Aula 2 - Caracterização de efluentes (1)

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Caracterização de efluentes
João Paulo Bassin
COQ 780 – Controle de Poluição de Águas
Amostragem de efluentes
Caracterização de efluentes
Principais parâmetros de qualidade de efluentes
Métodos analíticos para determinação de poluentes
Exigências Ambientais –
Tratamento de efluentes
O que remover ?
Do grosso ao fino
- sólidos grosseiros em suspensão
- sólidos em suspensão sedimentáveis ou não
- óleos e graxas
- metais pesados
- matéria orgânica solúvel biodegradável (DBO carbonácea)
- nitrogênio amoniacal (DBO nitrogenada)
- nitrato e nitrito
- fósforo
- matéria orgânica não biodegradável (DQO residual)
- micropoluentes e contaminantes emergentes
- toxicidade
Estação de tratamento de efluentes
Poluente Impactos no curso receptor
Sólidos em suspensão 
inorgânicos
turbidez, alteração do leito, assoreamento, toxicidade 
(metais)...
Sólidos em suspensão 
orgânicos
turbidez, alteração do leito, assoreamento, 
toxicidade, déficit de oxigênio (biodegradáveis), 
putrefação de depósitos...
Óleos e graxas formação de películas superficiais (captação 
de luz e oxigênio, déficit de oxigênio se biodegradável, 
toxicidade...)
Metais pesados toxicidade
Matéria Orgânica solúvel 
Biodegradável (DBO 
carbonácea)
déficit de oxigênio
Poluentes e seus impactos
Poluente Impactos no curso receptor
Nitrogênio amoniacal 
(amônio+amônia)
déficit de oxigênio, aceleração da eutrofização, 
toxicidade
Nitrito déficit de oxigênio, aceleração da eutrofização 
toxicidade
Nitrato aceleração da eutrofização
Fósforo aceleração da eutrofização, floração de algas
Matéria orgânica residual toxicidade
Poluentes e seus impactos
Matéria orgânica
Sólidos suspensos
Óleos e graxas 
Metais pesados
Nitrogênio e fósforo
Micropoluentes
Toxicidade
Amostragem de efluentes
• Tipos de amostragem mais comuns:
Coleta de amostras individuais ou discretas: as amostras são 
coletadas num dado instante e, em decorrência, refletem as condições 
do momento.
Coleta de amostras compostas: a amostra é composta de várias 
amostras discretas coletadas em intervalos de tempo. Podem ser de 
volume fixo, quando o mesmo volume de efluente é sempre 
amostrado, ou de volume proporcional à vazão de efluente.
ACONDICIONAMENTO DA AMOSTRA
Caracterização de águas residuárias
• A característica de uma água residuária é função do uso à qual a água foi
submetida, sendo que esses usos variam de acordo com os hábitos da
população (esgoto doméstico) ou processos na indústria (efluentes industriais).
• No projeto de uma estação de tratamento, normalmente não há interesse em se
determinar os diversos compostos dos quais a água residuária é constituída.
Isso se deve não somente pela dificuldade de executar vários testes de
laboratório, mas também pelo fato dos resultados em si não serem diretamente
utilizáveis como elementos de projeto e operação.
• Assim, prefere-se os parâmetros indiretos que traduzam o caráter ou
potencial poluidor da água residuária em questão. Tais parâmetros definem a
qualidade de certa água residuária, podendo ser divididos em parâmetros
físicos, químicos, biológicos e ecotoxicológicos.
Parâmetros de qualidade de águas residuárias
Parâmetros de qualidade de 
águas residuárias
• Parâmetros químicos
• Parâmetros físicos
• Parâmetros biológicos
• Parâmetros ecotoxicológicos
Parâmetros químicos
Matéria orgânica
Tipos de substâncias orgânicas em esgotos:
• Proteínas (40-60%)
• Carboidratos (25-50%)
• Óleos e graxas (8-12%);
• Outros: Ureia, surfactantes.
Classificação em termos de formas e tamanho:
• Suspenso (particulado);
• Dissolvido (solúvel).
Classificação em termos de biodegradabilidade:
• Inerte (não sofre transformação biológica);
• Biodegradável (é transformada por meio de microrganismos)
Métodos de determinação
• Indireto: consumo de oxigênio que o efluente acarreta (efeito da
poluição orgânica em um curso d'água é a diminuição dos níveis de
OD) → quantificação indireta do potencial de geração do impacto
• Direto: carbono orgânico (COT)
Parâmetros globais para quantificação 
de matéria orgânica
Demanda química de oxigênio (DQO)
• Método indireto para determinar a matéria orgânica
• Quantidade de oxigênio necessária à oxidação química dos poluentes 
presentes numa amostra nas condições de ensaio (mgO2/L)
• Usa oxidante químico (dicromato de potássio) em meio ácido (ácido 
sulfúrico) para oxidar a matéria orgânica. A amostra é digerida em 
termoreator a 150°C por 2 h na presença de sulfato de prata como 
catalisador. Compostos orgânicos oxidáveis reduzem o dicromato
(Cr2O7
-2) a íon crômico (Cr+3). 
• Devido à facilidade de determinação, a DQO passou a ser um 
parâmetro muito difundido.
Vantagens do teste de DQO:
- teste leva apenas 2 – 3 horas para ser realizado
- o resultado do teste fornece uma indicação do oxigênio requerido para 
estabilização da matéria orgânica
Principais limitações do teste da DQO
- no teste são oxidadas tanto a fração biodegradável quanto a fração 
inerte da água residuária, logo a demanda de oxigênio medida nesse 
ensaio não permite diferenciar a exercida por substâncias 
biodegradáveis e não biodegradáveis.
- O sulfato de prata reage com cloreto, brometos e iodetos, produzindo 
precipitados e reduzindo a sua ação catalítica
- Certos constituintes inorgânicos (cloretos) podem ser oxidados e 
interferir no resultado
Determinação DQO – método colorimétrico
Forno digestor
Tubos digestores
Forno digestor
EspectrofotômetroKits analíticos
Determinação da DQO teórica
Um efluente sintético possui a seguinte composição:
250 mg/L benzeno (C6H6) MM: 78 g/mol
150 mg/L tolueno (C7H8): MM: 92 g/mol
Qual a DQO teórica?
CxHyOz + ¼ (4x + y - 2z) O2 -> x CO2 + (y/2)H2O
Demanda bioquímica de oxigênio (DBO)
• Método indireto para determinar a matéria orgânica
• Quantidade de oxigênio requerida por microrganismos
(predominantemente bactérias) para oxidar os compostos presentes
numa amostra (mgO2/L)
• O teste da DBO é um bioensaio que procura simular a biodegradação
dos poluentes presentes no efluente, quando do seu lançamento num
curso receptor. A demanda de oxigênio é exercida por compostos
orgânicos que são bioquimicamente oxidadas no teste (DBO
carbonácea) e compostos nitrogenados (amônia, nitrito e outros),
que são tardiamente oxidados (DBO nitrogenada).
• DBO carbonácea: é a quantidade de oxigênio usada por uma
população mista de bactérias heterotróficas para oxidar compostos
orgânicos no escuro (para evitar a produção de oxigênio pela
fotossíntese) a 20°C por um período de 5 dias (DBO5). DBOúltima:
DBOu – “plateau”. Razão DBO5/DBOu: 0,5 – 0,8.
Compostos orgânicos CO2 + H2O + NH4 + massa bacteriana
O2
Heterotróficos
• DBO nitrogenada: quantidade de oxigênio necessária para oxidar a
amônia a nitrito e nitrato por bactérias nitrificantes. O teste é conduzido
por um longo tempo (> 20 dias).
Após estabelecido o “plateau” correspondente à DBOu (carbonácea), um
novo “plateau” se formará, correspondente ao consumo de oxigênio pelas
bactérias nitrificantes.
D1: OD inicial
D2: OD no dia 5
P: Diluição utilizada
Cálculo da DBO
DBO5(mg/L) = D1-D5
P
Relação entre consumo de oxigênio, crescimento 
microbiano e remoção de matéria orgânica
Substrato (carbono orgânico)
Tempo
Bactérias
Protozoários
Consumo de oxigênio (DBO)
Desvantagens da DBO
• Indicação aproximada da fração biodegradável da água residuária
• Indicação da taxa de degradação da água residuária
• Indicação da taxa de consumo de oxigênio em função do tempo
• Determinação aproximada da quantidade de oxigênio necessária para 
estabilização biológica da matéria orgânica presente
Vantagens da DBO
• Pode-se encontrar baixos valores de DBO5 caso os microrganismos não 
estejam adaptados à água residuária
• Metais pesados e outras substâncias tóxicas pode matarou inibir os micro-
organismos
• Há necessidade de inibir os organismos responsáveis pela oxidação de 
amônia, para evitar o consumo de oxigênio para a nitrificação (demanda 
nitrogenada) interfira com a demanda carbonácea
• O teste dura 5 dias, não sendo útil para efeito de controle operacional de uma 
ETE.
Determinação da DBO
Frasco
Incubadora Medidor de OD
Oxitop
• A relação DQO/DBO5 fornece indicações sobre a biodegradabilidade 
de uma água residuária (pode ser complementado com outros testes)
• DQO é sempre maior que a DBO (DQO>DBO)
• Apenas poluentes biodegradáveis: DQO ~ DBOu
• Alto teor de poluentes não biodegradáveis: diferença entre a DQO e a 
DBOu aumenta
• Como a DBO5 é uma sub estimativa da DBOu: DQO >>> DBO5
•DQO/DBO5:1,5 a 2,5: poluentes majoritariamente biodegradáveis.
• DQO/DBO5 > 5: presença de poluentes não biodegradáveis é bastante 
acentuada => processos físico-químicos
DQO/DBO5
• Esgoto doméstico: 1,5 a 1,9 
• Efluentes de refinarias de petróleo: 2,5 a 3,5 (após separação de óleo)
• Chorume de aterro municipal antigo: 20 a 30 (Gramacho, RJ)
Relação entre DQO e DBO
DQO, DBO5 e relação DBO5/DQO para 
algumas águas residuárias
COT
Medida direta do carbono orgânico em uma dada amostra
CT (carbono total): É determinado por meio da oxidação da matéria orgânica a CO2
com calor e oxigênio em um tubo de combustão a 680ºC contendo platina suportada 
em alumina (oxidação catalítica), seguida pela medida do CO2 liberado com 
analisador infravermelho no analisador de COT
CI (carbono inorgânico): Adiciona-se o ácido fosfórico 25% na amostra injetada 
sendo que todo carbono inorgânico é convertido a CO2
• CT (carbono total) - CI (carbono inorgânico): Carbono orgânico total (COT) da 
amostra (mgC/L). 
• DQO/COT: 2 a 7.
Frações do COT em água residuária doméstica
Nitrogênio
Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK) = amônia + nitrogênio orgânico
Nitrogênio total (NT) = NTK + NO2
- + NO3
-
A amônia está presente tanto na forma ionizada (NH4
+) ou na forma não-ionizada 
(NH3), sendo a proporção dependendo do pH:
- pH< 8 = praticamente 100% NH4
+
- pH = 9,5 = 50% de cada
- pH>11 = praticamente 100% NH3
Amônia pode sofrer transformações tanto nos cursos d’água quanto nas estações 
de tratamento (amonificação, volatilização, nitrificação e desnitrificação).
Nitrogênio total 
Nitrogênio inorgânico
(Nitrito + Nitrato)
Nitrogênio Total Kjeldahl
(Orgânico + Nitrogênio amoniacal)
Nutrientes
Fósforo
Fósforo: apresenta-se nas seguintes formas:
- Ortofosfatos
- Polifosfato
- Fósforo orgânico
Nutrientes
Métodos colorimétricos
Sistemas de cubetas –
HACH LANGE
Eletrodos de íon seletivos
Laboratório
Processo
Análise por injeção em fluxo (FIA)
Cromatografia iônica (IC)
NitrogênioTotal Kjeldahl (NTK)
Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK) = amônia + nitrogênio orgânico
Sólidos totais
Sólidos suspensos totais 
(SST)
Sólidos 
suspensos 
voláteis 
(SSV)
Sólidos 
suspensos 
fixos 
(SSV)
Sólidos dissolvidos totais 
(SDT)
Sólidos 
dissolvidos 
voláteis 
(SDV)
Sólidos 
dissolvidos 
fixos 
(SDF)
Sólidos
Sólidos 
dissolvidos 
totais
(SDT)
SDT-SDF=SDV SDT
SDF
550C
Sólidos 
suspensos 
totais
(SST)
SST-SSF=SSV SST
SSF
550C
pH: potencial hidrogeniônico
• representa o equilíbrio entre os íons H+ e OH-
• Interfere em todas as reações químicas e bioquímicas
• Influencia a vida aquática
• Método de quantificação: pHmetro
Alcalinidade: é causada por sais alcalinos e mede a capacidade da água
residuárias em neutralizar ácidos
• Serve para expressar a capacidade de tamponamento da água, ou seja,
sua condição de resistir a mudanças de pH.
• Os principais constituintes da alcalinidade são os bicarbonatos (HCO3
-),
carbonatos (CO3
-) e hidróxidos (OH-)
Óleos e graxas: Fração de matéria orgânica solúvel em hexano. No esgoto
doméstico, as fontes são óleos e gorduras utilizadas na alimentação
Método de quantificação: Extração com solvente e posterior evaporação
deste último
Características típicas de 
águas residuárias domésticas
• Temperatura
• Cor
• Odor
• Turbidez
Parâmetros físicos
Temperatura: medida da intensidade de calor.
• afeta a velocidade das reações químicas e bioquímicas bem
como a viscosidade e densidade da água
• Elevação da temperatura causada pelo lançamento de águas
residuárias reduz a solubilidade do oxigênio na água.
• ↑ Temperatura:
• ↑ taxas de reação química e bioquímica;
• ↑ consumo de O2.
• ↓ solubilidade dos gases dissolvidos na água
• Método de determinação: Termômetro; termopar.
Cor: indica a existência de substâncias em solução
• Ferro e manganês
• Decomposição da matéria orgânica
• Algas
Compostos corados absorvem a radiação solar impedindo a sua
penetração na água, reduzindo a ação fotossintética.
Cor aparente – amostra que apresenta sólidos em suspensão e
material solúvel
Cor verdadeira – após filtração, apenas substâncias solúveis.
Método de detecção: espectrofotometria
Odor: indica o grau de septicidade (grau de putrefação) das águas
residuárias e deve ser controlado devido ao desconforto e risco
ambiental que pode causar para as comunidades próximas a uma
estação de tratamento.
O consumo do oxigênio presente na água por microrganismos resulta
em condições anaeróbias com possibilidade de produção de gás
sulfídrico, o que ocorre de maneira mais intensa em altas temperaturas
Turbidez: propriedade de desviar raios luminosos
• Decorrente da presença de matéria em suspensão
• É o resultado da determinação do espalhamento e da
absorção da luz pelo material sólido em suspensão.
• Método de determinação: nefelômetro, unidade NTU
(Nephelometric Turbidity Units ou unidade nefelométrica de
turbidez), tendo como princípio o espalhamento da radiação
num ângulo de 90 graus
Turbidez e Sólidos suspensos
mg/L
Turbidez (NTU)
Parâmetros ecotoxicológicos
Toxicidade: Bioensaios: resposta de uma dada população de
organismos quando expostas a diferentes níveis de diluição
de um efluente
• Duração do ensaio pode variar de algumas horas a alguns
dias e observa-se, por exemplo, qual o nível de diluição que
acarreta uma letalidade de 50% (CL50) da população
testada (bactérias, algas, microcrustáceos, peixes)
TOXICIDADE CRÔNICA
Dose única ou múltipla durante curto período: 
Resposta rápida do efeito tóxico
Exposição por um longo período de tempo:
Resposta mais lenta do efeito tóxico
TOXICIDADE AGUDA
Organismos patogênicos - Possibilidade de transmissão de doenças
Organismos indicativos de contaminação fecal - Predominantemente não
patogênicos. Fornecem uma indicação satisfatória quando a água está
contaminada por fezes humanas ou animais. Eventualmente podem
transmitir doenças
Bactérias coliformes - grandes quantidades nas fezes humanas (109 a
1012 células eliminadas por indivíduo por dia).
- Coliformes totais - bactérias isoladas de solo e água poluídos e não poluídos, bem como
fezes de animais de sangue quente. Não há relação quantificável entre patógenos e
coliformes totais
- Coliformes fecais - Bactérias indicadoras de organismos originários do trato intestinal de
animais de sangue quente: Gênero Escherichia e em menor extensão Klebsiella,
Enterobacter e Citrobacter
Parâmetros biológicos
Carga de poluentes
 Carga é a quantidade de poluente por unidade de
tempo (kg/dia)
Carga (kg/dia) = Concentração (g/L ou kg/m3) x 
vazão (m³/dia)