 a pH<2 7 diasCloro residual P,V 500 ml Análise imediata 0,5 horasCor P,V 500 ml Refrigeração 48 horasCondutividade P,V 500 ml Refrigeração 28 diasCianetos totais P,V 500 ml NaOH a pH >12

Refr.;no escuro24 horas

Fluor P 300 ml Nenhuma 28 diasÓleos e graxas V 1.000 ml H2 SO4 a pH<2

Refrigeração28 dias

Dureza P,V 100 ml HNO3 a pH<2 6 mesesMetais (geral) P,V Filtração imediata HNO3 a pH<2 6 mesesCromo-VI P,V 300 ml Refrigeração 24 horasMercúrio P,V 500 ml HNO3 pH<2,4ºC 28 diasN-Amoniacal P,V 500 ml H2 SO4 pH<2,4ºC 7 diasN-Nitrato P,V 100 ml H2 SO4 pH<2,4ºC 48 horasN-Nitrito P,V 100 ml Refrigeração ou

congelamento48 horas

N-Orgânico total P,V 500 ml RefrigeraçãoSO4H2 a PH<2

7 dias

Odor V 500 ml Refrigeração 6 horasPesticidas V Eliminar cloro

residualRefrigeração 7 dias

Fenóis P,V 500 ml H2 SO4 pH<2,4ºC 28 diasOxigênio diss. V 300 ml Análise imediata 0,5 horasOxigênio(WINKLER)

V 300 ml Acidificar 8 horas

pH P,V Análise imediata 2 horasFosfatos V 100 ml Refrigeração ou

congelamento48 horas

Salinidade V 240 ml Análise imediataSilício P Refrigeração 28 diasGás de digestão VSólidos P,V Refrigeração 7 diasSulfatos P,V Refrigeração 28 diasSulfitos P,V 100 ml Refrigeração 28 diasTemperatura P,V Análise imediataTurbidez P,V Armazenar no

escuro24 horas



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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 umrio, por exemplo, ou de uma corrente industrial, necessitaremos conhecer a vazão, para relacionar a concentração daalíquota, 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, detal forma que conhecendo a altura do líquido, se pode determinar a vazão.

Existem diferentes tipos de sensores para determinar a altura:Equipamento de bóia, de profundidade, ultra-sônico.....



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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 seçãotransversal do escoamento que estamos analisando.Para isso se utilizam sensores de velocidade em medidores cuja seção deve ser conhecida.



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4 ANÁLISE DA AMOSTRA



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4.1 Parâmetros fundamentais em análise de águasEm seguida não serão detalhados TODOS os parâmetros possíveis a serem analisados para umaamostra 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 acessóriospH Eletroquímico pH-metroCondutividade Eletroquímico CondutivímetroTemperatura Físico TermômetroOxig. dissolvido Eletroquímico OxímetroSD30 Físico Cône Imhoff+ Suporte+ CronômetroSólidosSuspensos

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

D.Q.O Oxidação ÁcidosulfocrômicoDIN 38409-H41ISO 6060-1989

Fotômetro/ Espectrofotômetro + Bloco dedigestão + pipeta automática + Teste emcubetas (Ver anexo)

DBO5 Pirocatecol Fotômetro/ Espectrofotômetro + Bloco deincubação + pipeta automática + Teste emcubetas (Ver anexo)

T.O.C. (=COT =CarbonoOrgânico Total)

Oxidação de NPOC aCO2(Método direto)DIN 38409 H3


Nitratos (NO3-) 2,6-DimetilfenolDIN 38405 D9-2ISO 7890-1-2-1986

Fotômetro/ Espectrofotômetro + pipetaautomática + Teste em cubetas (Veranexo)

Nitritos (NO2-) NaftilaminaDIN 38405 D10ISO 6777-1984BS 6068 Secção2.16.1984


Amônio (NH4+) Azul de IndofenolDIN 38406 E5-1ISO 7150-1……..


Nitrogênio Total(N-total)

2,6-Dimetilfenol(previa digestão)


Fósforo Total(P-total)

Azul defosfomolibdatoDIN 38405 D11-4ISO 6878-1-1986


Ortofosfatos Vanadato-molibdato Fotômetro/ Espectrofotômetro + pipetaautomática + Teste em cubetas (Veranexo)



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Muitos destes parâmetros podem ser analisados através de métodos fotométricos oucolorimétricos.Este tipo de método se baseia em reações colorimétricas, as quais, como o nome indica, sebaseiam na reação do composto a analisar, com determinado reagente. Esta reação pode provocara formação da cor , ou o desaparecimento da mesma em função da reação química que estáocorrendo.Dependendo da concentração do composto a analisar, a reação colorimétrica e a coloração, serámais 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 daamostra, 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

Podemos, portanto, determinar a concentração de uma substância a ser analisada, sempre que arelação entre sua concentração e absorbância (extinção de luz) for linear.

Abs vs. Concentração

00,5

11,5

22,5

33,5

4

0 20 40 60 80Concentração (mg/L)

Absorção



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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 feixede luz atravessa uma cubeta que contém a amostra que é objeto de nosso estudo

T : I/Io4.1.3 Absorbância

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

A : 100 % - T%

4.1.4 Extinção.

É uma expressão matemática que nos permite transformar leituras de absorbância não lineares emleituras 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 mesmoscom 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

05

10152025303540

0 20 40 60 80tempo de reação

Abs



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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 relacionaa concentração com a absorbância, podemos quantificar amostras com uma concentração da substância teste muitobaixa, 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 diferentescomprimentos de onda dentro de um espectro visível. Se trata de medidas pontuais para cadacomprimento de onda.

LASA100

��



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Espectrofotômetro: é um equipamento que mede a Abs/Ext de uma amostra a distintoscomprimentos de onda dentro de um espectro visível, ou visível/ultravioleta. Se caracterizam porpoder 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 dizque 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 totalgarantia, 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 consideradosseguros.



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4.1.9 Efeito matriz / Interferências

As interferências em uma amostra são produzidas quando algum composto da amostra reage deforma análoga à substância que é objeto de nosso estudo, ou pela turbidez da amostra. Istoprovoca 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 analisadaEx.: 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 deforma correta.A melhor forma de determinar se existem ou não interferências, é trabalhar com padrões. Para issose adiciona à amostra problema um volume conhecido do padrão. Desta forma podemos saber oresultado que deveríamos obter no caso de não existirem interferências. Se o resultado não é oesperado, podemos concluir que existem interferências.

Limite de Detecção / Limite deQuantificação

05

1015202530

0 5 10 15 20 25 30

Concentração

Absorção

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 nospermite:

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

4.1.12 Precisão e ExatidãoEstes 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 areprodutibilidade do procedimento.

4.2 Preparo da amostra

Nesta parte, vamos definir uma série de conceitos e etapas a serem realizadas para a análisecorreta 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 TemperaturaAntes de realizarmos a análise, temos que verificar se o pH da amostra é adequado segundo ametodologia 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 dareação.



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4.2.2 HomogeneizaçãoNos permite ter a CERTEZA da representatividade da amostra a ser analisada. Deste modo, a matéria suspensa emuma 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 900r.p.m.

4.2.3 PipetandoPonto fundamental para que se realize uma análise correta.Esta é a etapa onde mais se cometem erros, que são decorrentes mais por metodologia que pordificuldade.

O que é uma pipeta automática?

Instrumento de precisão para medir e dispensar quantidades exatas e precisas de diferentes líquidos.



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MANIPULAÇÃO DAS PIPETAS

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