Baixe Análise de águas residuárias e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! ANÁLISES DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS Sólidos A palavra esgoto tem sido amplamente usada para definir tanto a tubulação condutora das águas servidas de uma comunidade, como também o próprio líquido que flui por estas canalizações. Assim sendo, este termo será usado indistintamente, mas com maior freqüência para definir os despejos provenientes das modalidades do uso e da origem das águas, tais como: • uso doméstico, o de utilidades públicas,comercial, industrial, águas de superfície, águas de infiltração (subsolo). • Esgoto doméstico – uso doméstico • Efluentes industriais – provém de águas para fins industriais e adquirem características próprias em função do processo industrial empregado. Assim sendo, cada indústria deve ser considerado separadamente. Matéria Sólida Das características físicas, o teor de matéria sólida é a maior importância em termos de dimensionamento e controle de operações das unidades de tratamento. A pesquisa de matéria sólida é fonte de uma série de operações unitárias de tratamento, ainda que apresente em média 0,08% do volume dos esgotos a água compõe os restantes 99,92%. A matéria sólida total em águas residuárias pode ser definida como a matéria que permanece como resíduo após evaporação a 1030 C. Se este resíduo for calcinado a 5500 C, as substâncias orgânicas se volatilizam e os minerais permanecem sob a forma de cinza; compõe assim a matéria sólida volátil e a matéria fixa. O conhecimento da fração de Sólidos Voláteis apresenta particular interesse nos exames do lodo do esgoto (para se saber sua estabilidade biológica) e nos processos de lodos ativados e oxidação total para se saber a quantidade de M. O tomando parte do processo. A matéria sólida total classifica-se ainda em Matéria em suspensão e dissolvida. A matéria sólida em suspensão compõe a parte que é retida, quando um volume da amostra de esgoto é filtrada através de um filtro, num cadinho de Gooch; a fração que passa pelo filtro compõe a matéria sólida dissolvida, e que está presente em solução ou sob a forma coloidal. A matéria sólida (dissolvida ou em suspensão), pode ser de origem orgânica ou mineral. De maneira geral, a matéria orgânica se volatiliza a temperatura maiores a 5500 C e a calcinação a esta temperatura é utilizada para se fazer a diferenciação entre sólidos voláteis (volatiliza a 5500 C + 500 C – matéria orgânica) e sólidos fixos (permanece a 5500 C + 500 C – matéria mineral). ST – dimensionamento ---- STV – mat. orgânica para o ----- SSV – mat. orgânico p/ classifica em esgoto tratamento biológico formar flocos biológicos forte – 1000ppm médio – 500ppm ------------ SVD – mat. orgânica para microorganismos fraco – 200ppm | | STF – mat. inorgânica removida -------- SSF – removidos em tratamento primário e em tratamento primário ou terciário nutrientes para microorganismos \ em tratamento secundário ou SDF – removidos em tratamento removidos em tratamento terciário terciário Sólidos Totais Técnica Preparo da cápsula de porcelana. 1. Coloque a cápsula vazia na Mufla a 5500 C por 1 hora. 2. Esfrie no dessecador e pese, tome este peso como Po em gramas. 3. Deixe no dessecador até o momento no seu uso. 4. Leve a cápsula para o banho Maria. 5. Transfira para a cápsula 100ml da atmosfera homogeneizada, lavando bem a proveta que contenha a amostra, de modo a arrastar todos os sólidos em suspensão. 6. Evapore até secura em banho Maria e a seguir coloque a cápsula com o resíduo na estufa a 1050 C até secagem completa (1 hora). 7. Retire da estufa, esfrie em dessecador e pese. 8. Tome esse peso como P1 em gramas. Expressão do Resultado Sólidos totais em mg/l = (P1 – Pó) . 1000000 V. amostra Sólidos Totais Fixos (S.T.F.) Técnica 1. Transfira a cápsula da determinação dos sólidos totais à mufla a (5500 C) por 1 hora. 2. Retire da mufla, esfrie em dessecador e pese. 3. Tome esse peso como P2 em gramas. Expressão do Resultado Sólidos Totais Fixos em mg/l = (P2 - P0 ) . 106 V. amostra Sólidos Totais Voláteis (S.T.V.) Técnica 1. Determinar Sólidos Totais da amostra (S.T.) 2. Determinar Sólidos Totais Fixos (S.T.F.) Expressão do Resultado Sólidos totais voláteis em mg/l = (S.T. – S.T.F.) Obs: Com os resultados obtidos acima pode-se calcular o percentual de Sólidos Totais Voláteis e o percentual de cinzas nos Sólidos Totais. a) H2S ácido sulfúrico também sulfetos (Na2S1 K2S) -----------------------> 2AgNO3 + H2S ---> Ag2S + 2HNO3 sulfeto de prata pp. preto Eliminação de interferência de sulfetos através H2O2 H2O2 + H2S OH H2SO4 + H2O No meio alcalino há favorecimento de formação de ácidos e vice-versa. O meio tende ao equilíbrio, então se está básico, favorece a formação de ácidos para ocorrer neutralização do meio. b) pH deve estar entre 6,5 e 10,5 - pH < 6,5 (ácido, excesso de H + ) (CrO4 ) -- ) + H+ ---> (HCRO4) - ) cromato ácido, não atua como indicador • pH > 10,5 (básico, excesso de OH - ) Ag+ + OH - --> AgOH (solúvel) AgNO3 + NaOH --> AgOH + NaNO3 c) cor e turbidez Para cada 100ml de amostra adicionar 3ml de suspensão de Al(OH)3, que promoverá uma flaculação das suspensões coloridas podendo ser removido por filtração. Técnica 1. caso a amostra apresente cor e turbidez, adicione 3ml da suspensão de Hidróxido de Alumínio para cada 100ml de amostra, agite vigorosamente e filtre, recolhendo o filtrado. 2. transfira 100ml de amostra clarificada para uma cápsula de porcelana de 250ml. 3. goteje 3 a 4 de fenolftaleína e adicione NaOH 0,1N até coloração rósea. Adicione 1ml de H2O2 a 30% em volume e agite. 4. ajuste o pH da amostra para uma faixa de 6,5 a 10,5, usando para isto NaOH e/ou H2SO4 0,1N até descoramento). 5. adicione 1 ml do indicador Cromato de Potássio e titule com a solução de AgNO3 0,0141N, até que surja a primeira cor amarelo-tijolo persistente. 6. faça, paralelamente, uma prova em branco (com 100ml de água destilada, realizar o item 4 e 5). Expressão do Resultado ppm CI - : (A – B).5.Fc onde: A = ml AgNO3 gastos na amostra B = ml AgNO3 gastos no branco Fc = Fator de correção do AgNO3 DQO – demanda Química do Oxigênio A DQO corresponde à quantidade de oxigênio necessária para oxidar quimicamente a fração orgânica de uma amostra que seja oxidável pelo permanganato ou dicromato de potássio em solução ácida. A DQO engloba não somente a demanda de oxigênio satisfeita biologicamente (como a DBO), mas tudo que é susceptível de demandas de oxigênio, em particular os sais minerais oxidáveis. A DQO é extensivamente usada para caracterizar a fração orgânica de um esgoto ou a poluição de águas naturais. Este teste mede a quantidade de oxigênio requerida para a oxidação química da matéria orgânica existente, em uma amostra, em CO2 e H2O. Mat. orgânica + O2 ---> CO2 + H2O Importância da Análise É um parâmetro importante como dado comparativo eficiente e rápido no controle de processos de tratamento para determinação de amostras, que contém produtos tóxicos ou para indicação de diluições convenientes das amostras para determinar sua DBO. Coleta e Preservação de Amostras A coleta de amostras é feita em frasco de vidro ou plástico de aproximadamente 200ml e a análise deve ser feita de imediato ou se preserva por até 7 dias pela adição de ácido sulfúrico concentrado até pH < 2 em geladeira a 40 C. Princípio do Método A metodologia do teste consiste em adicionar uma quantidade conhecida de solução padronizada de dicromato de potássio, reagente ácido sulfúrico contendo sulfato de prata e um volume conhecido de amostra em um frasco. A essa mistura é feito refluxo (evaporação e condensação) por 2 horas. A maior parte dos tipos de matéria orgânica é destruída nessa mistura. M.O + CR2O-2 7 + H + Ag + CO2 + H2O + 2Cr+3 calor O dicromato de potássio remanescente é titulado com sulfato ferroso amoniacal, usando-se ferroin como indicador. O fim da titulação ocorre quando a sua cor muda de azul esverdeado para marrom avermelhado. K2Cr2O7 + (NH4)2Fe(SO4)2 --> K2SO4 + Cr2 (SO4)3 + (NH4)2SO4 + Fe2(SO4)3 Técnica 1. coloque no balão de fundo chato de 250ml de fundo chato 0,4g de sulfato de mercúrio. 2. adicione 20ml da amostra 3. se necessário uma alíquota diluída a 20 ml com água destilada 4. coloque várias pérolas de vidro 5. adicione lentamente 5,0ml do reagente ácido sulfúrico-sulfato de prata gelado, com agitação para dissolver o sulfato de mercúrio. 6. alternativamente, coloque em banho maria de gelo 7. adicione 10ml da solução de dicromato de potássio 0,25N e misture 8. conecte o condensador ao frasco e ligue a água de refrigeração 9. adicione o restante da solução 25ml de ácido sulfúrico-sulfato de prata através do condensador utilizando o bico de papagaio. OBS: Continuar a agitação enquanto se adiciona a solução de ácido sulfúrico com sulfato de prata. Misturar completamente a solução antes de iniciar o refluxo para evitar o aquecimento local na base do frasco, e conseqüentemente, uma possível reação explosiva do conteúdo. 10. faça um branco com todos os reagentes usando água destilada como amostra 11. refluxe por 2 horas 12. interrompa o refluxo. Deixe o sistema esfriar, lave o condensador com aproximadamente 50ml de água destilada e adicione água de lavagem à solução de digestão. O volume final será aproximadamente 200ml. 13. titular o excesso de dicromato de potássio com solução de sulfato ferroso amoniacal 0,1N usando 5 gotas do indicador ferroin. Expressão do Resultado DQO em mg/l = (B – A) . N . fc . 8000 ml da amostra Onde: A = volume de sulfato ferroso amoniacal gastos com a amostra B = volume de sulfato ferroso amoniacal gastos com o branco N = normalidade de sulfato ferroso amoniacal OBS: No caso de diluir a amostra, multiplicar o resultado pelo fator de diluição. Interferentes 1. Compostos orgânicos alifáticos (compostos orgânicos hidrocarbonetos de cadeia aberta) facilmente volatilizados não são oxidados de forma apreciável, devido ao pouco contato entre os vapores do composto com o agente oxidante. Esses compostos são oxidados de forma mais eficiente quando se adiciona sulfato de prata como catalisador. 2. O Ag2SO4 (sulfato de prata) utilizado como catalisador pode reagir com CI - , Br - I – (haletos), produzindo precipitados que se oxidam apenas parcialmente. As dificuldades pela presença desses compostos pode ser contornada pela complexação com sulfato mercúrio (HgSO4). Embora se especifique a quantidade 1g de HgSO4 para cada 50ml de amostra, quantidades menores podem ser utilizadas, desde que seja mantida a proporção 10:1 de HgSO4:CI - . 3. Quando a concentração de NO2- ultrapassar 2mg N/NO2- /|, adicionar 10mg de ácido sulfânico para cada mg N/NO2- presente na amostra, o que impedirá a sua oxidação para NO3- . 4. As espécies inorgânicas redutoras como Fe +2 , Mn +2 , S –2 , ... , são oxidados nas condições de teste. Quando a amostra possuir altas concentrações destas H2SO4 + 2Nal ----> Na2SO4 + HI ácido iodídrico HI + NaNO2 -----> Na2O + NO + H2O + I2 Adicionando mais azida sódica NaN3 + H2SO4 ----> Na2SO4 + HN3 azida ácida A azida introduzida no princípio da técnica te, preferência em reagir com o ácido sulfúrico impedindo que este venha a reagir com o Iodeto de sódio (Nal) e ocorra a formação de ácido iodídrico. Coleta da Amostra Após coletada a amostra através de uma garrafa (garrafa de Hale), efetuar a transferência para o frasco de DBO através de sifonamento. Conservação da Amostra A preservação da amostra é feita adicionando 2ml de sulfato manganoso e 2 ml de solução de iodeto azida no frasco de DBO. Técnica 1. Colete a amostra a 50cm de profundidade, evitando o contato com o ar e a formação de bolhas 2. Adicione 2ml da solução de sulfato de sulfato manganoso através de uma graduada mergulhando a mesma na amostra. Retire-a vagarosamente 3. A seguir com a mesma técnica e utilizando outra pipeta, adicione 2ml da solução alcalina de iodeto azida 4. Feche o frasco e agite por inversões sucessivas Obs.: a) se formar uma suspensão leitosa, não contém oxigênio dissolvido b) formando precipitado marrom agitar novamente e deixar decantar por 5 minutos. 5. Coloque 2ml de ácido sulfúrico concentrado, agite novamente até a completa dissolução do precipitado 6. Pipete exatamente 100ml da amostra, transfira para o erlenmeyer de 250ml 7. Titule com o tissulfato de sódio 0,025N, até o aparecimento de uma coloração amarelo-palha 8. Adicione o amido indicador 5 a 10 gotas e continue a titulação passando da cor amarela para azul e finalmente incolor. Expressão do Resultado OD = 2. Vg . fc (mg/l) p/ volume de 100ml de amostra. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO DBO A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) é o parâmetro mais usado para definir um esgoto doméstico ou industrial orgânico. Suas maiores aplicações residem na medição da carga orgânica imposta a uma estação de tratamento de esgotos e na avaliação da eficiência destas estações. Alem disso, o teste da DBO é usado para determinar as quantidades relativas de oxigênio requeridas por efluentes tratados e por águas poluídas. Entretanto, apresenta valor limitado na medição da demanda real de oxigênio por parte das águas superficiais. A extrapolação dos resultados desse teste para as demandas reais de oxigênio dos rios é altamente questionável, pois, em laboratório, não se pode reproduzir as condições ambientais físicas, químicas e biológicas destes corpos receptores. A DBO é, por definição, a quantidade de oxigênio utilizada por uma população mista de microorganismos durante a oxidação aeróbia (da matéria orgânica contida em uma amostra de esgoto) à temperatura de 200 C. Volumes conhecidos de esgoto, diluídos com uma água preparada, são colocados em garrafas de DBO com volume de 300ml. A água de diluição, contendo uma solução tampão de fosfato ( pH 7,2 ), sulfato de magnésio, cloreto de cálcio e cloreto férrico, é saturado com oxigênio dissolvido. Uma semeadura de microorganismos será fornecida para oxidar a matéria orgânica se os microorganismos não estiverem ainda presentes, em quantidade de diluição fornece o oxigênio dissolvido. A reação primária é o consumo da matéria orgânica e a utilização do oxigênio dissolvidos pelas bactérias, liberando dióxido de carbono e produzindo um substancial incremento da população bacteriana. A depleção do oxigênio dissolvido na garrafa do teste é diretamente relacionada com a quantidade de matéria orgânica biodegradável. O teste da DBO de uma amostra, onde os microorganismos já se encontram presentes na amostra, não requerem semeadura e o seu valor é calculado. oxigênio oxigênio dissolvido dissolvido \ células \ células matéria ________ CO2 + bacteriais _________ CO2 + protozoários orgânica bactéria protozoários mg/DBO = OD inicial (mg/l) – OD final (mg/l) (s/semeadura) volume da amostra de esgoto (ml) volume da garrafa de DBO (ml) • Reação hipotética da Demanda Bioquímica de Oxigênio mostrando as curvas de demanda carbonácea e da nitrificação. A demanda bioquímica de oxigênio de um esgoto, na realidade, não é apresentada por um único valor, pois é dependente do tempo. A curva do gráfico acima mostra que a DBO aumenta e o oxigênio dissolvido diminui, à medida que as reações biológicas se efetuam. A demanda de oxigênio carbonácea, evoluiu segundo uma taxa descrescente com o tempo, pois a atividade biológica diminuiu à medida que o alimento disponível (matéria orgânica) é consumido. Importância da Análise A determinação da DBO é importante para se conhecer o grau de poluição de uma água residuária, além de ser um dos parâmetros necessários para dimensionar uma estação de tratamento de esgoto e, a seguir, medir a eficiência do processo. Reações microorg. aeróbios H3C – CH – CH3 ----------------> CO2 + H2O + NH3 | NH2 microorg. anaeróbios H3C – CH – CH3 – SO4-- -------------------> CO2 + H2O + NH3 + S-2 | O2 combinado NH2 Preparo de Água de Diluição Para cada litro de água deionizada e aerada, adicione 1ml de solução de cloreto de cálcio e 1ml de solução de cloreto férrico. Obs.: O frasco que guardará a água acima preparada deverá ser antes lavado com solução sulfocrômica e posteriormente com água corrente e finalmente com água destilada. Utilize a água somente depois de decorridos 30 minutos após sua aeração. Técnica Após feita a análise de DQO calcular a DBO estimada DBO estimada 50% da DQO (DQO : 2 = DBO) Após obter a DBO estimada verificar na tabela os volumes para inoculação da amostra. DBO estimada ml de esgoto transferido para O Nitrogênio presente na água residual recente se encontra principalmente na forma de uréia e matéria protéica. Através da atividade bacteriana ocorre a degradação de matéria protéica em polipeptídeos a seguir em aminoácidos e por fim em amônia ou compostos amoniacais. A hidrólise de uréia também produz amônia. Proteínas ---> polipeptídeos ---> aminoácidos ---> NH3 / NH4 + Uréia ----> hidrólise -----> NH3 / NH4+ A idade de água residuária pode ser indicada pela quantidade relativa de amoníaco presente, uma vez que em esgotos recentes a concentração de nitrogênio na forma de nitratos. Uma vez que o nitrogênio é absolutamente básico para a síntese de proteínas, será necessário conhecer dados sobre o mesmo para avaliar a tratabilidade das águas residuais domésticas e industriais mediante processos biológicos. Importância da Análise Controle de efluentes, os despejos são industriais são freqüentemente analisados em relação a nitrogênio e fósforo, para assegurar quantidades suficiente de nutrientes para o tratamento biológico, quando a quantidade de nitrogênio é insuficiente, é necessário que se faça adição do mesmo para haver tratamento de água residuária. Os Problemas de Poluição, Relacionados com o Nitrogênio • diminuição do O.D nos rios e lagoas, resultante da oxidação do nitrogênio amoniacal • efeito tóxico da amônia nos peixes • limitação dos nitratos na água potável, para proteger a saúde pública • como nutrientes causando a eutrofização de lagos e estuários Coleta e Preservação da Amostra Elimine o residual de cloro imediatamente após a coleta da amostra. Caso não seja possível realizar a análise imediatamente, preserve a amostra pela adição de 0,8ml de H2SO4 concentrado / l de amostra; o pH deverá ficar entre 1,5 – 2,0 e conservar 40C. Se for usada a preservação por ácido, deve-se neutralizar a amostra com NaOH ou KOH antes de se prosseguir com a análise. Princípio do Método O nitrogênio amoniacal existe em solução aquosa na forma de íon amônio ou amônia livre, dependendo do pH do meio. (H+ ) -----------> NH3 + H2O NH4+ + OH- <----------- [OH- ] O procedimento da análise é baseado no deslocamento do equilíbrio para a esquerda (NH3) através da manutenção de pH 9,5. A mistura é então destilada, recolhendo-se vapor de amônia livre. O vapor contendo amônia é coletado em uma solução de ácido bórico e posteriormente titulado com H2SO4 0,02N. O indicador da titulação é o indicador misto azul de metileno e vermelho de metila. • pH ácido ---> violeta (azul) • pH básico ----> verde 3NH3 + H3BO3 + IND -----> (NH4)3BO3 + IND | | violeta verde Titulação com H2SO4 2 (NH4)3 BO3 + IND + 3H2SO4 ----> 3(NH4)2SO4 + 2H3BO3 + IND | | verde violeta O borato de amônio é equivalente a quantidade do íon presente na amostra, pois ao titularmos com ácido sulfúrico, ele será convertido a ácido bórico e sulfato de amônio, adquirindo a solução um pH ácido e a primeira gota de H2SO4 em excesso a solução ficará com coloração violeta. A quantidade gasta de H2SO4 é proporcional a quantidade de amônio existente na amostra. Interferentes 1. Cloro residual, deve ser eliminado pela adição do agente declorador no momento da coleta. 2. Compostos orgânicos que hidrolisados, liberam amônio. Eleva-se o pH a 9,5 para evitar tal interferência. 3. Detergentes podem ocasionar formação de espumas, o que é minimizado com a adição de 50 a 100ml de vaselina líquida isenta de amônia. Técnica 1. Medir 500ml de amostra (ou volume menor diluído a 500ml) em proveta e transferir para frasco apropriado. No caso de lodos, colocar no balão uma quantidade do material úmido equivalente a 1g de lodo seco, e adicionar cerca de 500ml de água destilada. 2. Efetuar uma prova em branco com 500ml de água destilada e proceder conforme amostra. 3. Remover Interferentes. 4. Ajustar o pH da amostra para 7,0 com ácido ou hidróxidos diluídos. 5. Adicionar 25ml de solução tampão-borato e ajustar o pH a 9,5 com solução de hidróxido de sódio 6N. Verificar o pH com peagâmetro e imediatamente transferir a solução para o balão de destilação, conectando-o ao condensador. 6. Adicionar a um erlenmeyer de boca larga, 50ml de solução absorvente de ácido bórico a adaptar ao equipamento. 7. Proceder a destilação até completar 250ml. 8. Titular com ácido sulfúrico 0,02N, padronizado. Expressão de Resultado N / NH3 = (A – B) . 0,28 . 1000 . fc Vamostra A = volume de ácido sulfúrico gasto com a amostra B = volume de ácido sulfúrico gasto com o branco Nitrogênio Orgânico Introdução Nitrogênio orgânico é definido como aquele que está quimicamente ligado e com nox – 3. O nitrogênio orgânico é encontrado nas moléculas de proteína ou dos aminoácidos que ainda não foram assimiladas. Há ainda presente nos despejos, N2 que se dissolve no líquido pela interface com a atmosfera. A determinação do nitrogênio em compostos orgânicos denomina-se Nitrogênio de Kjeldahl. Ex: nos esgotos domésticos, proteínas, aminoácidos, polipeptídeos. Importância da Análise A importância na determinação do nitrogênio orgânico está na participação deste no ciclo biológico, já que sua degradação resulta compostos nitrogenados, principalmente na forma de NH3 e NH4+ , os quais influenciam na comunidade de peixes, na qualidade de oxigênio dissolvido, na concentração de nitratos da água potável, etc. Outra importância relacionada é na necessidade da adição de nitrogênio sob a forma de sais nos tratamentos de águas residuárias. Coleta e Conservação da Amostra A maior parte dos resultados confiáveis são obtidos em amostras frescas. Se não for possível fazer a análise imediatamente, deve-se preservar a amostra acidificando-a a um pH 1,5 a 2,0 com H2SO4 concentrado e guardar em geladeira a 40C por 7 dias. Princípio do Método Kjeldahl A determinação do nitrogênio orgânico é realizada através das etapas de: digestão, destilação e titulação. Digestão – a digestão deve ser feita a uma temperatura de 3600C – 3700C. Se a mesma for inferior, não haverá degradação do nitrogênio que estará presente principalmente nas formas de proteínas, aminoácidos e polipeptídeos; caso contrário, haverá perdas do nitrogênio por despreendimento. O sulfato de potássio (K2SO4) é adicionado a fim de aumentar o ponto de ebulição da solução; a fervura deve ser feita em meio ácido, utilizando-se de um catalisador químico, o óxido de mercúrio (HgO). Amostra + H2SO4 + K2SO4 + HgO ----> NH3 + CO2 + H2O + SO3 (NH4)2SO4 + 2NaOH F 0 E 0 2NH3 + H2O + Na2SO4 sulfato hidróxido amônia água sulfato amônio de sódio de sódio Na2S2O3 Romper o complexo mercúrio/amoniacal A amônia desprendida é recebida em frasco contendo ácido bórico com indicador misto. NH3 + H3BO3 + Ind. F 0 E 0 (NH4)3BO3 + Ind. amônio ácido borato de bórico amônio Titulação O destilado que em contato com a solução de ácido bórico mais o indicador é transformado em borato de amônio que é então titulado com ácido sulfúrico. (H2SO4 0,02N) 2(NH4)3BO3 + 3H2SO4 F 0 E 0 2H3BO3 + Ind. + 3(NH4)2SO4 borato ácido ácido sulfato de amônio sulfúrico bórico de amônio Coleta e Preservação da Amostra • Coleta convencional • Armazenar no máximo sete dias com ácido sulfúrico mantendo o pH entre 1,5 e 2,0. Interferentes Sais e sólidos orgânicos: Podem elevar a temperatura aumentando a temperatura de digestão perdendo a amostra (nitrogênio). Nitratos: Durante e digestão a amônia e íon amônio podem se oxidar para nitratos resultando em uma interferência negativa. Quando a matéria orgânica apresenta baixo estado de oxidação, nitrato pode ser reduzido a amônio, resultando uma interferência positiva. Técnica 1. Tome 250ml de amostra e coloque em balão Kjedahl 2. Adicione ao balão 50ml da solução digestora e prossiga a digestão 3. Esfrie o resíduo e adicione 300ml de água destilada 4. Adicione 50ml da solução de hidróxido de sódio/tiossulfato de sódio e proceda a digestão/destilação 5. Coloque 50ml da solução de ácido bórico em erlemeyer e adapte ao terminal do condensador 6. Recolha cerca de 200ml do destilador e titule com ácido sulfúrico 0,02N 7. Efetuar um branco com água destilada Expressão de Resultados: N/total em mg/l = (A – B) x 280 x fc. Vol. amostra A = volume de ácido sulfúrico gasto com a amostra B = volume de ácido sulfúrico gasto com o branco. NITRITOS Introdução Esta determinação nos fornece a quantidade de nitrogênio que foi parcialmente oxidado. Os nitritos correspondem a um estado de oxidação que antecede aos nitratos; não sendo estáveis podem ser reduzidos, produzindo amônia ou oxidatos produzindo nitratos. Importância da Análise O nitrito reage com a hemoglobina, que é responsável pelo transporte de oxigênio, transformando em metahemoglobina, a qual não transporta oxigênio, podendo causar asfixia. No caso de ingestão de nitratos este se transforma em nitritos reagindo da mesma forma, os nitritos reagindo com as aminas produzem nitroaminas que são compostos cancerígenos. Em mananciais recomenda-se manter um teor de 1mg/l de nitritos. Princípio do Método a) Sulfanilamida NH2 CIN = N cloreto de p-benzeno | | sulfanilamida diazônico | | | | | + HCI + NaNO2 F 0 E 0 | + NaCI + H2O | | | | SO2NH2 SO2NH2 sal de diazônio A sulfanilamida reage com o nitrito formando o sal de diazônio. Reação de Acoplamento b) NED – dihidrocloreto CIN = N NH – CH2 – CH2 – NH2 | | | | | + | . 2HCI F 0 E 0 | | | | | | SO2NH2 sal diozônio • SO2NH2 -------------------------- N = N --------------------- NH – CH2 – CH2 – NH2 cor púrpura -------------------- NEDp – sulfonamida diazônio O NED – dihidrocloreto reage com o sal de diazônio e forma o NEDp – sulfonamida de diazônio (cor púrpura) e a proporção da coloração é proporcional a quantidade de nitritos. A determinação de nitritos é feita pela comparação colorimétrica produzida pelo tratamento da amostra e dos padrões com sulfanilamida e NED – dihidrocloreto. A sulfanilamida em presença púrpura, cuja intensidade da coloração é proporcional a concentração de nitritos. Coleta e Preservação da Amostra Coleta convencional Podem ser preservadas por até 24 horas e armazenar em refrigerador a 40C. Interferentes Materiais em suspensão e cor: interferem e são removidos pela adição de hodróxido de alumínio. Oxidantes e redutores: em geral interferem. Cloro residual e tricloreto de nitrogênio: interferem embora seja pouco provável coexistirem (nitrito, cloro residual e tricloreto de nitrogênio). Técnica 1. remova suspensão e cor da amostra pela adição de 2ml de suspensão de Al(OH)3 para cada 100ml de amostra. 2. neutraliza a amostra a um pH 7,0 utilizando NaOH ou H2SO4 em gotas. 3. transfira 50ml da amostra clorificada e neutralizada para tubo Nessler. 4. transfira para o tubo Nessler volumes apropriados de solução padrão de uso e avolume com água destilada. 5. adicione 1ml da solução de sulfanilamida. 6. agite por inversão e deixe em repouso por 2 a 8 minutos para que se efetue a diazotação. 7. adicione em seguida 1ml da solução NED – dihidrocloreto e misture imediatamente. 8. aguarde 10 minutos (mas não mais que 2 horas) e leve a amostra e padrões ao espectrofotômetro e efetue a leitura com F 0 6 C = 543nm. 9. efetue uma prova em branco, para ajustar o espectrofotômetro. 10. construa uma curva %T . concentração em mg/l de N/NO2. Tubos Nessler de 50ml Branco 1 ml 2 ml 3 ml 4 ml | | | | | 1 2 3 4 5 OH ONH4 | | O2N | -------- NO2 O2N ------ | --------- NO2 | | | + NH4OH | + H2O | | NO2 NO2 ácido picrico picrato de amônio O ácido picrico em solução alcalina forma o picrato de amônio (coloração amarela). Os nitratos reagem com o ácido fenoldissulfônico formando um composto que em solução alcalina adquire coloração amarela e determina-se a concentração da solução a 410nm em um espectrofotômetro. A concentração de picrato de amônio é proporcional a concentração de nitratos existentes na amostra. Coleta e Preservação da Amostra Coleta convencional. Podem ser preservadas por até 24 horas adicionando ácido sulfúrico com pH 2,0 e armazenar em refrigerador a 40C. Interferentes Cor e Turbidez: interferem na transmitância da luz alterando o resultado (elimina-se pela adição de hidróxido de alumínio). NO-2- : em concentrações superiores a 0,2 mg/l são oxidados por permanganato de potássio e determinados como nitratos, a concentração de nitritos é determinada em alíquota separada e deduzida do valor encontrado em nitratos. Cloretos: a interferência de cloretos é minimizada precipitando-os com sulfato de prata, reduzindo sua concentração para valores inferiores a 10 mg/l. Técnica 1. Reduza a cor e turbidez pela adição de 3ml de suspensão de Al(OH)3 a 150ml de amostra e posterior filtração. 2. Se a amostra apresentar concentrado de CI- > que 10 mg/l, acrescentar 1ml de solução de Ag2SO4 para cada mg de CI-, remova o precipitado por centrifugação ou filtração, coagulando o cloreto de prata por aquecimento se necessário. 3. Se a amostra apresentar um teor de N/NO -2 (nitritos) superior a 0,2mg/l, converta para nitrato adicionando para cada 100ml de amostra clarificada 1 ml de H2SO4 1N. A seguir, adicione KMnO4 0,1N, gota a gota, até coloração rósea persistente. O teor de nitritos deverá ser subtraído do resultado encontrado para nitrato. 4. Neutralize os 100ml de amostra clarificada para pH 7,0 aproximadamente. 5. Transfira todo o volume para uma cápsula de porcelana e evapore até secura em banho-maria. 6. Adicione sobre o resíduo da evaporação 2ml de ácido fenoldissulfônico, atrite as paredes com bastão de vidro, para misturar bem o resíduo com o reagente. 7. Adicione 10ml ou 20ml de água destilada e, com agitação lenta, 6 a 7ml de NH4OH concentrado. 8. Transfira todo o volume frio para o tubo Nessler de 100ml filtrando se necessário e avolume com água destilada. Misturar por inversão. 9. Transfira para cubeta procedendo a leitura de %T no espectrofotômetro a F 0 6 C = 410nm. 10. Efetue uma prova em branco, tratando 100ml de água destilada seguindo os itens 5 a 9. Preparo dos Padrões Solução Estoque Concentração da solução estoque 1ml = 0,10 mg N/NO-3 HNO3 (nitrato de potássio) peso molecular = 101g Volume da Solução: 1000ml 1ml 0,1mg N/NO-3 1000ml X X = 100mg N/NO-3 X = 0,1g N/NO-3 KNO3 1N (nitrogênio) 101g 14g Y 0,1g Y = 0,7214 KNO3 e avolumar p/ 1000ml Solução de Uso Concentração da solução de uso 1ml = 0,01mg N/NO-3 . Volume da Solução: 500ml C1 . V1 = C2 . V2 Estoque sol. Uso 0,1 . V1 = 0,1 . 500ml V1 = 50ml da solução estoque Tomar 50ml da solução estoque e avolumar para 500ml. Tubos Nessler de 50ml Branco 5 ml 10 ml 20 ml Amostra | | | | | 1 2 3 4 5 | | | 1 2 4 ppm ppm ppm Tubo 1 1 ml 0,01 mg N/NO-3 5 ml X X = 0,05 mg N/NO-3 50 ml 0,05 mg N/NO-3 1000ml X X = 1 ppm Tubo 2 1 ml 0,01 mg N/NO-3 10 ml X X = 0,1 mg N/NO-3 50 ml 0,1 mg N/NO-3 1000 ml X X = 2 ppm Tubo 3 1 ml 0,01 mg N/NO-3 20 ml X X = 0,2 mg N/NO-3 50 ml 0,2 mg N/NO-3 1000ml X X = 4 ppm Curva de Calibração - Adicione volumes apropriados da solução padrão de uso de nitratos e dilua a 50ml em tubos Nessler. - Transfira para cápsulas de porcelana e evapore em banho maria até a secagem. - Após secagem adicione 2ml de ácido fenoldissulfâmico e proceda a dissolução do meio com auxílio de um bastão de vidro. - Adicione de 10 a 20ml de água destilada e com agitação lenta adicione 6 a 7 ml de hidróxido de amônio concentrado (ou até coloração amarela). - Transfira todo o volume frio para o tubo Nessler de 50ml e filtrando se necessário e dilua a até marca misturando por inversão. - Transfira para cubeta e proceda a leitura em porcentagem de transmitância no espetrofotômetro a F 0 6 C = 410nm. - Realize uma prova em branco Ajuste ao Espectrofotômetro - ligar o aparelho e deixar em aquecimento por 30 minutos - ajustar o comprimento de onda em ( F 0 6 C = 410nm). - ajustar o (0) zero, colocando o ponteiro em transmitância (0) zero sem tubo no aparelho e com tampa fechada. - encher o tubo com água destilada e ajustar a transmitância em 100%. - ajustar a transmitância em 100% com o branco. O método consiste em reagir o ortofosfato com o molibdato de amônio em meio ácido, formando o ácido fosfomolibdico (a). Este ácido é reduzido pelo cloreto estanoso para um complexo de cor intensa denominado azul de molibdênio (b). A intensidade de cor deste composto é proporcional à concentração de ortofosfatos. O fósforo na forma a ser determinada é previamente convertido em ortofosfato solúvel por processo apropriado e este é determinado colorimetricamente pela ação do cloreto estanoso. O ortofosfato solúvel na presença de molibdato de amônio forma ácido fosfomolíbdico e este é reduzido pelo cloreto estanoso para um complexo azul de molibdênio. A intensidade da coloração é determinada pela leitura de % transmitância F 0 6 C = 690nm. 27(NH4)2MoO4 + 2 Na3PO4 + 27 H2SO4 F 0 E 0 (H2PMo7O7)6 + Na2MoO4 + 27(NH4)2SO4 + 20 H2O H2PO4(Mo2O7)6 + SnCI2 -F 0 E 0 Complexo Azul de Molibdênio (F 0 6 C = 690 nm) 1 . Hidrólise Ácida a) a 100ml de amostra adicionar 3 gotas de fenolftaleína; se resultar coloração rósea, adicionar solução de ácidos gota a gota até desaparecer a coloração, e acrescentar 1ml em excesso. f) ferver a mistura por 90 minutos, adicionando água destilada para manter o volume entre 25 e 50ml. c) esfriar, neutralizar com solução de NaOH 6N até coloração rósea e completar o volume com água destilada em balão volumétrico. Solução concentrada de ácidos: adicionar, lentamente, 300ml de ácido sulfúrico concentrado p.a, a 600ml de água destilada, esfriar, adicionar 4 ml de ácido nítrico concentrado p.a, e completar o volume a 1000ml com água destilada. 2. Digestão com Perssulfato: a) Coloque 50ml de amostra em erlenmeyer, adicione 1 gota de fenilftaleína. Se a solução se colorir, descolori-la com solução de ácido sulfúrico gota a gota, Adicione 1ml de excesso da solução de ácido sulfúrico. b) Acrescente 15 ml de perssulfato de potássio a 5 % (K2S2O8) e ferva a mistura por 30 a 40 minutos, mantendo em volume final de 25-50ml com água destilada. c) Resfrie, adicione 20ml de água destilada, 1 gota de fenolftaleína e solução NaOH 6N até coloração rósea ligeira. d) Transfira para balão volumétrico de 100ml e complete o volume com água destilada. Solução de ácido sulfúrico: adicionar lentamente 300ml de H2SO4 concentrado p.a., a aproximadamente 600ml de água destilada e complete a 1000ml. Interferentes Interferência positiva é causada por sílica e arsenito, apenas se a amostra for aquecida. Interferências negativas são causadas por arsenito, fluoretos, tório, bismuto, sulfetos, tiossulfatos, tiocianatos ou excesso de molibdato. Ferro causa coloração azul, mas esta interferência não é significativa se a concentração de ferro (ferroso) for menor que 100ppm. A interferência do sulfeto pode ser eliminada por adição de excesso de água de bromo ou solução saturada de permanganato de potássio à amostra. Técnica 1 Ajuste do Espectrofotômetro - ligar o aparelho e deixar em aquecimento por 30 minutos. - ajustar o comprimento de onda em ( F 0 6 C = 690nm). - ajustar o (0) zero, colocando o ponteiro em transmitância (0) zero sem tubo no aparelho e com a tampa fechada. - encher o tubo com água destilada e ajustar a transmitância em 100%. - ajustar a transmitância em 100% com o branco. 2 Processamento da Amostra Selecionar o volume de amostra em função da concentração de fósforo esperada segundo a tabela 01 abaixo: mg P/l Volume da Amostra (ml) 0,2 – 1,5 1,5 – 3,0 3,0 – 6,0 6,0 – 15 15 – 30 100 50 25 10 5 Tabela 01 – Diluições das amostras. 1) Transferir a amostra para erlenmeyer de 125 ml. 2) Fazer paralelamente uma prova em branco. 3) Adicionar à amostra 1ml de ácido sulfúrico concentrado, p.a., e 5ml de ácido nítrico concentrado, p.a. 4) Colocar os frascos na chapa de aquecimento dentro de uma capela. 5) Deixar digerir até redução do volume para 1 ml e clarificação total da amostra. NOTA: Caso persistir a coloração ou turbidez, adicionar mais 5 ml de ácido nítrico concentrado e/ou peróxido de hidrogênio e retornar à digestão. 6) Resfriar a temperatura ambiente. 7) Adicionar aproximadamente 20 ml de água destilada e uma gota da solução indicadora de fenolftaleína. 8) Adicionar hidróxido de sódio 6 N até o aparecimento da coloração rósea. 9) Descorar a solução com gotas da solução de ácido forte. 10) Transferir quantitativamente para tubo Nessler ou balão volumétrico de 100 ml, adicionando água destilada até volume final de aproximadamente 80 ml (não completar o volume). 11) Adicionar a cada tubo Nessler ou balão volumétrico (branco e amostra) 4 ml de solução de molibdato de amônio e agitar vigorosamente. 12) Adicionar 10 gotas da solução de cloreto estanoso e agitar novamente. 13) Aguardar 10 minutos, porém não mais que 12 minutos. 14)Determinar a transmitância ou absorbância em F 0 6 C = 690 nm, usando cubeta de 1 cm de caminho ótico. 15)Com o valor da absorbância utilizar a equação da reta obtida com os padrões e determinar a concentração de fósforo total em mg/l P. Construção da Curva Padrão NOTA: A curva de calibração vale para um determinado aparelho e deve ser feita nova curva cada vez que forem preparados ou utilizados novos reagentes ou for feita alguma alteração no aparelho. Preparar padrões com a solução-uso de fósforo. 1 ml = 0,025 mg P . 1) Preparar os padrões de fósforo total utilizando os volumes da solução-estoque relacionados conforme tabela 02 abaixo. Avolumando a seguir para 100 ml com água destilada. mg/lP ml de solução-uso / 100ml Branco 0,05 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 - 2 6 10 14 18 22 Tabela 02 – Preparo de soluções-padrão para leitura espectrofotométrica. 2)Transferir o branco e padrões para erlenmeyer de 125 ml e prosseguir a partir do item 3 da técnica. 3)Com o valor da absorbância referente a cada padrão, determinar a equação da reta pelo método da regressão linear – anexo 2. Expressão de Resultados 1) preencher roteiro para determinação da curva padrão por regressão linear. 2) Calcular a concentração da amostra em mg/l de P, utilizando a equação da reta obtida na curva de calibração com padrões. Roteiro para Determinação da Curva Padrão por Regressão Linear n C (mg/l xi %T A = (log 100 / % T) yi xi . yi xi2 === yi2 ===== F 0 5 3 Onde: n = número do tubo Função da Curva: A = a + bC . C = A – a b Onde: A = Absorbância da amostra a e b = coeficiente da reta C = Concentração da amostra b = F 0 5 3xi . yi – (F 0 5 3xi . F 0 5 3yi/n) F 0 5 3xi2 – [(F 0 5 3xi)2 / n] a = (F 0 5 3yi/n) – (b . F 0 5 3xi/n) r2 = [(F 0 5 3xi . yi) – (F 0 5 3xi . F 0 5 3yi/n)]_2 . 100 = ............. % [F 0 5 3xi2 – (F 0 5 3xi)2/n] . [F 0 5 3yi2 – (F 0 5 3yi)2/n] 6. Solução de uso de Na2S2O3 0,025N. Transfira 250ml da solução estoque Na2S2O3 0,1N para balão volumétrico de 1000ml e avolume a seguir. Preserve a solução com 5ml de clorofórmio. 7. Solução Indicadora de Amido a – em um grau de porcelana adicione 5 a 6g de amido em uma pequena quantidade de água destilada até formar uma pasta. b – introduza esta pasta em um Becker contendo 1 litro de água fervendo, agitando sempre. c – deixe ferver por alguns minutos e a seguir sedimentar durante uma noite. d – sifone o líquido sobrenadante para um frasco rotulado e preserve a solução adicionando 1ml de talueno ou clorofórmio. 8. Padronização do Na2S3O3 0,025N a – dissolva aproximadamente 2g de Kl em 100ml de água destilada contida em erlenmeyer de 250ml. b – adicione 10ml de solução de H2SO4 10% c – acrescente exatamente 20ml de solução padrão de K2Cr2O7 0,025N. d – deixe o frasco no escuro por alguns minutos e – dilua aproximadamente 200ml com água destilada f – titule o iodo liberado com a solução de Na2S3O3 até a coloração amarelo-palha g – junte 5 gotas de solução indicadora 4 DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO 1. Solução Tampão de Fosfatos Dissolver 8,5g de Fosfato Monobásico de Potássio p.a, KH2PO4 ; 21,75g de Fosfato Dibásico de potássio p.a, K2HPO4 ; 33,4g de Fosfato Dibásico de sódio heptahidratado p.a, Na2HPO4 . 7H2O; e 17g de Cloreto de Amônio p.a, NH4CI, em 500ml de água destilada e diluir a 1000ml. O pH da solução deve ser 7,2, sem ajustes. 2. Solução de Sulfato de Magnésio Dissolver 22,5g de MgSO4 . 7H2O p.a em água destilada e diluir a 1000ml 3. Solução de Cloreto de Cálcio Dissolver 27,5g de CaCI2 anidro p.a, em água destilada e diluir a 1000ml. 4. Solução Cloreto Férrico Dissolver 0,25g de FeCI3 . 6H2O p.a em água destilada e diluir a 1000ml. 5. Solução NaOH aproximadamente 1N. Dissolver 40g de NaOH p.a em água destilada e diluir a 1000ml. 6. Solução H2SO4 aproximadamente 1N. Diluir 28ml de H2SO4 p.a concentrado, densidade 1,8, 96 – 98%, a 1000ml com água destilada. 5 SOLUÇÃO DE NITRITOS N/NO2 5.1 Solução Estoque de Nitritos Dissolva exatamente 0, 2643g de NaNO2 (Nitrito de sódio p.a) em água destilada e dilua para 1000ml. Preserva-la com 1 ml de clorofórmio. 1ml = 0,05mg N 5.2 Solução de uso de Nitritos Diluir 10ml da solução estoque de nitrito para 1000ml em balão volumétrico. 1ml = 0,0005mg N = 0,00162mg NO-2 5.3 Solução de Sulfanilamida (C6H8N2O2S) Dissolva 5g de sulfanilamida em uma mistura de 50ml de HCI concentrado e cerca de 300ml de água destilada. Avolume a seguir para 500ml. Esta solução é estável por vários meses. 5.4 Solução de NED dihidrocloreto Dissolva 0,5g de N(1 – naftil) – etilenodiamino dihidrocloreto em 500ml de água destilada. Armazene em frasco âmbar. Refaça a solução mensalmente ou imediatamente quando se desenvolver uma forte coloração marrom. 6 SOLUÇÀO PARA DETERMINAÇÀO DE NITROGÊNIO AMONIACAL (N/NH3) 1. Tampão de Borato Adicionar 88ml de solução de NaOH 0,1N a 500ml de solução de borato de sódio 0,025M (5,0g de Na2B4O7 p.a ou 9,5g Na2B4O7 . 10H2O p.a, diluídos a 1000ml com água destilada), e diluir a 1000ml com água destilada. 2. NaOH 6N Dissolver 240g de NaOH p.a em 1000ml de água destilada 3. Solução Indicadora de Vermelho de Metila a 0,2% Dissolver 0,2g de vermelho de metila em 100ml de álcool etílico ou isopropílico 95%. 4. Solução Indicadora de Azul de Metileno 0,2% Dissolver 0,2g de azul de metileno em 100ml de álcool isopropílico 95%. 5. Indicador Misto Para cada 2 volumes de solução de 0,2% de vermelho de metila tome 1 volume de solução 0,2% de azul de metileno. Renove mensalmente esta solução. 6. Solução de Ácido Bórico Dissolver 20g de ácido bórico, H3BO3 p.a, em água destilada. Adicione 10ml do indicador misto e complete a 1 litro. Renove mensalmente esta solução. 7. Solução Padronizada H2SO4 0,02N. 7 SOLUÇÕES PARA DETERMINAÇÃO DE NITROGÊNIO ORGÂNICO 1. Solução digestora a – H2SO4 1:5 (10ml H2SO4 concentrado em 50ml H2O destilado) b – óxido vermelho de mercúrio (dissolva 8g de óxido vermelho de mercúrio em 50ml de H2SO4 1:4 (preparado como no item a). c – dissolva 267g K2SO4 em 1200ml H2O destilada e adicione 400ml de H2SO4 concentrado. Junte 50ml da solução de óxido vermelho de mercúrio (preparada como no item b) e avolume para 200ml. 2. Solução de hidróxido / tiossulfato de sódio Dissolva 500g de NaOH e 25g Na2S2O3 . 5 H2O em H2O destilada e avolume para 1000ml 3. Solução indicadora de H3BO3 (ver soluções para N/NH3) 4. Solução de H2SO4 0,02N (ver soluções para alcalinidade) 8 SOLUÇÕES PARA NITRATOS 1. Solução Padrão Dissolva 4,4g de sulfato de prata p.a em água destilada e avolume para 1000ml. 2. Ácido fenoldussulfâmico Dissolva 25g de fenol p.a (C6H5OH) em 150ml de ácido sulfúrico concentrado p.a. Adicione cuidadosamente 75ml de ácido sulfúrico fumegante ( 15% de SO3 livre), homogeneizar e aquecer em banho Maria por 2 (duas) horas. 3. Solução Padrão de N/NO3 (estoque) Dissolva 0,7218g de nitrato de potássio p.a (KNO3 seco em estufa a 1050C por 2 horas em água destilada e avolume para 1000ml, preserve com 2ml de clorofórmio. Esta solução é estável por 6 (seis) meses. 1 ml = 0,10mg N/NO3-