apostila st305 1s2014

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASFACULDADE DE TECNOLOGIA

Missão: Formar e aperfeiçoar cidadãos e prestar serviços atendendo às necessidadestecnológicas da sociedade com agilidade, dinâmica e qualidade.

APOSTILA DE ATIVIDADES EXPERIMENTAIS

ST 305 – QUÍMICA SANITÁRIA E LABORATÓRIO DE SANEAMENTO I

Responsável: Prof. Dr. Peterson Bueno de Moraes

Colaboradores:

Profª Dra. Maria Aparecida Carvalho de Medeiros

Msc. Geraldo Dragoni Sobrinho

Tecnóloga Anjaína Fernandes de Albuquerque

Tecnóloga Josiane Aparecida de Souza Vendemiatti

Limeira

1° semestre 2014

i

ÍNDICE

RECOMENDAÇÕES PARA A ELABORAÇÃO DE RELATÓRIO EXPERIMENTAL.............................. 02Grupos de trabalhoPreparação do relatórioForma de avaliação do relatório

ESPECTROFOTÔMETRO: EXPLICAÇÃO GERAL DO DR/2000 ............................................................05

ESPECTROFOTOMETRIA (ABSORCIOMETRIA, COLORIMETRIA)..................................................... 06

EXPERIMENTO 1: DETERMINAÇÃO DO pH, TEMPERATURA, ACIDEZ, ALCALINIDADE E DUREZADE UMA AMOSTRA DE ÁGUA................................................................................................................ 09

Determinação do pH..............................................................................................................................09Determinação da temperatura...............................................................................................................13Determinação da acidez........................................................................................................................13Determinação de alcalinidade...............................................................................................................16Determinação da dureza.......................................................................................................................18

EXPERIMENTO 2: DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE, SÓLIDOS TOTAIS DISSOLVIDOS (STD),CLORO, FLÚOR E OXIGÊNIO CONSUMIDO DE UMA AMOSTRA DE ÁGUA....................................... 26

Determinação da condutividade............................................................................................................26Determinação de STD...........................................................................................................................27Determinação de Cloro residual............................................................................................................27Determinação de Flúor..........................................................................................................................30Determinação de Oxigênio Consumido.................................................................................................33

EXPERIMENTO 3: DETERMINAÇÃO DE FERRO E MANGANÊS EM ÁGUAS.................................... 37Determinação de Ferro .........................................................................................................................37Determinação de Manganês..................................................................................................................40

EXPERIMENTO 4: DETERMINAÇÃO DE COR (APARENTE E VERDADEIRA), TURBIDEZ E ENSAIODE FLOCULAÇÃO UTILIZANDO JAR-TEST............................................................................................43

Determinação da cor...........................................................................................................................43Determinação da turbidez....................................................................................................................44Ensaio de coagulação e floculação utilizando Jar-Test.......................................................................47

ANEXO I: REGRAS E RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHO EM LABORATÓRIO............................ 54Equipamentos de segurançaSegurança de ordem pessoalSegurança relativa aos procedimentos experimentaisSegurança referente ao laboratórioUso de materiais de vidroUso de equipamentos de aquecimentoUso de CapelasUso de equipamentos elétricosAcidentes comuns em laboratório e primeiro socorrosAntídotos para Aplicação, antes do Socorro MédicoClasses de incêndios e seu combate

Apostila de Química Sanitária e Laboratório de Saneamento I. Prof. Dr. Peterson B. Moraes e colaboradores.

Curso Superior de Tecnologia Ambiental - FT/UNICAMP 1S 2014. 2

CONSIDERAÇÕES GERAIS E RECOMENDAÇÕES PARA A ELABORAÇÃO DORELATÓRIO EXPERIMENTAL

Grupos de trabalho

Os alunos deverão se dividir em grupos conforme suas afinidades pessoais. A formação dosgrupos permanecerá a mesma durante todo o semestre. Grupos devem ter no mínimo 4 e no máximo 6integrantes. Compreenda o seu papel e colabore para que os trabalhos realizados sejam o resultado deum esforço conjunto. Na solução de problemas surgidos esforce-se ao máximo para resolvê-los,consultando o professor sempre que for preciso. Procure estar presente na hora marcada para o iníciodas aulas e evite saídas desnecessárias durante os trabalhos de laboratório.

É muito importante que cada componente da equipe tenha o seu caderno de laboratório paraanotar todos os dados, observações e resultados obtidos experimentalmente. Cada aluno deverá fazer,preferencialmente antes de cada experiência, o pré-laboratório (manuscrito no caderno e individual). Opré-laboratório é condição recomendada para se realizar a aula de laboratório, assim como estar vestidocom avental e EPI’s necessários. O pré-laboratório deve conter: Título do experimento, data, aspectosteóricos, cálculos necessários, parte experimental, incluindo fluxograma da análise.

Recomendação: anote todos os dados obtidos no caderno de laboratório. Não apague nada, apenasrisque com um traço qualquer erro. Sempre coloque data em tudo.

Relatórios: Cada grupo deverá elaborar um relatório de cada experimento que será entregue em até 14dias após o experimento. O relatório será avaliado, com notas de 0 a 10. Todos os integrantes do gruporeceberão a mesma nota do relatório. Se o aluno faltar em um experimento, sua nota neste relatório serázero. Se houver comprovação de não participação na confecção do relatório, o aluno receberá descontode nota, a critério do professor. Os relatórios deverão ser entregues diretamente ao professor. Relatóriosfora do prazo estipulado receberão desconto de 1,5 ponto por dia na nota.

Conduta, presença e assiduidade nas aulas: é obrigatória a presença de todos os alunos durante todaa extensão da aula. O aluno que faltar ou se ausentar do experimento sem autorização expressa doprofessor receberá desconto na nota neste experimento. A conduta, participação, pontualidade,assiduidade, técnica de trabalho, cuidado no uso do material e limpeza poderão ser avaliados durante asaulas práticas.

Preparação do relatório

O enfoque a ser dado a um relatório não é apenas o de responder a um questionário ou escreveraleatoriamente sobre o trabalho realizado; deve, porém, ser encarado como uma comunicação sobreuma atividade prática realizada, dirigida não apenas ao professor, mas a qualquer leitor que se interessepelo assunto. O relatório é um documento único, não deve ser copiado parcialmente ou em suatotalidade, de outra equipe ou de oferecimento anterior da disciplina. Antes de iniciar a elaboraçãode um relatório, é necessário pensar no assunto a ser relatado, analisar os aspectos importantes quedevam ser abordados e planejar uma seqüência lógica de exposição. Figuras e tabelas também nãoprecisam ser obrigatoriamente impressas em impressoras. Se forem feitos à mão, devem ser redigidosem papel adequado e de forma legível. O relatório deverá conter no máximo, 20 páginas,excetuando-se: a página de rosto, o sumário ou índice e as Respostas às questões propostas. Orelatório deve ser preparado com base na norma NBR 14724/2011 da ABNT, disponível emhttp://www.rc.unesp.br/biblioteca/normasabnt_videos.php. O texto deve ser digitado na cor preta (épermitido utilizar outras cores nas ilustrações) utilizar fonte tamanho 12 com entrelinhas de 1,5 (excetoas citações com mais de 3 linhas, notas de rodapé e legendas de ilustrações e tabelas conforme asorientações da norma NBR 14724).



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Cada relatório deve conter os seguintes itens:

A) Página de rosto contendo: Logotipos e/ou nomes da UNICAMP e da FT; código e nome dadisciplina; nome do professor; número, título e data do experimento; nomes e números dos alunos dogrupo; local de realização (cidade).

A1) Sumário ou Índice

B) Objetivos do experimento: Mostra, de forma clara, a finalidade do referido relatório. Descreve o quese espera com a realização do experimento.

C) Introdução/considerações teóricas: Uma introdução situando o tema do experimento epreferencialmente expondo o princípio do método. A introdução não deve ser uma cópia do texto daexposição teórica ou da apostila. Deve ser feita obrigatoriamente a citação bibliográfica conforme normavigente da ABNT (NBR 10520/2002, disponível emhttp://www.rc.unesp.br/biblioteca/interna_geral.php?cod=017), remetendo à seção “ReferênciasBibliográficas” no final do relatório. Deve-se evitar fontes exclusivas da internet, pois existem muitosconteúdos errôneos, não científicos e portanto não confiáveis na rede. Relatórios contendo o mesmoconteúdo na introdução ou cópia simples da internet ou material de aula sofrerão penalização na nota.Este tópico deve conter no máximo 5 páginas.

D) Parte experimental

D1) Procedimento: deve ser elaborado visando reprodutibilidade e com justificativa, caso necessário.Fornece informações sobre a técnica empregada.

D2) Materiais: uma lista dos materiais, instrumentos, equipamentos e reagentes utilizados, identificando-os separadamente quando for o caso. A identificação dos modelos de equipamentos deve ser feita.Fotos enriquecem o conteúdo deste item.

Tanto o Procedimento quanto os Materiais devem ser elaborados conforme ocorrido durante aaula no laboratório, uma vez que pode haver pequenas adaptações em relação ao descrito na apostila.

E) Resultados e discussão

Esta é a parte mais importante do relatório. Nela deve-se apresentar da forma mais clara ecompleta possível os resultados obtidos no experimento, acompanhados de uma análise crítica dosmesmos com base nos conceitos físico-químicos envolvidos, enquadramento à legislação, etc.

Deve-se incluir todo o tipo de resultado obtido: observações visuais, dados numéricos (comovolumes medidos, massas observadas, tempos decorridos, temperaturas, rendimentos, etc.) e dadosinstrumentais. Deve-se incluir também todos os cálculos efetuados e equações químicas envolvidas.Sempre que possível seus dados devem ser organizados na forma de tabelas e gráficos, expressos emunidades do Sistema Internacional. Tanto tabelas como gráficos devem possuir sempre um cabeçalho oulegenda respectivamente e um número e estes devem ser referenciados no texto. Estes devem serclaros e auto-explicativos, isto é, se alguém olhar apenas o gráfico ou tabela de seu relatório, deve teruma boa idéia do que eles estão mostrando. Os gráficos podem ser confeccionados em papel adequado(milimetrado, bi-log, etc) ou impressos em papel, feitos a partir de software (Excel, Origin, Statistica,MathLab, etc.). Quando possível, estabeleça comparações entre os valores encontrados



experimentalmente com padrões ou legislações ambientais, teoria exposta em aula, etc., fornecendoanálise crítica.

F) Conclusões: Poucas frases bem elaboradas para encerrar o trabalho. Consiste da análise dosresultados e do método em função dos objetivos propostos e das comparações realizadas no item E.

G) Referências Bibliográficas: Ao final de todo trabalho escrito ou oral, devem ser citados os autoresque forneceram subsídios para sua confecção. Coloque em ordem alfabética por sobrenome ounumérica crescente todas as referências bibliográficas que você usou para elaborar o relatório. Estasreferências podem ser livros-texto, periódicos (revistas e jornais científicos) e/ou textos da internet edevem ser citadas no texto do relatório. Evite usar exclusivamente material da internet. As referênciasdeverão obrigatoriamente seguir norma vigente da ABNT (NBR 6023/2002). Consulte uma bibliotecária,os sites http://www.rc.unesp.br/biblioteca/normasabnt_videos.php ouhttp://www.universia.com.br/materia/img/tutoriais/monografias/12.jsp. Este tópico deve conter nomáximo 1 página, sendo que as referências retiradas da internet, excetuando-se artigos, nãodevem ultrapassar 25% do total de referências.

Obs: Sites muito acessados, como www.wikipedia.org, por exemplo, são de acesso livre e editável,sendo que pode haver conteúdos não-científicos ou com erros. Procure sempre material em sitesconfiáveis, como das universidades, por exemplo.

H) Respostas às questões propostas (quando houver): Respostas às questões propostas nas duasapostilas. Conteúdo igual entre equipes implicará nota zero no item para ambas as equipes.

Forma de avaliação do relatório (considerando também os tópicos expostosanteriormente)

Apresentação (folha de rosto) e sumário (0,5 ponto)

Introdução: adequação de linguagem, clareza e profundidade de conteúdo. Presença de citaçãobibliográfica (conforme norma ABNT). Fontes consultadas. (1,5 pontos)

Objetivos: clareza, concisão e adequação. (0,5 ponto)

Parte Experimental: reprodutibilidade, nível de detalhamento na descrição de reagentes, equipamentos eprocedimentos; clareza e adequação de linguagem (1,5 ponto)

Resultados e discussão: presença de comparações e analogias; coerência; compreensão doexperimento; presença de equações, cálculos, diagramas, fotos, gráficos ou tabelas; tratamento de erros(quando for o caso); clareza e adequação de linguagem. Poderão ser feitas críticas e observações sobreos resultados obtidos, possíveis causas de erros, sugestões para o emprego de outros métodos, etc.Poderão ser relatados, também, problemas ocorridos durante o processo de execução do experimento(3,0 pontos).

Conclusões: clareza e adequação de linguagem. (1,5 ponto)

Referências bibliográficas: fontes consultadas e adequação às normas da ABNT (1,0 ponto).

Organização Geral ou Respostas as questões (quando houver) (0,5 ponto): O.G.: presença deilustrações, formatação, gramática, número máximo de páginas, etc. R.Q.: adequação da resposta.



ESPECTROFOTÔMETRO: EXPLICAÇÃO GERAL DO HACH DR/2000

O instrumento, cujo nome é espectrofotômetro (Figura 1), como seu nome sugere, compreendena realidade um espectrômetro e um fotômetro.

Figura 1: Espectrofotômetro Hach DR/2000.

TECLAS: <SHIFT>: coloca e tira o som das teclas; necessária na função escrita.TECLAS: <SHIFT> + <CLEAR>: apaga qualquer informação errada no display.SAÍDAS: impressora e registrador.FAIXA DE TRABALHO: 400 a 900 nm.POSIÇÃO DA CUBETA: marca de 25 ml voltada para a lâmpada.OPCIONAIS: impressora. Cubeta de poliestireno. Bateria recarregável. Cubeta fixa. Adaptadores decubetas.

COMO CONFIGURAR O DR/2000

Teclar <SHIFT> e <CONFIG>. Sempre começar qualquer operação com o espectrofotômetroDR/2000 com o display apresentando a palavra MÉTODO #. Para acontecer isso, pressionar a tecla<METH> até aparecer “MÉTODO #: ?.”

ZERAR O EQUIPAMENTO - BRANCO (USAR ÁGUA DESTILADA)

Colocar uma cubeta com água destilada no aparelho e tecle a palavra <zero>. O visor mostrará:[# 0 padrão] Remover a cubeta com a água destilada e colocar a cubeta com a amostra e teclarREAD/ENTER. O visor mostrará a leitura da amostra.



ESPECTROFOTOMETRIA (ABSORCIOMETRIA, COLORIMETRIA)

A variação da intensidade da cor de um sistema com a mudança de concentração de um deseus componentes formam a base do que o químico chama, comumente, análise colorimétrica. A cor é,usualmente, devida à formação de um composto colorido pela adição de um reagente apropriado oupode ser inerente do composto.

À colorimetria concerne a determinação da concentração de uma substância pela medida daabsorção relativa da luz, correspondente à absorção da concentração conhecida da substância. Nacolorimetria visual usa-se, geralmente, como fonte de luz, luz branca natural ou artificial, e asdeterminações são comumente feitas com instrumentos simples, chamados colorímetros oucomparadores de cor. Quando se substitui o olho humano por uma célula fotoelétrica como detector(eliminando assim grandemente os erros devidos às características pessoais de cada observador), oinstrumento passa ser designado como colorímetro fotoelétrico. Este é usualmente empregado com luzcontida num intervalo relativamente estreito de comprimentos de onda obtidos pela passagem de luzbranca através de filtros, materiais na forma de placas coloridas de vidro, gelatina, etc. que transmitemsomente a região espectral limitada de interesse; o nome fotômetro de filtro é, por vezes, aplicado aestes aparelhos.

Na análise espectrofotométrica é usada uma fonte de radiação que permite estender o trabalho àregião do ultravioleta do espectro.

A absorciometria é um método fotométrico baseado na propriedade que têm muitas espéciesiônicas ou moleculares de absorver vibrações de certos comprimentos de onda relacionado com aestrutura da espécie envolvida na medida. A absorciometria, portanto, é um método da análisequantitativa. A absorção não é diretamente mensurável, mas ela determina uma atenuação da radiaçãotransmitida, que pode ser medida e relacionada com a concentração da espécie absorvente.

Espectrofotometria de absorção

Espectrofotômetros são instrumentos compostos por: uma fonte de radiação eletromagnética,um conjunto de componentes ópticos que levam esta radiação até a amostra, um compartimento deamostra e um ou mais detectores que medem a intensidade de radiação. A região espectral em que sepode medir os espectros é a região chamada UV-Vis (200 nm < < 800 nm), mas alguns instrumentosoperam na região que atinge o infravermelho próximo, e neste caso é utilizada a denominação UV-Vis-Nir (175 nm < < 3300 nm).

No conjunto óptico, um colimador localiza o feixe específico de luz sobre um prisma de quartzo,que decompõe a luz nas cores do espectro. O feixe de luz monocromática específico a ser usado élocalizado por uma fenda seletora e enviado para uma cubeta contendo a solução a ser analisada. A luztransmitida é medida por uma fotocélula acoplada a um galvanômetro. A diferença é a luz absorvida(Figura 2). As lâmpadas usadas no espectro visível são de tungstênio, enquanto as usadas para UV sãode hidrogênio ou deutério. As cubetas utilizadas são padronizadas, podem ser de quartzo, vidro oumaterial plástico e apresentam um trajeto óptico medido em cm.

Figura 2: Representação esquemática do funcionamento de um espectrofotômetro



A espectroscopia na região UV/Vis fornece informações sobre transições eletrônicas emmoléculas e é especialmente importante no estudo de compostos com duplas ligações conjugadas.Quando a substância absorve luz visível, ela é colorida e espectro Vis é obtido. Quando a substânciaabsorve apenas UV, ela é incolor e obtém-se o espectro UV. Uma substância pode apresentarabsorbância em ambas as regiões, UV e Vis. Um cromóforo é a parte da molécula que absorve luz UVou visível.

A espectrofotometria de absorção pode ser usada para determinação da curva de absorçãoespectral de substâncias. Esta curva permite identificar substâncias, identificar grupamentos químicos,indicar o grau de pureza de substâncias e indicar os comprimentos de onda ideal para dosagem dasubstância. O outro uso da espectrofotometria é para determinar concentrações de substâncias, atravésda medida da luz absorvida pela substância. Este princípio se baseia em dois parâmetros: quando aconcentração da substância é constante, a absorção depende do comprimento do trajeto óptico (Lei deLambert). Porém, quando o trajeto óptico é constante, a absorção depende da concentração dasubstância (Lei de Beer). Ou seja, segundo estas duas leis, a absorção é proporcional ao trajeto óptico eà concentração.

Lei de Beer–Lambert

Quando se passa um feixe de radiação monocromática através de uma solução contendo umaespécie absorvente, uma parte da energia radiante é absorvida, a parte restante atravessa o meio.Chama-se de potência radiante, a quantidade de energia transportada por segundo através de umaunidade de seção transversal. A razão entre potência da radiação transmitida P e a potência daradiação incidente Po é denominada de transmitância T, assim:

T = P/Po

A transmitância, portanto, representa a fração da potência da radiação incidente que étransmitida pela solução. Em geral os métodos absorciométricos são mais simples e rápidos do que osmétodos gravimétricos e volumétricos. Muitas substâncias absorvem fortemente radiações visíveis ouultravioletas, de modo que a absorciometria é muito conveniente para determinações de pequenasquantidades.

A lei que rege a espectrofotometria (absorciometria) é a Lei de Beer, pois a mesma estabelece arelação entre transmitância (ou absorbância) e a concentração da espécie absorvente. Considerando-seque a absortividade molar de um composto é constante e particular em um determinado comprimento deonda, a absorbância é proporcional à concentração:

log P0/P = - log T = A = a.b.c

onde:

P0 = potência da luz incidente a um dado comprimento de onda incidente; P = potência transmitida; T =transmitância; A = absorbância (sem unidades, pois A = - log10 P0/P); a = absortividade molar específica



(L mol-1 cm-1); b = espessura da célula (comprimento do caminho óptico); c = concentração em moles/Lda substância absorvente (amostra).

Nota-se que a absorbância A é o produto da absortividade, do comprimento do percurso ópticoe da concentração da substância absorvente. A medida de transmitância, portanto, permite adeterminação da concentração da substância absorvente, conhecida a absortividade e o comprimentodo percurso óptico. Portanto pode-se notar que a absorbância é diretamente proporcional àconcentração da espécie absorvente. A verificação da lei de Beer para um conjunto de dadosexperimentais é feita através de um gráfico de Absorbância versus Concentração (vide exemplo Figura3). Caso seja obtida uma reta passando pela origem, verifica-se a lei de Beer.

Curva de calibração

A determinação da concentração de uma substância é feita a partir da comparação comconcentrações padronizadas da mesma substância. Para isto, faz-se uma curva de calibração, obtidacom a leitura da absorbância de padrões de diferentes concentrações conhecidas. Na maioria dosequipamentos atuais, basta inserir os padrões com as concentrações conhecidas, que o equipamentofaz a curva, calcula a equação e já exibe o valor em termos de concentração (mg/L) das amostras lidas.

Exemplo:

Figura 3: Gráfico da absorbância em função da concentração para o corante Remazol AzulHR (curva padrão).

10 20 30 40 50

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Abs = 0,01099 + 0,02825.Conc

R = 0,99996

Abso

rbân

cia

/u

.a.

Concentração / mg L-1



EXPERIMENTO 01: DETERMINAÇÃO DO pH, TEMPERATURA, ACIDEZ, ALCALINIDADE EDUREZA DE UMA AMOSTRA DE ÁGUA

1.1 - DETERMINAÇÃO DO pH

I - Introdução

O termo pH é utilizado universalmente para expressar a intensidade da condição ácida oubásica de uma solução. Os ácidos que estão 100% ionizados em solução aquosa são chamados deácidos fortes.

Para a determinação de pH são disponíveis os métodos eletrométrico (eletrodo de pH oupHmetro), o método comparativo utilizando-se o papel indicador universal de pH e “kits” utilizados empiscinas (indicadores colorimétricos em solução líquida). O método eletrométrico é mais preciso e,portanto mais recomendável para as aplicações em laboratório e para o controle dos sistemas de umamaneira geral. Para algumas condições de campo em que não é exigida grande precisão, o papelindicador de pH pode ser utilizado para estimativas preliminares.

Alternativamente, pode-se também estimar a mudança do valor do pH de uma solução atravésdo uso de indicadores. Tipicamente, indicadores ácido-base são moléculas orgânicas, geralmente deelevada massa molar, que em solução se comportam como ácidos fracos (indicadores ácidos) ou basesfracas (indicadores básicos). A forma ácida e básica do indicador tem diferentes cores, por isso oindicador muda de cor quando vai da forma ácida para a forma básica. O intervalo onde ocorre estamudança depende da constante de dissociação ácida do indicador, e é chamado de zona de transição.

Soluções-tampão são aquelas que têm o pH resistente a modificação pela adição de ácido oude base forte. Em geral, para se ter uma solução tampão são necessárias duas espécies químicas,uma delas (um ácido) capaz de reagir com os íons OH- adicionados e outra (uma base) capaz deconsumir íons H+ adicionados. Exigência extra é a de o ácido e a base não reagirem entre si. Por isso,prepara-se comumente um tampão pela mistura de quantidades aproximadamente iguais de um parácido-base conjugados: (a) um ácido fraco e sua base conjugada (ácido acético e íon acetato, porexemplo) ou (b) uma base fraca e o seu ácido conjugado (amônia e íon amônio, por exemplo).

O potencial hidrogêniônico representa a intensidade das condições ácidas ou alcalinas do meioliquido por meio da medição da presença de íons hidrogênio (H+). É calculado em escala antilogarítmica,abrangendo a faixa de 0 a 14 (inferior a 7: condições ácidas; superior a 7: condições alcalinas).

II - Importância do pH

O pH é uma medida que estabelece a condição ácida ou alcalina de uma água. É um parâmetrode caráter operacional que deve ser acompanhado para otimizar os processos de tratamento e preservarcontra corrosões ou entupimentos as tubulações do sistema de distribuição. É um parâmetro que nãotem risco sanitário associado diretamente à sua medida. De acordo com a Portaria 2914/11 do Ministérioda Saúde a faixa recomendada de pH na água distribuída é de 6,0 a 9,5.

Por influir em diversos equilíbrios químicos que ocorrem naturalmente ou em processos unitáriosde tratamento de águas, o pH é um parâmetro importante em muitos estudos no campo do saneamentoambiental. A influência do pH sobre os ecossistemas aquáticos naturais dá-se diretamente devido a seusefeitos sobre a fisiologia das diversas espécies. Também o efeito indireto é muito importante, podendodeterminadas condições de pH contribuir para a precipitação de elementos químicos tóxicos comometais pesados; outras condições podem exercer efeitos sobre as solubilidades de nutrientes. Destaforma, as restrições de faixas de pH são estabelecidas para as diversas classes de águas naturais, tantode acordo com a legislação federal (Resolução n° 357/05 e 430/11 do CONAMA) como pela legislaçãodo Estado de São Paulo (Decreto n° 8468). O valor de pH é também um resultado importante para acomposição dos chamados “índices de qualidade de águas” (IQA). No cálculo do IQA utilizado pelaCETESB, o pH é um dos nove parâmetros contemplados.

O valor do pH influi na distribuição das formas livre e ionizada de diversos compostos químicos,além de contribuir para um maior ou menor grau de solubilidade das substâncias e de definir o potencialde toxicidade de vários elementos. As alterações de pH podem ter origem natural (dissolução de rochas,fotossíntese) ou antropogênica (despejos domésticos e industriais). Em águas de abastecimento baixosvalores de pH podem contribuir para sua corrosividade e agressividade, enquanto que valores elevadosaumentam a possibilidade de incrustações. Para a adequada manutenção da vida aquática o pH devesituar-se geralmente na faixa de 6,0 a 9,0. Existem, no entanto, várias exceções a esta recomendação,



provocadas por influências naturais, como é o caso de rios com elevados teores de cor em decorrênciada presença de ácidos húmicos provenientes da decomposição de vegetação. Nesta situação o pH daságuas é sempre ácido (valores de 4,0 a 6,0), como pode ser observado em alguns cursos d'água naplanície amazônica. A acidificação das águas pode ser também um fenômeno derivado da poluiçãoatmosférica, mediante complexação de gases poluentes com o vapor d'água, provocando o predomíniode precipitações ácidas. Por outro lado podem também existir ambientes aquáticos naturalmentealcalinos em função da composição química de suas águas, como é o exemplo de alguns lagos africanosnos quais o pH chega a ultrapassar o valor de 10,0.

A medida de pH é uma das mais importantes e frequentemente usada em análises químicas deágua. Praticamente cada fase do tratamento de água de abastecimento ou esgoto é dependente do pH,por exemplo, coagulação, cloração e controle de corrosão.

A realização de ensaios e de estudos da influência de parâmetros específicos de qualidade daágua no desempenho das operações e processos envolvidos em estação de tratamento de água (ETA)é fundamental para a otimização do processo de tratamento. Neste sentido, a determinação doparâmetro pH é de importância essencial no processo de tratamento de água, pois através domonitoramento e controle dos valores de pH, pode-se melhorar a eficiência da coagulação, etapaimportante no tratamento de água. No final do tratamento de água, deve-se ainda efetuar a correçãofinal do pH.

No tratamento físico-químico de efluentes industriais muitos são os exemplos de reaçõesdependentes do pH: a precipitação química de metais pesados ocorre em pH elevado, à oxidaçãoquímica de cianeto ocorre em pH elevado, a redução do cromo hexavalente à forma trivalente ocorre empH baixo; a oxidação química de fenóis em pH baixo; a quebra de emulsões oleosas medianteacidificação; o arraste de amônia convertida à forma gasosa se dá mediante elevação de pH, etc. Destaforma, o pH é um parâmetro importante no controle dos processos físico-químicos de tratamento deefluentes industriais. Constitui-se também em padrão de emissão de esgotos e de efluentes líquidosindustriais, tanto pela legislação federal quanto pela estadual. Na legislação do Estado de São Paulo,estabelece-se faixa de pH entre 5 e 9 para o lançamento direto nos corpos receptores (artigo 18 doDecreto 8468/76) e entre 6 e 10 para o lançamento na rede pública seguida de estação de tratamento deesgotos (artigo 19-A).

III - Princípio de funcionamento do pHmetro

O pHmetro consiste em um potenciômetro, um eletrodo de vidro, um eletrodo de referência e umdispositivo de compensação de temperatura. Quando os eletrodos são imersos na solução, um circuito éformado através do potenciômetro. O eletrodo de referência consiste em uma semi-célula que gera umpotencial de eletrodo constante. Geralmente são utilizados eletrodos de prata/cloreto de prata e, emmenor escala, cloreto de mercúrio (chamado Calomelano). O eletrodo indicador é constituído por umbulbo de vidro especial (borossilicato de sódio) contendo uma concentração fixa de KCl ou uma soluçãotampão com pH conhecido em contato com o eletrodo de referência interno. Quando se imerge oeletrodo na solução, a superfície externa do bulbo se hidrata, promovendo-se assim a troca de íonssódio com íons H+ da solução, de modo a formar uma camada superficial de íons hidrogênio. Este fatose associa à repulsão de ânions, como sítios de silicatos negativamente carregados, por exemplo,produzindo um potencial na interface da solução (vidro), que é função da atividade dos íons H+ nasolução.

Os pHmetros devem ser calibrados com “soluções-tampão” antes da sua utilização. Para aalguns modelos de instrumentos existem dois controles importantes:

- O controle de desvio lateral (intercept), usado para corrigir desvios laterais da curva potencial doeletrodo de pH em função do pH, com relação ao ponto isopotencial. A calibração do instrumento comuma solução tampão de pH 7,0 é uma aplicação prática de correção de desvio lateral;- O controle de inclinação (slope), usado para corrigir desvios de inclinação, causados, por exemplo, pelainfluência da temperatura, promove uma rotação da curvatura do eletrodo em torno do pontoisopotencial. Na prática, para evitar a inclinação da curva, para uma dada temperatura, calibrar oeletrodo com a solução tampão de pH = 7,0 (correção do desvio lateral) e, em seguida, com o auxilio deum outro tampão promover o ajuste da inclinação. Os ajustes dos desvios lateral e de inclinaçãoutilizando soluções tampão padrões constituem os procedimentos básicos de calibração instrumentalpara a determinação de pH.

Existem pHmetros portáteis, que podem ser utilizados em campo, alimentados por baterias.Além dos pHmetros de laboratório, existem os industriais, cujas sondas podem ser imersas diretamentenos tanques de tratamento, emitindo informações contínuas em tempo real.



Figura 1: eletrodo de pH combinado e curva de potencial de eletrodo em função do pH

IV - Técnica de coleta e preservação

Tipo de frasco: vidro, polietileno, polipropilenoVolume necessário para análise: 100 mlPrazo para análise: análise imediata. Se não for possível, conservar sobre refrigeração, à 4 ºC, por umprazo não superior à 2 horas.

V - Materiais, equipamentos e reagentes

- Béquer de 100 ml- pHmetro- piceta com água, papel absorvente

VI - Procedimento Experimental

Calibração

As soluções-tampão deverão ser utilizadas para calibrar cada equipamento. No momento dacalibração, inserir o sensor de temperatura juntamente com o eletrodo nas soluções ou medir atemperatura com termômetro e ajustar manualmente, dependendo do modelo do equipamento.Seguir o manual de operação disponível em cada bancada.

Leitura da amostra

Em um béquer colocar 100 mL da amostra e imergir o eletrodo; Agitar lentamente a amostra com o eletrodo, cessar a agitação e proceder a leitura; O valor de pH aparecerá no visor, aguardar até a estabilização do valor Terminada a leitura, lavar o eletrodo com água destilada e secar com papel macio.

O eletrodo deverá ser guardado imerso em solução de pH 4,01.



NÃO guarde o eletrodo seco ou em água destilada ou deionizada.

VII - Interferentes

1 - A temperatura afeta as medidas de pH de duas maneiras:

- efeitos mecânicos causados por mudanças nas propriedades dos eletrodos. o aumento da temperaturacausa um aumento da inclinação da curva potencial do eletrodo versus pH, sendo que a 0°C a inclinaçãoé de 54mV/unidade de pH e aumenta cerca de 5mV/unidade de pH a cada 25°C;

- efeitos químicos causados por mudanças no equilíbrio químico que agem, por exemplo sobre tampõesde pH padrões.

2 - Em pH maior que 10 ocorre a interferência da atividade do sódio (causando resultados mais baixos) aqual pode ser contornada com o uso de um eletrodo de vidro projetado para minimizar esse erro.Também em meios com pH menor que 1 o eletrodo de vidro padrão produz resultados maiores que osreais havendo necessidade de especificação de um eletrodo próprio.

VIII – Manutenção dos eletrodos

1. No início da operação seguir as instruções do fabricante para preparação dos eletrodos;

2. Após o início de operações os eletrodos devem ser mantidos imersos em solução cuja composiçãodepende do tipo de eletrodo, mas que, de um modo geral, têm condutividade maior que 4000 µmhos/cm.Portanto, água destilada não deve ser usada para manter imersos os eletrodos sendo preferível, na faltade melhor alternativa usar água da torneira. Os fabricantes, comumente, fazem as devidasrecomendações sobre a solução da manutenção dos eletrodos, mas de um modo geral a soluçãotampão de pH 4 é a melhor escolha para o eletrodo de vidro e cloreto de potássio (KCl) saturada é amelhor alternativa para eletrodo combinado e eletrodos de referência;

3. Eletrodos de vidro são suscetíveis a diminuição da sensibilidade, resposta lenta e erros de leitura comduas soluções tampão devidos a riscos e arranhões, deterioração ou à acumulação de resíduos sobre asuperfície de vidro. O "rejuvenescimento" de tais eletrodos pode ser feito através do tratamento cíclicoácido-álcali que consiste na imersão do sensor em HCl 0,1N e, em seguida, em NaOH 0,1N repetindo-se o tratamento mais duas vezes. Alguns fabricantes sugerem condutas alternativas para o tratamentoácido-álcali como é o caso da Beckman (Instrução 225A) que recomenda imersão por 5 minutos e outraem HCl 0,1N por igual período. Se o tratamento cíclico ácido-álcali falhar imergir o sensor em soluçãoauxiliar de fluoreto de potássio durante 30 segundos. Depois do tratamento de rejuvenescimento mantero eletrodo imerso em solução tampão de pH 7 durante uma noite.

4. No caso do eletrodo combinado imergir apenas o elemento sensor de pH;

5. Os defeitos (lentidão da resposta e leitura variável), associados ao eletrodo de referência, sãonormalmente devidos à obstrução da junção. Esta pode ser desobstruída pela aplicação de sucção àponta do eletrodo ou por sua fervura em água destilada até quando for aplicada sucção o eletrólito flualivremente.

Observações:

Nota 1: Sempre que possível, evitar que os eletrodos sofram choques térmicos, empregando tampões eamostras em temperaturas próximas.

Nota 2: Se for o caso, aguardar alguns instantes para que os eletrodos entrem em equilíbrio térmicocom a solução.

Nota 3: Quando são feitas determinações de pH ocasionalmente, calibrar o aparelho antes de cadamedida.

Nota 4: Quando são feitas muitas medidas continuamente, calibrar o aparelho cada duas horas, ou maisfreqüentemente se os pH das amostras forem muito variados. Neste caso é recomendado o usode soluções-tampões de pH próximos ao pH da amostra.



Nota 5: É recomendado a calibração com duas soluções-tampão, pelo menos uma vez, se as amostrascontiverem fluoretos ou materiais abrasivos.

Referências Bibliográficas

ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. PortoAlegre: Bookman, 2001, 914p.

OLIVEIRA, R.; FERNANDES, C. Estudo e determinação do pH. <Disponível em:http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PH.html>. Acessado em 25/02/2009.

1.2 - DETERMINAÇÃO DE TEMPERATURA

I - Introdução

A temperatura indica a intensidade de calor. Em estações de tratamento, influi na eficiência dadesinfecção, na solubilidade de gases, na velocidade de reações químicas e, em especial, nodesempenho das unidades de mistura rápida, coagulação-floculação (a temperatura alta favorece aformação de flocos), na decantação e filtração. Por isso, é importante conhecer-se a variação detemperatura prevista na água a ser tratada. Em geral, os equipamentos que medem propriedades físicas,também indicam a temperatura da amostra analisada.

A variação de temperatura em águas pode ser originada por processos naturais tais comoradiação, condução e convecção; e antrópicas, como, por exemplo, despejos de torres de resfriamentoem processos industriais.

Em meio aeróbio, elevações de temperatura interferem na solubilidade e transferência de gases.Há diminuição da solubilidade de O2 com a temperatura (ocorrendo aumento da mortalidade de fauna eflora, justamente quanto é aumentada a atividade metabólica e necessidade do consumo de O2). Nomeio anaeróbio, temperatura baixa (<30 °C) retarda a digestão.

1.3 - DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ E DA ALCALINIDADE

1.3.1 - DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ

I - Introdução

A acidez de uma água pode ser definida como sua capacidade de reagir quantitativamente comuma base forte até um valor definido de pH. A acidez pode ser devido à presença de gases dissolvidosnão combinados, ácidos fortes (ácidos minerais: clorídrico, sulfúrico, nítrico, etc.), ácidos fracos(orgânicos: ácido acético, por exemplo, e inorgânicos: ácido carbônico, por exemplo) e sais queapresentam caráter ácido (sulfato de alumínio, cloreto férrico, cloreto de amônio, etc; i.e. sais de ácidosfortes e bases fracas).

A acidez da água é importante para o funcionamento da instalação de tratamento de água. Umaacidez elevada, particularmente a provocada por ácidos fortes, contribui para o poder corrosivo da água.

Em águas naturais, o gás carbônico é um componente habitual da acidez. Vale lembrar que ogás carbônico dissolvido na água representa o ácido carbônico, através do seguinte equilíbrio químico:

Portanto, embora o gás carbônico não chegue a provocar profundas condições de acidez naságuas, é um componente importante por estar sempre presente, mediante sua dissolução na águaproveniente da atmosfera, por diferença de pressão parcial (Lei de Henry) ou por resultar, em caso deáguas poluídas, da decomposição aeróbia ou anaeróbia da matéria orgânica. Isto ocorre também nohipolímnio de lagos estratificados e em águas subterrâneas, especialmente aquelas com níveisreduzidos de carbonatos, pois estes reagem com o gás carbônico formando bicarbonatos. O gáscarbônico é bastante solúvel na água, podendo normalmente ser encontradas concentrações deste gásbem superiores às de oxigênio dissolvido.



Sob o ponto de vista da saúde pública, não há praticamente nenhuma relação com o gáscarbônico. Os ácidos minerais que possivelmente teriam, são identificados pela manifestação de saborazedo em concentrações relativamente baixas. A grande importância no controle da acidez das águasreside no controle de corrosão, que pode ser provocada tanto pelo gás carbônico (presente em águasnaturais) como pelos ácidos minerais (presentes em efluentes industriais). O parâmetro “acidez” não seconstitui, apesar de sua importância, em qualquer tipo de padrão, seja de potabilidade, de classificaçãodas águas naturais ou de emissão de esgotos; o efeito da acidez é controlado legalmente pelo valor dopH (PIVELI, 2008).

A acidez quantificada em mg/L CaCO3 tem seu uso restrito ao controle dos processos detratamento. É o caso, por exemplo, do parâmetro “ácidos voláteis”, utilizado no controle de reatoresanaeróbios de tratamento de esgotos. Sabe-se que, nestes, a concentração de ácidos voláteis deve sermantida baixa e que um aumento representa desequilíbrio entre a fase de fermentação ácida e ametanogênese. As metanobactérias utilizam os ácidos voláteis e, quando seus crescimentos encontram-se inibidos, ocorre acúmulo de ácidos no sistema e o pH cai. O gás carbônico também está envolvidocom o consumo de cal no processo de abrandamento de água pelo processo conhecido por “cal e soda”(neste caso“soda” representa a soda-barrilha, carbonato de sódio). Em diversas etapas deste processo,o gás carbônico reage com a cal, precipitando carbonato de cálcio. Controlar acidez significa adicionarsubstâncias neutralizadoras, as mesmas indicadas para a elevação de pH.

A Acidez Total é a capacidade de uma água contendo um ou mais compostos, com ou semhidrólise, de neutralizar bases até um pH 7,0. A basicidade é o inverso da acidez total.

Basicamente, a determinação da acidez de uma amostra de água consiste em uma titulação deneutralização ácido/base, empregando-se solução de hidróxido de sódio como titulante. O final dareação pode ser indicado potenciometricamente, imergindo-se o eletrodo do pHmetro na amostra eanotando-se os volumes gastos de NaOH quando são atingidos valores preestabelecidos de pH (8,3 e4,5). Pode também o ponto final ser determinado utilizando-se indicadores colorimétricos. Historicamentetem-se utilizado a fenolftaleína, que apresenta ponto de viragem em pH de cerca de 8,3 e o alaranjadode metila, cuja viragem ocorre em pH de aproximadamente 4,5. O “Standard Methods”, em sua 18ªedição, propôs a alteração dos indicadores para púrpura de metacresol (pH 8,3) e verde de bromocresol(pH 4,5). Em ambos os casos ocorre viragem de azul para amarelo (APHA, 2000).

Para a determinação da acidez total da amostra é necessário titular-se até o pH 8,3, poissomente neste valor de pH garante-se a total neutralização do gás carbônico presente na amostra,prevalecendo apenas o equilíbrio entre bicarbonatos e carbonatos. Já os ácidos minerais prevalecem emfaixas mais baixas de pH, normalmente em valores inferiores a 4,0, enquanto que o gás carbônico estápresente na faixa 4,5-8,3. Para a neutralização destes ácidos minerais basta o pH ser elevado até 4,5.Este segundo limite é utilizado para se fazer a distinção entre a acidez mineral e a devida ao CO2,conforme o diagrama:

Figura 2: Diagrama da acidez em função do pH

A distribuição das formas de acidez é função do pH dá água:

pH > 8,3: CO2 livre ausente8,3 > pH > 4,5: acidez carbônicapH < 4,5: acidez por ácidos minerais fortes e/ou sais de metais pesados (geralmente

originadas por efluentes industriais). Águas com acidez mineral são desagradáveis ao paladar, sendo,portanto, desaconselhados para abastecimento. Exemplo de formação de acidez mineral em ETAs:

FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl-



II - Técnica de coleta e preservação

Tipo de frasco: vidro (borossilicato), polietileno, polipropilenoVolume necessário para análise: 200 mlPreservação da amostra: refrigerar a 4 ºCPrazo para análise: águas limpas: 24 horas; águas poluídas: menos de 24 horas, de preferência

III – Materiais e reagentes

- Bureta de 25 ml- Erlenmeyer de 250 ml- Becker de 400 ml- Balão volumétrico de 1000 ml- Pipeta de 50 ml e de 100 ml- Balança analítica

Hidróxido de sódio 0,1 N: pesar 4,02g de NaOH (p.a), passar para um Becker de 400ml e dissolver comágua destilada. Transferir para um balão de 1000 ml e completar o volume = NaOH 0,1 N.

Hidróxido de sódio 0,02 N: transfira 200 ml da solução 0,1N, para um balão de 1000 ml e completar ovolume.

Ácido sulfúrico 0,02 N.

Solução indicadora de fenolftaleína: dissolver 5,0 g de Fenolftaleína em 500 ml de Álcool Etílico e 500 mlde água destilada. Adicionar algumas gotas de NaOH 0,02 N, até a coloração rósea.

IV – Interferentes

Gases dissolvidos contribuem para acidez ou alcalinidade, tais como CO2, H2S ou NH3. Esteefeito é minimizado através da titulação imediatamente após a abertura do frasco de amostra.

Cloro residual livre, é eliminado adicionando-se 1 gota de tiossulfato de sódio 0,2 M.

V – Procedimento experimental

1. Pipetar 100 ml de amostra, transferir para um erlenmeyer de 250 ml, adicionar 3 gotas do indicadorfenolftaleína.2. Titular com NaOH 0,02 N, até o surgimento da coloração rósea persistente.3. Anotar o volume gasto de NaOH 0,02 N.

VI - Cálculos

Padronização da concentração Normal (N) do NaOH 0,02 N: para se determinar exatamente anormalidade da solução de NaOH 0,02 N, titular com ácido sulfúrico 0,02 N. Transfira 50ml da soluçãoNaOH 0,02, em um erlenmeyer de 250ml. Adicione 3 gotas de fenolftaleína e titule com H2SO4 0,02 N.Anote volume gasto.

.ác ácbase

base

V NN

V

Cálculo da acidez: Vbase x 10 ou( . ).50000base base

amostra

N VAcidez

V (mg/L CaCO3)



1.3.2 - DETERMINAÇÃO DA ALCALINIDADE

I - Introdução

Alcalinidade de uma amostra de água pode ser definida como sua capacidade de reagirquantitativamente com um ácido forte até um valor definido de pH, ou seja, é medida da capacidade queas águas têm de neutralizar ácidos. Esta capacidade é devido à presença de bases fortes, de basesfracas, de sais de ácidos fracos, tais como bicarbonatos, boratos, silicatos e fosfatos, de sais de ácidosorgânicos acético e sulfúrico.

Os carbonatos e bicarbonatos são comuns na maioria das águas, devido a abundância decarbonatos minerais na natureza e porque o dióxido de carbono, que ajuda a dissolver os carbonatos eoutros minerais, é facilmente disponível. A contribuição direta dos hidróxidos à alcalinidade é rara nanatureza e a presença dos mesmos pode em geral ser atribuída ao tratamento da água ou àcontaminação.

A alcalinidade das águas não representa risco potencial à saúde pública. Provoca alteração nopaladar e a rejeição da água em concentrações inferiores àquelas que eventualmente pudessem trazerprejuízos mais sérios. A alcalinidade não se constitui em padrão de potabilidade, ficando este efeitolimitado pelo valor do pH. Também não é padrão de classificação de águas naturais nem de emissão deesgotos, sendo que a importância deste parâmetro se concentra no controle de determinados processosunitários utilizados em ETAs e águas residuárias. Na etapa de floculação de águas para abastecimentopúblico, a alcalinidade da água assume fundamental importância. A redução da alcalinidade das águas éfeita mediante a adição de substâncias neutralizadoras, as mesmas indicadas para o abaixamento depH. A alcalinidade das águas associa-se à dureza sendo responsável pela precipitação de carbonatos,principalmente em sistemas de águas quentes, provocando a formação de incrustações. Em águas paraaquecimento (caldeiras), o aquecimento de águas contendo carbonato e íons OH-, faz ocorrer asseguintes reações:

M2+ + 2HCO3- M2+ + CO3

2- + CO2 + H2O

OH- + HCO3- H2O + CO3

2-

A conversão contínua de carbonato a bicarbonato e posteriormente a CO2, promove a geraçãode íons OH-, o que eleva o pH do meio a valores freqüentemente acima de 11,0.

A alcalinidade das águas é determinada através de titulação de neutralização ácido/base,empregando ácido sulfúrico. A titulação também neste caso pode ser acompanhadapotenciometricamente ou com o emprego de indicadores ácido-base. Os limites de pH ou as soluçõesindicadoras são os mesmos impostos para a determinação da acidez da água. Trata-se do processoinverso. Portanto, a água apresenta alcalinidade até pH 4,5, que corresponde ao limite da conversão debicarbonatos em gás carbônico. Desta forma, a água pode possuir acidez e alcalinidadesimultaneamente na faixa de pH entre 4,5 e 8,3 devido ao equilíbrio gáscarbônico/bicarbonato/carbonato, podendo neutralizar uma ação externa através do deslocamento desteequilíbrio de dois estágios, sem que o pH varie demasiadamente (efeito tampão). Também no caso daalcalinidade o “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater” (APHA, 2000) temproposto a alteração dos indicadores, recomendando o verde de bromocresol (pH = 4,5) e a púrpura demetacresol (pH = 8,3).


Tipo de frasco: vidro, polietileno, polipropileno.Volume necessário para análise: 200 mlPreservação da amostra: refrigerar à 4ºCPrazo para análise: águas limpas: 24 horas; águas poluídas: menos de 24 horas de preferência



III - Materiais, equipamentos e reagentes

- Bureta de 25 ml- Becker- Pipeta volumétrica

Ácido Sulfúrico 0,1 N: diluir 2,8 ml de ácido sulfúrico concentrado em 1000 ml de água destilada.

Ácido Sulfúrico 0,02 N: diluir 200 ml de ácido sulfúrico 0,1 N à 1000 ml, com água destilada. Fazer apadronização

Solução de Tiossulfato de Sódio 0,1 N: dissolver 25 g de tiossulfato de sódio em 1000 ml de águadestilada.

Solução Indicadora de Fenolftaleína: dissolver 5,0 g de fenolfetaleína em 500 ml de Álcool Etílico e 500ml de água destilada. Adicionar algumas gotas de NaOH 0,02 N.

Solução Indicadora de Metil-Orange: dissolver 0,5 g de metil-orange em 1 litro de água destilada.

IV - Interferentes

- Cloro residual livre- Turbidez e cor- Super-saturação de CaCO3


V.1 - Padronização do ácido sulfúrico 0,02 N

1. Solução de Na2CO3 0,05 N.Dissolver 2,650 g de carbonato de sódio anidro (Na2CO3), seco em estufa à 250 ºC, por 4 horas eresfriado em dessecador, em 1000 ml de água destilada e deionizada fervida por quinze minutos, pararetirar o gás carbônico. Não estocar esta solução por mais de uma semana.2. Da solução de Na2CO3 à 0,05 N, coloque 15 ml em um erlenmeyer de 250 ml e adicione 3 gotas deindicador metil-orange.3. Titule com solução de ácido sulfúrico 0,02 N e anote gasto para a viragem.

V.2 - Determinação da alcalinidade à fenolftaleína (Alcalinidade Parcial)

1. Em um erlenmeyer de 250 ml, coloque 100 ml da amostra, medidas com pipeta volumétrica. Casohaja cloro residual na amostragem, coloque uma gota de solução de tiossulfato de sódio à 0,1 N.2. Coloque 3 gotas de solução indicadora de fenolftaleína. Observe a cor resultante. Caso sejaobservada cor rósea, titule com solução de ácido sulfúrico 0,02 N, até incolor. Anote o volume gasto.

V.3 - Determinação da alcalinidade ao metil-orange (Alcalinidade Total)

1. Após a solução utilizada para determinação de alcalinidade parcial estar incolor, coloque 3 gotas doindicador alaranjado de metila. Observe a cor resultante.Caso seja observada a cor amarelada,titule comsolução de ácido sulfúrico 0,02 N, até que a amostra adquira leve coloração salmão (laranja). Anote ovolume gasto.



VI - Cálculos

Cálculo da padronização do H2SO4 0,02 N:

2 3 2 3.Na CO Na COác

ác

N VN

V

Cálculo da alcalinidade à Fenolftaleína

. .50000ác ácam

am

V NP

V

Cálculo da Alcalinidade ao metil-orange

. .50000ác ácam

am

V NT

V

Tabela 1: Valores das substâncias alcalinas na água, expressos em partes por milhão decarbonato de cálcio

Resultado daTitulação

Alcalinidade deHidróxidos CaCO3

Alcalinidade deCarbonato CaCO3

Alcalinidade deBicarbonatos CaCO3

P = 0 0 0 TP < T/2 0 2P T-2PP = T/2 0 2P 0P > T/2 2P-T 2(T-P) 0P = T T 0 0

Onde: T = alcalinidade total, P = alcalinidade parcial


APHA - Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th ed. Washington D.C.:American Public Health Association, 2000.

PIVELI, R.P. Apostila do curso: Qualidade das águas e poluição: aspectos físico-químicos. Aula 6:Características químicas das águas: pH, acidez, alcalinidade e dureza. Disponível em:<http://143.107.96.240/phd/LeArq.aspx?id_arq=256>. Acesso em 03/03/2008.



1.4 - DETERMINAÇÃO DA DUREZA TOTAL, CÁLCIO E MAGNÉSIO

1.4.1 - DETERMINAÇÃO DA DUREZA TOTAL

I - Introdução

A dureza da água é a propriedade decorrente da presença de metais alcalino-terrosos. Dureza éa denominação genérica dada à soma das concentrações dos íons polivalentes presentes na água. Aprática atualmente estabelecida é assumir a dureza total como referência apenas às concentrações decálcio e magnésio. O cálcio e o magnésio são os principais alcalino-terrosos nas águas naturais.

Originalmente a dureza da água era conhecida como sendo uma medida da capacidade da águaem precipitar sabão. Este é precipitado principalmente pelos íons cálcio e magnésio, quase semprepresentes na água, mas também podem ser precipitados por íons de outros metais principalmente oferro, alumínio, manganês, estrôncio e zinco. A dureza é limitada somente na água tratada, em 500mg/L de CaCO3 (dureza total, Portaria 2914/11), porém, está associada a incrustações em sistemas dear quente (devido à precipitação dos cátion em altas temperaturas), podendo causar problemas sériosem aquecedores em geral.

A dureza pode ser classificada em função dos cátions ou dos ânions. Na classificação quanto aoscátions, diferencia-se a dureza do cálcio (dureza cálcica), da dureza do magnésio (dureza de magnésio).Estes tipos não são corriqueiramente utilizados em determinações de amostras de água natural bruta (émais requisitada para amostra de água mineral), mas certamente são muito úteis, principalmente, emregiões de solo calcário e/ou dolomítico, onde se apresenta valor de dureza total bem mais elevado(águas mais alcalinas).

Quanto aos ânions, tem-se a dureza devida a carbonatos e a não carbonatos.Dureza total (soma de alcalino-terrosos): é a concentração total de cálcio e de magnésio, expressa emtermos de CaCO3. Quando a dureza total é numericamente igual ou menor do que a alcalinidade decarbonatos e bicarbonatos, só existe dureza de carbonatos.Dureza de carbonatos: É a porção de sais de cálcio e magnésio que existem na água na forma decarbonatos e bicarbonatos, ou seja, na forma de sais de ácido carbônico. Representa a porção dadureza total que é quimicamente equivalente a alcalinidade de carbonatos e de bicarbonatos. Esse tipode dureza resiste à ação dos sabões e provoca incrustações. Está relacionada com a “baixasolubilidade” dos sais carbonatos (Ca, Mg, Na) na formação e presença dos bicarbonatos solúveis,esses últimos dependentes dos aspectos físicos da água, (volume, calor) ou da ação de substânciasalcalinas para formarem carbonatos insolúveis que se precipitam e decantam. Esta fração apresenta,portanto, valores temporais, apontando momentaneamente a capacidade de se formar e encontrarteores maiores ou menores dos bicarbonatos e dos possíveis teores presentes e a serem novamenteformados de carbonatos e hidróxidos. Tal quadro, indica também o potencial de estabilidade do pH naamostra d’água, relacionado à concentração de bicarbonatos presentes, portanto da capacidade detamponamento do meio aquático. É denominada de temporária porque os bicarbonatos, pela ação docalor, se decompõem em gás carbônico, água e carbonatos insolúveis que se precipitam. A dureza decarbonatos é dada em termos de CaCO3 .Dureza de não carbonatos: é a porção da dureza total que está em excesso da dureza de carbonatos. Édevida à presença de sulfatos, cloretos e nitratos de cálcio e magnésio, resiste também à ação dossabões, mas produz menor incrustação por serem seus sais mais solúveis em água. Não se decompõepela ação do calor, mas somente é influenciada pelas substâncias alcalinas possivelmente formados epresentes, como carbonato de sódio (Na2CO3), hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), hidróxido de sódio(NaOH), etc. Ainda é muito usado o termo dureza permanente para expressar a dureza de nãocarbonatos. A dureza de não carbonatos também é dada em termos de CaCO3.

Nas unidades de abrandamento (redução da dureza), podem ser empregadas resinasespecíficas para troca de cátions ou elevar-se o pH para causar a precipitação química, principalmente,de sais ou hidróxidos de cálcio e magnésio.

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ↔ CaCO3 ↓ + H2OMg (HCO3)2 + Ca(OH)2 ↔ CaCO3 ↓ + MgCO3

MgCO3 + Ca(OH)2 ↔ Mg(OH)2 ↓ + CaCO3 ↓ MgSO4 + Ca(OH)2 ↔ Mg(OH)2 ↓ + CaSO4↓ CaSO4 + Na2CO3 ↔ CaCO3 ↓ + Na2SO4



Sabe-se que na vida aquática, uma boa relação entre dureza e alcalinidade pode diminuir atoxicidade da amônia e do pH. O cálcio é também necessário na formação e rompimento das ovas. Emcorpos d'água com reduzidos teores de dureza a biota é mais sensível à presença de substânciastóxicas, já que a toxicidade é inversamente proporcional ao grau de dureza da água. Águas com durezamuito alta apresentam menor diversidade e presença de algas (fitoplâncton).

Com relação ao teor de carbonato de cálcio, as águas podem ser classificadas em:

DUREZA TOTAL (mg/L CaCO3) CLASSIFICAÇÃO

< 15 muito branda

de 15 a 50 branda

de 50 a 100 moderadamente branda

de 100 a 200 Dura

> 200 muito dura

Relação entre alcalinidade e dureza

A alcalinidade de bicarbonatos e carbonatos (Acb) é equivalente à dureza temporária, sendoválidas as seguintes relações:

Se alcalinidadecb < dureza total dureza temporária alcalinidadecb e existe dureza permanente naamostra.Se alcalinidadecb ≥ dureza temporária dureza permanente zero

Pseudo-dureza

A pseudo-dureza é provocada pela presença de íons sódio, através do efeito de “íon comum”,em águas do mar e em águas salobras.

Fonte de dureza nas águas

A principal fonte de dureza nas águas é a sua passagem pelo solo (dissolução de rocha calcáreapelo gás carbônico da água), conforme as reações:

Desta forma, é muito mais freqüente encontrar-se águas subterrâneas com dureza elevada doque as águas superficiais. O mapa geológico do território brasileiro permite a observação de regiões queapresentam solos com características de dureza como no nordeste, centro-oeste e sudeste, mas oproblema é muito mais grave nos Estados Unidos e Europa onde muitas regiões estão sujeitas a grausbastante elevados de dureza nas águas devido à composição do solo. A poluição das águas superficiaisdevido à atividade industrial é pouco significativa com relação à dureza, embora os compostos que aproduzem sejam normalmente utilizados nas fábricas. As águas tratadas em estações convencionaisapresentam dureza geralmente um pouco superior à das águas brutas devido ao uso da cal hidratada. Acal reage com o sulfato de alumínio, formando sulfato de cálcio. Mas as dosagens são relativamentepequenas em relação aos níveis de dureza necessários para implicar em problemas para os usos daágua tratada.

Na saúde pública a implicação é na formação de cálculos renais. Por outro lado há evidências deque a ingestão de águas duras contribui para uma menor incidência de doenças cardiovasculares.



Determinação da dureza

A determinação da dureza pode ser feita por espectrofotometria de absorção atômica ou através detitulometria. Utilizando-se o espectrofotômetro de absorção atômica, obtêm-se diretamente asconcentrações de cálcio e magnésio na amostra, somando-se os resultados após transformação dosequivalentes-grama para a composição da dureza total. É o método mais preciso, porém esteequipamento é caro e geralmente não disponível em laboratórios com poucos recursos. O métodotitulométrico mais utilizado é a complexometria com EDTA.

Norma CETESB - L 5.102 - "Determinação de alcalinidade em águas. Método da titulaçãopotenciométrica até pH pré-determinado".

EDTA (Ethylene Diamine Tetraacetic Acid) é um ácido cristalino, C10H16N2O8, que age como umagente quelante. O sal de sódio EDTA é usado como um antídoto para envenenamentos com metais,um anticoagulante e um ingrediente em uma larga variedade de reagentes na indústria. O ácidoetilenodiaminotetracético (EDTA) e seus sais sódicos formam um complexo quelatado solúvel, quandosão acrescentados a uma solução de certos cátions metálicos como Ca2+, Mg2+ e outros íons bivalentescausadores da dureza, com mostra a equação. Se adicionarmos um indicador a um pH 10,0 0,1, asolução contendo íons cálcio e magnésio, esta ficará vermelho-vinho. Se juntarmos EDTA, o cálcio e omagnésio serão complexados, tornando a solução azul, indicando o ponto final da titulação.

M+2(aq) + Ind (aq) [MIn]+2

(aq)

[MInd]+2(aq) + H2Y

-2(aq) [MY]-2(aq) + 2 H+

(aq) + Ind (aq) (reação que indica o P.E., ou seja,

quando os íons causadores de dureza tiverem sido complexados a solução muda da cor vermelha-vinho

para azul, que é a cor original do corante). M+2 representa íons cálcio e/ou magnésio.

A nitidez do ponto final da titulação aumenta com o pH, mas este não pode ser aumentadoindefinidamente para não ocorrer precipitação de CaCO3 ou Mg(OH)2. Além do mais, o complexo mudade cor em valores de pH elevados. O outro fator que melhora a nitidez do ponto final é a presença demagnésio que deve ser adicionada em pequena quantidade na forma de um sal complexometricamenteneutro de EDTA.


Tipo de frasco: vidro, polietileno, polipropileno.Volume necessário para análise: 300 mL.Preparação da amostra:adicionar ácido nítrico concentrado até pH 2 e refrigerar em 4ºC.Prazo para análise: 7 dias.

Observações:

1. A pipeta usada para acrescentar o ácido nítrico deve ser lavada com ácido nítrico 1:1 e enxaguadacom água destilada e deionizada.2. O ácido empregado na preservação da amostra deve ser fornecido pelo laboratório de análise. Naimpossibilidade de se obter o ácido da entidade analisadora, fornecer à mesma 50 mL do ácidoempregado na preservação.

III - Materiais e reagentes

- Bureta de 25 mL- Erlenmeyer de 250 mL- Pipeta volumétrica de 50 mL- Espátulas

vinho

azul

azul



Os reagentes a seguir serão fornecidos prontos, não sendo necessário o preparo:

Solução Tampão de Cloreto de amônio-hidróxido de amônio: dissolver 16,9 g de cloreto de amônio(NH4Cl) em 143 mL de hidróxido de amônio (NH4OH); adicionar 1,25 g de sal de magnésio de EDTA, ou1,179 g de EDTA dissódico + 0,780 g de sulfato de magnésio (MgSO4.7H2O) ou 0,780 g de cloreto demagnésio MgCl2, e diluir para 250 mL. Guardar em frasco de polietileno.

Indicador Negro de Eriocromo T: misturar 0,5 g corante negro de eriocromo T com 100 g de cloreto desódio NaCl.

Solução de EDTA 0,01 N: pesar 3,273 g de sal de sódio de EDTA (Na2H2C10H12O8N2.2H2O) e dissolvercom água destilada a 1000 mL. Guardar em frasco de polietileno.

Solução padrão de cálcio (para padronização do EDTA): pesar 1,000 g de carbonato de cálcio (CaCO3),padrão primário e transferir para um erlenmeyer de 250 mL. Adicionar aos poucos, com auxílio de umfunil, ácido clorídrico 1:1, até dissolver todo carbonato de cálcio. Adicionar 200 mL de água destilada eferver por alguns minutos para eliminar o gás carbônico. Esfriar e adicionar algumas gotas de vermelhode metila e ajustar a cor laranja intermediária pela adição de hidróxido de amônio ou ácido clorídrico 1:1.Transferir toda mistura para um balão volumétrico de 1000 mL e completar com água destilada, sendoque 1 mL da solução equivale a 1 mg de CaCO3.

IV - Interferentes

A amostra de água a ser analisada deve estar livre de cor e turbidez que podem marcar e afetara coloração e a viragem.

A titulação deve ser completada dentro de 5 minutos, contados do instante em que foiadicionado o tampão.

O tampão e a mistura devem ser mantidos em frascos bem fechados. A presença no final datitulação, de cor verde clara, significa que é necessária uma quantidade nova de indicador.

Alguns metais interferem no método causando um enfraquecimento do ponto final tornando-o, àsvezes, indistinto. Esta interferência pode ser reduzida pela adição de inibidores (ver norma). Aeliminação de matéria orgânica suspensa ou coloidal, que também interfere na definição do ponto final, éfeita pela evaporação da amostra em banho-maria e ignição do resíduo a 550°C em mufla durante 15minutos. O resíduo ignizado é, então, dissolvido com ácido clorídrico 1N, neutralizado para pH 7 comNaOH 1N e diluído com água destilada. No caso de águas turvas filtrar a amostra por membrana de 0,45µm. O método recomenda diluição da amostra, para reduzir a possibilidade de precipitação de CaCO3.Se ainda ocorrer precipitação, adicionar à amostra uma quantidade de ácido indicada pelo teste dealcalinidade.


1. Em um erlenmeyer de 250 ml, colocar 100 ml da amostra, ou outro volume adequado, de modo aconsumir em torno de 20 ml de EDTA.2. Adicionar 1 a 2 ml da Solução Tampão, para se obter um pH em torno de 10.3. Adicionar 0,1 g do indicador Negro de Eriocromo T.4. Titular com solução de EDTA, com agitação, até que desapareça a última coloração avermelhada eocorra o surgimento da cor azul. Efetuar toda a titulação em no máximo 5 minutos.5. Fazer prova em branco, usando água destilada no lugar da amostra e proceder idem 1 a 4.

VI - Cálculos

1. .100000EDTA

am

V NDureza

V (mg/L CaCO3)

Onde: V1 é o volume de EDTA gasto (amostra – branco)



1.4.2 - DETERMINAÇÃO DE CÁLCIO E MAGNÉSIO

I – Introdução e princípio do método

Os sais de cálcio e magnésio são as causas mais freqüentes da dureza e afetam vitalmente aspropriedades de incrustações de uma água.

Quando o EDTA ou seus sais se agregam a uma água que contenha cálcio e magnésio, este secombina em primeiro lugar com o cálcio. O cálcio pode-se determinar diretamente com o EDTA, quandoo pH se ache suficientemente alto para que a maior parte do magnésio se precipite como hidróxido equando se usa indicador que só se combine com o cálcio.

Existem vários indicadores que dão uma viragem de cor quando todo cálcio tenha formado umcomplexo com EDTA, com pH em torno de 12 a 13.

Utilizando-se o indicador murexida (purpurato de amônio NH4C8H4N5O6 ou C8H5N5O6NH3), noinício da titulação o indicador vai-se ligar aos íons cálcio em solução, adquirindo um tom avermelhado,formando o complexo:

Ca2+(aq) + Ind (aq) [CaIn]2+

(aq)

Como o complexo [CaInd]2+ é menos estável que o complexo [CaEDTA], com o decorrer datitulação os íons cálcio são liberados do indicador e ligam-se ao EDTA:

[CaInd]2+(aq) + EDTA(aq) [Ca(EDTA)]2-

(aq) + 2H+(aq) + Ind (aq)

Desta forma, a murexida passa a existir na sua forma livre, a pH ≈ 12 , apresentando um tom violeta-azulado. Atinge-se deste modo o ponto de equivalência, o que pode ser verificado pela mudançade cor do indicador.


Tipo de frasco: polietileno, polipropileno e vidro.Lavagem do frasco: lavar com ácido nítrico 1:1, enxaguar com água destilada e deionizada.Volume necessário para análise: 500 mL.Preparação da amostra:adicionar ácido nítrico concentrado até pH < 2.Prazo para análise: 6 meses.

Observações:

1. A pipeta utilizada para adição do ácido, também deve ser lavada com ácido nítrico 1:1, e enxaguadacom água destilada e deionizada.2. O ácido empregado na preservação da amostra deve ser fornecido pelo laboratório de análise. Naimpossibilidade de se obter o ácido da entidade analisadora, fornecer à mesma 50 mL do ácidoempregado na preservação.


- Bureta de 25 ml- Pipeta volumétrica de 50 ml- Erlenmeyer 250 ml- Espátulas


Solução de hidróxido de sódio 1 N: dissolver 4,0 g de NaOH e diluir num balão volumétrico à 100 mL.

Solução indicadora para cálcio (murexida): dissolver 0,15 g de murexida com 100 mL de etilenglicolabsoluto ou triturar o corante muxerida (0,20 g) com cloreto de sódio (100 g) ou sulfato de potássio(K2SO4), até que passe em peneira de malha 50.

avermelhado

violeta

incolor



Solução de EDTA 0,01 N: dissolver 3,723 g de sódio de EDTA (Na2H2C10H12O8N2 . 2H2O) p.a. em 1000mL de água destilada.

IV - Interferentes

As seguintes concentrações de íons não causam interferências com a determinação da durezade cálcio:

cobre 2,0 mg/Líon ferroso 20,0 mg/Lmanganês 10,0 mg/Líon férrico 20,0 mg/Lzinco 5,0 mg/Lchumbo 5,0 mg/Lalumínio 5,0 mg/Lestanho 5,0 mg/L

O ortofosfato precipita o cálcio no pH da amostra.O estrôncio e o bário interferem com a determinação do cálcio. A alcalinidade em excesso de 30 mg/Lpode produzir viragem imprecisa ou confusa.


1. A titulação se deve proceder imediatamente após a adição do álcali, devido ao alto valor de pH.2. Utilizar uma amostra de 50 mL ou uma porção diluída a 50 mL para que o conteúdo de cálcio seencontre entre 5 e 10 mg. Para águas duras, com alcalinidade maior que 3000 mg/L de CaCO3, se podemelhorar a viragem tomando uma amostra e diluindo para 100 mL ou neutralização prévia daalcalinidade com ácido.3. Adicionar 2,0 mL da solução de NaOH, ou volume suficiente para produzir um valor de pH entre 12 e13. Misturar e adicionar aproximadamente 0,1 a 0,2 mL do indicador.5. Titular com EDTA e anotar o volume gasto.

VI – Cálculos

am

EDTA

V

VCa

8,400.][ (mg/L)

De acordo com a análise estequiométrica, tem-se que a dureza total pode ser correlacionadacom a concentração de cálcio e magnésio:

Dureza Total = 2,497. [Ca] + 4,118 . [Mg]

Através da equação acima, pode-se determinar a concentração de magnésio.

QUESTÕES PROPOSTAS

1 – Discorra sobre a importância da medida de pH no tratamento de águas de abastecimento eefluentes.

2 – Explique o funcionamento do pHmetro, incluindo os processos que ocorrem nos eletrodos.



3 – Discorra sobre a importância da determinação da temperatura em meio aquático, principalmente notratamento de águas.

4 – Dê dois exemplos de reações de formação de acidez aplicadas ao saneamento ambiental.

5 - Porque o risco de incrustação é maior em áreas de transferência de calor?

6 - Defina padronização e explique o princípio da mesma.

7 – Descreva as reações envolvidas na titulação e deduza as equações utilizadas para o cálculo daalcalinidade total.

8 - Explique o princípio envolvido na indicação do ponto final em uma titulação de complexação.

9 - Cite e explique métodos para eliminação ou redução de dureza em águas.

10 - Quais são os possíveis problemas causados pela presença de sais Ca2+ e Mg2+ em altasconcentrações?



EXPERIMENTO 02: DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE, SÓLIDOS TOTAIS DISSOLVIDOS(STD), CLORO, FLÚOR E OXIGÊNIO CONSUMIDO DE UMA AMOSTRA DE ÁGUA

2.1 - DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE

I - Introdução

Condutividade (k) é a medida da habilidade de soluções aquosas em conduzir corrente elétrica.Esta habilidade depende da presença de íons, de suas concentrações, valências e da temperatura damedida. Soluções da maioria dos compostos inorgânicos são relativamente boas condutoras. Moléculasde compostos orgânicos que não se dissociam em soluções aquosas praticamente não conduzemcorrente elétrica. Líquidos que são capazes de conduzir corrente elétrica são chamados de condutoreseletrolíticos.

Como este parâmetro depende das concentrações iônicas e da temperatura, indica a quantidadede sais existentes na coluna d'água, e, portanto, representa uma medida indireta da concentração depoluentes. Em geral, níveis superiores a 100 µS/cm indicam ambientes impactados.

A condutividade também fornece uma boa indicação das modificações na composição de umaágua, especialmente na sua concentração mineral, mas não fornece nenhuma indicação dasquantidades relativas dos vários componentes. À medida que mais sólidos dissolvidos são adicionados,a condutividade da água aumenta. Altos valores podem indicar características corrosivas da água.

Condutância (G) é definida como a recíproca da resistência (R):

G = 1/R

Onde a unidade de R é o ohm e G é ohm-1 (também chamado de mho). No Sistema Internacional deUnidades (SI) a recíproca do ohm é o Siemens (S). Condutância de uma solução é medida entre doiseletrodos quimicamente inertes e fixos espacialmente. A condutância de uma solução (G) é diretamenteproporcional à área do eletrodo (A), em cm2 e inversamente proporcional à distância entre os eletrodos(L) em cm. A constante de proporcionalidade (k) que satisfaz a equação:

G = k.(A/L)é chamada de “condutividade”.

A condutividade elétrica ou a condutância específica permite avaliar a quantidade de sólidostotais dissolvidos - STD que representa a medida dos íons na água. Na Figura 1, tem-se uma idéia davariação da condutância em função do teor de sólidos totais dissolvidos para soluções aquosas.Geralmente a condutância específica é expressa em, em mho/cm ou S/cm.

Para valores elevados de STD, há aumento da solubilidade dos precipitados de alumínio e deferro, influenciando a cinética da coagulação. Tem-se ainda a influência na formação e precipitação decarbonato de cálcio. Por exemplo, para uma água de rio com STD de 250 mg/L, a condutânciaespecífica resulta da ordem de 500 mho/cm ou 500 S/cm.

Figura 1: valores de condutividade para diversos tipos de água e soluções aquosas.




Tipo de frasco: vidro, polietileno, polipropilenoVolume necessário para análise: 500 mlPreservação da amostra: refrigerar a 4ºCPrazo para análise: até 28 dias.

III – Procedimento experimental

Cada equipe contará com um condutivímetro em sua bancada. Ler o manual do equipamento.

Calibração

Calibrar o equipamento e após calibrado, lavar o eletrodo com água destilada e secar compapel macio. Proceder a leitura das amostras.

Leitura das amostras

1. Em um béquer colocar 200 mL de amostra.2. Imergir o eletrodo na amostra e agitar a amostra lentamente para remover bolhas de ar.3. Escolher a função “condutividade”, pressionando a tecla [MODE].4. Aguardar a estabilização do valor. Quando a leitura estiver estabilizada aparecerá no canto superiordireito do visor READY.5. Entre uma amostra e outra, lavar o eletrodo com água destilada e secar com papel macio.

2.2 - DETERMINAÇÃO DE SÓLIDOS TOTAIS DISSOLVIDOS (STD)

I - Introdução

Os sólidos são compostos por substâncias dissolvidas e em suspensão, de composição orgânicae ou inorgânica. Analiticamente são considerados como sólidos dissolvidos àquelas substâncias oupartículas com diâmetros inferiores a 1,2 μm e como sólidos em suspensão as que possuírem diâmetros superiores.

Turbidez e sólidos estão associados, mas não são absolutamente equivalentes. Uma pedracolocada em um copo de água limpa confere àquele meio uma elevada concentração de sólidos totais,sendo que a sua turbidez pode ser praticamente nula. O padrão de potabilidade refere-se apenas aossólidos totais dissolvidos (limite: 1000 mg/L), já que esta parcela reflete a influência de lançamento deesgotos, além de afetar a qualidade organoléptica da água. O excesso de sólidos dissolvidos na águapode causar alterações no sabor e problemas de corrosão (principalmente sulfato e cloreto). Também,efeito laxativo acima de 2000 mg L-1.

Procedimento experimental

Leitura das amostras

Proceder de modo análogo às etapas para determinação da condutividade, mas alternar ocondutivímetro para o modo STD, através da tecla [MODE]. O equipamento já fornece a leitura direta.

2.3 - DETERMINAÇÃO DE CLORO RESIDUAL

I - Introdução

Depois de filtrada, a água deve receber a adição de cal para correção do pH, a desinfecçãopor cloro e a fluoretação. Nesta fase a desinfecção por cloro é freqüentemente chamado de pós-



cloração. Só então ela está própria para o consumo, garantindo a inexistência de bactérias e partículasnocivas à saúde humana, que poderiam provocar surtos de epidemias, como de cólera ou de tifo. Éessencial o monitoramento da qualidade das águas durante todo o processo de produção e distribuição.

Muitas vezes, há necessidade de uma pré-cloração para oxidar a matéria orgânica, uma vezque o cloro é um oxidante poderoso. Neste caso, o cloro entra como oxidante e não como desinfetante,embora promova também a desinfecção da água.

Para desinfecção de águas em geral, o agente mais utilizado é o cloro, devido a sua forte açãooxidante. Esta ação oxidante pode também ser usada para a retirada de odor, sabor, ferro e manganêsde águas de abastecimento. O cloro pode se apresentar na água em duas formas, a de cloro livre e aforma de cloro combinado. Na combinação de gás cloro com a água, é formado o ácido clorídrico e oácido hipocloroso, liberando o íon hipoclorito, designado por cloro livre. Ainda o ácido hipocloroso podereagir com amônia presente na água e formar as cloraminas, que são chamadas de cloro combinado,que também tem ação desinfectante, menor que a do ácido hipocloroso. Assim o ácido hipocloroso(HClO) é agente mais ativo do processo de desinfecção por cloro, enquanto que o íon hipoclorito (ClO-)tem uma ação muito reduzida.

A recomendação para o residual de cloro tem sido fixado em função dos microorganismos quese deseja eliminar, e que esteja presente na água, como também o valor do pH, temperatura, tempo decontato, turbidez e outros compostos presentes na água. A OMS recomenda 0,5 mg/L de concentraçãoresidual para que o cloro seja efetivo para bactérias patogênicas e coliformes fecais. Para outros tipos demicroorganismos os percentuais são muito variáveis.

De acordo com a Portaria 2914 de 2011 tem-se que após a desinfecção, a água deve conterum teor mínimo de cloro residual livre de 0,5 mg/L, sendo obrigatória a manutenção de, no mínimo, 0,2mg/L em qualquer ponto da rede de distribuição, recomendando-se que a cloração seja realizada em pHinferior a 8,0 e tempo de contato mínimo de 30 minutos.

O ácido hipocloroso se dissocia em função do pH. A extensão do processo de cloração,dependendo do pH final da solução é apresentado na seqüência das reações do cloro gasoso e água.

O gás cloro, Cl2 após a sua dissociação na água é consumido nas reações oxidativas.Terminadas essas reações, o cloro não consumido pode se apresentar sob a forma livre e combinada.

O cloro gasoso dissolvido em água pura reage completamente com a água para formar:

Cl2 + H2O HOCl + HCl

HOCl OCl - + H+

Desinfecção da água pelo cloro

O método mais econômico e usual para a desinfecção da água em sistemas públicos é acloração. Em instalações médias e grandes emprega-se o cloro gasoso, obtido em cilindros de açocontendo líquido e gás. Em instalações pequenas, menos de 40 l/s, o emprego de soluções dehipoclorito pode ser mais vantajoso. O cloro aplicado à água reage, podendo produzir vários compostos,com capacidades diferentes de desinfecção, inclusive inativos. É muito importante verificar quaiscompostos serão formados.

HOCI, excelente desinfetante, predomina em pH abaixo de 6,0; OCI- desinfetante menos ativo, predomina em pH acima de 7,5; Dicloroamina, bom desinfetante, predomina em pH abaixo de 6,0;

Monocloroamina, desinfetante pouco ativo, predomina em pH acima de 7,5.

Assim verifica-se a conveniência de realizar a desinfecção em pH relativamente baixo, onde seformam desinfetantes mais ativos.



Figura 2: gráfico do comportamento do ácido hipocloroso e do íon hipoclorito em relação àsvariações de pH

Reações com amônia

Na ausência de amônia, ocorre somente a seguinte reação:

Cl2 + H2O H+ + Cl- + H+ClO-

Na presença de amônia:

Dado que o ácido hipocloroso é um agente oxidante muito ativo, reagirá rapidamente com aamônia na água e formará três tipos de cloraminas. O cloro quando reage com a amônia produz osseguintes compostos:

NH4OH + Cl2 NH2Cl + H2O + H+ + Cl- monocloraminaNH2Cl + Cl2 NHCl2 + HCl dicloraminaNHCl2 + Cl2 NCl3 + HCl tricloramina

Estas reações são altamente dependentes do pH e da temperatura, do tempo de contato e darelação inicial entre o cloro e a amônia.

As espécies que predominam são as NH2Cl e NHCl2. O cloro presente nestes compostos sechama de cloro combinado disponível (CULP, 1976).

II - Princípio do método DPD (colorimétrico) utilizando reagente da HACH Company

O cloro na água, como ácido hipocloroso ou o íon hipoclorito (cloro livre ou com apossibilidade de ser livre), reage imediatamente com DPD (n,n-dietil-p-fenildiamina), altamente tóxico,irritante, (C2H5)2NC6H4NH2; MM = 164,25 g/mol, indicador, tomando uma cor róseo-avermelhada, a qualé proporcional a concentração de cloro, respeitando a Lei de Beer.

III - Técnica de coleta e preservação

Tipo de frasco: vidro, polietileno ou polipropilenoVolume necessário: 200 mlPreservação da amostra: não é necessáriaPrazo para análise: imediatamente após a coleta

IV – Materiais e reagentes

- Clorímetro



- Cubetas- Reagente DPD Hach

V - Interferentes

Amostra que apresentar alcalinidade (250 mg/L CaCO3) ou acidez (150 mg/L CaCO3),inadequado, poderá não desenvolver a cor ou poderá instantaneamente se desfazer. O pH da amostradeve estar entre 6 e 7, e para isso pode-se adicionar 1 N de ácido sulfúrico, ou 1 N de hidróxido desódio. Determine a quantidade requerida em 25 mL da amostra separada; então adicione a mesmaquantidade da amostra a ser testada.

Amostra contendo monocloramina causará uma elevação gradual na leitura de cloro. Quandoé feita a leitura entre um minuto da adição do reagente, 3,0 mg/L de monocloramina, causará umaumento de menos que 0,1 mg/L no cloro lido.

O bromo, iodo, ozônio, e formas oxidadas de manganês e cromo também poderá reagir e semostrar como o cloro. Para recompensar os efeitos do manganês (Mn4+) ou cromo (Cr6+), deve-seajustar o pH, com já descrito, então adicionar 3 pastilhas de iodeto de potássio, 30 g/L, para 25 mL deamostra, misturar e aguardar um minuto. Adicionar 3 pastilhas de arsenito de sódio 5 g/L e misturar. Emseguida proceder a análise da amostra (se o cromo esta presente, terá algum tempo reação com o DPDpara ambas as análises). Subtraindo o resultado deste teste de análise original obtém-se o resultadopreciso de cloro.

O reagente DPD de cloro livre contém formulação tampão que suporta altos níveis (até1000mg/L) sem interferências.

VI - Procedimento experimental

1. Determinar o pH da amostra (verificação de interferentes).2. Encher a cubeta até a marca com água destilada para zerar o equipamento. Este é o branco.3. Colocar a cubeta contendo o branco no clorímetro e apertar a tecla zero, aguardar a leitura, feito istoo instrumento estará zerado;4. Remova a cubeta contendo o branco e preencha outra cubeta com a amostra. Adicionar o reagenteDPD em pó e colocar a tampa. Agitar algumas vezes para misturar, durante 20 segundos e enxugar ofrasco;5. Colocar a cubeta no clorímetro e proceder a leitura dentro de 1 minuto após a preparação. Oinstrumento mostrará o resultado em mg/L de cloro livre.

OBSERVAÇÃO: A amostra tem que ser analisada imediatamente após a mistura com o reagente DPDpara cloro livre, não podendo ser preservada para análise posterior devido à deterioração da soluçãopreparada.

2.4 - DETERMINAÇÃO DE FLÚOR

I - Introdução

Ocorrência do flúor

O flúor é um oligoelemento, e é o 17º elemento em abundância na crosta terrestre,representando de 0,06 a 0,9 %. O flúor é o mais eletronegativo de todos os elementos químicos, tãoreativo, que dificilmente é encontrado em sua forma elementar na natureza, sendo normalmenteencontrado em sua forma combinada como fluoreto, principalmente fluorita (CaF2), fluorapatita(C10(PO4)6) e criolita (Na3AlF6). O flúor pode ser encontrado livremente nos gases vulcânicos; combinadoele se apresenta como fluoreto duplo de alumina e soda (criolita) nas rochas ígneas (graníticas) efluoretos simples nas rochas sedimentárias. É por isso que os compostos de flúor ocorrem maisfreqüentemente nas águas subterrâneas. O íon fluoreto está presente em muitas águas naturais emconcentrações que variam de 0,05 a 100 mg/L, embora menos que 0,1 mg/L seja mais comum. Nosefluentes industriais, é encontrado em indústrias de vidro, de condutores elétricos, entre outras.



Importância do flúor

Em 1931 foram divulgados os primeiros estudos que associaram a presença de flúor nas águas àdeterioração dos dentes (manchas). Foi posta em evidência a ligação entre uma água potável muitofluorada devido à poluição industrial, distúrbios do esmalte dentário (sem cáries) e distúrbios ósseos, asaber, osteoesclerose. Em 1955 foi feito um estudo na cidade de Newburg, este mostrou que crianças de6 anos de idade que haviam consumido água fluorada desde o nascimento, apresentavam um númerode cáries 75% menor do que as crianças de outra cidade que serviu como controle enquanto que as de16 anos apresentaram redução de 41% na taxa de C.P.O. (número de cáries, perdas e obturações). Aredução média para todas as idades foi de 58%. Admite-se atualmente a redução de 60 a 70% naincidência de cáries. Entretanto, estudos recentes do Environmental Health Perspectives, umapublicação do Instituto Nacional das Ciências Ambientais e Saúde dos E.U.A. demonstram que aexposição ao flúor pode causar a diminuição da inteligência das crianças. Nos Estados Unidos, 70% dossistemas públicos de abastecimento adicionam flúor à água. (FLUORIDE ACTION NETWORK, 2010).No ambiente, o flúor pode ser considerado um micropoluente, assim como os metais pesados e cianetos.

O flúor nos tecidos e nas células

Os tecidos minerais contém praticamente 99% de flúor do organismo com uma grande maiorianos ossos. O componente mineral dos tecidos duros do organismo é geralmente a apatita, um fosfato decálcio cuja fórmula é: Ca10(PO4)6 (OH)2. São pequenos cristais encaixados numa matriz. Mesmo que oflúor não seja um dos únicos íons suscetíveis de "contaminar" a apatita, ele tem a particularidade de sero único a poder se incorporar com tanta facilidade na estrutura dos cristais, por substituição de umahidroxila. Os íons flúor e OH são muito próximos (1,29 Debyes para o flúor e 1,33 Debyes para o OH emcomparação com 1,81 para o cloro). Eles tem também a mesma carga. O flúor pode ser incorporado aomineral de duas maneiras, seja durante a formação do cristal por incorporação direta, seja após suaformação por deslocamento de OH segundo a fórmula:

Ca10(PO4)6 (OH)2 + 2F Ca10(PO4)6 F2 + 2OH

O que explica a ação preventiva do flúor após a formação do mineral. O fluoreto reduz a solubilidadeda parte mineralizada do dente, tornando-o mais resistente à ação de bactérias e inibe processosenzimáticos que dissolvem a substância orgânica protéica e o material calcificante do dente. Constitui-setambém em meio impróprio ao desenvolvimento de Lactobacilus acidophilus.

Os fluoretos em excesso de 1,5 mg/L (em F) podem causar defeitos ou prejuízos na estruturados dentes das crianças em desenvolvimento, isto é, em idade de dentição. Tais defeitos consistem noataque ao esmalte, resultando colorações amareladas, sépias ou brancas opacas. É o mal conhecidopela denominação “fluorose dentária” (em inglês “motted enamel”). Em idosos, causa a fluorose óssea,ou seja, a descalcificação dos ossos.

Toxicidade do flúor

A forma mais tóxica é o fluoreto de sódio – NaF2 (ao contrário do fluoreto de cálcio, que é muitomenos solúvel). A dose tóxica situa-se entre 5 a 10 g de fluoreto de sódio: a morte sobrevém após duashoras na ausência de tratamento. Os principais efeitos são: inibição enzimática; depósitos de complexosde cálcio; estado de choque pelas modificações das concentrações de potássio, devido à diminuição daatividade de uma enzima, a ATPase; a agressão a certos órgãos, em particular a mucosa do estômago,freqüentemente seguida de uma gastrite aguda, devida à formação de ácido hidrofluórico. Cronicamente,pode atacar, além dos dentes, os rins e a tireóide.

Uso do flúor no tratamento de águas de abastecimento (fluoretação da água)

O fluossilicato de sódio era o composto mais utilizado, tendo sido substituído pelo ácidofluossilícico em diversas estações de tratamento de água. O teor de flúor na água é definido de acordocom as condições climáticas (temperatura) de cada região, em função do consumo médio diário de águapor pessoa. Para o estado de São Paulo o teor ideal de flúor é de 0,7 mg/L podendo variar entre 0,6 a0,8 mg/L. A ausência temporária ou variações de flúor na água de abastecimento não tornam a água



imprópria para consumo. Quando necessário, a desfluoretação da água pode ser realizada através dosseguintes métodos (NEMEROW & DASGUPTA, 1991):

Troca-Iônica; alumina ativadaProcessos com membranas: osmose reversaPrecipitação com cálcio: remoção parcial

II - Determinação da concentração de fluoreto em águas

A determinação é possível através de métodos coloriméticos, tais como através da Alizarina,SPADNS; também, através de método eletrométrico, utilizando eletrodo de íon seletivo.

II.1 - Método espectrofotométrico utilizando o reagente SPADNS

O método colorimétrico do SPADNS é baseado na reação entre o fluoreto e o corante zircônio.O fluoreto reage com a solução SPADNS dissociando uma porção desta em um complexo aniônicoincolor (ZrF6

2-) e o corante. O complexo, que aumenta proporcionalmente com a concentração defluoreto, tende a “descorar” o corante. Como a quantidade de flúor aumenta, a intensidade de corproduzida é inversamente proporcional. A medida da absorbância é realizada em 580 nm.

A velocidade de reação entre o fluoreto e os íons zircônio é fortemente influenciada pela acidezda mistura de reação. Se a proporção de ácido, no reagente, é aumentado a reação é quaseinstantânea. A escolha para determinação através deste método rápido é influenciada pela tolerânciaresultante da reação destes íons, fortemente ligada a sensibilidade na detecção do elemento.


Tipo de frasco: polietileno ou equivalenteVolume necessário para análise: 300 mLPreservação da amostra: não necessárioPrazo para análise: 28 dias.

IV - Materiais e reagentes:

- Erlenmeyer (250 ou 150 mL)- Espectrofotômetro Hach DR-2000- Cubetas de vidro de 25 mL.

OBSERVAÇÃO: Atualmente, é utilizado o método SPADNS - Hach, ou seja, já existe um kit reacionalcompleto, portanto as soluções apresentadas em seguida não são preparadas na aula de laboratório,entretanto, devido ao fato de ser uma apostila com objetivos de apresentar as possíveis situaçõesfuturas, as soluções apresentadas em seguidas são para a ocasião onde não existe o kit.

Solução Estoque: dissolver 221,0 mg de fluoreto de sódio (NaF) em água destilada e completar para100ml.Solução Padrão: Diluir, em balão volumétrico, 100 mL da solução estoque para 1000 mL de águadestilada. Relação: 1,0 mL = 10 g ou 0,01 mg de F-.A – Solução (SPADNS): Dissolver 958 mg de SPADNS, sodium 2- (parasulfophenylazo)- 1,8dihidroxy-3,6-naphthalene disulfonate ou 4,5-dihydroxy-3-(parasulfophenylazo)- 2,7-naphthalenedisulfonic acidtrisodium salt em 500 mL de água destilada. Esta solução é estável por 1 ano.B – Solução Zirconyil-acid: Dissolver 133 mg de zirconyl chloride octahydrate (ZrOCl2.8H20) em 25 mL deágua destilada, adicionar 350 mL de HCl concentrado e completar para 500 mL com água destilada.Solução Indicadora (Acid Zirconyl – SPADNS): Misturar as soluções A e B. Esta solução é estável por 2anos.Solução de Arsenito de Sódio (eliminar interferente-cloro): Dissolver 5,0 g de NaAsO2 em 1000 mL deágua destilada. Cuidado tóxico.



V – Interferentes

É necessário realizar destilação se a amostra contiver altas concentrações de sólidosdissolvidos. Alcalinidade, alumínio, ferro e sulfatos têm efeito negativo no resultado, enquanto cloretos efosfatos tem efeito positivo.

Tabela 1: substâncias interferentes que causam erro de 0,1 mg em 1,0 mg/L F-.

Substância Concentração Tipo de erroAlcalinidade 5000 (-)

Al3+ 0,1 (-)Cl- 7000 (+)

Fe2+ 10 (-)SO4

2- 200 (-)

VI – Procedimento experimental

1. Tomar 25 mL da amostra, no erlenmeyer de 125 mL;2. Fazer um branco adicionando água destilada no lugar da amostra para zerar o DR-2000;3. Adicionar ao branco e a amostra, 5,0 ml da solução desenvolvedora de cor, Acid zirconyl-SPADNS.4. Agitar a amostra e transferir para a cubeta;6. Fazer a leitura no DR-2000 em 580 nm (curva padrão já previamente gravada no método nº 190). Oresultado obtido já esta em mg/L de flúor. Registrar também a temperatura da amostra.

Caso seja necessária a construção da curva padrão, preparar a mesma a partir de uma soluçãode fluoreto de sódio (NaF). A partir da solução padrão de flúor, prepara-se uma curva de padrão 0,0 a1,4 mg/L de F-. Usa-se 100 mL da amostra ou porção diluída. Adicionar a cada padrão 5,0 mL reagenteAcid Zirconyl – SPADNS, para o desenvolvimento de cor.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Fluoride Action Network. Disponível em:<http://fluoridealert.org/caseagainstfluoride.appendices.html>.Acessado em 15/02/2011 12:13 h.

2.5 - DETERMINAÇÃO DE OXIGÊNIO CONSUMIDO

I – Introdução

Esta determinação permite avaliar a quantidade de material redutor existente na água. A grossomodo, pode-se admitir que fornece a quantidade de matéria orgânica que se encontra na água. Ou soboutra perspectiva, a determinação do oxigênio consumido fornece uma idéia sobre a quantidade dematerial orgânico, ou mesmo inorgânico, que seja oxidável nas condições impostas durante o ensaio. Éum teste equivalente ao teste de DQO, mas realizado em condições menos energéticas. È utilizado paraáguas com baixa concentração de matéria orgânica (< 5,0 mg/L), em avaliação de potabilidade.

Esta determinação é valiosa para o operador, porque não só os microrganismos sãorepresentados pela matéria orgânica, como também águas com oxigênio consumido elevado, em geral,estão associadas a ferro redutor solúvel, no estado Ferro II (Fe2+). As soluções água-ferro neste estadosão límpidas e atravessam os filtros, porém, à medida que percorrem a rede, em contato com o oxigênio(arejamento), há uma oxidação do ferro para o estado de Ferro III (Fe3+), tornando-se colorida e turva.Estas águas, quando usadas para lavar roupas podem manchá-las, causando grandes transtornos. Aságuas com oxigênio consumido superior a 5 ppm, podem provocar este fenômeno com grandeintensidade (EPA, 2000).

O oxigênio consumido pode nos indicar também a proliferação de algas em represas,reservatórios, etc. Além disso, o operador fazendo esta determinação nas diversas fases do tratamento,poderá verificar em que parte, por exemplo, está ocorrendo uma anormalidade. Se houver um aumento



do oxigênio consumido, poderá, por exemplo, estar sujo um reservatório, ou um filtro excessivamentecolmatado, havendo desenvolvimento de algas no decantador, etc.

II - Principio do método

O princípio do método é o da reação de oxidação por parte do permanganato de potássio emmeio ácido (titulometria redox). A amostra é digerida com excesso de permanganato de potássio, emmeio ácido. O excesso de permanganato é reagido com um volume de oxalato de sódio equivalente aovolume de permanganato, e o excesso de oxalato é titulado com permanganato.

Entretanto, este método por permanganato não oxida matéria orgânica nitrogenada, somente acarbonada. A determinação indireta da quantidade de matéria orgânica de uma amostra através daoxidação por permanganato tem sido substituída pela determinação da DBO, que é um processocomparável aos fenômenos de oxidação biológica que ocorrem na natureza. Os resultados de oxigênioconsumido e de DBO, entretanto, são diferentes, uma vez que o permanganato oxida apenas matériaorgânica carbonada, deixando de incluir a porção nitrogenada. No caso de efluentes e águas residuáriasindustriais prefere-se determinar a matéria orgânica através da DQO, empregando como oxidantedicromato de potássio em meio ácido.

Descrição detalhada:

Para oxidar quantitativamente as substâncias oxidáveis nas condições aplicadas, adiciona-se umexcesso conhecido de permanganato e trabalha-se a quente. A seguir, adiciona-se uma solução redutoracomo o oxalato, em quantidade estequiométrica, ou equivalente, ao permanganato adicionadopreviamente. Deste modo, ocorrerá um excesso de oxalato equivalente ao permanganato que tenha sidoconsumido pelas substâncias contidas na amostra. O excesso de oxalato será titulado compermanganato, sendo que este volume gasto será igual ao consumido pela amostra.

Em solução ácida, o permanganato atua de acordo com a seguinte reação:

MnO4- + 8 H+ + 5e- → Mn2+ + 4 H2O

Assim, o manganês se reduz da forma Mn7+ para Mn2+, oxidando a amostra. O excesso depermanganato é colocado então frente ao oxalato ocorrendo:

MnO4- + 5 C2O4

2- + 16 H+ → 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O

Finalmente, o excesso de oxalato é titulado com permanganato de potássio, ocorrendo a mesmareação acima.


Tipo de frasco: vidro, polietileno e polipropilenoVolume necessário para análise: 200 mLPreservação da amostra: não é necessárioPrazo para análise: 24 horas

IV - Materiais e reagentes

- Balão de fundo chato de 500 mL- Bureta de 25 mL- Termômetro 100 ºC- Chapa aquecedora- Pipetas graduadas e volumétricas



As soluções seguintes já estarão previamente preparadas e padronizadas, não sendo onecessário o preparo durante a aula de laboratório:

Solução de ácido sulfúrico 1:3: Adicionar aos poucos e com agitação 250 ml de ácido sulfúricoconcentrado (D = 1,84 g/mL), em 750 mL de água destilada.

Solução padrão de oxaláto de sódio 0,0125 N: dissolver 1,6 g de Na2C2O4 seco em estufa a 105 ºCdurante 1 hora, em água destilada e diluir a 2000 mL.

Solução estoque de permanganato de potássio (KMnO4) 0,125 N: dissolver 3,9510 g de permanganatode potássio em 1000 mL de água destilada, em balão volumétrico, deixar em repouso por 7 dias, emfrasco âmbar, filtrar por filtro de vidro sinterizado, e completar novamente a 1000 mL. Ou, dissolver o salem água destilada e diluir a 1000 ml, ferver por 10 minutos, quando frio filtrar por filtro de vidrosintetizado e completar a 1000 mL. Armazenar em frasco âmbar.

Solução de Permanganato de Potássio 0,0125 N: diluir 100 mL da solução estoque de permanganato depotássio 0,125 N (estoque) em 1000 mL de água destilada.

Padronização:

1 - Em um balão de ebulição, colocar 100 mL de água destilada2 - Adicionar 5 mL da solução de ácido sulfúrico (1:3) e 1 mL da solução de permanganato de potássio0,0125 N. Deixar a mistura em banho-maria até atingir 80 ºC por 30 minutos.3 - Acrescentar em seguida 1 mL da solução de oxalato de sódio 0,0125 N e deixar em banho-maria pormais 2 ou 3 minutos.4 - Titular com solução de permanganato de potássio 0,0125 N até a coloração rósea.5 - Adicionar solução de oxalato de sódio 0,0125 N até a mistura tornar-se incolor (normalmente de 1 a 2gotas).6 - Adicionar 10 mL de solução de oxalato de sódio 0,0125 N, deixar 2 ou 3 minutos em banho-maria 80ºC, e titular com solução de permanganato de potássio 0,0125 N. Armazenar em frasco âmbar.

Solução de ácido oxálico 0,0125 N: diluir 1,6 g de ácido oxálico (H2C2O4), seco em estufa a 105 ºC, poruma hora em 2000 mL de água destilada.

V – Interferentes

Traços de matéria orgânica, na vidraria e na água destilada, interferem na análise.Ferro ferroso, amônia, nitrato e cloretos interferem.


1 - Colocar 100 mL da amostra, após homogeneização, em um balão de fundo chato de 250 mL.2 - Juntar 10 mL de ácido sulfúrico 1:3.3 - Juntar exatamente 10 mL de solução de permanganato de potássio (KMnO4) 0,0125 N na amostra.4 - Ferver por 10 minutos em chapa aquecedora.5 - Juntar 10 mL de ácido oxálico (H2C2O4) 0,0125 N.6 - Titular com permanganato de potássio 0,0125 N, ainda quente, até uma coloração rósea persistente.

VII - Cálculos

4 2[ ]KMnO consumidoV O




CULP, R. Handbook of advanced wastewater treatment. New York: Van Nostrand Reinhold, 1976.632p.

EPA - Environmental Protection Agency. Treatment technology overview. Disponível em:<http://www.epareachit.org/DetailTreatment/Overview.asp>. Acessado em 23/11/00.

NEMEROW, S.L.; DASGUPTA, A. Industrial and Hazardous Waste Treatment. New York: VanNostrand Reinhold, 1991. 741p.

Oligoelementos. Disponível em: <http://www.oligoelementos.com.br>. Acessado em 22/03/2008.

Questões propostas

1 – Discorra sobre a importância da determinação da condutividade, principalmente no tratamento deáguas.

2 – Descreva o princípio do método para a determinação de condutividade abordado em aula. Qual arelação existente entre condutividade e Sólidos Totais Dissolvidos obtida por sua equipe na aulaprática?

3 – Descreva o princípio do método para determinação do oxigênio consumido

4 – Compare 3 formas do cloro, em relação à formas químicas, estado físico e respectivas eficiênciaspara desinfecção.



EXPERIMENTO 3: DETERMINAÇÃO DE FERRO TOTAL E MANGANÊS EM ÁGUAS

3.1 - DETERMINAÇÃO DE FERRO EM ÁGUAS - Método da fenantrolina

I – Introdução

O ferro é um elemento persistentemente presente em quase todas as águas subterrâneas emteores abaixo de 0,3 mg/L. Suas fontes naturais são minerais escuros (máficos) portadores de Fe:magnetita, biotita, pirita, piroxênios, anfibólios. Em virtude de afinidades geoquímicas quase sempre éacompanhado pelo manganês. O ferro aparece principalmente em águas subterrâneas devido àdissolução do minério pelo gás carbônico da água, conforme a reação:

Fe + CO2 + ½ O2 FeCO3

O bicarbonato ferroso é solúvel e frequentemente é encontrado em águas de poços contendoelevados níveis de concentração de ferro. Em águas superficiais, o nível de ferro aumenta nas estaçõeschuvosas devido ao carreamento de solos e a ocorrência de processos de erosão das margens. A formamais comum em que o ferro solúvel é encontrado nos corpos de água é como bicarbonatos ferrosos(Fe(HCO3)2). Em efluentes industriais, é encontrado em galvanoplastias e metalúrgicas. Muitas indústriasmetalúrgicas procedem atividades de remoção da camada oxidada (ferrugem) das peças antes de seuuso, processo conhecido por decapagem, que normalmente é procedida através da passagem da peçaem banho ácido.

O ferro no estado ferroso (Fe²+) forma compostos solúveis. Em ambientes oxidantes o Fe²+ passaa Fe³+ dando origem ao hidróxido férrico, que é insolúvel e se precipita, tingindo fortemente a água.Desta forma, águas com alto conteúdo de Fe, ao saírem do poço são incolores, mas ao entrarem emcontato com o oxigênio do ar ficam amareladas. Apesar do organismo humano necessitar de até 19 mgde ferro por dia, os padrões de potabilidade exigem que uma água de abastecimento público nãoultrapasse os 0,3 mg/L. Este limite é estabelecido em função de problemas estéticos relacionados àpresença do ferro na água e do sabor ruim que o ferro lhe confere.

As concentrações de ferro acima de 1 mg/L, podem ocorrer naturalmente em águas potáveis, ouem rios que recebem resíduos industriais. Uma das maneiras de eliminar o ferro em algumas águassubterrâneas consiste em utilizar polifosfatos.

Implicações estéticas e sanitárias

Os elementos ferro e manganês apresentam comportamento químico semelhante, podendo,portanto, ser abordados conjuntamente. O ferro, assim como o manganês, ao se oxidarem se precipitamsobre as louças sanitárias, azulejos, roupas, manchando-as. Também, podem prejudicar determinadosusos industriais da água. Altas concentrações de ferro podem ocasionar o desenvolvimento dedepósitos em canalizações e de ferro-bactérias, provocando a contaminação biológica da água naprópria rede de distribuição.

Águas ferruginosas são aeradas antes da filtração para eliminar o ferro. Uma forma de evitar osinconvenientes da precipitação de sais deste elemento químico é usar substâncias complexantes, à basede fosfato, que encapsulam as moléculas dos sais de Fe e Mn, formando compostos estáveis, nãooxidáveis nem através de forte cloração, e desta forma mantendo-as permanentemente em solução.

Os coagulantes de ferro podem ser acrescentados durante o tratamento de água para remover aturbidez. Nestes casos, quantidades significativas de ferro na água já tratada indicam que foramutilizadas dosagens incorretas de coagulantes. Alternativamente, a análise de ferro pode indicar oproblema de corrosão em tubulações.

Deve ser destacado que as águas de muitas regiões brasileiras, como é o caso de Minas Geraisp.ex., em função das características geoquímicas das bacias de drenagem, apresentam naturalmenteteores elevados de ferro e manganês, que podem inclusive superar os limites fixados pelo padrão depotabilidade. Altas concentrações destes elementos são também encontradas em situações de ausênciade oxigênio dissolvido, como p.ex. em águas subterrâneas ou nas camadas mais profundas dos lagos.Em condições de anaerobiose o ferro e o manganês apresentam-se em sua forma solúvel (Fe2+ e Mn2+),voltando a precipitar-se quando em contato com o oxigênio (oxidação a Fe3+ e Mn4+).



II – Princípio do método

Quando se deseja determinar a concentração de ferro total, há a necessidade de se proceder aredução do Fe+3 a Fe+2, antes da determinação espectrofotométrica propriamente dita. Esta redução éfeita adicionando-se hidroxilamina (NH2OH:HCl, na forma de hidrocloreto para aumentar suasolubilidade) em meio ácido à amostra, sob aquecimento em chapa, controlando-se a reação pelaquantidade de amostra evaporada. A solução é então tratada com 1,10-fenantrolina em pH 3,2 a 3,3. Aintensidade da coloração do complexo vermelho-alaranjado formado independe do pH na faixa de 3 a 9.Em pH entre 2,9 e 3,5, entretanto, o desenvolvimento da cor é rápido em presença de excesso de 1,10-fenantrolina. A absorbância é lida em espectrofotômetro ou fotômetro com filtro verde.

4 Fe3+ + 2 NH2OH 4 Fe2+ + N2O + 4 H+ + H2O

A ortofenantrolina (1,10-fenantrolina) é um composto orgânico de formula molecular C12H8N2,solúvel em água, álcool etílico e solventes orgânicos. A ortofenantrolina em contato com a solução deferro(II), complexa este, formando um complexo de coloração vermelha, [Fe(C12H8N2)3]

2+, em soluçõesligeiramente ácidas. O reagente é uma base orgânica fraca que reage para formar o íon 1,10-fenantrolínio, FenH+, em meio ácido. A formação do complexo com ferro pode ser descrita pela equação:

Fe2+ + 3 FenH+ Fe(Fen)32+ + 3 H+

A constante de formação para este equilíbrio é de 2,5 x 106 a 25 °C. A absortividade molar docomplexo é de 1,1 x 104 em max = 512 nm. O Fe(II) é quantitativamente complexado pelo ligante numintervalo de pH variando de 2 até 9.


Tipo de frasco: vidro, polietileno e polipropileno.Lavagem do frasco: lavar com ácido nítrico 1:1, enxaguar com água destilada e deionizada.Volume necessário para análise: 500 mL.Preservação da amostra: adicionar ácido nítrico concentrado até pH 2Prazo para análise: 6 meses.

IV - Materiais e reagentes

- Espectrofotômetro Hach DR 2000- Estante com tubos de ensaio de 100 mL- Pipeta graduada- Proveta 100 mL- Erlenmeyer 250 mL- Chapa aquecedora- Pérolas de vidro.


Solução de ferro estocada:a) dissolver 0,7022 g de sulfato ferroso amoniacal (Fe (NH4)2(SO4)2 . 6 H2O em uma solução de 50 mLde água destilada e 20 mL de ácido sulfúrico.b) dissolver 1,0 g de permanganato de potássio (KMnO4), em 100 mL de água destilada.c) adicionar, gotejando, a solução b e a solução a, agitando sempre até que se fixe a cor rosa pálida.d) transferir a solução (c) para um balão volumétrico de 1 litro, limpando o becker com três porções de100 ml de água destilada e diluir a 1000 mL.

Solução-padrão de ferro: tomar 10 mL da solução estocada de ferro e diluir para 100 mL com águadestilada em balão volumétrico. Preparar esta solução no dia de usar, por se tratar de uma solução muitoinstável.



Solução de hidroxilamina clorídrica: Pesar 10g de hidroxilamina clorídrica (NH2.OH:HCl) e dissolver com100 mL de água destilada.

Solução-tampão de acetato de amônio: pesar 250g de acetato de amônio (NH4C2H3.O2), dissolver em150 mL de água destilada. Adicionar 700 mL de ácido acético glacial (ou concentrado) e diluir para 1000mL de água destilada.

Solução de fenantrolina: pesar 0,1 g de 1-10 monohidrato de fenantrolina (C12H8N2.H2O), diluir a 100 mLcom água destilada. Adicionar 2 gotas de ácido clorídrico concentrado. Se necessário aquecer embanho-maria.

Ácido clorídrico concentrado

V - Interferentes

Turbidez: a amostra deve estar isenta de turbidez não ferrosa ou cor. O fato de que o ferro podeaparecer em forma solúvel, coloidal, complexa ou simples, assim como em estado ferroso ou férrico,torna esta determinação muito difícil. Deve-se usar o bom senso ao coletar amostra de ferro,principalmente quando se procura a evidência da corrosão.

Tipo de recipiente de coleta: Um recipiente de vidro com tampa de vidro ou plástica é preferível auma de metal. É necessário agitar bem o frasco para suspender e homogeneizar todo o ferrouniformemente na amostra antes que se faça a retirada da alíquota para análise de ferro total. Mesmoassim pode permanecer algum depósito de ferro nas paredes do recipiente quando a determinação sedemora por vários dias. Para evitar “contaminação”, frasco, tubo, bécker ou qualquer outra vidraria quecontém substâncias com grande conteúdo de ferro (como sulfato ferroso ou sulfato férrico ou cloretoférrico), devem ser limpos, fervendo-se os mesmos por meia hora com uma solução que contenhamvolumes iguais de ácido clorídrico concentrado em água destilada.

Para resultados exatos, a determinação deve ser feita exatamente da mesma maneira. Foradisto os resultados podem variar conforme as variações na técnica de manipulação.

Embora alguns constituintes comuns da água natural afetem o teste, as substâncias seguintespodem produzir erros:- concentrações de zinco acima de 10 vezes o valor do ferro;- cobre e cobalto acima de 5 mg/L;- mais que 2 mg/L de níquel, bismuto, prata, cádmio, mercúrio, molibdênio;- grande quantidade de agentes oxidantes concentrados.


Não será realizado o procedimento para confecção da curva de calibração em aula. Serárealizado apenas o preparo e leitura das amostras no espectrofotômetro.

VI.1 – Confecção da curva padrão

1. Preparar soluções padrões de ferro com concentrações 0,05, 0,1, 0,3, 0,5, 0,8 e 1,0 mg/L.2. Transferir os padrões para erlenmeyer de 250 ml, contendo 3 pérolas de vidros;3. Adicionar 2 mL de ácido clorídrico concentrado e agitar.4. Adicionar 1 mL da solução de hidroxilamina clorídrica e agitar.5. Aquecer a solução até a ebulição e deixá-la nesta fase até que o volume reduza a aproximadamente30 mL.6. Esfriar os padrões em temperatura ambiente.7. Adicionar 10 mL de solução tampão acetato, agitando bem.8. Adicionar 5 mL de solução de fenantrolina com pipeta volumétrica e agitar bem.9. Transferir novamente o conteúdo do erlenmeyer para o balão volumétrico de 100 mL, completar ovolume com água destilada e agitar.



10. Deixar o tubo em repouso durante 15 minutos para que a cor se desenvolva.11. Inserir a curva-padrão no espectrofotômetro Hach DR-2000 (de acordo com o manual doequipamento).

VI.2 – Leitura da amostra

Usar um volume de amostra de 100 mL ou diluir para este volume.

1. Fazer um branco, utilizando água destilada no lugar da amostra.2. Proceder como descrito de 2 a 10 do item V.I.1, utilizando as amostras e o branco.3. Ligar o espectrofotômetro, chamar o método nº 958 (510 nm), zerar com o branco e fazer a leitura daamostra. O valor obtido no equipamento já está expresso em mg/L de ferro total. Quando a amostra fordiluída, basta multiplicar o valor obtido pela diluição.

3.2 - DETERMINAÇÃO DE MANGANÊS EM ÁGUAS

I – Introdução

O manganês apresenta comportamento físico-químico semelhante ao ferro, aparecendo namaioria das vezes conjuntamente.

Em condições anaeróbias, o íon Mn4+ passa para a forma Mn2+. O manganês esta presente emáguas subterrâneas geralmente sob a forma de íon bivalente, Mn2+, aparecendo nas águas superficiaisna forma trivalente e tetravalente com relativa estabilidade. Também aparece em efluentes domésticos eindustriais, e em águas de sistema de resfriamento. Geralmente o manganês aparece em águassuperficiais brutas com bicarbonato. A sua concentração é normalmente baixa, podendo variar entre 0 e5 mg/L. Também o manganês apresenta os mesmos inconvenientes que o ferro em superfícies de trocade calor (formação de depósitos) e em processos de tingimento de tecidos (ocorrência de manchas).

Em águas potáveis a sua concentração máxima tolerável é de 0,05 mg/L.De uma forma geral, o manganês (do mesmo modo para o ferro) pode ser removido através dos

seguintes procedimentos: precipitação química, ajuste do pH, aeração, oxidação química,desmineralização e evaporação da água.

Existem vários métodos para a determinação do manganês presente: espectrofotometria deabsorção atômica, plasma e colorimetria. Em todos, se determina a quantidade de manganês total, nãohavendo especiação em relação à valência do íon.

II – Princípio do método

O método utilizado será o colorimétrico, usando o persulfato como agente oxidante, levando todoo manganês presente a formar permanganato, composto de cor característica, na presença de sulfato deprata. A cor resultante é estável por 24 h e se houver excesso de persulfato e ausência de matériaorgânica. A reação de oxidação é descrita abaixo:

2 Mn2+ + 5 S2O82- 2 MnO4

- + 10 SO42- + 16 H+

III – Técnica de coleta e preservação

Tipo de frasco: polietileno ou polipropileno, vidro.Volume necessário para a análise: 500 mL.Preservação: adicionar HNO3 até atingir pH < 2,0.Prazo para a análise: 6 meses.

IV – Materiais e reagentes

- Espectrofotômetro Hach DR 2000.- Erlenmeyer de 250 mL.- Balão volumétrico de 100 mL.



- Chapa de aquecimento.- Pérolas de vidro.


Reagente especial: dissolver 75 g de HgSO4 em 400 mL de HNO3 concentrado e 200 ml de águadestilada. Adicionar 200 mL de ácido fosfórico 85% (H3PO4), 35 mg de AgNO3. Diluir para 1000 mL.

Persulfato de amônio: utilizar o (NH4)2S2O8 sólido.

Solução padronizada de manganês: preparar uma solução 0,1 N de permanganato de potássio (KMnO4)dissolvendo 3,2 g em água destilada em balão de 1000 mL. Deixar a solução em repouso por 1 semanaem lugar escuro (alternativa aquecê-la por algumas horas próximo ao ponto de ebulição). Filtrá-la emfiltro de fibra de vidro e padroniza-la com oxalato de sódio, da seguinte forma:Pesar várias porções de oxalato de sódio (Na2C2O4), entre 100 e 200 mg e transferi-las para béckers de400 mL. Em cada bécker, adicionar 100 mL de água destilada e misturar bem. Adicionar 10 mL dasolução 1+1 de H2SO4 e aquecer rapidamente para 90/95 ºC. Titular rapidamente com a solução deKMnO4 até uma leve cor rósea persistir por 1 minuto. Não deixar a temperatura cair abaixo de 85 ºC. Senecessário, aquecer o bécker durante a titulação (100 mg de oxalato de sódio irá consumir cerca de 15mL de solução de permanganato). Correr um branco utilizando água destilada e H2SO4. O cálculo danormalidade da solução de permanganato é dada por:

2 2 4

4 ( ).0,06701

Na C O

KMnO

mN

A B

onde:

A = volume de titulante na amostra (mL)B = volume de titulante no branco (mL)

Calcular a média dos resultados para as várias titulações. Calcular então, segundo a equaçãoabaixo, o volume necessário da solução de permanganato para produzir uma solução que possibilite arelação: 1,00 mL = 50 g ou 0,05 mg de Mn.

4

4

4,55KmnO

KMnO

VN

Para este volume adicionar 2 a 3 mL de ácido sulfúrico concentrado e gotas de solução deNaHSO3, sob agitação, até a cor do permanganato desaparecer. Aquecê-la para remover o excesso deSO2, resfriar e diluir para 1000 mL com água destilada. Diluir esta solução quando da determinação depequenas quantidades de manganês.

Peróxido de hidrogênio: H2O2 30%.

Ácido nítrico concentrado.

Ácido sulfúrico concentrado.

Oxalato de sódio.

Solução de nitrito de sódio: dissolver 5,0 g de NaNO2 em 95 mL de água destilada.

Solução de bissulfito de sódio: dissolver 10 g de NaHSO3 em 100 mL de água destilada.




Não será realizado o procedimento para confecção da curva de calibração em aula. Serárealizado apenas o preparo e leitura das amostras no espectrofotômetro.

V.1 – Confecção da curva padrão

1. Preparar soluções padrões de manganês, a partir da solução-padrão de 0,05 mg/L com concentrações0,050, 0,125, 0,250, 0,500, 1,000 e 1,500 mg/L.2. Transferir os padrões para um erlenmeyer de 250 mL3. Adicionar 5 mL do reagente especial e uma gota de H2O2.4. Colocar 3 pérolas de vidro.5. Adicionar 1 g de (NH4)2S2O8 e colocar na chapa de aquecimento. Após a solução entrar em ebulição,deixá-la nesta fase por 1 minuto.6. Resfriar em água corrente e fazer as leituras, zerando o equipamento com o branco. O resultadoobtido já esta em mg/L de Mn.7. Inserir a curva-padrão no espectrofotômetro Hach DR-2000 (de acordo com o manual doequipamento).

V.2 – Leitura da amostra

Usar um volume de amostra de 100 mL ou diluir para este volume.

1. Fazer um branco, utilizando água destilada no lugar da amostra.2. Proceder como descrito de 2 a 6 do item V.1, utilizando as amostras e o branco.3. Ligar o espectrofotômetro, chamar o método nº 959 (525 nm), zerar com o branco e fazer a leitura daamostra.

VI – Interferentes

Íons cloretos, que podem ser eliminados com a adição de HgSO4.Matéria orgânica: eliminada com o aumento na quantidade de persulfato e no tempo de

permanência em ebulição da amostra.Presença de MnO2 sob forma de precipitado: adição de H2O2 que redissolve o Mn2

+

Cor e turbidez: compensada pela adição de 0,05 mL de H2O2 na amostra já lida noespectrofotômetro e então proceder nova leitura. A diferença entre a leitura da amostra colorida e após asua descoloração dará somente a absorbância devida ao Mn.


SKOOG, D.A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J. Fundamentals of Analytical Chemistry, 6th ed., New York:

Saunders Publishing, 1994.

Questões propostas

1 – Explique o princípio do método para determinação de Ferro Total.

2 – Quais são as origens do ferro em águas?

3 – Discorra sobre as implicações sanitárias e para o tratamento de água numa ETA do excesso deferro e manganês na água.



EXPERIMENTO 4: DETERMINAÇÃO DE COR (APARENTE E VERDADEIRA), TURBIDEZ E ENSAIODE FLOCULAÇÃO UTILIZANDO JAR-TEST

4.1 - DETERMINAÇÃO DA COR

I – Introdução

A medida de cor está associada ao grau de redução que a intensidade da luz sofre ao atravessaruma amostra. A determinação do teor de cor de uma água é feita comparando-se a amostra com umpadrão de platina-cobalto, sendo o resultado fornecido em unidades de cor, também chamadas uH(unidade Hanzen). No método platina-cobalto como padrão, a unidade de cor inicia por aquelaproduzida por 1 mg/l de platina, na forma de íon cloroplatinado.

A cor também pode ser determinada por comparação visual da amostra com concentraçõesconhecidas de soluções coloridas. A comparação neste caso pode ser feita com discos de vidrosespeciais coloridos se eles forem previamente calibrados.

O termo “cor verdadeira” é usado para indicar a cor da água na qual a turbidez foi removida. Otermo “cor aparente inclui não somente a cor devido a substâncias em solução (dissolvidos ou coloidais),mas também devido à matéria em suspensão. A cor aparente é determinada na amostra original semfiltração ou centrifugação.

A cor de uma água pode ser decorrente da presença de colóides finamente dispersos de origemorgânica (ácidos húmicos e fúlvicos) ou inorgânica (resíduos industriais, compostos de ferro emanganês). A presença de matéria orgânica na água pode ser decorrente de várias fontes. Oscompostos orgânicos naturais nas águas são oriundos da degradação de plantas e animais e sãodenominadas substâncias húmicas. Antigamente, a medida da cor era efetuada apenas por motivoestético, porém, com a descoberta de que tais substâncias são precursoras de formação detrihalometanos (THM), se a desinfecção for feita com cloro livre, a quantificação da cor passa a ser muitoimportante. A cor de origem natural pode não representar risco direto à saúde, mas interfere nascaracterísticas estéticas. Quando de origem antropogênica, pode representar toxicidade.

O método seguinte para determinação da cor é aplicável somente às amostras de água potável.


Tipo de frasco: vidro, polietileno, polipropileno.Volume necessário para análise: 200 ml.Preservação da amostra: refrigerar a 4º C.Prazo para análise: 48 horas, pois o armazenamento por longos períodos pode alterar sensivelmente acor.

III - Materiais e equipamentos

- Espectrofotômetro Hach DR/2000- Becker, bastão de vidro e proveta

IV - Interferentes

Sem dúvida, uma pequena turbidez causa cor aparente, que pode ser muito mais intensa que acor verdadeira, entretanto, é necessária a remoção da turbidez antes da determinação da corverdadeira, pelos procedimentos descritos a seguir. O método recomendado para se remover a cor é acentrifugação. A filtração não pode ser usada porque ela pode remover a cor verdadeira.




a) Cor Aparente

Calibração

1 – Ligar o espectrofotômetro e chamar o método 120. Ajustar o comprimento de onda.2 – Encher a cubeta até a marca de 25 mL com água destilada. Esta cubeta é o branco.3 – Inserir a cubeta no espectrofotômetro e colocar a tampa para fechamento, evitando assim ainterferência da luz ambiente.4 – Pressionar a tecla [ZERO]. Aparecerá no visor 0,00 mg/L.5 – Remover a cubeta do branco.

Leitura da amostra

1 - Em um béquer colocar 100 mL da amostra.2 – Preencher outra cubeta com 25 mL da amostra e inserir no equipamento.3 - Tampar e pressionar a tecla [READ].4 – O valor aparecerá no visor.

b) Cor Verdadeira

1 - Agitar a amostra no béquer com bastão de vidro;2 - Centrifugar a amostra por 10 minutos a 2000 rpm;3 - Coletar somente o sobrenadante. Calibrar se necessário. Realizar a leitura da amostra repetindo ospassos 2 a 4 descritos na Leitura da amostra do item (a), “cor aparente”.

4.2 - DETERMINAÇÃO DA TURBIDEZ

I - Introdução

A turbidez, em águas, é causada pela presença de partículas em suspensão e colóides, taiscomo: argila, lama, matéria orgânica e inorgânica finamente dividida, plâncton e outros organismosmicroscópicos, etc. A turbidez pode ser claramente compreendida por ser uma expressão depropriedade óptica da amostra, a qual causa ligeiro espalhamento de luz e absorção, especialmentequando transmitida através da amostra. Representa, portanto, o grau de atenuação à passagem da luzcausada por sólidos em suspensão (e esta redução se dá por absorção e espalhamento, uma vez queas partículas que provocam turbidez são maiores que o comprimento de onda da luz branca), sendoexpressa através de unidades de turbidez (UT, também chamadas unidades de Jackson ounefelométricas).

As tentativas de relacionar turbidez com concentração em peso de matéria em suspensãomostram que é impossível encontrá-la, como grandeza. Forma e índice de refração de materiaisparticulares são de grande importância óptica, mas mostram uma pequena e direta relação entreconcentração e massa específica de material suspenso.

A distinção entre dispersão coloidal e suspensão é arbitrária, porém, tem sido adotado o tamanhode uma esfera com diâmetro de 1 m. Na Figura 1, é mostrada a distribuição de tamanhos daspartículas, moléculas e átomos presentes em águas.

Tem sido realizadas várias tentativas no sentido de se relacionar turbidez com sólidossuspensos, pois a medida da turbidez pode levar a interpretações errôneas, especialmente quandoáguas de diferentes mananciais são comparadas entre si.



Figura 1 – Distribuição de tamanho de partículas em água.

II – Importância da turbidez e aplicações ao saneamento e ambiente

A turbidez é normalmente usada como um meio de monitoramento do processo de filtração.Dentro de certos limites, tem-se mostrado que a concentração de sólidos suspensos encontrada emefluentes tratados pode ser correlacionada com a medida de turbidez.

As partículas podem ser divididas em duas faixas distintas de tamanho, partículas pequenas,com diâmetro circular equivalente de 1 a 15 µm, e partículas grandes que variam de 50 a 150 µm. Alémdisso, algumas partículas maiores que 500 µm são quase sempre encontradas em efluentes tratadossedimentados. Estas partículas são leves e amorfas e não sedimentam facilmente.

É evidente que, quanto maior o número total de partículas, maior a turbidez, porém, para ummesmo valor de turbidez, por exemplo, por volta de 5 UT, o número total de partículas varia desde 60 x103 até cerca de 150 x 103 partículas por mililitro. Por outro lado, para um mesmo número de partículas,da ordem de 250 x 103 por mililitro, a turbidez da água bruta varia de 7 até 12 UT.

A turbidez dos corpos d'água é particularmente alta em regiões com solos erodíveis, onde aprecipitação pluviométrica pode carrear partículas de argila, silte, fragmentos de rocha e óxidosmetálicos do solo. Pode, também, ser provocada por plâncton, algas, detritos orgânicos e outrassubstâncias. Grande parte das águas de rios brasileiros é naturalmente turva em decorrência dascaracterísticas geológicas das bacias de drenagem e devido à ocorrência de fortes chuvas. Como, aocontrário da cor que é causada por substâncias dissolvidas, a turbidez é provocada por partículas emsuspensão, sendo, portanto, reduzida com a decantação da água. Em lagos e represas, onde avelocidade de escoamento da água é mais lenta, a turbidez pode ser bastante baixa. Além da origemnatural, a turbidez pode ser derivada também do lançamento de esgotos domésticos ou industriais. Altaturbidez reduz a fotossíntese de vegetação enraizada submersa e algas. Esse desenvolvimento reduzidode plantas pode, por sua vez, suprimir a produtividade de peixes. Logo, a turbidez pode influenciar nascomunidades biológicas aquáticas. Além disso, afeta adversamente os usos doméstico, industrial erecreacional de uma água.

A turbidez natural das águas está geralmente contida na faixa de 3 a 500 unidades. Em geral aságuas subterrâneas apresentam baixos valores de turbidez; águas ricas em íon ferroso podemapresentar elevação na turbidez quando em contato com o oxigênio do ar. Para fins de potabilidade aturbidez possui o valor máximo permitido de 5 UNT.

Um outro parâmetro diretamente associado à turbidez é a transparência da água. A medida datransparência tem um maior significado em lagos e represas, já que, nas águas turvas destes ambientes,há uma redução na penetração da luz, prejudicando assim a fotossíntese. A transparência é medidamergulhando-se na água um disco de aproximadamente 20 cm de diâmetro (disco de Secchi, emhomenagem a seu inventor) e anotando-se a profundidade de desaparecimento. Lagos turvosapresentam transparência reduzida, da ordem de poucos centímetros até um metro, enquanto que emlagos cristalinos a transparência pode atingir algumas dezenas de metros.

No tratamento de águas para abastecimento, deve-se destacar a influência da presença de ferrona etapa de coagulação e floculação. As águas que contêm ferro caracterizam-se por apresentar corelevada e turbidez baixa. O tamanho e a distribuição das partículas podem influir significativamente naescolha da tecnologia de tratamento, especialmente quando forem escolhidas aquelas que não utilizam acoagulação química. Por outro lado, a distribuição de tamanho das partículas nas águas também



influencia na eficiência do processo de coagulação química e pode indicar a necessidade da pré-floculação em sistema de filtração direta descendente. A turbidez pode reduzir a eficiência da cloração,pela proteção física dos microorganismos, e do contato direto com os desinfetantes. As partículas deturbidez transportam matéria orgânica absorvida que podem provocar sabor e odor.

Figura 2: classificação das partículas em função do tamanho

III – Princípio de funcionamento do turbidímetro

A determinação da turbidez pelo método nefelométrico, é adotado nas atividades de controle depoluição da água e de verificação do parâmetro físico nas águas consideradas potáveis. O método ébaseado na comparação da intensidade de luz espalhada pela amostra em condições definidas, com aintensidade da luz espalhada por uma suspensão considerada padrão (normalmente formazina). Quantomaior a intensidade da luz espalhada maior será turbidez da amostra analisada.

O turbidímetro é o aparelho utilizado para a leitura, este aparelho é constituído de umnefelômetro, sendo a turbidez expressa em unidades nefelométricas de turbidez (UNT) ou em mg/L SiO2.O nefelômetro consta de uma fonte de luz, para iluminar a amostra e um detector fotoelétrico para indicara intensidade da luz espalhada em ângulo reto ao caminho da luz incidente.

Em equipamentos modernos, o sistema ótico inclui uma lâmpada de filamento de tungstênio, umdetector a 90° para monitorar a luz dispersada e um detector de luz transmitida. O microprocessador doinstrumento calcula a relação entre os sinais provenientes do detector a 90° e do detector de luztransmitida. Esta técnica corrige a interferência decorrente da cor e dos materiais que absorvem a luz ecompensa as flutuações na intensidade luminosa da lâmpada, proporcionando estabilidade decalibragem em longo prazo. O desenho óptico minimiza, além disso, a dispersão da luz, incrementando aprecisão do instrumento. A Figura 3 ilustra o diagrama esquemático de um turbidímetro.

Figura 3: Diagrama esquemático de um turbidímetro

IV - Técnica de coleta e preservação

Tipo de frasco: vidro, polietileno, polipropilenoVolume necessário para análise: 200 mlPreservação da amostra: refrigerar a 4ºCPrazo para análise: até 48 horas; recomendável 24 h e amostras armazenadas no escuro.



V - Materiais, equipamentos e reagentes

- Turbidímetro Hach, com padrões, cubetas e acessórios.


Calibração

Utilizar a cubeta contendo o padrão do equipamento, seguindo o procedimento descrito a seguir.

Amostragem e leitura

Colete uma amostra representativa. Encha uma cubeta com amostra até a marca (cerca de 15 ml),tendo o cuidado ao manusear a cubeta pela parte superior. Feche a cubeta.

Enxugue a cubeta com um lenço de papel, para remover os respingos de amostra e impressõesdigitais.

Coloque o instrumento sobre uma superfície plana e fixa. Evite segurar nas mãos o turbidímetro,enquanto estiver fazendo medições. Ligue o instrumento.

Coloque a cubeta com a amostra no compartimento de modo que a marca de orientação fiquealinhada com a marca no turbidímetro. Feche a tampa do equipamento.

Selecione as faixas de trabalho de forma manual, ou selecione a leitura de modo automático,pressionando a tecla [RANGE]. O visor irá mostrar “AUTO RNG” quando o instrumento estiver naseleção automática. O modo automático é o mais indicado.

Seleciona o sinal de média, pressionando a tecla [SIGNAL AVERAGE]. O visor mostrará “SIG AVG”quando o instrumento estiver usando o sinal de média. Use o modo de sinal de média se a amostraestiver muito instável, por exemplo, presença de bolhas.

Pressione a tecla [READ]. O display irá mostrar o valor da turbidez em NTU. Registre o valor depoisque o símbolo da lâmpada apagar.

VII - Interferentes

Presença dos detritos e materiais grosseiros que se depositam com rapidez, produzindo resultadosmais baixos de turbidez;

A existência de cor verdadeira interfere negativamente (devido à sua propriedade de absorver luz)podendo gerar interpretações erradas das medidas. Este efeito não é significativo em águastratadas;

A existência de bolhas de ar que dispersam a luz incidente. Bolhas pequenas provocarão resultadossuperestimados.

Imperfeições no tubo de vidro.

4.3 - ENSAIO DE FLOCULAÇÃO UTILIZANDO JAR-TEST

I – Introdução

A água pode conter uma variedade de impurezas, destacando-se as partículas coloidais,substâncias húmicas e microrganismos em geral. Tais impurezas apresentam, geralmente, cargasuperficial negativa (pois os cátions se hidratam mais facilmente e ficam em solução), impedindo que asmesmas aproximem-se uma das outras, permanecendo em suspensão se suas características nãoforem alteradas. Para que as impurezas possam ser removidas, é preciso alterar-se algumascaracterísticas da água e, conseqüentemente, das impurezas, através da coagulação, floculação,sedimentação (ou flotação) e filtração.

A coagulação, geralmente realizada com sais de alumínio e ferro, resulta de dois fenômenos: oprimeiro, essencialmente químico, consiste nas reações de coagulante com a água e na formação deespécies hidrolisadas com carga positiva e depende da concentração do metal e do pH final da mistura;o segundo, fundamentalmente físico, consiste no transporte das espécies hidrolisadas para que hajacontato com as impurezas presentes na água, proporcionando a desestabilização das partículas



coloidais e suspensas dispersas na massa líquida e posteriormente causando a agregação dessaspartículas para formação dos flocos.

Diversos fatores interferem no processo de coagulação, destacando-se o pH, a alcalinidade daágua bruta, a natureza das partículas coloidais, o tamanho das partículas e o tipo e a dosagem dosprodutos químicos aplicados. Também influem, em menor grau, a concentração e a idade da solução decoagulante, a temperatura e, dependendo do mecanismo de coagulação predominante, o gradiente develocidade e o tempo de agitação na unidade de mistura rápida.

Quando a coagulação se efetua com sais de ferro ou de alumínio, independente do mecanismopredominante, o pH assume importante papel na prevalência das espécies hidrolisadas do coagulante.Já a alcalinidade da água bruta, natural ou artificial, indica a sua capacidade tampão, que minimiza aqueda acentuada do pH de coagulação. Tal fato adquire maior relevância – para coagulação realizadano mecanismo da varredura - quando o coagulante empregado é sulfato de alumínio, pois o mesmoapresenta um espectro de variação mais restrito do pH de coagulação para a formação do hidróxido,comparado ao cloreto férrico.

As impurezas presentes na água, em função de sua natureza e dimensões, podem seapresentar na forma coloidal, dissolvida ou suspensa, conferindo turbidez e cor verdadeira às águasnaturais. A predominância de uma ou outra característica influenciará significativamente a coagulação,quer na dosagem do coagulante, quer no pH de coagulação.

A definição do tipo de coagulante a ser utilizado deve levar em conta os seguintes critérios: suaadequabilidade à água bruta; a tecnologia de tratamento empregada; o custo do coagulante; o custo dosprodutos químicos porventura associados - alcalinizantes, ácidos ou auxiliares de coagulação; e o custoe manutenção dos tanques e dosadores.

Identificam-se como principais características dos coagulantes:

• concentração em termos de ingrediente ativo (% Al2O3, % Fe ou % Fe2O3);• acidez como porcentagem de ácido livre ou pré-neutralização como porcentagem de basicidade;• concentração de contaminantes (material inerte, carbono orgânico total, metais e outros);• corrosividade e compatibilidade com os materiais onde serão armazenados e tubulações onde serãotransportados;• viscosidade;• efeitos da diluição sobre a atividade, viscosidade e temperatura de cristalização;• custo, facilidade de transporte, armazenamento e manuseio;• características do lodo gerado;• compatibilidade com outros produtos químicos utilizados no tratamento de água.

Dentre os mecanismos de coagulação, pode-se citar o de varredura e o deadsorsão/neutralização de cargas. O mecanismo de varredura é utilizado para tecnologiasconvencionais, ou de ciclo completo, que incluem as seguintes etapas de tratamento: coagulação,floculação, decantação e filtração. Os flocos formados no mecanismo de coagulação por varreduradeverão apresentar densidade suficiente para permitir sua deposição nos decantadores.

Do ponto de vista energético algumas partículas coloidais são termodinamicamente estáveis edenominadas colóides reversíveis, incluindo moléculas de detergente ou sabão (micelas), proteínas,amidos e alguns polímeros de grande cadeia. Outros colóides, termodinamicamente instáveis, sãodenominados irreversíveis, como argilas, óxidos metálicos, microrganismos etc., e estão sujeitos acoagulação. Alguns colóides coagulam rapidamente e outros, lentamente. Os termos estável e instávelsão muitas vezes aplicados a colóides irreversíveis, referindo-se, porém, à cinética da coagulação e nãoàs características termodinâmicas e energéticas. Um sistema coloidal cineticamente estável é umsistema reversível, no qual a coagulação é desprezível; por outro lado, um sistema coloidalcineticamente instável é um sistema coloidal irreversível, no qual a coagulação é significativa.

Em tratamento de água, é comum referir-se aos sistemas coloidais como hidrófobos oususpensóides quando repelem a água, e hidrófilos ou emulsóides quando apresentam afinidade com aágua. Exemplo, típico de um sistema coloidal hidrófilo é o da cola em contato com a água, com formaçãoinstantânea de uma “solução” coloidal. Obviamente, os colóides hidrófobos não repelem completamentea água, uma película de água é adsorvida na superfície dos mesmos. Nos sistemas coloidais hidrófobos,as propriedades das superfícies das partículas são muito importantes, principalmente nas águasnaturais, que podem conter vários tipos de argilas.

Sabe-se, desde o final do século XIX, que um sistema coloidal pode ser desestabilizado pelaadição de íons de cargas contrarias à das partículas coloidais. Sais simples, como cloreto de sódio, sãoconsiderados “eletrólitos indiferentes” e não tem características de hidrólise ou de adsorção, como ocorrecom sais de alumínio e de ferro. Schulze e Hardy, por volta de 1900, utilizando a teoria desenvolvida porDerjaguin, Landau, Verwey e Overbeek – DLVO, mostraram, que a desestabilização de um colóide por



um eletrólito indiferente ocorre devido a interações eletrostáticas: íons de mesma carga são repelidos ede carga contrária, atraídos pelos colóides; quanto maior a carga do íon positivo, menor a quantidaderequerida para a coagulação. No caso do sódio, cálcio e alumínio, as concentrações molares dessesmetais para causar a desestabilização de um colóide negativo variam, aproximadamente, na proporçãode 1 : 0,01 : 0,001.

O ensaio de floculação ou Jar-Test é um recurso operacional que permite otimizar o tratamentode água para consumo humano, podendo ser utilizado também para outros fins, como:

- aplicação e viabilidade de produtos alternativos;- obtenção de dados para dimensionamento físico-químico que permite o crescimento dos

núcleos precipitantes para obter-se rápida decantação.O processo de clarificação (floculação) é de suma importância no tratamento das águas

superficiais e quando bem conduzido evita dificuldades nos tratamentos posteriores, pois possibilita aeliminação de:

- partículas em suspensão de origem orgânica e inorgânica (turbidez);- colóides e pigmentos (responsáveis pela coloração intensa);- algas e organismos vegetais;- substâncias geradoras de odor, sabor de origem química e biológica;- bactérias e organismos patogênicos;- precipitados químicos existentes, ou aqueles obtidos por reações químicas. Desta forma

pode ser efetuada a remoção de Bário, Boro, Cádmio, Chumbo, Cobalto, Cobre, Cromo, Ferro,Fluoretos, Manganês, Mercúrio, Níquel, Zinco, etc.

Através do ensaio de floculação são condicionadas as seguintes variações:

- espécie de coagulante que apresente melhor resultado (sulfato de alumínio, cloreto férrico,etc);

- produtos auxiliares de floculação para obtenção de feitos específicos (polieletrólitos);- concentração de floculantes, produtos auxiliares, alcalinizantes e acidificantes;- turbidez e cor da água bruta e clarificada;- concentração de hidrogênio (pH);- alcalinidade ou acidez natural ou artificial;-substâncias quimicamente redutoras (demanda química do oxigênio ou oxigênio consumido);- seqüência de produtos coagulantes e auxiliares que garantem a formação de flóculos;- tempo de decantação que assegure a remoção dos flocos;- gradiente de velocidade, tempo de agitação necessário para a formação dos flóculos;- promove-se a floculação adicionando compostos de metais anfóteros (Al3+ e Fe3+) os quais,

sobre certas condições formam hidróxidos insolúveis, com núcleos precipitantes que ao sedimentarempor co-precipitação e adsorção removem impurezas. O hidróxido final é composto insolúvel, em certasfaixas de pH, formando um produto amorfo denominado flóculo. Os flóculos formados vão agregando aspartículas desestabilizadas (geralmente com cargas elétricas negativas), tornando-se pesados e comforte tendência a sedimentar (floculação).

O processo de coagulação é realizado, em uma estação de tratamento de água, na unidade demistura rápida. Daí em diante há necessidade de agitação relativamente lenta, para que ocorramchoques entra as impurezas, que se aglomeram formando partículas maiores, denominadas flocos (estaetapa é denominada floculação), que podem ser removidas por sedimentação, flotação ou filtraçãorápida. O processo de aplicação do coagulante na água deve ser feito de tal modo que o coagulante semisture a toda a massa d’água, no menor tempo possível. Isto é necessário, porque esta reação docoagulante com o alcalinizante é muito rápida. Se a mistura não for bem feita, parte do volume nãoreagirá com o coagulante dando deficiência na desestabilização dos colóides. Nestas condições,maiores quantidades de produto químico são necessárias, produzindo, portanto, maior consumo. AFigura 4 apresenta um esquema simplificado de um sistema para tratamento de água de abastecimento.



A Figura 4 ilustra um esquema do posicionamento das unidades de uma ETA convencional.

Figura 4: Esquema do posicionamento das unidades de uma ETA convencional.

As unidades de Mistura rápida, Floculação, Decantação e Filtração são constituintes de umsistema de tratamento de água denominado de “Processo convencional de tratamento de água”. Esteprocesso de tratamento de água pode ser simulado, em escala de laboratório, pelo equipamento “Jar-Test” (Figura 5).


Quantidade de amostra de água bruta: aproximadamente 30 litros, pois são feitas, no mínimo, duasbaterias de análises (uma para obter-se a concentração ótima de coagulante e outra para obter-se o pHótimo. Cada jarro contém 2 L de amostra).


- equipamento Jar-Test, ilustrado na Figura 1;- pipetas graduadas e volumétricas;- béckers de 100 mL;- pHmetro, colorímetro e turbidímetro;- Sulfato de Alumínio 1% (10 g/L) ou 0,2% (2 g/L)- Cloreto férrico- Solução de Cal 0,1% (1g/L)

OBS: 1 mL da solução 0,2% = 2 mg



Figura 5: Equipamento “Jar-Test”.

III.1 - Características básicas do equipamento:

Possui um sistema de controle de rotações, acendimento de lâmpada e temporizador; Possui 06 recipientes/jarros com capacidade de 2 litros cada. Em cada jarro há uma pá agitadorapara propiciar a agitação da água a ser tratada. Cada jarro possui também um ponto de coleta de águatratada em uma das laterais;

III.2 - Funções básicas do equipamento: Simular uma estação de tratamento de água; Ensaiar produtos químicos em escala de laboratório; Determinar a dosagem e pH ótimos de coagulação/floculação; Otimizar o uso de produtos químicos; Determinar os tempos ótimos de mistura rápida, floculação e de decantação;

IV – Interferentes

Águas com baixa turbidez;Água com baixa alcalinidade.

V - Procedimento experimental

A dosagem de sulfato de alumínio ou cloreto férrico a ser utilizado é diretamente proporcional àturbidez e ou cor presente na água bruta. Quanto maior a cor ou turbidez, maior será a quantidadenecessária de coagulante.

A alcalinidade também é um parâmetro importante para a dosagem de coagulante.

Exemplo: 1 mg de sulfato de alumínio requer, teoricamente: 0,45 mg de alcalinidade natural; ou 0,48 mgde barrilha; ou 0,33 mg de cal hidratada.

A Tabela 1 mostra uma estimativa do sulfato de alumínio com relação à cor e ou turbidez.

Tabela 1: Estimativa do sulfato de alumínio com relação à cor e ou turbidez.

Turbidez (NTU) Dosagem de sulfato dealumínio (mg/L)

Cor (mg Pt/L) Dosagem de sulfato dealumínio (mg/L)

10 05 a 17 10 0815 08 a 20 20 1020 11 a 22 30 1340 13 a 25 40 1660 14 a 28 50 1880 15 a 30 60 21

100 16 a 32 70 24150 18 a 37 80 26200 19 a 42 90 29300 21 a 51 100 32



400 22 a 62 140 42500 23 a 70 180 53

Primeira fase experimental:

1. Na água bruta determinar: pH, cor, turbidez, alcalinidade, condutividade e STD;2. Se necessário, acertar a alcalinidade;3. Adicionar 2000 mL de água bruta em cada jarro;4. Acertar os sifões em todos os jarros (coleta de amostra);5. Se o pH estiver entre 5,0 e 8,0, não alterar o pH da água bruta nos jarros. Adicionar nos respectivosjarros as concentrações de sulfato de alumínio (varrendo a faixa: um pouco abaixo e um pouco acima daconcentração média encontrada na literatura). Exemplo: a concentração média obtida na literatura, paraa água em questão, é de 30 mg/L. Neste caso, deve-se adicionar nos jarros: 01; 02; 03; 04; 05 e 06: 15;20; 25; 30; 35 e 40 mg/L de sulfato de alumínio, respectivamente.

OBS: As soluções variadas de sulfato de alumínio devem ser colocadas cada uma ao respectivo jarrotodas ao mesmo tempo. Inicia-se a mistura rápida.

6. Operar o equipamento: a) mistura rápida: 2 minutos a 100 rpm; b) mistura lenta: 20 minutos a 50 rpm;c) decantação: 20 minutos.7. Após decorrida a decantação, coletar as amostras e filtrar em papel tipo Whatmann 40. Após afiltração, determinar na água tratada os parâmetros contidos na Tabela 2.8. Verificar qual foi a concentração de sulfato de alumínio que permitiu o melhor tratamento da água,baseado na melhor eficiência de remoção de cor e turbidez.

Segunda fase experimental:

9. Fazer nova bateria de testes trocando a água bruta nos 6 jarros: descartar o restante da água dosjarros, da primeira fase. Encher novamente os jarros com a água bruta.10. Variar os pHs dos jarros, um pouco abaixo e um pouco acima do pH natural, encontrado na águabruta. Exemplo: se o pH encontrado na água bruta for de 6,0; deixar os jarros: 01; 02; 03; 04; 05 e 06com pHs: 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5 e 7,0, respectivamente.11. Adotar a concentração ótima de sulfato de alumínio encontrada na primeira fase e adicioná-las nos 6jarros, isto é, cada jarro possuirá a mesma concentração de sulfato de alumínio.12. Operar o equipamento obedecendo aos parâmetros adotados na fase experimental 1: misturarápida, mistura lenta, decantação.13. Após a decantação, recolher amostra dos respectivos jarros e filtrar em papel tipo Whatmann 40.14. Após a filtração, determinar na água tratada os parâmetros contidos na Tabela 3.15. Verificar qual foi o pH de melhor coagulação/floculação,baseado na melhor eficiência de tratamentoobtida.

Anotações do ensaio:

Tabela 2: Dados obtidos na primeira fase.PARÂMETROS JARROS

01 02 03 04 05 06pH inicialpH finalCor (mg Pt/L)Turbidez (NTU)*C. S. A. (mg/L)*C. S. A. = Concentração de Sulfato de Alumínio utilizada.

Concentração ótima de sulfato de alumínio: ___________.



Tabela 3: Dados obtidos na segunda fase.PARÂMETROS JARROS

01 02 03 04 05 06pH inicialpH finalCor (mg Pt/L)Turbidez (NTU)*C. S. A. (mg/L)*C. S. A. = Concentração de Sulfato de Alumínio utilizada.

pH ótimo de coagulação/floculação: _____ .

Nas ETAS, o ensaio de “Jar Test” deve ser repetido várias vezes, quanto necessárias, afim demelhor precisar os parâmetros de investigação, procurando a otimização de produtos químicos, decustos, de impacto ambiental, etc.

Toda ETA, independentemente, da qualidade da água a ser tratada e dos processos detratamento utilizados, deve ter o equipamento de “Jar Test”, a fim de simular o tratamento em escala delaboratório para posterior adequação, em escala real.


DI BERNARDO, L. Métodos e Técnicas de Tratamento de Água, v. I e II, ABES, 1993.

NOUR, E.A.A. Apostila: Procedimentos de Análises Físico-Químicas e Exames Microbiológicospara Águas de Abastecimento e Residuárias. FEC/UNICAMP,1996.

SAWIER, N.C. Chemistry for Environmental Engineering. 3th ed., New York: McGraw-Hill, 1960.

SILVA, R.R.; BOCCHI, N.; ROCHA-FILHO, R.C. Introdução à Química Experimental. São Paulo:

McGraw-Hill, 1a ed., 1990.

QUESTÕES PROPOSTAS

1 – Explique a relação entre valores elevados de STD e a solubilidade de íons ferro e alumínio emsolução.

2 – Compare o espectrofotômetro com o turbidímetro e suas relações com as medidas de cor verdadeirae cor aparente.

3 – Qual a relação existente entre condutividade, cor (aparente e verdadeira), turbidez e Sólidos TotaisDissolvidos? Fazer uma tabela comparativa.

4 – Discorra sobre a importância da determinação da turbidez, principalmente no tratamento de águas,exemplificando os métodos de medição.

5 – Quais são as finalidades do ensaio utilizando os Jar-Test? Cite no mínimo 3 variáveis podem sertestadas.



ANEXO I

REGRAS E RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHO EM LABORATÓRIO

Equipamentos de segurança

- chuveiro de emergência;- lavador de olhos;- aventais e luvas contra produtos corrosivos;- protetores faciais: máscara e óculos de segurança;- luvas e aventais de amianto e PVC;- máscara contra gases;- máscara contra pó (sílica, asbestos, etc.);- extintores de incêndio;- cobertores de segurança;

Saiba onde se localiza o material de emergência para primeiros socorros, chuveiros, cobertores eextintores.

Segurança de ordem pessoal

- Estude com antecedência a experiência, procurando conhecer os riscos envolvidos, precauções aserem tomadas e como descartar corretamente os resíduos.- Usar roupas adequadas como calças compridas, sapatos fechados, avental e EPI’s. O avental deveser de manga comprida e abotoado (preferência algodão). Não use roupas de tecido sintético, facilmenteinflamáveis. No laboratório é OBRIGATÓRIO o uso do jaleco.- Conservar os cabelos presos.- É altamente desejável a não-utilização de lentes de contato. Evite jóias (braceletes, colares ecorrentes, etc..). As lentes de contato sob vapores corrosivos podem causar lesões aos olhos.- Trabalhe com seriedade evitando brincadeiras. Trabalhe com atenção, técnica e calma. Hágeralmente uma razão de como e porque cada operação é desenvolvida como descrita na literatura,embora a razão, em princípio, possa não ser óbvia para o estudante iniciante.- Nunca abrir frascos de reagentes antes de ler o rótulo e não testar substâncias químicas pelo odor ousabor. Certifique-se de que o reagente contido no frasco é exatamente o citado no roteiro experimental.- Antes de usar reagentes que não conheça, consulte a bibliografia adequada e informe-se sobre comomanuseá-los e descartá-los.- Não use nenhum equipamento que não tenha sido autorizado a utilizar. Qualquer equipamento extra sópode ser utilizado com a aprovação do professor.- Certifique-se da tensão de trabalho dos equipamentos antes de conectá-los à rede elétrica. Quandonão estiverem em uso, os equipamentos devem permanecer desconectados.- Não é permitido comer, beber ou fumar ou usar cosméticos no laboratório.- Lave suas mãos freqüentemente durante o trabalho prático, especialmente se algum reagente químicofor respingado. Lave bem as mãos ao deixar o recinto.- Não leve as mãos à boca ou aos olhos quando estiver trabalhando com produtos químicos.- Ao pipetar utiliza sempre uma pêra ou pipetador.- Não picote nenhum tipo de produto com a boca.- Use sempre luvas de isolamento térmico ao manipular material quente.- Nos casos do contato de reagentes com a pele, secar com papel absorvente e lavar abundantementecom água. Procure imediatamente o professor para a tomada de medidas específicas.- Em caso de acidentes, quebras, avarias e/ou desaparecimento, comunique o professor imediatamente.Ele deverá decidir sobre a situação e tomar as atitudes necessárias;- Em caso de possuir alguma alergia, estar grávida ou em qualquer outra situação que possa ser afetadoquando exposto a determinados reagentes químicos, comunique o professor logo no primeiro dia deaula;



Segurança relativa aos procedimentos experimentais

- Nunca adicione água sobre ácidos e sim ácidos sobre água. A diluição de ácidos concentrados deveser feita adicionando-se o ácido, lentamente, com agitação constante, sobre a água - com essametodologia adequada, o calor gerado no processo de mistura, é absorvido e dissipado no meio.- Ao testar o odor de produtos químicos, nunca coloque o produto ou o frasco diretamente sob onariz. Desloque os vapores que se desprendem do frasco com a mão para a sua direção- Quando estiver manipulando frascos ou tubos de ensaio, nunca dirija a abertura na sua direção ou nade outras pessoas.- Rotule imediatamente qualquer reagente ou solução preparada e as amostras coletadas com nome doreagente, nome da pessoa que preparou e data.- Não retorne reagentes aos frascos originais, mesmo que não tenham sido usados. Evite circularcom eles pelo laboratório.- Use pinças e materiais de tamanho adequado e em perfeito estado de conservação.- Use pipeta ou espátula para retirar reagente do frasco e não use o mesmo material para retirar outroreagente de outro frasco. Evite contaminar os reagentes.- Limpe imediatamente qualquer derramamento de reagentes (no caso de ácidos e bases fortes, oproduto deve ser neutralizado antes de proceder a sua limpeza). Em caso de dúvida sobre a toxidez ouderramado, consulte o professor antes de efetuar a remoção. Tenha muito cuidado no uso dasbalanças e limpe imediatamente qualquer derramamento de reagentes. Em caso de dúvida sobrealgum reagente ou equipamento, consulte antes o professor responsável.- No caso de se necessitar de material ou equipamento extra, o mesmo deverá ser solicitado aostécnólogos, e devolvido limpo logo após sua utilização.- Ao se ausentar ou deixar reações em andamento, faça um a ficha de identificação adequada.Coloque-a em local visível e próximo ao experimento.- Não deixe recipientes quentes em lugares em que possam ser pegos inadvertidamente.- Não deixe nenhuma substância sendo aquecida por longo tempo sem supervisão;- A destilação de solventes, a manipulação de ácidos e compostos tóxicos e as reações que exalemgases tóxicos são operações que devem ser realizadas em capelas, com boa exaustão.- Ao trabalhar com reações perigosas (perigo de explosão, geração de material tóxico, etc) ou cujapericulosidade você desconheça, proceda da seguinte forma: avise seus colegas de laboratório; trabalhe em capela com boa exaustão, retirando todo tipo de material inflamável. Trabalhe com a

área limpa. use protetor acrílico; tenha um extintor por perto.- Não jogue ou descarte nada dentro das pias ou ralos. Os resíduos têm local próprio para descarte.Consulte o professor- Jogue papéis usados e materiais inservíveis na lata de lixo somente quando não representar risco paraas pessoas ou meio ambiente.- Faça apenas as experiências indicadas pelo professor. Não faça alterações/adaptações no roteiroexperimental.

Segurança referente ao laboratório

- Não é permitida a entrada ou saída durante as aulas práticas sem o consentimento do professor.Alunos porventura ausentes no momento da chamada serão registrados como ausentes.- Deverá ser respeitado o lugar de cada equipe, de modo a evitar a circulação de alunos durante osexperimentos.- Não receba colegas no laboratório. Atenda-os no corredor se for autorizado para tal.- Não é permitido sentar nas bancadas ou no chão.- O laboratório deve estar sempre limpo e organizado, não deixe sobre as bancadas materiaisestranhos ao trabalho, como bolsa, livro, blusa, etc. Evite levar ao laboratório materiais excessivos, taiscomo mochilas e outros pertences pessoais. Caderno, avental, lápis e caneta são suficientes.- Feche todas as gavetas e portas que abrir.- Ao término do período de laboratório, lave o material utilizado, limpe sua bancada de trabalho, seubanco, a pia e outras áreas de uso em comum.- Verifique se os equipamentos estão limpos e os frascos reagentes fechados;



- Ao sair do laboratório, deve-se desligar tudo e desconectar os aparelhos da rede elétrica.

Uso de Materiais de Vidro

- Não jogue caco de vidro em recipiente de lixo, mas sim em um recipiente preparado para isto.- Use luvas de amianto sempre que manusear peças de vidro que estejam quentes.- Use luvas de amianto e óculos de segurança sempre que:- atravessar e remover tubos de vidro ou termômetros em rolhas de borracha ou cortiça;- remover tampas de vidros emperradas- remover cacos de vidro (usar também pá de lixo e escova).- Coloque frascos quentes sobre placas de amianto.- Não use frascos para amostras sem certificar-se de que são adequados ao serviço executado.- Não inspecione o estado das bordas dos frascos de vidro com as mãos sem fazer uma inspeçãovisual.- Não utilizar materiais de vidro trincados ou com bordas quebradas.

Não fUso de Equipamentos de Aquecimento

- Chapas de aquecimento podem ser empregadas para solventes menos voláteis e inflamáveis. Nuncaaqueça solventes voláteis em chapas de aquecimento (éter, CS2, etc.). Ao aquecer solventes comoetanol ou metanol em chapas, use um sistema munido de condensador.- Aquecimento direto com chamas sobre a tela de amianto só é recomendado para líquidos nãoinflamáveis (por exemplo, água).- Para temperaturas inferiores a 100C use preferencialmente banho-maria ou banho a vapor.- Para temperaturas superiores a 100C use banhos de óleo. Parafina aquecida funciona bem paratemperaturas de até 220C; glicerina pode ser aquecida até 150C sem desprendimento apreciável devapores desagradáveis. Banhos de silicone são os melhores, mas são também os mais caros.- Uma alternativa quase tão segura quanto os banhos são as mantas de aquecimento. O aquecimentoé rápido, mas o controle da temperatura não é tão eficiente como no uso de banhos de aquecimento.Mantas de aquecimento não são recomendadas para a destilação de produtos muito voláteis einflamáveis, como éter de petróleo e éter etílico. Para temperaturas altas (> 200C) pode-se empregarum banho de areia. Neste caso o aquecimento e o resfriamento do banho devem ser lentos.

Uso de Capelas

- Nunca inicie um serviço, sem que o sistema de exaustão esteja operando.

Uso de Equipamentos Elétricos

- Nunca ligue equipamentos elétricos sem antes verificar a voltagem correta- só opere equipamentos quando: fios, tomadas e plugues estiverem em perfeitas condições;o fio terra estiver ligado;- não opere equipamentos elétricos sobre superfícies úmidas;- verifique periodicamente a temperatura do conjunto de plugue-tomada, caso esteja fora do normal,desligue o equipamento e comunique ao responsável pelo laboratório;- não use equipamentos elétricos que não tiverem identificação de voltagem.- não confie completamente no controle automático de equipamentos elétricos, inspecione-os quandoem operação;- remova frascos de inflamáveis das proximidades do local irá usar equipamentos elétricos;- combata o fogo em equipamentos elétricos somente com extintores de CO2;- enxugue qualquer líquido derramado no chão antes de operar com equipamentos elétricos.

ACIDENTES COMUNS EM LABORATORIO E PRIMEIRO SOCORROS

Queimaduras



a) Causadas pelo calor: quando leves, aplicar pomada de Picrato de Butesin ou ácido pícrico, e quandograves, devem ser cobertas com gaze esterilizada, previamente umedecida com solução aquosa debicarbonato de sódio 5%.b) Causadas por ácidos: deve-se lavar imediatamente a região com bastante água durante pelo menos 5minutos. Em seguida, tratar com solução de bicarbonato de sódio a 5% e lavar novamente com água.Secar o local e aplicar Merthiolate. Ou lavadas com água em abundância, e em seguida com solução debicarbonato de cálcio a 1% e em seguida água novamente.

c) Causadas por bases: proceder como em b, aplicando solução de ácido acético 1% ou solução deácido bórico.d) Causadas com fenol: devem ser lavadas com muito álcool.e) Causadas por bromo: deve-se lavar com bastante água e fazer aplicação de glicerina no local afetado,sendo que depois de certo tempo, deve-se retirar a glicerina e fazer o tratamento para queimaduras.f) Causadas por sódio: deve-se retirar todos os fragmentos de sódio ainda presentes no local, depoisdisso deve-se lavar o local com bastante água e também com solução de ácido acético a 1%, sendonecessário cobrir o local com uma gaze embebida em azeite.

Em outros casos de queimaduras químicas, deve-se lavar o local com etanol e depois com sabão e águamorna, aplicando depois, pomada para queimaduras.

Ácidos nos olhos: Deve-ser lavar com bastante água durante aproximadamente 15 minutos e aplicarsolução de bicarbonato de sódio 1%.

Bases nos olhos: Proceder como em II e aplicar solução de ácido bórico 1%.

Intoxicação por gases: Remover a vítima para um ambiente arejado e deixar descansar. Em caso deasfixia fazer respiração artificial.

Antídotos para Aplicação, antes do Socorro Médico

Todo e qualquer acidente ou anormalidade devem ser comunicados ao professorresponsável e/ou aos tecnólogos antes da tomada de qualquer atitude. Todos os experimentosforam planejados de modo a propiciar o mínimo de risco de qualquer natureza, sendo que asinformações a seguir são, sobretudo, para referência.

a) Substâncias ácidas corrosivas:- se ingerido, não provocar vômito;- dar grandes quantidades de água e em seguida, dar, pelo menos, 30g de leite magnésia ou hidróxidode alumínio gel, com igual quantidade de água. Ou um copo de solução de bicarbonato de sódio 1%.

b) Substâncias alcalinas corrosivas:- não provocar vômito;- dar grandes quantidades de água e em seguida, dar, pelo menos, 30g de vinagre em igual quantidadede água. Ou um copo de solução de ácido cítrico ou ácido acético a 2%.

Nunca dar nada via oral a uma pessoa inconsciente.

c) Cianetos e compostos similares:- quebrar uma ampola de nitrito de anila num pedaço de pano, mantendo-o logo abaixo do nariz, durante15 minutos (repetir 5 vezes em intervalos de 15 minutos).

d) Àcido fluoridrico, anidro e aquoso:- ter sempre a mão pasta de magnésio (óxido de magnésio e glicerina) e caso demore o atendimentomédico aplique-a;- lavar imediatamente o local com grandes quantidades de água fria até remover o ácido;- em caso de contato com os olhos, lavá-los imediatamente com água fria com 15 ou 30 minutos.



Classes de Incêndios e seu Combate

Existe um tipo de extintor de incêndio (CO2) no Laboratório de Saneamento, o qual deve ser usado como

recomendado abaixo:

Classe A: queima de combustíveis sólidos comuns (papel, madeira etc.). Pode ser combatido com água(resfria, encharca e apaga) ou com espuma (abafa e resfria) ou com CO

2(abafa e resfria) ou com pó

químico (apaga na superfície, por abafamento).

Classe B: queima de líquidos (gasolina, óleo etc.), graxas ou gases. Pode ser combatido com espuma(deve se direcionar o jato a um anteparo, visando a formação de uma camada de espuma) ou com póquímico ou com CO

2(este é o extintor recomendado se o incêndio envolver equipamentos eletro-

eletrônicos, pois não deixa resíduos).

Classe C: queima de equipamentos eletro-eletrônicos. Deve ser combatido somente com CO2, pois não

deixam resíduos ou causa danos. Não deve ser usada espuma química, por ser condutora de correnteelétrica.

Nota: em caso de incêndio, procure manter-se calmo, pois uma aguda capacidade de raciocínio éfundamental para sua maior segurança.

apostila st305 1s2014

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