relatório aulas 8 e 9 - Aspectos quimicos de qualidade da água (Yovanka)

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Universidade de Brasília
Faculdade de Tecnologia
Departamento de Engenharia Civil e Engenharia Ambiental
Yovanka Ginoris
Série Nitrogenada
Série do Fósforo
Aluna: Marilia Candida Pinto Borges
Matrícula: 12/0178061
Brasília – DF, 12 de Maio de 2014
Resumo
	Quando se trata de efluentes de uma estação de tratamento de esgotos o que se deve ser analisado é se o lançamento de tais efluentes está de acordo com a norma estabelecida na Resolução nº 357 do CONAMA. 
	Os experimentos realizados em laboratório tiveram como objetivo determinar o Nitrogênio e o Fósforo, cada um em seus compostos. Apenas o Nitrogênio Amoniacal Total pôde ser classificado, pois seu valor máximo permitido é de 20,0 mgN/L, com isso a amostra do efluente primário não atendeu o padrão e as demais sim. Para o Fósforo ser classificado seria necessário conhecer informações importantes como a vazão com que o efluente é lançado nas águas, logo não foi possível dizer se os valores encontrados estavam dentro do aceitável.
Introdução
O controle da qualidade de águas depende do conhecimento e avaliação de diversos parâmetros. O Nitrogênio e o Fósforo são exemplos de parâmetros importantes, que por influenciarem significativamente a qualidade de águas, constituem-se em padrões com seus valores máximos permitidos estabelecidos na Resolução CONAMA nº 357/2005.
Os objetivos dos experimentos realizados em laboratório foram:
Determinar as formas do nitrogênio (nitrogênio amoniacal, nitrito e nitrato) presentes em amostras de efluentes primário, secundário e terciário de uma Estação de Tratamento de Esgotos.
Determinar o fósforo total presente em amostras de efluentes primário, secundário e terciário de uma Estação de Tratamento de Esgotos. 
Em fontes de águas naturais o Nitrogênio pode ser encontrado de diversas formas. Os esgotos sanitários constituem em geral a principal fonte, lançando nas águas nitrogênio orgânico devido à presença de proteínas e nitrogênio amoniacal, devido à hidrólise sofrida pela ureia na água. Os esgotos recentes são praticamente desprovidos de nitrito e nitrato. Alguns efluentes industriais também concorrem para as descargas de nitrogênio orgânico e amoniacal nas águas. A atmosfera é outra fonte importante devido a diversos mecanismos como o de fixação biológica, o de fixação química e o das lavagens da atmosfera poluída pelas águas pluviais. 
Em relação ao nitrogênio algo importante a ser entendido é seu ciclo. O nitrogênio orgânico que toma parte no tecido de uma planta pode ser incorporado em tecidos animais pelo processo nutricional destes. A morte, seguida de decomposição de animais e vegetais e, principalmente, as transformações sofridas pelos compostos orgânicos presentes nos esgotos, levam à formação de nitrogênio amoniacal nas águas, nas formas de amônia gasosa (NH3) ou do íon amônio (NH4+). Nas águas, o processo de oxidação biológica sofrida pela amônia que é convertida a nitrito (NO2-) por um grupo de bactérias nitrificadoras chamadas Nitrossomonas e, posteriormente, a nitrato (NO3-) por outro grupo conhecido por Nitrobacter, chama-se nitrificação, que é um processo que ocorre apenas em meio aeróbio, pois não existem bactérias anaeróbias nitrificadoras.
Ocorrem ainda, no ciclo do nitrogênio na natureza, as fixações química e biológica e o seu uso como nutriente, sendo que as plantas são capazes de metabolizar nitratos e is animais constituem-se de nitrogênio, principalmente, na forma orgânica.
Os compostos de nitrogênio são nutrientes para processos biológicos e tidos como macronutrientes. Quando descarregados nas águas naturais conjuntamente com o fósforo e outros nutrientes presentes nos despejos, provocam o enriquecimento do meio, tornando-o mais fértil e possibilitando o crescimento em maior extensão dos seres vivos que os utilizam, especialmente, as algas, o que é chamado de eutrofização.
Pela legislação federal em vigor, a resolução Nº 357 do CONAMA, o nitrogênio amoniacal é padrão de classificação das águias naturais e padrão de emissão de esgotos. O nitrato é tóxico, causando uma doença denominada metaemoglobina infantil, que é letal para crianças, por esse motivo também é considerado padrão de portabilidade. A amônia é um tóxico bastante restritivo à vida dos peixes e ela provoca consumo de oxigênio dissolvido das águas naturais ao ser oxidada biologicamente, a chamada DBO de segundo estágio.
O Fósforo aparece em águas naturais devido, principalmente, às descargas de esgotos sanitários. Neste, os detergentes superfosfatados empregados em larga escala domesticamente constituem a principal fonte, além da própria matéria fecal, que é rica em proteínas.
Esse composto pode se apresentar nas águas sob três formas. Os fosfatos orgânicos são a forma em que o fósforo compõe moléculas orgânicas. Os ortofosfatos, por outro lado, são representados pelos radicais PO4-3, HPO4-2 e H2PO4-, que se combinam com cátions formando sais orgânicos nas águas. Os polifosfatos ou fosfatos condensados são polímeros de ortofosfatos.
Assim como o nitrogênio, o fósforo constitui-se em um dos principais nutrientes para os processos biológicos, ou seja, é um dos chamados macronutrientes. Torna-se um parâmetro imprescindível em programas de caracterização de efluentes industriais que se pretende tratar por processo biológico.
Ainda por ser nutriente para processos biológicos, o excesso de fósforo em esgotos sanitários e efluentes industriais, por outro lado, conduz processos de eutrofização das águas naturais.
	Nível
	Ptotal(mg/L)
	Clorofila (μg/L)
	Oligotrófico
	< 0,010
	< 2,5
	Mesotrófico
	0,010 – 0,035
	2,5 – 8,0
	Eutrófico
	0,035 – 0,100
	8,0 – 25,0
	Hipereutrófico
	> 0,100
	> 25,0
Tabela 1 – Níveis tróficos de lagos e reservatórios
	O fósforo constitui-se, portanto, em importante parâmetro de classificação das águas naturais, participando também na composição de índices de qualidade da água.
Técnicas de Detecção
Técnicas para determinar o Nitrogênio
A determinação das espécies de nitrogênio em águas podem ser subdividas em dois grupos. O primeiro corresponde às formas reduzidas, nitrogênio orgânico e amoniacal, em que a operação analítica fundamental é a destilação da amônia mediante a elevação de pH empregando-se hidróxido de sódio. Desta forma, determina-se a concentração de nitrogênio amoniacal na amostra. Para a determinação do nitrogênio orgânico, necessita-se de digestão química prévia dos compostos nitrogenados, que são convertidos em amônia. 
Em resumo, procedendo-se apenas à destilação da amônia e sua titulação, mede-se apenas o nitrogênio amoniacal presente na amostra. Fazendo-se a digestão, a destilação e a titulação, mede-se o nitrogênio orgânico mais o nitrogênio amoniacal, o que é chamado nitrogênio total Kjeldahl (NTK). É este o parâmetro utilizado para ser relacionado com a DBO ou DQO, na previsão das necessidades de nutrientes em reatores biológicos de tratamento de esgotos, uma vez que os microorganismos decompositores não assimilam formas oxidadas. Finalmente, o nitrogênio orgânico isoladamente pode ser obtido por diferença entre os resultados obtidos com e sem digestão prévia da amostra.
No outro grupo, o das formas oxidadas, nitrito e nitrato, a análise é desenvolvida através de colorimetria. O nitrito reage com a sulfanilamina e a etilenodiamina, conjuntamente, formando um complexo rosa que obedece a lei fundamental da colorimetria. Já o nitrato, necessita ser reduzido a nitrito antes da execução da colorimetria. Procedendo-se em seguida à etapa de colorimetria, obtém-se a concentração de nitrito e nitrato, conjuntamente. A concentração de nitrato individualmente é obtida por diferença entre os resultados obtidos com e sem a passagem da amostra pela coluna de cádmio. É difícil se encontrar nitritos em águas naturais, pois estes são instáveis, oxidando-se rapidamente a nitratos. Na analise colorimétrica há necessidade de se construir a curva de calibração. 
As concentrações de nitrato podem também serem determinadas poreletrodo de íon seletivo ou por cromatografia de íons. Em resumo, o método colorimétrico pode ser considerado trabalhoso, o eletrodo de íon seletivo deixa de produzir resultados confiáveis com a relativa facilidade e a cromatografia de íons pode se o método mais indicado, porém, os custos para a sua implantação e operação são mãos elevados.
No laboratório foi utilizado o espectrofotômetro para fazer a determinação das formas do nitrogênio nas amostras de efluentes primário, secundário e final da Estação de Tratamento de Esgoto. Cada um dos compostos necessitou de uma preparação diferente da amostra e uma preparação diferente no aparelho. O nitrogênio amoniacal foi determinado pelo método Nessler, que foi o reagente utilizado.
Possíveis erros podem ser atrelados à determinação desses compostos se a metodologia não for atentamente respeitada. Deve-se observado a mudança de programa e comprimento de onda para cada um dos elementos assim como o tempo que cada um deles leva para reagir. No caso da análise do nitrito e nitrato deve haver atenção na adição do Kit Hach (NitriVer3 e NitraVer3) correto para elemento.
Técnicas para determinar o Fósforo
A determinação do fósforo em águas é essencialmente feita através da espectrofotometria UV – Visível.
No laboratório foi utilizado o Kit Hach (PhosVer3) para que houvesse reação e foi feita a diluição da amostra de 1:10. 
Os erros que podem estar associados ao experimento são decorrentes da má calibração do aparelho, ajustes errados do programa e do comprimento de onda, que para o fósforo corresponde a 490 e 890nm, respectivamente. Não observância do tempo de reação e diluição da amostra feita de forma incorreta..
Resultados e Discussão
Determinação do Nitrogênio
As amostras analisadas foram retiradas de efluentes primários, secundários e finais de uma estação de tratamento de esgoto. O nitrogênio aparece em 3 formas diferentes e os resultados obtidos por meio da leitura no espectrofotômetro foram:
Análise do Nitrogênio Amoniacal
	
	Efluente Primário[
(mg/L)
	Efluente Secundário
(mg/L)
	Efluente Final
(mg/L)
	NH4+
	75,5
	1,08
	0,57
	NH3- - N
	57
	0,84
	0,44
	NH3
	70,6
	1,02
	0,53
Tabela 2 – Resultados obtidos para a análise do Nitrogênio Amoniacal
	O Nitrogênio amoniacal é padrão de classificação das águas naturais e padrão de emissão de esgotos. 
Conforme a Resolução nº 357 do CONAMA o valor máximo permitido para o nitrogênio amoniacal total no lançamento de efluentes é de 20,0 mgN/L. Com esse valor é possível perceber que as amostras dos efluentes secundário e final estão dentro do valor aceitável, já a amostra do efluente primário não atende esse padrão apresentando um valor de 57 mg/L.
Atender a esse padrão de emissão pode ser difícil para sistemas de tratamento de lagoas de estabilização fotossintéticas ou por processo anaeróbio, mesmo que complementados por processos físico-químicos a base de coagulação e floculação com a separação de sólidos por sedimentação ou por flotação com ar dissolvido.
	
Análise de Nitrito e Nitrato
	
	Efluente Primário
(mg/L)
	Efluente Secundário
(mg/L)
	Efluente Final
(mg/L)
	NaNO2
	-
	0,250
	1,150
	NO2- - N
	0,196
	0,051
	0,233
	NO2-
	0,65
	0,167
	0,767
Tabela 3 – Resultados obtidos para a análise do Nitrito
	
	Efluente Primário
(mg/L)
	Efluente Secundário
(mg/L)
	Efluente Final
(mg/L)
	NO3- - N
	15
	3,6
	15,9
	NO3-
	70
	16,1
	3,6
Tabela 4 – Resultados obtidos para a análise do Nitrato
	O nitrito e o nitrato não estão classificados nos padrões que estabelecem os valores máximos permitidos para o lançamento de efluentes, previsto na Resolução nº 357 do CONAMA, logo não é possível avaliá-los e dizer se estão dentro do valor aceitável. 
Esses compostos do nitrogênio são padrões de portabilidade, mas como se tratam de efluentes não é possível aplicar os padrões conhecidos para a classificação.
Determinação do Fósforo
O fósforo é um parâmetro imprescindível em programas de caracterização de efluentes industriais que se pretende tratar por processo biológico.
	
	Efluente Primário
	Efluente Secundário
	Efluente Final
	P
	7,2
	0,8
	6
	PO43-
	22
	2,44
	18,5
	P2O5
	16,4
	1,83
	13,9
Tabela 5 – Resultados obtidos para a análise do Fósforo
O fósforo é um importante parâmetro a ser analisado, no entanto quando se trata de lançamentos de efluentes não há um valor padrão especificado na legislação, portanto avaliar se os valores encontrados estão dentro do aceitável torna-se uma tarefa complexa. 
Para encontrar o padrão de lançamento de efluente para o fósforo seria necessário conhecer alguns aspectos importantes como, por exemplo, a vazão com que o efluente é despejado nas águas. Esse valor não é conhecido, mas de acordo com a resolução CONAMA nº 357, artigo 34, § 4º, que se refere às condições de lançamento de efluentes, o regime de lançamento com vazão máxima de até 1,5 vezes a vazão média do período de atividade diária do agente poluidor, exceto nos casos permitidos pela autoridade competente. 
Com isso as amostras analisadas em laboratório não podem ser classificadas quanto ao lançamento de efluentes para o fósforo, pois informações importantes precisam ser conhecidas para que se faça uma análise coerente.
Conclusão
	O controle de águas depende do conhecimento e análise de diversos parâmetros. No caso dos efluentes os padrões que devem ser analisados são em relação ao Lançamento de Efluentes, que é estabelecido na Resolução nº 357 do CONAMA. 
	O único valor estabelecido na legislação é em relação ao Nitrogênio Amoniacal Total que é de 20,0 mgN/L, com esse valor foi possível avaliar as amostras analisadas em laboratório e perceber que a amostra do efluente primário não atende a esse padrão, já as demais amostras são aceitáveis. 
	O Nitrito e o Nitrato são parâmetros que não apresentam um padrão estabelecido para seu lançamento, logo não foi possível avaliá-los e dizer se estão dentro de uma margem aceitável ou não. Esses parâmetros estão padronizados na questão de portabilidade, no entanto quando de trata de efluentes esses padrões não são aplicados.
	O Fósforo foi outro parâmetro avaliado e não foi possível classificá-lo, pois para isso seria necessário o conhecimento de outros aspectos importantes, como a vazão com que o efluente é lançado na água. 
	Em suma, os parâmetros analisados no laboratório de extrema importância, mas apenas um deles, o nitrogênio amoniacal total, foi devidamente avaliado em relação a um padrão estabelecido. Nos demais casos houve falta de informação, o que impossibilitou uma análise especifica e aprofundada de tais parâmetros.
Bibliografia
Resolução nº 357/2005 do CONAMA http://aprender.unb.br/file.php/4078/02-2011/res_conama_357_05.pdf
Portaria MS nº 2914/2011 http://aprender.unb.br/file.php/4078/01-2012/portaria-ms-2914.pdf
Livro: Qualidade das águas e poluição: aspectos físico-químicos; Piveli e Kato.