relatório aulas 10, 11 e 12 - 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
OXIGÊNIO DISSOLVIDO EM ÁGUAS
DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO (DBO)
E DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO)
Aluna: Marilia Candida Pinto Borges
Matrícula: 12/0178061
Brasília – DF, 10 de Julho de 2014
Resumo
	O Oxigênio Dissolvido é um parâmetro que ajuda a determinar a qualidade das águas. Foram realizados experimentos laboratoriais para verificar a DBO e a DQO presente nos efluentes 1º, 2º e 3º. Pode-se notar erros associados na realização da metodologia aplicada a cada parâmetro o que resultou na exclusão de algumas amostras que não entraram nos cálculos, no entanto, ainda foi possível mostrar que os efluentes estão dentro dos padrões estabelecidos na legislação.
Introdução
	Sabe-se que o controle de qualidade de águas depende do conhecimento de diversos parâmetros e a avaliação dos mesmos conforme as normas estabelecidas. 
O parâmetro analisado em laboratório foi o oxigênio dissolvido e os objetivos dos experimentos realizados foram:
Determinar a concentração de oxigênio dissolvido em amostras de efluentes provenientes de uma Estação de Tratamento de Esgotos de Brasília.
Determinar a DBO, usando o método manométrico e por diluições sucessivas, de amostras de efluentes provenientes de uma Estação de Tratamento de Esgotos.
Determinar a DQO, usando os métodos de refluxo aberto e refluxo fechado, de amostras de efluentes provenientes de uma Estação de Tratamento de Esgotos de Brasília.
O Oxigênio se dissolve nas águas naturais, proveniente da atmosfera, devido à diferença de pressão parcial.
A taxa de introdução de oxigênio em águas naturais através da superfície depende das características hidráulicas e é proporcional à velocidade.
Outra fonte importante de oxigênio nas águas é a fotossíntese de algas. Este fenômeno ocorre em maior extensão em águas poluídas ou, mais propriamente, águas eutrofizadas, ou seja, aquelas em que a decomposição dos compostos orgânicos lançados levou à liberação de sais minerais no meio, especialmente os de nitrogênio e fósforo que são utilizados como nutrientes pelas algas.
O oxigênio dissolvido é o elemento principal no metabolismo dos microorganismo aeróbios que habitam as águas naturais ou os reatores para tratamento biológico de esgotos. Nas águas naturais, o oxigênio é indispensável também para os outros seres vivos, especialmente os peixes. É, portanto, um parâmetro de extrema relevância na legislação de classificação das águas naturais, bem como na composição de índices de qualidade de águas.
A concentração de oxigênio dissolvido é também um parâmetro fundamental nos modelos de autodepuração natural das águas. Nestes modelos, são balanceadas as entradas e saídas de oxigênio em função do tempo nas massas liquidas, de modo a prever-se sua concentração em seus diversos pontos.
A determinação de concentrações de oxigênio dissolvido em águas naturais é imprescindível para o desenvolvimento da analise da DBO, demanda bioquímica de oxigênio, que representa o potencial de matéria orgânica biodegradável nas águas naturais ou em esgotos sanitários e muitos efluentes industriais.
A DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) é o parâmetro fundamental para o controle da poluição das águas por matéria orgânica. Representa a demanda potencial de oxigênio dissolvido que poderá ocorrer devido à estabilização dos compostos orgânicos biodegradáveis, o que poderá trazer os níveis de oxigênio nas águas abaixo dos exigidos pelos os peixes, levando-os à morte. Além disso, a DBO constitui-se em importante parâmetro na composição dos índices de qualidade das águas.
No campo do tratamento de esgotos é um parâmetro importante no controle da eficiência das estações, tanto de tratamentos biológicos aeróbios e anaeróbios, bem como físico-químico.
A carga de DBO, expressa em kg/dia é um parâmetro fundamental no projeto de estações de tratamento biológico. Dela resultam as principais características do sistema de tratamento como áreas e volumes de tanques, potências de aeradores, entre outros.
A Demanda Química de Oxigênio – DQO – consiste em uma técnica utilizada para a avaliação do potencial da matéria redutora de uma amostra, através de um processo de oxidação química em que se emprega o dicromato de potássio (K2Cr2O7).
A DQO é um parâmetro indispensável nos estudos de caracterização de esgotos sanitários e de efluentes industriais. É muito útil, quando utilizada conjuntamente com a DBO, para a obsevar o nível e a maios facilidade ou dificuldade de biodegradabilidade dos despejos.
Tem se demonstrado um parâmetro bastante eficiente no controle de tratamento anaeróbio de esgotos sanitários e de efluentes industriais. Outro uso importante que se faz da DQO é para a previsão das diluições das amostras na analise de DBO.
Técnicas de Detecção
Determinação do Oxigênio Dissolvido (OD)
	Métodos existentes
	Aplicação
	Método utilizado em laboratório
	Possíveis erros associados
	Método Eletrométrico
	Empregam-se aparelhos chamados oxímetros ou medidores de OD, em que a sonda do eletrodo possui uma membrana que adsorve seletivamente o oxigênio, tendo por base o seu raio de difusão molecular.
	
	Descalibração do aparelho, perfuração ou desativação na membrana. Há necessidade da correção dos resultados em função da temperatura e observar o esgotamento de oxigênio da amostra na camada imediatamente em contato com a sonda.
	Método Químico
	Conhecido como método de Winkler modificado pela ázida de sódio é realizado em diversas fases:
Fixação do oxigênio dissolvido da amostra;
Liberação do iodo – ocorre após a adição do acido sulfúrico concentrado;
Titulação do iodo liberado com tiossulfato de sódio (iodometria)
	
 X
	Deve-se observar as concentrações de compostos adicionados à amostra e também o ponto de viragem na titulação. Nesse experimento a tonalidade final desejada é de um amarelo pálido.
Tabela 1 – Técnicas de determinação do OD
Determinação da DBO
Basicamente, a determinação consiste em medidas da concentração de oxigênio dissolvido nas amostras, diluídas ou não, antes e após um período de incubação de 5 dias a 20 °C. Durante este período, ocorrera redução do teor de oxigênio dissolvido da água, consumido para satisfazer as reações bioquímicas de decomposição de compostos orgânicos biodegradáveis. Quanto maior for a quantidade de matéria orgânica biodegradável nas amostras, maior será o consumo de oxigênio em 5 dias da incubação e, portanto, maior será o valor da DBO.
Foram utilizados no laboratório 2 métodos de determinação da DBO, o método manométrico e o método das diluições sucessivas.
	Técnicas utilizadas
	Aplicação
	Erros Associados
	Diluições Sucessivas
	Faz diluições em duplicata em frascos de volumes o mais próximo possível, tais volumes são completados com água de diluição. Um dos frascos é titulado no mesmo momento e o outro é incubado por 5 dias e ao final, também passa por titulação para a determinação da DBO5.
	Possíveis erros estão associados com a preparação das amostras, podem existir sais na amostra que influenciam no metabolismo das bactérias degradadoras, a amostra utilizada pode não ter sido guardada da maneira correta (na geladeira) o que manteve os organismos em atividade.
	Método Manométrico
	Prepara-se duas alíquotas de amostra, uma com inibidor de nitrificação e a outra não. Adiciona-se um sachê de nutrientes e veda a tampa, na qual é adicionado hidróxido de lítio para reagir com o gás carbônico.
	Deve-se tomar cuidado na preparação da amostra e garantir que a vedação da tampa seja eficaz, do contrário pode haver vazamento. O equipamento utilizado (manômetro) também deve estar em condições adequadas.
Tabela 2 – Técnicas de determinação da DBO
Determinação da DQO
O teste da DQO mede o consumo de oxigênio ocorrido durante a oxidação química da matéria orgânica. O valor obtido é, portanto, uma indicação indireta do teor de matéria orgânica presente. Oramutilizados dois métodos para a determinação da DQO:
	Técnicas utilizadas
	Aplicação
	Erros associados
	Método Refluxo Aberto
	Esse método corresponde a uma oxidação química da matéria orgânica, obtida através de um forte oxidante (dicromato de potássio) em meio ácido. Após 2 horas de ebulição da amostra e o seu resfriamento natural, deve ser feita a titulação com sulfato ferroso amoniacal.
O cálculo da DQO é obtido por:
Onde:
A = Vol. de sulfato ferroso amoniacal gasto no “branco” (mL);
B = Vol. de sulfato ferroso amoniacal gasto na amostra (mL);
M = Molaridade do sulfato ferroso amoniacal;
V = Volume da amostra (mL).
	A preparação da amostra deve atender a metodologia, principalmente no que diz respeito à concentração dos compostos a serem adicionados durante o processo. Também deve ser observada atentamente a titulação para que a concentração do agente titulante seja o correto.
	Método Refluxo Fechado
	Nesse processo é usado apenas 2mL da amostra que é colocada em um frasco desenvolvido pela HACH. Após o tempo de espera da reação o frasco é levado ao espectrofotômetro, devidamente programado, e feita a leitura.
	Mais uma vez o procedimento deve ser feito com cautela e precisão. Os equipamentos utilizados devem estar em condições apropriadas e o ajuste do programa no espectrofotômetro deve ser feito corretamente. Alguns problemas podem estar associados a temperatura do digestor e tempo de uso de vida útil das lâmpadas dos espectrofotômetro.
Tabela 3 – Técnicas de determinação da DQO
Resultados e Discussão
Determinação da DBO
Método Manométrico
Foram analisadas amostras dos efluentes primário, secundário e terciário da ETE de Brasília. Os resultados obtidos estão apresentados abaixo:
EFLUENTE PRIMÁRIO
Tabela 4 – Resultados da DBO (Manométrico)
	Tempo (dias) 
	Com inibidor 
	Sem inibidor 
	0 
	0 
	0 
	0,5 
	222 
	224 
	1 
	304 
	302 
	1,5 
	370 
	366 
	1,79 
	398 
	0 
	2 
	0 
	394 
	2,5 
	0 
	396 
	3 
	0 
	396 
	3,5 
	0 
	398 
	4 
	0 
	398 
	4,5 
	0 
	398 
	5 
	0 
	398 
Gráfico 1 – Resultados DBO (Manométrico)
	O que se pode notar nesse caso é que após o segundo dia a curva que representa a DBO no processo com inibidor de nitrificação cai para zero, o que é um indicativo de que houve vazamento, isso porque o que o equipamento registra é o aumento da pressão total e se não há essa diferença há um vazamento. Outro indicativo que há vazamento é que a curva sem inibidor permanece constante até o 5º dia, o que pode mostrar que há matéria orgânica, mas não há oxigênio para os microorganismos trabalharem. O ideal seria repetir a analise de maneira distinta.
EFLUENTE SECUNDÁRIO
	Tempo (dias) 
	Com inibidor 
	Sem inibidor 
	0 
	0
	0
	0,5 
	40
	53
	1 
	45
	63
	1,5 
	50
	68
	2 
	-
	-
	2,5 
	56
	76
	3 
	60
	81
	3,5 
	64
	83
	3,91 
	69
	88
	4 
	72
	91
	4,5 
	77
	93
	5 
	79
	93
Tabela 5 – Resultados da DBO (Manométrico)
Gráfico 2 – Resultados DBO (Manométrico)
	Não se espera para um efluente secundário um valor alto de oxigênio e nesse caso os valores foram bem acima do esperado. O ideal seria repetir o experimento utilizando alíquotas menores. No gráfico é notável que as duas curvas são praticamente iguais o que indica que não houve processo biológico.
EFLUENTE TERCIÁRIO
	Tempo (dias) 
	Com inibidor 
	Sem inibidor 
	0 
	0 
	0 
	0,5 
	7,4 
	3,9 
	1 
	8,2 
	3,9 
	1,5 
	8,6 
	4,1 
	2 
	9,8 
	4,5 
	2,5 
	10,4 
	5,2 
	3 
	11,2 
	5,3 
	3,5 
	12,2 
	5,7 
	4 
	13 
	5,9 
	4,5 
	13,6 
	6,2 
	5 
	14,2 
	6,4 
Tabela 6 – Resultados da DBO (Manométrico)
Gráfico 3 – Resultados DBO (Manométrico)
No efluente terciário o tratamento físico químico remove fósforo. Nota-se, pelo o gráfico, que há um distanciamento das duas curvas devido à redução da atividade dos microorganismos pois a complexidade da matéria orgânica faz com que necessitem de mais energia e, por isso a DBO é menor. Por esse motivo os nitrificantes consomem a maior parte do oxigênio nesta terceira fase.
Método Diluições Sucessivas
EFLUENTE PRIMÁRIO
	Dil. (%)
	Tinicial
(dias)
	Vfrasco
(mL)
	Vamostra
(mL)
	O.D.
(mg/L)
	∆ O.D.
(mg/L)
	∆ O.D.
Fator de diluição
(mg/L)
	Redução de O.D.
	DBO
(mg/L)
	0
	0
	295,4
	-
	8,5
	0,2
	-
	5,7%
	
	
	5
	294,7
	-
	8,3
	
	-
	
	
	1
	0
	302,8
	3,03
	7,1
	2,6
	99,93
	36,62%
	259,82
	
	5
	302,4
	3,02
	4,5
	
	100,13
	
	260,34
	2
	0
	302,6
	6,05
	7,0
	-0,3
	50,05
	+4,3%
	-15,02
	
	5
	302,0
	6,04
	7,3
	
	50,00
	
	-15,00
	2,5
	0
	310,0
	7,76
	6,9
	5,3
	39,95
	76,81%
	211,74
	
	5
	310,0
	7,75
	1,6
	
	40,00
	
	212,00
Tabela 7 – Diluições Sucessivas - Efluente Primário (Determinação da DBO)
	Nesse efluente primário a amostra correspondente a 2% da diluição está fora do padrão, pois a diferença de OD em 0 e 5 dias, conforme a norma, deve ser de no mínimo 2 mg/L de OD. Conforme a metodologia, pelo menos 3 amostras de diversas diluições devem estar dentro do padrão. Esse ponto não pode ser aplicado no caso do experimento realizado no laboratório, pois só foram feitas 3 diluições, o que para esse caso do efluente primário exigiria que o procedimento fosse feito novamente.
EFLUENTE SECUNDÁRIO
	Dil. (%)
	Tinicial
(dias)
	Vfrasco
(mL)
	Vamostra
(mL)
	O.D.
(mg/L)
	∆ O.D.
(mg/L)
	∆ O.D.
Fator de diluição
(mg/L)
	Redução de O.D.
	DBO
(mg/L)
	0
	0
	
	
	8,5
	0,2
	
	2,36%
	
	
	5
	
	
	8,3
	
	
	
	
	10
	0
	298,15
	29,86
	6,8
	1,0
	9,99
	14,71%
	9,99
	
	5
	299,7
	29,97
	5,8
	
	10
	
	10
	15
	0
	301,0
	45,15
	6,6
	3,1
	6,67
	46,97%
	20,68
	
	5
	300,6
	45,09
	3,5
	
	6,67
	
	20,68
	20
	0
	285,15
	57,03
	6,8
	1,6
	5
	23,53%
	8
	
	5
	285,0
	57,0
	5,2
	
	5
	
	8
Tabela 8 – Diluições Sucessivas - Efluente Secundário (Determinação da DBO)
		O efluente secundário é um efluente que já passou por tratamento, nesse caso as diluições recomendadas são entre 5% e 25%, no entanto o analisar os dados obtidos no laboratório nota-se que apenas a diluição de 15% está dentro do padrão de 2 mg/L de OD na diferença de OD nos dias 0 e 5. Isso indica que deveriam ter sido usadas diluições inferiores a 15%. Se comparado com o resultado da turma da manhã, a DBO foi de 58 mg/L e a apresentada aqui (correspondente à turma da tarde) apresentou DBO = 20,68 mg/L. Essa diferença pode estar associada ao fato de que a turma da manhã pegou a amostra conservada, pois a mesma fora recolhida no dia anterior e mantida na geladeira o que retardou a atividade metabólica dos microorganismos. Após o uso a amostra não retornou à geladeira, o que significa que os microorganismos estavam em atividade, havendo assim um consumo de oxigênio.
EFLUENTE TERCIÁRIO
	Dil. (%)
	Tinicial
(dias)
	Vfrasco
(mL)
	Vamostra
(mL)
	O.D.
(mg/L)
	∆ O.D.
(mg/L)
	∆ O.D.
Fator de redução
(mg/L)
	Redução de O.D.
	DBO
(mg/L)
	0
	0
	
	
	8,5
	0,2
	
	2,36%
	
	
	5
	
	
	8,3
	
	
	
	
	15
	0
	293,0
	43,95
	7,5
	3,0
	6,67
	40%
	20,01
	
	5
	293,4
	44,01
	4,5
	
	6,67
	
	20,01
	20
	0
	286,4
	57,28
	7,3
	3,1
	5
	42,5%
	15,5
	
	5
	286,5
	57,30
	4,2
	
	5
	
	15,5
	25
	0
	306,5
	76,63
	7,4
	4,1
	4
	55,41%
	16,4
	
	5
	305,9
	76,48
	3,3
	
	4
	
	16,4
Tabela 9 – Diluições Sucessivas - Efluente Terciário (Determinação da DBO)
		No efluente terciário todas as diluições foram bem sucedidas o que indica que não há tóxicos influenciando, sendo assim o efluente está dentro dos padrões estabelecidos na legislação. A DBO foi de 17,30 mg/L que está dentro do padrão conforme a Resolução CONAMA 430/2011. Isso significa que este efluente já poderia ser lançado no lago.
Determinação da DQO
	
	Refluxo Aberto
	DQO
	Refluxo Fechado
	Média (refluxo fechado)
	Efluente Primário
	Branco= 61 mL
Amostra = 38 mL
	
824,3 
	R1 = 484 mg/L
R2 = 473 mg/L 
	
478,5 mg/L 
	Efluente Secundário
	Branco = 32,7 mL
Amostra = 23 mL 
	
357 
	R1 = 40 mg/L
R2 = 32 mg/L 
	
36 mg/L 
	Efluente Terciário
	Branco = 32,7 mL
Amostra = 26 mL 
	
246,6 
	R1 = 26 mg/L
R2 = 22 mg/L 
	
24 mg/L 
Tabela 10 – Determinação da DQO
O método de refluxo fechado apresenta uma maior probabilidade de obtenção erros devido ao baixo volume da amostra, o que exige uma homogeneização bem feita da amostra para evitar interferências. No método de refluxo fechado os valores da DQO foram satisfatórios, no entanto o valor para o refluxo aberto ocorreu erros referentes ao branco, isso pode ter acontecido devido a um volume de amostra maior ter sido adicionado, o que prejudicou o resultado final. Outro erro foi o uso de um reagente distinto do que é padronizado pela metodologia.
RELAÇÃO DQO/DBO
	
	Relação DQO/DBO
	Efluente Primário
	2 
	Efluente Secundário
	0,39
	Efluente Terciário
	3,8
Tabela 11 – Relação DQO/DBO
	A relação entre DQO/DBO do efluente primário foi próximo de 1, exigida pela metodologia. Já a do efluente secundário foi consideravelmente maior o que também era esperado, pois esse efluente já havia passado pelo tratamento biológico, responsável pela retirada da matéria orgânica biodegradável restando apenas carbono inerte na água.
		A eficiência do tratamento pode ser obtida por meio da seguinte equação:
	Essa equação também se aplica para saber a eficiência do efluente terciário, apenas substituindo 1º por 2º e 2º por 3º.
	Com isso a eficiência para o efluente secundário é de 91,24% e do efluente terciário é de 16,34%. A eficiência do efluente terciário deve ser melhorada consideravelmente, pois está relacionada à uma aparelhagem complexa.
	
Conclusão
	Conhecer parâmetros importantes para o controle das águas é algo que faz a diferença quando o objetivo é obter uma maior qualidade das águas. O oxigênio dissolvido e as Demandas Bioquímicas e Químicas de Oxigênio são parâmetros que fazem parte desse grupo de aspectos importantes a serem analisados.
	Com os experimentos realizados em laboratório, mesmo com os erros associados na determinação de cada parâmetro, foi possível ver que a ETE de Brasília está atendendo de maneira correta as exigências estabelecidas na legislação. 
	Os valores de DBO dos efluentes secundário e terciário estavam dentro do permitido na resolução CONAMA 430/2011 de 120 mg/L, podendo ser lançados no corpo d’água receptor.
Bibliografia
PIVELI, Roque Passos; KATO, Mario Takayuki. Qualidade das Águas e Poluição: Aspectos Físico-Químicos. 1. Ed. ABES, 2006.
RESOLUÇÃO CONAMA Nº 357, DE 17 DE MARÇO DE 2005
Portaria MS Nº 2914 DE 12/12/2011 (Federal)