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i
FURG
Dissertação de Mestrado
Lodo de estação de tratamento de esgoto como adsorvente: avaliação do
emprego tecnológico e didático
___________________________________
Cecília Strzykalska Fonseca
PPGQTA
Rio Grande, RS - Brasil
2019
ii
Lodo de estação de tratamento de esgoto como adsorvente: avaliação do
emprego tecnológico e didático
por
Cecília Strzykalska Fonseca
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Química Tecnológica e Ambiental da
Universidade Federal do Rio Grande (RS), como
requisito parcial para obtenção do título de MESTRE
EM QUÍMICA TECNOLÓGICA E AMBIENTAL.
Rio Grande, RS - Brasil
2019
iii
Universidade Federal do Rio Grande Escola de Química e Alimentos
Programa de Pós-Graduação em Química Tecnológica e Ambiental
A Comissão Examinadora abaixo assinada aprova a Dissertação de Mestrado
Lodo de estação de tratamento de esgoto como adsorvente: avaliação do
emprego tecnológico e didático
elaborada por
Cecília Strzykalska Fonseca
Como requisito parcial para a obtenção do título de
Mestre em Química
COMISSÃO EXAMINADORA
Prof. Dr. Gilber Ricardo Rosa (Presidente/Orientador)
Dr. Álvaro Tavares Duarte (UFRGS)
Prof. Dr. Toni Jefferson Lopes (Coorientador/FURG)
Prof. Dr. Manoel Leonardo Martins (FURG)
Rio Grande, dezembro de 2019.
iv
À minha mãe Antonina (in memorian) e meu pai Vitor Hugo (in
memorian) que com simplicidade sempre souberam transmitir
os valores e princípios do ser moral e ético. Agradeço pela
ajuda incondicional, pelos ensinamentos, confiança e pelo
amor.
A Ti Senhor, que és o caminho, a verdade e a vida...
v
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço a Deus, por me dar o apoio e coragem necessária em todos
os momentos. Obrigada pelas dificuldades que me possibilitaram o amadurecimento e pela
Paz que me permitiu a reflexão.
Em particular agradeço a meu orientador, Dr. Gilber Ricardo Rosa que, em nenhum
momento, mediu esforços para me ajudar na pesquisa para a confecção deste trabalho.
Acreditou e torceu por mim, me dando força e apoio nos momentos difíceis durante todo o
trabalho.
Agradeço a CORSAN (Companhia Riograndense de Saneamento), pela
oportunidade que me foi dada, pois me forneceu as condições necessárias para participação
deste trabalho, além do fornecimento do pão nosso de cada dia.
À minha filha Helena e meu esposo Gilber Ricardo Rosa, meus “porto seguro” que,
são a energia e o estímulo para a finalização dos meus objetivos.
Agradeço à minha comadre e grande amiga Clarissa Helena Rosa pelo incentivo
dado e por mostrar-me a direção certa a ser seguida.
Enfim, ao meu coorientador Prof. Toni, um exemplo de profissional, obrigada por não
ter permitido que eu interrompesse o processo e pela confiança que sempre depositaste em
mim.
Obrigada.
vi
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS viii
LISTA DE TABELAS ix
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS x
RESUMO xi
ABSTRACT xii
1. INTRODUÇÃO 1
2. REVISÃO DA LITERATURA 3
2.1 O lodo de esgoto 3
2.2 Aplicação do LETE 4
2.3 LETE na produção de adsorventes 7
2.4 Fluoretos em água subterrânea 9
2.5 Miniprojetos de ensino 11
3. MATERIAL E MÉTODOS 12
3.1 Considerações gerais 12
3.2 Preparo de adsorventes 12
3.2.1 Lodo de ETE in natura 12
3.2.2 Preparo do carvão de lodo de ETE 13
3.2.3 Ativação do carvão de lodo de ETE 13
3.3 Caracterização dos adsorventes 13
3.4 Avaliação das propriedades adsortivas 14
vii
3.4.1 Número de iodo 14
3.4.2 Índice de azul de metileno 15
3.4.3 Adsorção de fenol em meio aquoso 15
3.4.4 Remoção do ânion fluoreto 16
3.4.5 Determinação de cor 17
3.4.6 Determinação da turbidez 17
3.5 Desenvolvimento de miniprojeto de ensino de sustentabilidade 17
3.5.1 Roteiros das aulas práticas 19
3.5.1.1 Semana #2 - Produção de adsorventes 19
3.5.1.2 Semana #3 - Testes de adsorção 20
3.5.1.2.1 Roteiro de aula prática para adsorção de fenol 20
3.5.1.2.2 Roteiro de aula prática para adsorção 22
3.6 Medidas eletroquímicas 25
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 26
4.1 Caracterização dos adsorventes 26
4.2 Adsorção de ânion fluoreto 30
4.3 Miniprojeto de ensino de sustentabilidade 34
4.3.1 Resultados obtidos na execução do miniprojeto de ensino 34
5. CONCLUSÕES 39
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 41
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Formação de carvão ativado descrita por dos Reis e colaboradores 08
Figura 2. Preparo do adsorvente oriundo de LETE descrito por Wang e colaboradores 09
Figura 3. Micrografia de MEV mostrando a superfície de a) LIN, b) LoC, c) LCA 26
Figura 4. Espectros de FTIR dos adsorventes LIN, LoC e LCA 27
Figura 5. Ensaio de voltametria cíclica dos extratos aquosos de LIN, LoC e LCA 38
ix
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Área superficial e análise de CHN dos adsorventes produzidos. .............................. 28
Tabela 2. Parâmetros físico-químicos dos adsorventes LoC e LCA comparados com o Carvão
Ativado Comercial (CAC). ....................................................................................... 29
Tabela 3. Resultados encontrados na adsorção de ânion fluoreto pelos adsorventes LoC, LCA
e CAC. .................................................................................................................... 31
Tabela 4. Resultados encontrados na adsorção de ânion fluoreto pelos adsorventes LoC, LCA
e CAC em tempos de exposição reduzidos ............................................................ 32
Tabela 5. Provas em branco nas condições experimentais da Tabela 4. .................................. 33
Tabela 6. Resultados de adsorção de fenol. ............................................................................. 36
Tabela 7. Resultados de adsorção de azul de metileno. ........................................................... 37
x
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
1. CORSAN, Companhia Riograndense de Saneamento
2. ETE, Estação de Tratamento de Esgoto
3. LETE, Lodo de Estação de Tratamento de Esgoto
4. TE, Tratamento de Esgoto
5. SNIS, Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento
6. PCBs, bifenilas policloradas totais, do inglês polychlorinated biphenyl
7. PAHs, Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, do inglês polycyclic aromatic hydrocarbons
8. OCPs, pesticidas organoclorados, do inglês organochlorine pesticides
9. PBDEs, difenil éteres polibromados, do inglês polybrominated diphenyl ethers
10. PFOA, perfluorooctanóico, do inglês perfluorooctanoate
11. PFOS, perfluorooctanossulfato, do inglês perfluorinated compounds
12. DDT, diclorodifeniltricloroetano, do inglês dichlorodiphenyltrichloroethane
13. LIN, Lodo de ETE in natura
14. LoC, carvão de lodo de ETE
15. LCA, carvão ativado de lodo de ETE
xi
RESUMO
Título: Lodo de estação de tratamento de esgoto como adsorvente: avaliação do
emprego tecnológico e didático
Autor: Cecília Strzykalska Fonseca
Orientador: Prof. Dr. Gilber Ricardo Rosa
Coorientador: Prof. Dr. Toni Jefferson Lopes
RESUMO
As Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) geram um resíduo denominado
lodo de esgoto, conhecido também por biossólido, que carece de um destino final
adequado. O objetivo dessa dissertação é valorizar tal resíduo convertendo-o num
adsorvente capaz de remover poluentes da água. Assim, foram produzidos 3
adsorventes empregando o lodo de ETE: lodo in natura (LIC), lodo carbonizado (LoC) e
lodo carbonizado e ativado (LCA), sendo testados na adsorção de poluentes da água.
Os resultados indicaram que o adsorvente LIN produzido mostrou-se capaz de remover
mais de 90% do corante azul de metileno nas condições testadas. Já o adsorvente LCA
removeu cerca de 50% do fenol em meio aquoso. Na adsorção de ânion fluoreto, os
resultados indicaram que a técnica utilizada não foi apropriada. Tais números
evidenciam a eficiência dos adsorventes produzidos com técnica extremamente
simples e com potencial emprego tecnológico. O presente trabalho também versa
sobre a educação para o desenvolvimento sustentável e populariza a pesquisa feita na
forma de miniprojeto de ensino aplicado no curso de Engenharia Agroindustrial da
FURG.
Palavras-chave: Lodo de esgoto, carvão ativado, azul de metileno, fenol, fluoreto.
xii
ABSTRACT
Title: Sludge from sewage treatment plant as adsorbent: evaluation of
technological and didactic use
Author: Cecília Strzykalska Fonseca
Advisor: Prof. Dr. Gilber Ricardo Rosa
Co-advisor: Prof. Dr. Toni Jefferson Lopes
ABSTRACT
Sewage Treatment Stations (STSs) generate a waste called sewage sludge, which
lacks a proper final destination. The objective of this dissertation is to value this residue
by converting it into an adsorbent capable of removing aqueous pollutants. Thus, 3
adsorbents were produced using the sewage sludge: sludge in natura (LIC), carbonized
sludge (LoC), and activated carbonized sludge (LCA), being tested in the adsorption of
aqueous pollutants. The results indicated that the LIN adsorbent produced was able to
remove more than 90% of the methylene blue dye under the tested conditions. Already
the LCA adsorbent removed about 50% of the phenol in aqueous medium. In the
adsorption of fluoride anion, the results indicate that the technique used was not
adequate. These numbers show the efficiency of adsorbents produced with extremely
simple technique and potential technological use. The present work also deals with
education for sustainable development and popularizes the research done in the form of
a mini-project for teaching applied in the FURG Agro-Industrial Engineering
Keywords: Sewage sludge, activated carbon, methylene blue, phenol, fluoride.
1
1. INTRODUÇÃO
O crescimento populacional aliado às condições dignas de saneamento básico
resultam num aumento significativo na produção de esgoto doméstico.1 Mesmo que
ainda seja precário o sistema de coleta e tratamento de esgoto em países em
desenvolvimento, é notório o crescente aumento na geração de resíduos sólidos
oriundos de estações de tratamento. Do ponto de vista do meio ambiente, o ato de
tratar o efluente doméstico é algo extremamente positivo, por outro lado, o tratamento
do esgoto resulta num lodo rico em patógenos que carece de uma disposição final
adequada e, mais ainda, de uma conversão num material com valor agregado.
Os estudos que já foram conduzidos nesse sentido propuseram técnicas
eficientes para o reaproveitamento do lodo gerado, contudo, a implantação destas
técnicas ainda são iniciais visto a quantidade de sólido gerado.2 Em países em
desenvolvimento, a precariedade do sistema de coleta de esgoto, quando isso existe, é
outro fator que implica na ineficiência da ação.
Diante desse cenário não muito animador, urge a necessidade de se abordar a
temática lodo de esgoto em todos os âmbitos. É visível que estudos científicos e
tecnológicos devem ser conduzidos no sentido de dar um fim racional aos resíduos
orgânicos oriundos do processo de tratamento de esgoto (lodo). Além disso, é
necessária uma ação mais profunda de conscientização e educação para o
desenvolvimento sustentável, que intervenha na formação principalmente de jovens.
Dentre as aplicações do lodo de esgoto, a produção de carvão ativado para ser
empregado em processos adsortivos merece destaque. A literatura traz diversos
relatos nesse sentido, alguns com excelentes resultados na remoção de poluentes,
contudo a rota de preparo do adsorvente é complexa. Isso de certa forma inviabiliza o
pronto emprego do adsorvente. Seguindo nessa linha, a produção de carvão ativado de
lodo de esgoto através de um processo eficiente e de baixo custo é algo que, se
desenvolvido e comprovado terá aceitação tecnológica.
O carvão ativado é um material carbonáceo de origem natural cuja estrutura
contém uma grande quantidade de poros de diversos tamanhos, o que lhe confere uma
2
elevadíssima área superficial interna e consequentemente alta capacidade de retenção
de contaminantes dissolvidos em líquidos ou gases através do processo de adsorção,
podendo o material ser de origem mineral ou vegetal.
Carvão de origem mineral pode ser proveniente de vários tipos de matéria-prima
(carvões betuminosos, de lignita, etc.), que são extraídos de minas de carvão e passam
pelo processo de ativação, para se obter o produto final com determinadas
características específicas.
Já o carvão de origem vegetal (madeira, turfa, caroço de azeitona, casca de
coco, etc) são carbonizados para se transformarem em carvão, passando este material
depois pelo processo de ativação, e eventualmente tratamento químico final. A
porosidade e as características absortivas de determinado grau de carvão ativado são
dependentes da matéria-prima utilizada e do tipo de ativação e tratamento final a que
ela é sujeita, sendo diferentes graus de carvão utilizados em cada aplicação específica.
A adsorção pode ocorrer de duas maneiras: química ou física. A adsorção
química ou quimissorção ocorre por meio de ligações químicas, principalmente
covalentes, e a adsorção física ou fisissorção ocorre por meio de interações
intermoleculares do tipo Van der Waals, como a força de dipolo induzido e a de dipolo
permanente.3,4
Esta dissertação aborda a temática lodo de esgoto com o olhar tecnológico e de
formação educacional. Assim, tem como objetivo principal a valorização do resíduo
apresentado para a produção de adsorventes aplicáveis na remoção de poluentes
aquosos. No desenrolar da investigação, analisou-se um possível emprego industrial
do adsorvente produzido e, também, desenvolveu-se um miniprojeto de ensino de
sustentabilidade aplicado no curso de Engenharia Agroindustrial da FURG. Foi testada
a produção do carvão ativado pela carbonização do lodo de Estação de Tratamento de
Esgoto (LETE) gerado pela Companhia Riograndense de Saneamento Básico
(CORSAN). Tal fato auxilia também o problema de disposição final do referido lodo,
uma vez que o volume final após carbonização é reduzido.
3
2. REVISÃO E LITERATURA
2.1 O lodo de esgoto
O incremento na geração de resíduos é observado em função ao crescimento
populacional, à urbanização e ao desenvolvimento econômico.1 Contudo, também é
observado uma preocupação crescente por parte da sociedade em compatibilizar
desenvolvimento às limitações da exploração dos recursos naturais.2 Dentre todos os
resíduos produzidos, o Lodo de Estação de Tratamento de Esgoto (LETE) merece
atenção devido a: (i) grande quantidade gerada; (ii) precário e/ou quase inexistente
tratamento de lodo e; (iii) alta concentração de patógenos e outros contaminantes.
A composição dos LETEs potencializa a proliferação de organismos vetores de
doenças visto que possuem coliformes termotolerantes, ovos de helmintos, Salmonella
e vírus (entre outros) em grande quantidade. Também, podem conter metais pesados e
compostos orgânicos persistentes, em concentrações nocivas.1
Uma alternativa para esse problema é o uso na agricultura. A Resolução
CONAMA nº 375/2006, que define critérios e procedimentos para o uso agrícola de
LETEs e seus produtos derivados, determina que os sólidos gerados em sistemas de
tratamento de esgoto sejam submetidos a processos de redução de patógenos e
análise de metais pesados para que possam ser utilizados na agricultura.3 Também,
essa resolução estabelece que os critérios norteadores nela contidos possam ser
reformulados com base em pesquisas científicas e desenvolvimento tecnológico.
Assim, o Ministério do Meio Ambiente é responsável pelo monitoramento permanente
dos critérios nela explicitados e deveria revisar o texto após o sétimo ano da sua
publicação. Contudo, até o momento nada fora alterado no documento original.4
De acordo com os dados do Instituto Trata Brasil e do Sistema Nacional de
Informações sobre Saneamento (SNIS) do ano de 2017,5 52,36% da população tem
acesso à coleta de esgoto, resultando em 47,24% de brasileiros carentes desse
serviço. Além disso, mais de 3,5 milhões de brasileiros, nas 100 maiores cidades do
país despejam esgoto irregularmente, mesmo tendo redes coletoras disponíveis. E,
4
num cenário mais preocupante cerca de 13 milhões de crianças e adolescente não têm
acesso ao saneamento básico, sendo que 3,1% delas não têm sanitário em casa.
Num país continental como o Brasil, particularidades regionais mostram que: no
Norte 10,24% da população têm acesso a coleta de esgotos, 26,87% no Nordeste,
78,56% na região Sudeste, 43,93% no Sul e 53,88% da população da região Centro-
Oeste têm o esgoto coletado.5 Contudo, 45,1% do esgoto coletado é tratado no Brasil.
A média das 100 maiores cidades brasileiras em tratamento dos esgotos foi de 50,26%,
apenas 10 delas tratam acima de 80% de seus esgotos.5
Num panorama regional observa-se que a liderança no tratamento de esgoto é
ilustrada pela ordem decrescente que segue: Centro-Oeste (52,02%), Sudeste
(50,39%), Sul (44,93%), Nordeste (34,73%) e Norte (22,58%).5 O baixo índice de
tratamento de esgoto da região Norte corrobora o alto índice de óbitos em crianças
com menos de um mês de vida, reforçando assim a importância do tema de estudo
elencado nessa dissertação.
2.2 Aplicações do LETE
No Estado do Rio Grande do Sul, a CORSAN produz anualmente cerca de
140.000 m3 de LETE úmido. Fixando-se apenas na Estação de Tratamento de Esgoto
(ETE) Mato Grande, situada na cidade de Canoas, obtêm-se os seguintes números: i)
vazão de 260 L s-1; e ii) volume de LETE úmido descartado diariamente igual a 70 m3.
O LETE úmido passa por processo de desidratação reduzindo seu volume para cerca
de 15 m3, sendo a destinação final o aterro sanitário.
Num cenário otimista para o saneamento básico, esse número sofrerá
incrementos. Assim, a CORSAN vem buscando parcerias com empresas de pesquisa e
universidades a fim de obter formas de aplicação racional para o LETE diferente da
disposição em aterros sanitários. Uma dessas parcerias que apresentou resultados
promissores foi com a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA Clima
Temperado) onde foi produzido substrato para plantio partindo do LETE. Dessa forma,
o LETE bruto foi higienizado e corrigido em termos de nutrientes e resultou num
substrato para plantio com eficiência de 10-20% maior que os convencionais.6 Maiores
estudos ainda estão sendo realizados.
5
Por outro lado, a adição de LETE ao solo com a finalidade de aumentar sua
fertilidade tem que ser muito cautelosa. Száková e colaboradores mostraram que em
solos adubados por longo prazo (desde 1996) com LETE foram encontrados teores
baixos de bifenilas policloradas totais (PCBs), hidrocarbonetos aromáticos policíclicos
(PAHs), pesticidas organoclorados (OCPs), difenil éteres polibromados (PBDEs), ácido
perfluorooctanóico (PFOA) e perfluorooctanossulfonato (PFOS).7 Os resultados
mostraram concentrações detectáveis de substâncias que foram como o
diclorodifeniltricloroetano (DDT) e seus metabólitos na ordem de 18,2 µg kg-1 do solo,
as quais excedem os níveis preventivos para esses compostos em solos agrícolas, ou
seja, 7,5 µg kg-1 de solo. Para PBDEs, PFOA e PFOS, seu conteúdo no solo aumentou
significativamente com a aplicação de lodo de esgoto. Assim, observa-se que a
aplicação de LETE para compostagem carece de maiores estudos.
Um outro problema do uso de LETE na compostagem é a concentração de
microplásticos no solo.8 Tais partículas estão surgindo como uma ameaça ambiental
cada vez maior. A concentração de microplásticos no LETE advém da remoção desse
contaminante do esgoto doméstico via ETE, assim, o mesmo fica aprisionado no LETE
o que impede sua entrada em ambientes aquáticos. No estudo de Corradini e
colaboradores,8 foi avaliado a contaminação microplástica de solos, via contagem total
de partículas por amostra e a implicação de sucessivas aplicações de LETE.
Monitorou-se 31 campos agrícolas por 10 anos com dosagem total de LETE de 40
ton/ha sendo que os mesmos possuíam condições climáticas semelhantes. Os
resultados mostraram que os solos adicionados com LETE tinham até 3,5 partículas de
microplásticos por grama de solo seco. Já o conteúdo de microplástico no LETE variou
de 18 a 41 partículas/g. A maioria dos microplásticos observados foram fibras (~90%) e
os resultados indicaram que as contagens de microplásticos aumentaram com o tempo,
onde aplicações sucessivas de LETE foram realizadas.
Por outro lado, o emprego de LETE na remediação de solos contaminados com
metais pesados também é viável. Poggere e colaboradores empregaram LETE tratado
termicamente em amostras de solo contaminadas com chumbo.9 Os autores
observaram a redução das formas de Pb solúvel pela aplicação de LETE devido à
conversão do metal solúvel em formas insolúveis e mais estáveis (óxidos). Também
concluíram que, em áreas confinadas, o uso de lodo de esgoto para reduzir os níveis
6
de metais pesados nos solos deve ser melhor considerado, principalmente em solos
mais intemperizados.
Num estudo recente, Chen e colaboradores avaliaram o emprego de LETE como
biocombustível sólido.10 Para tal, avaliaram a mistura de LETE com diferentes resíduos
de biomassa na queima empregando diversas misturas sintéticas de gases
atmosféricos. Observou-se que em todas misturas empregando LETE, ocorreu uma
significativa redução na incrustação e formação de escória nos equipamentos de
queima.
Seguindo na linha de geração de energia térmica, Xu e colaboradores avaliaram
liquefação hidrotérmica de microalgas (chlorella) em conjunto com LETE.11
Observaram que a adição de cinzas de LETE produziu um efeito sinérgico na produção
do bio-óleo, resultando num aumento do rendimento (4,7% em massa) e num produto
com menores teores de N e O. Tal fato acarreta num acréscimo no percentual de C e
H, gerando combustíveis com maior poder calorífico.
O uso da cinza de LETE na composição de cimentos também é algo investigado
na literatura científica. Liu e colaboradores avaliaram o desempenho de pastas de
cimento contendo diferentes proporções de cinza de LETE em temperaturas elevadas
(600-1000 °C).12 As resistências à compressão residual foram investigadas e a
evolução física, química e microestrutural relacionada a temperatura foi avaliada por
diferentes técnicas analíticas. Os resultados mostraram que a incorporação das cinzas
de LETE aumentou a resistência a altas temperaturas das pastas de cimento em
relação à resistência à compressão, sendo que a composição contendo 10% em massa
de cinzas foi a que apresentou melhor resultado. A adição de cinzas de LETE na
composição do cimento contribuiu para minimizar a porosidade do material, permitindo
assim um ganho real de resistência mecânica.
Como visto, aplicações tecnológicas para o LETE estão em pleno
desenvolvimento no presente. Contudo, devido ao alto teor de carbono presente, a
carbonização do LETE para preparo de adsorvente de carvão ativado é um processo
bastante investigado e promissor. Visto que esse assunto será abordado nessa
dissertação, o tópico que segue trará uma discussão aprofundada sobre o assunto.
7
2.3 LETE na produção de adsorventes
Processos termoquímicos aplicados no LETE, incluindo pirólise, gaseificação e
combustão, visam extrair energia armazenada no resíduo.13 Em particular, o carvão
obtido na pirólise do LETE pode ser usado tanto na recuperação de solos com baixa
fertilidade (compostagem) quanto na adsorção de metais pesados.14
Na literatura científica se encontram algumas maneiras de obter carvão ativado
de LETE que serão demonstradas a seguir. Normalmente, os estudos descritos
empregam equipamentos sofisticados de carbonização com atmosfera inerte na
queima, além de necessitarem de altas temperaturas e vários produtos químicos para
ativação dos carvões.
Cheng e colaboradores relatam a produção de carvão ativado de LETE
empregado na adsorção do corante Rodamina B.15 A técnica empregada fez uso de um
forno tubular com aquecimento anaeróbico (atmosfera de N2) onde o LETE foi levado a
500 ºC por 1 h a fim de obter o carvão. Na etapa de ativação, foi empregado K2CO3
(ativador) e a amostra novamente foi aquecida em atmosfera de N2 (600-800 ºC, 1 h).
O carvão ativado obtido foi mesoporoso com área superficial variando de 60-642 m2 g-
1. Quando os autores compararam o carvão de LETE obtido com o carvão ativado
comercial, observaram um excelente aumento na adsorção do corante Rodamina B
(mais de 400%), sendo que o melhor resultado obtido foi com o carvão produzido a 500
ºC e ativado a 800 ºC (remoção de 96,85% do corante). Os autores também indicaram
que, normalmente, o aumento na eficiência de remoção do corante vem com o
aumento na área superficial do carvão ativado, contudo, tiveram alguns resultados
divergentes. A justificativa para tal foi baseada na complexidade da composição do
LETE e pela possibilidade de ter ocorrido adsorção do corante via interação de grupos
funcionais presentes no carvão.
Reis e colaboradores avaliaram dois métodos de carbonização na produção de
carvões ativados de LETE: aquecimento convencional (500 ºC, 1 h) e pirólise assistida
por micro-ondas (980 W, 12 min).16 Ambos foram conduzidos em atmosfera inerte de
N2 e ativados por ZnCl2 (Figura 1). Os carvões obtidos apresentaram área superficial de
554,22 e 671,85 m2 g-1, e foram testados na remoção de diversos tipos de compostos
8
fenólicos em meio aquoso, sendo que o resultado obtido para remoção do fenol ficou
na faixa de 30 mg g-1 de adsorvente para ambos.
Figura 1. Formação de carvão ativado descrita por Reis e colaboradores.16
Rio e colaboradores prepararam adsorventes de LETE por carbonização com
atmosfera de N2 e posteriormente testaram sua eficiência com diferentes adsorbatos
(fenol, Cu2+ e corantes).17 Para tal, empregaram dois tipos de lodo, ou seja, lodo líquido
viscoso e lodo adicionado de cal (40% m/m) variando a temperatura de carbonização
entre 400 e 1000 ºC. Verificou-se que o caráter básico dos resíduos carbonizados
aumentou com o aumento da temperatura de carbonização. A etapa de carbonização
desenvolveu adsorventes classificados como mesoporosos, resultando em áreas
superficiais de 100 m2 g-1 para o adsorvente oriundo do lodo líquido viscoso e 60 m2.g-1
para o obtido com o LETE tratado com cal. No estudo cinético de adsorção do fenol, o
equilíbrio foi alcançado em cerca de 48 h e indicou que os carvões obtidos a 600 ºC
foram superiores. As maiores capacidades de adsorção de fenol encontradas foram de
33,6 mg g-1 (lodo líquido viscoso carbonizado) e 31,6 mg g-1 (LETE adicionado de cal
carbonizado).
Wang e colaboradores relataram a preparação de carbono nanométrico dopado
com nitrogênio oriundo de LETE e aplicado na adsorção de Cr(VI) aquoso.18 Para tal,
carbonizaram o LETE em forno com atmosfera de N2 (550 ºC, 1 h). O sólido resultante
foi misturado com KOH e dicianodiamida num moinho de bolas por 8 h, sendo aquecido
posteriormente em atmosfera inerte (800 ºC, 2 h).Conforme os autores, durante o
segundo aquecimento houve a polimerização da dicianodiamida com formação de g-
C3N4 interlamelar, produzindo assim uma espécie de template. O g-C3N4 liberou fontes
de nitrogênio durante o aquecimento para a dopagem na estrutura de carbono (Figura
2). Os adsorventes produzidos apresentaram alta área superficial (1235-2327 m2 g-1) e
9
conseguiram adsorver até 93,2% do Cr(VI) em solução aquosa. Além disso, o
adsorvente conseguiu manter a capacidade de remoção de Cr(VI) acima de 90%
mesmo após dois reciclos.
Figura 2. Preparo do adsorvente oriundo de LETE descrito por Wang e colaboradores.18
Souza e colaboradores relataram a produção de adsorventes oriundos de LETE
e resíduos de moluscos (conchas de moluscos bivalves Anomalocardia brasiliana e
Tagelus plebeius) aplicados na remoção eficiente de fósforo.19 Os materiais foram
misturados e sinterizados em uma mufla (800 ºC, 1 h). As amostras preparadas com
50% em massa de LETE foram avaliadas em pH 8,0 por 6 h e indicaram uma remoção
de 89% do fósforo presente em meio aquoso (21,4 mg P g-1 de adsorvente).
2.4 Fluoretos em água subterrânea
O flúor é o 13o elemento mais abundante da crosta terrestre. É altamente
eletronegativo e, por ser muito reativo, não é encontrado na natureza no seu estado
elementar.20 No entanto, está presente na composição de vários minerais como
anfibólios, micas, fluorita, apatita, topázio e criolita. Dentre estes, a fluorita (CaF2) e a
fluorapatita (Ca5(PO4)3F) representam as principais fontes de íon F- para as águas
10
subterrâneas. O flúor possui eficácia cientificamente comprovada no combate e na
prevenção da cárie dentária, sendo muito utilizado em grande parte do mundo, por sua
adição na água de abastecimento público, ao sal, a géis, a vernizes fluoretados e a
materiais restauradores. Apesar do F- ser adicionado na água de abastecimento
público para beneficiar a saúde dental da população, o seu excesso é prejudicial à
saúde humana por inibir o desenvolvimento cerebral em crianças e causar doenças
como fluorose dentária ou esqueletal.21 Essa patologia resulta de um distúrbio ocorrido
durante a formação do elemento dentário, caracterizada por uma hipomineralização do
esmalte, causada pela ingestão excessiva de flúor. A distribuição e severidade dessa
patologia estão principalmente relacionadas com a quantidade de flúor ingerido e com
a duração da exposição.22
Nesse sentido, a CORSAN dispõe de poços de abastecimento que não podem
ser utilizados devido à ocorrência, em algumas regiões do Rio Grande do Sul, de altas
concentrações de ânion fluoreto na água subterrânea, em níveis inadequados para o
consumo direto como água potável. Atualmente, o anexo XX da Portaria de
Consolidação nº 5 do Ministério da Saúde, de 3 de outubro de 2017, informa que o teor
máximo do íon fluoreto permitido é de 1,5 mg L-1. Há porém uma legislação mais rígida
no Rio Grande do Sul, a Portaria 10/99 de 16 de agosto de 1999, que afirma:
Parágrafo único – Serão considerados dentro do Padrão de Potabilidade as
águas que apresentarem a concentração de íon fluoreto dentro da faixa de 0,6
a 0,9 mg L-1
.23
Uma vez que os poços existentes e a serem perfurados, caso possam ser
utilizados, serviriam para abastecimento de pequenas comunidades, muitas em locais
isolados e de difícil acesso, tornam-se necessários sistemas de tratamento de água
que não necessitem acompanhamento operacional constante, mas que funcionem de
forma autônoma, mediante intervenções periódicas para manutenção preventiva,
garantindo a qualidade de água por um determinado tempo.
Uma alternativa para remoção do ânion fluoreto seria a adsorção em carvão
ativado, sendo uma técnica efetiva, econômica e de simples execução. Partindo dessa
premissa e da parceria entre a referida empresa e a FURG, a presente dissertação
abordará também esse tema.
11
2.5 Miniprojetos de ensino
A ideia de popularizar os resultados do Grupo de Pesquisa de Novos Materiais e
Processos Limpos (GPNMPL) da FURG na forma de aulas práticas de vanguarda é
antiga.24-29 Para tal feito é necessário cuidado relativo aos resultados de aprendizagem
esperados e, devido a complexidade dos temas, o assunto deve ser trabalhado por um
período superior ao de uma única aula experimental. Assim, a metodologia de ensino
baseada na execução de miniprojetos se mostra bem coerente.
O termo miniprojeto foi usado por Carriazo30 ao se referir a uma atividade
experimental em que os alunos gastam algumas semanas para sua execução,
tipicamente entre 4 e 6. Carriazo fez o uso de miniprojeto em disciplina de Química
Inorgânica Experimental.30 Outros trabalhos encontrados na literatura também,
apresentam propostas de ensino para disciplinas experimentais de Química que
poderiam ser consideradas como miniprojetos, apesar dos autores não fazerem uso
deste termo, por exemplo, os trabalhos do Formiga31 (para ensino de Química de
Coordenação), Murtinho (para ensino integrado de Química Orgânica, Química de
polímeros e Fotoquímica),32 e Simoni (para Química Geral Experimental).33 Segundo
estes autores, foi observada maior motivação nos alunos para a realização destas
propostas se comparada à realização de atividades isoladas e sem interrelação entre
as mesmas.
Os objetivos e a forma de aplicação de um miniprojeto podem variar em função
da disciplina onde é usado, sendo possível trabalhar conhecimentos teóricos e
habilidades básicas necessárias para realização de atividades em laboratório, no caso
de disciplinas iniciais.33 Em disciplinas oferecidas a alunos em estágios mais
avançados de formação podem ser trabalhados, além de conhecimentos em química
mais avançados, também revisão da literatura, montagem de projeto, interpretação dos
resultados e redação de relatório ou artigo científico.25-32
12
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1. Considerações gerais
As amostras de lodo de ETE foram coletadas na unidade da CORSAN situada
na cidade de Canoas-RS (ETE Mato Grande) no dia 4 de agosto de 2018.
Os produtos químicos P. A. utilizados na investigação não sofreram nenhum
tratamento prévio de purificação. Os ácidos clorídrico e fosfórico, bem como o hidróxido
de potássio, são da marca Nuclear. Os reagentes iodo ressublimado, iodeto de
potássio, tiossulfato de sódio, fenol comum e azul de metileno são da marca Vetec. Os
reagentes necessários para a investigação de adsorção de ânion fluoreto, reativo de
Spadns e solução padrão de fluoreto 1 mg L-1, foram gentilmente cedidos pela
CORSAN.
3.2. Preparo dos adsorventes
O LETE, após coleta, foi seco em estufa a 105 ºC por 24 h para remoção de
água e esterilização. A granulometria foi fixada na faixa de 0,5-1,0 mm com o uso de
peneiras apropriadas.
3.2.1. Lodo de ETE in natura
Parte do material obtido foi separada para ser testada sem carbonização, sendo
denominada de lodo de ETE in natura (LIN). Assim, para ser empregado em ensaios de
adsorção, 10 g do material já esterilizado foram lavados com KOH 0,1 M (50 mL) e
agitados em shaker (marca New Brunswick Scientific, modelo R-2, EUA) por 15 min
(100 rpm). Após, foi efetuada a filtração por gravidade lavando o sólido retido com água
deionizada (500 mL). Foi realizada nova lavagem do sólido com HCl 0,1 M (50 mL)
seguida de agitação no shaker (15 min, 100 rpm) e filtração por gravidade com
13
lavagem com água (500 mL). O sólido obtido no final do processo foi seco em estufa à
105 ºC por 24 h.
3.2.2. Preparo do carvão de lodo de ETE
No preparo de carvão de ETE foi utilizada uma massa de 10 g do lodo de ETE
esterilizado e lavado (LIN) foram carbonizadas em forno mufla convencional por 1 h
(300 ºC). Da mesma forma que o adsorvente LIN preparado, o carvão obtido foi lavado
com água destilada, KOH 0,1 mol L-1 e HCl 0,1 mol L-1 para remover resíduos solúveis
obtidos no processo, finalizando com lavagem com água deionizada (500 mL) e
secagem em estufa (105 ºC por 24 h). O carvão obtido (LoC) foi avaliado na adsorção
e, também, ativado conforme técnica que segue.
3.2.3. Ativação do carvão de lodo de ETE
Para ativação do carvão de ETE foi utilizada uma massa de 10 g de LoC a qual
foi colocada em erlenmeyer de 250 mL com 125 mL de H3PO4 2 mol L-1. A mistura foi
deixada no shaker por 24 h (100 rpm) e lavada como descrito anteriormente. Após
secagem em estufa, o carvão ativado (LCA) foi avaliado em processos de adsorção.
3.3. Caracterização dos adsorventes
As amostras (adsorventes) produzidas foram caracterizadas pelas técnicas de
microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise elementar (CHN), análise
porosimétrica (isotermas de BET) e espectroscopia de transmissão no infravermelho
com transformada de Fourier (FTIR).
O microscópio eletrônico de varredura Jeol modelo JSM-6610LV (20 kV com
magnificação de 2000 X) foi utilizado para a geração de imagens tridimensionais das
estruturas superficiais dos materiais produzidos, sendo estes previamente metalizados
com ouro.
Para a análise elementar foi utilizado um analisador PerkinElmer CHN SO
modelo PE 2400 series II.
14
As isotermas de adsorção de N2 (BET) foram obtidas num equipamento
Micrometrics Tristar® II 3020. As amostras foram pré-aquecidas a 70 °C durante 8 h
sob vácuo. A área superficial foi determinada usando o método de Brunauer-Emmet-
Teller (BET) a -196 °C no intervalo de 0,01 < P/Patm < 0,35. O diâmetro médio de
mesoporos e sua distribuição foram calculados usando o método de Barrett-Joyner-
Halenda (BJH) com os padrões Halsey considerando a isoterma de dessorção. O
volume de microporo foi calculado usando o método t-plot e a isoterma padrão de
Harkins e Jura.
Os espectros de FTIR foram registrados a temperatura ambiente num
espectrofotômetro Shimadzu Prestige-21, acumulando-se 36 varreduras na resolução 4
cm-1. Esse estudo ficou restrito à região do infravermelho médio de 4000 a 400 cm-1. As
amostras foram analisadas pelo modo de transmissão, com pastilhas preparadas a
partir da dispersão da amostra em KBr, utilizando-se um pastilhador e uma prensa
hidráulica manual.
A avaliação das propriedades físico-químicas dos sólidos também foi realizada,
inicialmente com a determinação do pH seguindo o procedimento descrito pela
American Society for Testing and Materials (Sociedade Americana para Testes e
Materiais, ASTM) descrito na norma ASTM D 3838-80 (1999).34 Já o ensaio de
determinação do teor de umidade seguiu conforme os procedimentos descritos na
norma ASTM D 2867-04.35 Na sequência, a determinação do teor de material volátil foi
realizada através de procedimentos descritos na norma ASTM D 5832-98 (2003).36 Por
fim, a determinação do teor de cinzas foi realizada através de procedimentos descritos
na norma ASTM D 2866-94 (1999).37
3.4. Avaliação das propriedades adsortivas
3.4.1. Número de iodo
O número de iodo é um teste indicador da porosidade e do nível de ativação de
carvões (números de iodo elevados indicam alto grau de ativação dos carvões). A
análise conduzida consistiu em manter uma solução padrão de iodo em contato com o
carvão que fora testado sob determinadas condições experimentais. Após certo tempo
de adsorção, o adsorvente foi removido e o iodo remanescente no filtrado foi
15
determinado por titulação com tiossulfato de sódio na presença do indicador amido.
Assim, o resultado do ensaio de número de iodo é definido como a quantidade de iodo
adsorvida (em mg) por grama de carvão quando a concentração de iodo for 0,02 mol
L-1.38 A análise conduzida seguiu com rigor a norma ASTM D 4607-94.39
3.4.2. Índice de azul de metileno
O índice de azul de metileno é uma medida da mesoporosidade (2-5 nm)
presente em carvões ativados. É definido como a quantidade máxima de corante
adsorvida em 1 g de adsorvente.40 Consiste em manter em contato certo volume da
solução de azul de metileno de concentração conhecida com uma dada massa de
adsorvente até que o equilíbrio se estabeleça.
No ensaio realizado, a concentração residual de azul de metileno do
sobrenadante foi determinada a 665 nm em espectrofotômetro de UV-Vis de feixe
simples (marca Dynamica, modelo HALO SB-10). Para a determinação
espectrofotométrica, empregou-se uma solução-estoque de azul de metileno de 50 mg
L-1 que originou, por diluição, pontos de uma curva de calibração com 5, 10, 15, 20 e 25
mg L-1. Após, a avaliação dos adsorventes produzidos na remoção do corante azul de
metileno foi realizada empregando 0,5 g de cada adsorvente. Assim, colocou-se a
referida massa de adsorvente num erlenmeyer de 250 mL contendo 50 mL de solução
aquosa de azul de metileno (25 mg L-1) e agitou-se (100 rpm, 30 min). Ao final, a
mistura foi filtrada por gravidade e lida por espectrofotometria de UV-Vis.
3.4.3. Adsorção de fenol em meio aquoso
A viabilidade do emprego dos adsorventes produzidos no sequestro de fenol
aquoso foi avaliada. Para tal, diluiu-se uma solução-estoque de fenol de concentração
100 mg L-1 a fim de formar pontos de uma curva de calibração com concentrações de
10, 20, 30, 40 e 50 mg L-1. Após a construção da curva de calibração, as soluções
foram lidas por espectrofotometria na região do UV (270 nm). Na sequência, 0,5 g de
cada adsorvente foi adicionado num erlenmeyer de 250 mL, contendo 20 mL de
solução aquosa de fenol (50 mg L-1) e agitado (125 rpm, 1 h). Ao final, a mistura foi
filtrada e realizada a leitura por espectrofotometria de UV.
16
3.4.4. Remoção do ânion fluoreto
A avaliação da adsorção do ânion fluoreto pelos adsorventes obtidos do lodo de
ETE, seguiu o método colorimétrico de Spadns, utilizado na CORSAN.
O método colorimétrico Spadns é baseado na reação entre o fluoreto e o corante
zircônio. O fluoreto forma com o corante um complexo aniônico incolor (ZrF62-). A
quantidade de fluoreto é inversamente proporcional à cor produzida, ou seja, a cor se
torna progressivamente mais clara quando a concentração de fluoreto aumenta. Os
interferentes mais comuns são alcalinidade (na forma de CaCO3), alumínio, cloreto,
cloro residual livre, cor e turbidez, ferro, hexametafosfato, fosfato e sulfato.41
O ensaio é baseado na descoloração do reagente de cor, íon zircônio e Spadns
(cor vermelha), pela reação do ânion fluoreto com o zircônio (incolor).42 A leitura foi
efetuada por espectrofotometria em 590 nm. Foi utilizada uma solução padrão de
ânion fluoreto 1 mg L-1 (para maiores detalhes vide anexo 4). À temperatura ambiente,
20 mL da solução foram acondicionados em erlenmeyer com tampa juntamente com a
massa empregada de carvão e, então, agitou-se em mesa agitadora a 180 rpm. Em
intervalos definidos, 10 mL das soluções foram removidos e filtrados em membrana de
0,22 µm. Do filtrado foi determinada a concentração do íon fluoreto com a adição de 2
mL do reagente Spadns (aguardou-se 1 h e analisou-se em 590 nm). A quantidade dos
analito adsorvido por unidade de massa de adsorvente (qe) foi calculada a partir da
concentração inicial (Ci) e final (C) presentes no sobrenadante, através da Equação 1.
m
)CC(Vq i
e
(Equação 1)
Em que V é o volume de solução e m é a massa de adsorvente.
3.4.5. Determinação da cor conferida à solução pela adição de carvão
No intuito de avaliar a possível lixiviação de substâncias químicas dos carvões
testados à solução, tal ensaio foi conduzido. Assim, baseou-se no ensaio de
determinação de cor em água potável, as determinações foram feitas pela Corsan.43 A
17
cor é devida a existência de substâncias em solução, na grande maioria dos casos de
natureza orgânica (húmus), e/ou pela presença de partículas coloridas finamente
divididas e dispersas na água que pode mascarar a leitura de ânion fluoreto pela
técnica de Spadns. Dessa forma, uma amostra do filtrado foi analisada em
espectrofotômetro Spectroquant® NOVA 60ª, conforme o Procedimento Operacional
Padrão (POP) PFQ-DECA-038 da empresa CORSAN (vide Anexo 1).
3.4.6. Determinação da turbidez conferida à solução pela adição de adsorvente
Da mesma forma que o ensaio de cor, procurou-se com essa técnica avaliar a
possível turbidez provocada à solução quando da adição dos adsorventes testados. A
turbidez é uma medida do espalhamento de luz produzido pela presença de partículas
coloidais ou em suspensão e é expressa como unidade nefelométrica de turbidez
(NTU, do inglês Nephelometric Turbidity Unity). A análise foi conduzida num
turbidímetro 2100Q Hach em conformidade com o POP PFQ-DECA-008 da empresa
CORSAN (vide Anexo 2).
3.5. Desenvolvimento de miniprojeto de ensino de sustentabilidade
O miniprojeto de ensino foi testado em 2018 com 22 alunos do 4° semestre do
curso de engenharia agroindustrial, gerando grupos de trabalho de 3-4 alunos.
Antes da primeira aula prática, na primeira semana, os alunos foram
apresentados ao miniprojeto pelo professor. Uma introdução aos tópicos de lodo de
esgoto, carbonização e produção de carvão ativado, problemas ambientais causados
por fenol e azul de metileno em corpos de água e espectrofotometria UV/Vis foi
conduzida pelo professor. O estudo foi complementado com leituras extraclasse de
literatura científica relacionada ao tema.16,44-47 Durante a segunda semana, o grupo de
trabalho começou a produzir adsorventes com lodo já seco e esterilizado fornecido pelo
professor (ver tópico 3.2). Assim, os alunos foram divididos em 6 grupos para avaliar o
adsorvente de lodo in natura (LIN), carbonizado (LoC) e carbonizado e ativado (LCA).
Três grupos testariam seus adsorventes na remoção de fenol aquoso e os outros 3
grupos trabalhariam com azul de metileno. No final da semana #2, cada grupo enviou
18
amostras adsorventes para análise morfológica (microscopia eletrônica de varredura,
MEV), porosimétrica (isotermas de BET), espectroscopia de infravermelho por
transformada de Fourier (FT-IR) e composição elementar quantitativa (CHN) para o
Centro de Microscopia da FURG e Central Analítica da UFRGS.
Na terceira semana, os grupos foram divididos por adsorbato. Assim, a atividade
experimental foi iniciada com fenol (3 grupos simultaneamente) e, em outro momento
no laboratório, os demais grupos trabalharam com o azul de metileno. Esta divisão teve
como objetivo otimizar o uso de equipamentos de laboratório e, principalmente, facilitar
o andamento da atividade pedagógica. Com fenol, os estudantes partiram de uma
solução aquosa a 100 mg L-1 e utilizaram diluições para produzir uma curva de
calibração com concentrações de 10, 20, 30, 40 e 50 mg L-1. Após a construção da
curva de calibração, as soluções foram espectrofotometricamente lidas na região do
UV (270 nm). Adicionou-se 0,5 g de cada um dos adsorventes a uma solução de 50 mg
L-1 de fenol (20 mL) e agitou-se (125 rpm) durante 1 h. No final, a solução foi filtrada e
lida por espectrofotometria. Um procedimento similar foi realizado para o azul de
metileno com as seguintes alterações: a solução estoque foi de 50 ppm; a curva de
calibração utilizou soluções de 5, 10, 15, 20 e 25 mg L-1; leituras na região do visível
(665 nm) foram tomadas; o ensaio de adsorção empregou 50 mL de solução de 25 mg
L-1 por 30 min em um agitador (100 rpm).
Por fim, na última semana, os alunos apresentaram seus resultados para o
grande grupo justificando seus dados utilizando a literatura científica atual. Eles
também entregaram ao professor um relatório sobre a atividade experimental.
3.5.1. Roteiros das aulas práticas
Os estudantes receberam os devidos roteiros de aulas práticas referentes à
segunda e terceira semanas de execução do miniprojeto de ensino.
19
3.5.1.1. Semana #2 – Produção dos adsorventes
Lodo de esgoto in natura (LIN)
Pesar 10 g de lodo de esgoto previamente esterilizado, lavar com KOH 0,1 mol
L-1 aquoso (50 mL), agitar durante 15 min a 100 rpm (no shaker), filtrar por gravidade
em papel e lavar o sólido com água deionizada (500 mL). Adicionar HCl 0,1 mol L-1
aquoso (50 mL) e, novamente, agitar (15 min, 100 rpm). Filtrar por gravidade em papel
usando água deionizada para enxaguar (500 mL). Secar o sólido em estufa (105 ºC, 24
h).
Carvão de lodo de esgoto (LoC)
Pesar 10 g de lodo de esgoto esterilizado e carbonizar em forno de mufla
(300ºC, 1 h). Seguir com o mesmo protocolo de lavagem e secagem descrito para o
LIN.
Carvão ativado de lodo de esgoto (LCA)
Pesar 10 g do lodo de esgoto esterilizado e carbonizar em forno de mufla
(300ºC, 1 h). Ativar o carvão obtido com H3PO4 2 M em um shaker (24 h, 100 rpm)
empregando a proporção de 25 mL de ácido para cada 2 g de adsorvente. Seguir com
o mesmo protocolo de lavagem e secagem descrito para o LIN.
Triturar todos os adsorventes preparados com gral e pistilo e peneirar
(granulometria 0,5 a 1,0 mm). Enviar amostras dos adsorventes produzidos para
análise morfológica (MEV), porosimétrica (isotermas BET), espectroscopia de
infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) e composição elementar quantitativa
(CHN) para os respectivos laboratórios orientados pelo professor.
20
3.5.1.2. Semana #3 – Testes de adsorção
3.5.1.2.1. Roteiro de aula prática para adsorção do fenol
Adsorbato: Fenol (λ = 270 nm, cubeta de quartzo).
a) Solução estoque
Será fornecido uma solução estoque de fenol com concentração de 100 mg L-1.
b) Adsorventes
Utilizar os adsorventes previamente preparados oriundos do lodo de esgoto (LIN,
LOC e LCA).
c) Solução padrão
Partindo da solução estoque, faça os devidos cálculos para preparar 200 mL de
uma solução de fenol com concentração de 50 mg L-1.
d) Curva padrão
Proceder os devidos cálculos para preparar 25 mL de cada solução diluída de
fenol, partindo da solução padrão preparada, nas seguintes concentrações:
Concentração
(mg L-1)
Volume de solução padrão
(mL)
10
20
30
40
50
e) Absorbâncias
Ler as absorbâncias de cada solução da curva padrão em espectrofotômetro.
Atentar para o comprimento de onda e tipo de cubeta. Se as absorbâncias forem maior
21
que 1, diluir a solução e repetir a leitura. Registrar o fator de diluição. Plotar o gráfico
numa planilha eletrônica.
Concentrações
(mg L-1)
Absorbâncias
R2 =
10
20
30
40
50
f) Testes de adsorção
Para as provas-em-branco, pesar 0,5 g de adsorvente em um erlenmeyer.
Adicionar 20 mL de água destilada. Para cada amostra de adsorvente, pesar 0,5 g de
adsorvente em um erlenmeyer. Adicionar 20 mL de solução 50 mg L-1 do adsorvato.
Agitar os sistemas em mesa agitadora (shaker) a 125 rpm por 1 h. Após, filtrar e
novamente realizar leituras de absorbâncias dos filtrados em espectrofotômetro.
Calcular o percentual de remoção do analito segundo a fórmula:
𝐴𝑑𝑠𝑜𝑟çã𝑜 % =(𝐶𝑖 − 𝐶𝑓)
𝐶𝑖∗ 100
Em que Ci e Cf são as concentrações inicial e final da solução, respectivamente.
22
Adsorvente Absorbâncias Absorbâncias
corrigidas
Concentração
remanescente
(mg L-1)
Adsorção (%)
PB* - LIN --- ---
LIN
PB – LoC --- ---
LoC
PB – LCA --- ---
LCA
*PB = prova em branco.
g) Discussão dos resultados
Analisando os resultados obtidos, qual adsorvente se mostrou mais eficiente?
Justifique sua resposta levando em consideração a porosidade do material, área
superficial, etc.
3.5.1.2.2. Roteiro de aula prática para adsorção do azul de metileno
Adsorbato: azul de metileno (λ = 665 nm, cubeta de vidro).
a) Solução estoque
Você receberá uma solução estoque de azul de metileno com concentração de
50 mg L-1.
b) Adsorventes
Você empregará seus adsorventes previamente preparados oriundos do lodo de
esgoto (LIN, LOC e LCA).
c) Solução padrão
Partindo da solução estoque, faça os devidos cálculos para preparar 250 mL de
uma solução de azul de metileno com concentração de 25 mg L-1.
d) Curva padrão
Proceder os devidos cálculos para preparar 25 mL de cada solução diluída de
azul de metileno, partindo da solução padrão preparada, nas seguintes concentrações:
23
Concentração
(mg L-1)
Volume de solução padrão
(mL)
5
10
15
20
25
e) Absorbâncias
Ler as absorbâncias de cada solução da curva padrão em espectrofotômetro.
Atentar para o comprimento de onda e tipo de cubeta. Se as absorbâncias forem maior
que 1, diluir a solução e repetir a leitura. Gravar o fator de diluição. Plotar o gráfico
numa planilha eletrônica.
Concentrações
(mg L-1)
Absorbâncias
R2 =
5
10
15
20
25
f) Testes de adsorção
Para as provas-em-branco, pesar 0,5 g de adsorvente em um erlenmeyer.
Adicionar 50 mL de água destilada. Para cada amostra de adsorvente, pesar 0,5 g de
24
adsorvente em um erlenmeyer. Adicionar 50 mL de solução 25 mg L-1 do adsorvato.
Agitar os sistemas em mesa agitadora (shaker) a 100 rpm por 30 min. Após, filtrar e
novamente realizar leituras de absorbâncias dos filtrados em espectrofotômetro.
Calcular o percentual de remoção do analito segundo a fórmula:
𝐴𝑑𝑠𝑜𝑟çã𝑜 % =(𝐶𝑖 − 𝐶𝑓)
𝐶𝑖∗ 100
Em que Ci e Cf são as concentrações inicial e final da solução, respectivamente.
Adsorvente Absorbâncias Absorbâncias
corrigidas
Concentração
remanescente
(mg L-1)
Adsorção (%)
PB* - LIN --- ---
LIN
PB – LoC --- ---
LoC
PB – LCA --- ---
LCA
*PB = prova em branco.
g) Discussão dos resultados
Analisando os resultados obtidos, qual adsorvente se mostrou mais eficiente?
Justifique sua resposta levando em consideração a porosidade do material, área
superficial, etc.
Segurança: O fenol é tóxico e corrosivo. Soluções aquosas de HCl, H3PO4 e
KOH são corrosivas. Todos os experimentos são realizados em capelas de exaustão
(para reagentes voláteis) e com estudantes usando material de proteção individual
(óculos de segurança, jalecos e luvas de nitrilo).
25
3.6. Medidas eletroquímicas
Extratos aquosos dos adsorventes (LIN, LoC e LCA) foram produzidos a partir
de 1 g de cada sólido em 100 mL de água deionizada. A mistura foi agitada (4 h, 130
rpm) à temperatura ambiente. Depois, foram filtradas por gravidade e as soluções
resultantes tiveram adição de KCl sólido (~ 0,75 g) para formar o eletrólito de suporte.
As análises foram conduzidas em um potenciostato (Metrohm Autolab, modelo
PGSTAT302N) usando um teste em branco (solução aquosa de KCl 0,1 M). As curvas
de calibração foram construídas utilizando soluções de ácido ascórbico em água
contendo KCl 0,1 M e a atividade antioxidante obtida por métodos eletroquímicos foi
expressa em termos de equivalentes desse mesmo ácido. Os voltamogramas cíclicos
foram obtidos utilizando a taxa de varredura de 0,100 V s-1. A carga total sob as ondas
anódicas e as correntes de pico do sinal de fundo (solvente + eletrodo de suporte)
foram obtidas e as correntes de pico para cada amostra foram medidas dentro da faixa
de 0,0 a 0,8V.
26
4. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
4.1 Caracterização dos adsorventes
A amostra de lodo de esgoto coletada foi inicialmente esterilizada para eliminar o
risco de contaminação com patógenos. Posteriormente, foram preparados os
adsorventes LIN, LoC e LCA como descrito no capítulo 3. Na primeira análise realizada
buscou-se avaliar a morfologia dos sólidos por MEV a fim de estudar o efeito dos
diferentes modos de preparo dos adsorventes (Figura 3).
Figura 3. Micrografia de MEV mostrando a superfície de a) LIN, b) LoC e c) LCA.
Na Figura 3a) é possível observar uma típica morfologia de lodo de ETE in
natura, que é uma estrutura compacta formada por conglomerados com aparência
porosa de partículas de perfil irregular, sem dimensão e formato padrão. A Figura 3b)
mostra o lodo de esgoto após o tratamento térmico, onde ocorre a carbonização da
matéria orgânica e a vaporização das moléculas de água presentes no sólido. O
material resultante tem uma estrutura menos compacta, vista na presença de
aglomerados de partículas lamelares. Isto dá maior porosidade e reduz os níveis de C,
H e N (Tabela 1) juntamente com a presença de uma estrutura mais cristalina. A Figura
3c) mostra detalhes topográficos irregulares na superfície do lodo de esgoto após a
carbonização e ativação, com grânulos de placa lamelar (perfil irregular) e alta
polidispersidade do tamanho e formas das partículas. No entanto, o aspecto flocado
conferido é mais poroso do que o observado na Figura 3b). O material adsorvente
a) b) c)
27
apresenta melhores características, principalmente no aumento da área de superfície
disponível, o que pode ser avaliado o lodo de esgoto como adsorvente.48,49
Na continuidade da caracterização dos adsorventes em estudo, o espectro de
FTIR dos sólidos foi produzido (Figura 4).
Figura 4. Espectros de FTIR dos adsorventes LIN, LoC e LCA.
4000 3000 2000 10004000 3000 2000 10004000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
LIN
3359
3329
2922
1649
1031
Tra
nsm
ita
ncia
(%
)
LoC
1585
1028
Numero de onda (cm-1)
LCA
3055
1578
1010
A Figura 4 mostra que a amostra LIN apresenta grupos hidroxila, evidenciados
pela banda larga apresentada na região 3359 cm-1, devido aos grupos hidroxila da
celulose presente nas fezes e na água residual.50 Os estiramentos C-H dos grupos
alquila da celulose são evidenciados na região 2922 cm-1. Notar que no material
carbonizado, muitos sinais relacionados à celulose e hemicelulose não são visíveis,
uma vez que sua decomposição ocorre em temperaturas acima de 300 ºC.51 A
presença de ligações C-O nas estruturas de celulose causa o aparecimento de sinais
intensos e sobrepostos na região de 1031–1010 cm-1 devido aos modos vibracionais de
estiramento da ligação C-O. As bandas de carbonilas encontradas na faixa de 1578–
1649 cm-1 são atribuídas ao grupo amida de moléculas presentes no lodo.
O estudo porosimétrico (isotermas de BET) e a análise de CHN dos adsorventes
foi realizada a fim de encerrar a caracterização dos sólidos (Tabela 1).
28
Tabela 1. Área superficial e análise de CHN dos adsorventes produzidos.
Amostra aSBET (m
2 g
-1) Volume de
microporo (cm3 g
-1)
C (%) H (%) N (%)
LIN 0,4702 0,001860 34,79 4,97 4,69
LoC 7,2085 0,026395 23,97 1,06 2,79
LCA 9,9319 0,028991 30,50 1,80 5,53
A Tabela 1 mostra que a área de superfície das amostras preparadas é
extremamente pequena em comparação com o carvão ativado comercial (~ 800 m2 g-
1).52 No entanto, o processo de carbonização e ativação foi eficaz gerando aumento da
área superficial em 21 vezes e do volume de microporo em 15 vezes (LIN e LCA,
respectivamente). Na análise de CHN, o teor de carbono cai no processo de
carbonização devido à alta temperatura que influencia a perda de compostos orgânicos
voláteis (LIN e LoC). Na amostra carbonizada e ativada (LCA), o teor de carbono
aumenta novamente devido à remoção de material solúvel em H3PO4 (LoC e LCA).
Contudo, ainda existem outras análises físico-químicas que elucidam tanto o tipo
de adsorvente quanto o mecanismo envolvido no processo de adsorção. Assim, a
característica do material investigado depende de sua preparação, se tornando ácido,
básico ou neutro e, dependendo do pH, haverá o predomínio de certos grupos
químicos identificados em sua superfície.53 Devido a isso, a determinação do pH do
adsorvente é importante, pois variações na acidez ou basicidade podem alterar o
processo de adsorção devido a interações eletroestáticas com a adsorbato em
solução.54
Outra determinação que deve-se levar em consideração é o teor de umidade,
pois indica a porosidade do material com relação ao seu peso líquido. O total de água
presente nas amostras é a combinação entre umidade superficial e a inerente ao
produto. A presença de água ocorre em todas etapas que passa o material, desde sua
produção, transporte até seu armazenamento e, uma umidade elevada, pode indicar
um baixo desempenho na adsorção.54
O teor de material volátil ou, simplesmente, matéria volátil, é o resultado
derivado da combinação de carbono com outros átomos que possibilita a formação de
gases. A área superficial do material e sua distribuição de poros possuem relação
29
direta com sua volatilização, sendo que valores maiores indicam baixa área
superficial.53
A quantificação das cinzas no carvão também é usual e sua origem advém de
impurezas incorporadas à massa do material orgânico na sua origem e/ou processo de
produção. O levantamento do teor de cinzas é importante pois, dependendo do
solvente utilizado, pode ocorrer interação com a solução ou até alteração de pH.54
Já a avaliação normatizada da ativação de carvões é realizada pelo ensaio do
número de iodo. Consiste de uma técnica amplamente utilizada para determinar a
capacidade de adsorção devido à sua simplicidade e rapidez em avaliar o nível de
ativação de carvões. Números de iodo elevados indicam alto grau de ativação dos
carvões. É a medida da microporosidade de carvões ativados (0 a 2 nm) pela adsorção
do iodo em solução.38
Fixando-se apenas nos adsorventes carbonizados produzidos (LoC e LCA),
foram avaliados os parâmetros físico-químicos supracitados e comparados com o
carvão ativado comercial (CAC) (Tabela 2).
Tabela 2. Parâmetros físico-químicos dos adsorventes LoC e LCA comparados com o CAC.
Amostra pH Umidade
(%)
Matéria
volátil (%)
Cinzas
(%)
Número de
iodo (mg I2/g)
LoC 4,7 4,79 37,72 48,87 676,65
LCA 3,7 14,7 42,91 66,00 826,55
CAC 7,3 5,09 43,11 52,35 799,75
A Tabela 2 mostra que o pH dos adsorventes produzidos LoC e LCA é ácido.
Para o LCA isso era esperado visto que o ativador foi H3PO4, contudo, o LoC também
teve valor de pH baixo o que indica ser associado a sua própria composição. Por outro
lado, o pH neutro do CAC também pode estar associado ao ativador que fora usado.
Em termos do ensaio de umidade, os carvões LoC e CAC apresentaram valor
semelhante, contudo, o adsorvente LCA produzido apresentou valor cerca de 3 vezes
superior. Isso pode estar associado ao seu alto número de iodo que, via de regra, é
associado à uma alta área superficial e, devido a isso, poder-se-ia ter água adsorvida
nos poros. Porém, a área superficial vista no ensaio de BET foi baixa para um carvão
30
ativado (esperar-se-ia ~ 800 m2 g-1) e, assim, surge aqui um ponto estranho nessa
investigação que carece de maiores estudos para ser sanado. Será que a técnica de
BET aplicada nos adsorventes produzidos foi a mais adequada? Referente aos valores
de matéria volátil, ambos carvões apresentaram valores na casa dos 40%. O teor de
cinzas dos carvões LoC e CAC é semelhante (~ 50%), contudo, o LCA apresenta um
valor mais elevado (~ 66%) que está associado ao processo de ativação com H3PO4.
Referente ao ensaio do número de iodo, os valores encontrados indicam que as
amostras se prestam para o emprego como adsorvente, carvões ativados comerciais
empregados em purificação de água usualmente apresentam valores entre 600-1100
mg I2 g-1. Dessa forma, o carvão LCA produzido nesse trabalho apresentou-se superior
até mesmo ao CAC. Novamente aqui surge um questionamento acerca do ensaio de
área superficial, a baixa área superficial encontrada para o LoC e LCA não é coerente
com os valores de número de iodo obtidos.
4.2 Adsorção de ânion fluoreto
A avaliação dos adsorventes produzidos e carbonizados (LoC e LCA) foi
comparada com o CAC na remoção de ânion fluoreto de meio aquoso. Como o método
de quantificação do adsorbato fluoreto é baseado na colorimetria, foram conduzidas em
paralelo as análises de cor e turbidez da solução em contato com os adsorventes. A
proposta visou avaliar possíveis lixiviações oriundas dos carvões que poderiam
interferir no resultado dos testes. Assim, diferentes massas dos adsorventes LoC, LCA
e CAC foram colocadas em frascos de erlenmeyer contendo 20 mL de solução padrão
de fluoreto (1 mg L-1) e a mistura fora agitada em shaker (1 h, 150 rpm). Após, efetuou-
se a filtração e leitura da solução resultante em 590 nm, sendo os resultados obtidos
mostrados na tabela 3.
31
Tabela 3. Resultados encontrados na adsorção de ânion fluoreto pelos adsorventes LoC, LCA e CAC.
Ensaio Adsorvente Massa
(g)
Cor
(mg L-1
Pt/Co)
Turbidez
(UT)
Fluoreto
(mg L-1
)
1 LoC 0,5 4 1,2 1,00
2 LoC 1,0 22 12,0 0,93
3 LoC 1,5 29 5,5 1,34
4 LCA 0,5 7 0,5 0,91
5 LCA 1,0 22 4,4 2,20
6 LCA 1,5 25 2,4 1,94
7 CAC 0,5 5 1,6 1,00
8 CAC 1,0 20 15,0 1,26
9
10
CAC
branco
1,5
---
36
0
14,0
1,0
1,55
1,00
n = 2.
De acordo com os resultados mostrados na Tabela 3, observa-se que a adição
de qualquer massa de adsorvente, seja qual for, acarreta num aumento da cor e da
turbidez da solução resultante. Por exemplo, o adsorvente LoC aumentou a cor da
solução mais de 7 vezes quando sua massa passou de 0,5 g para 1,5 g (ensaios 1 e
3). Resultado semelhante foi encontrado com o adsorvente CAC (ensaios 7 e 9). Por
fim, o adsorvente LCA foi o que apresentou menor aumento de cor (cerca de 3,5 vezes)
para a mesma variação de massa adicionada (ensaios 4 e 6). Em termos de turbidez, o
comportamento encontrado foi atípico pois, para a massa de adsorvente intermediária
(1,0 g), o valor encontrado fora sempre superior aos demais para os três sólidos
estudados. Vale ressaltar que o adsorvente CAC causou maior turbidez que os demais
nas diferentes massas estudadas e isso pode estar associado à granulometria
apresentada pelo produto comercial.
Em termos de adsorção de fluoreto, os resultados encontrados foram
inconclusivos visto que, com exceção aos ensaios 2 e 4, produziram resultados de flúor
acima da concentração da solução padrão (1 mg L-1). Acredita-se que os resultados
divergentes podem estar associados à lixiviação de cor e outros interferentes advindos
dos adsorventes testados. Visando contornar tal problema, buscou-se reduzir o tempo
de permanência do adsorvente na solução e, para tal, partiu-se de uma massa de 0,5 g
de adsorvente testada em tempos de 5, 15 e 30 min (Tabela 4).
32
Tabela 4. Resultados encontrados na adsorção de ânion fluoreto pelos adsorventes LoC, LCA e CAC em
tempos de exposição reduzidos.*
Ensaio Adsorvente Tempo
(min)
Cor
(mg L-1
Pt/Co)
Turbidez
(UT)
Fluoreto
(mg L-1
)
1 LoC 5 3,6 2,1 0,67
2 LoC 15 5,9 2,7 0,63
3 LoC 30 10,4 7,6 0,59
4 LCA 5 11,5 1,1 1,68
5 LCA 15 19,9 3,8 1,83
6 LCA 30 14,4 0,7 1,94
7 CAC 5 6,7 5,4 0,84
8 CAC 15 6,4 5,1 0,72
9 CAC 30 7,1 6,1 0,71
*Massa de adsorvente: 0,5 g, n=2
A Tabela 4 mostra que os adsorventes LoC e CAC produziram resultados na
adsorção do ânion fluoreto em função do tempo reduzido. Já o adsorvente LCA,
mostrou resultados de fluoreto incompatíveis com o esperado e isso pode estar
associado à cor conferida na solução (ensaios 4-6).
Os melhores resultados na leitura da Tabela 4 são associados ao adsorvente
LoC (ensaios 1-3) onde se observa um comportamento esperado, ou seja, com o
aumento do tempo observou-se um aumento na turbidez e na cor (algo indesejado mas
esperado) e, observou-se a redução da concentração de ânions fluoreto pelo processo
de adsorção. Dessa forma, se for erradicada a possibilidade de interferências no
método de quantificação adotado, poder-se-ia afirmar que 41% do adsorbato fora
retirado da solução pelo LoC (ensaio 3). Via de regra, o menor tempo de exposição dos
adsorventes aliado a uma massa pequena empregada (0,5 g), produziu resultados
mais coerentes, entretanto, a metodologia de quantificação de fluoreto empregada aqui
merece maiores investigações para tentar explicar os comportamentos anômalos
encontrados.
Para um maior esclarecimento acerca da interferência na leitura de fluoreto,
repetiu-se os ensaios mostrados na Tabela 4 na ausência do ânion em análise. Ou
33
seja, fez-se provas em branco em todas as condições estudadas para avaliar a
credibilidade da técnica de Spadns na investigação em curso (Tabela 5).
Tabela 5. Provas em branco nas condições experimentais da Tabela 4.*
Ensaio Adsorvente Tempo
(min)
Cor
(mg L-1
Pt/Co)
Turbidez
(UT)
Fluoreto
(ppm)
1 LoC 5 12,1 5,6 0,30
2 LoC 15 16,9 8,0 0,51
3 LoC 30 20,2 8,7 0,52
4 LCA 5 7,1 3,2 0,62
5 LCA 15 6,0 1,6 0,60
6 LCA 30 5,6 1,7 0,41
7 CAC 5 6,1 8,1 0,62
8 CAC 15 9,2 5,8 0,42
9 CAC 30 6,1 4,0 1,00
*Massa de adsorvente: 0,5 g, n=2
A Tabela 5 comprova que a técnica empregada para ler ânion fluoreto não deve
ser aplicada nessa investigação. Todos ensaios indicaram a presença de fluoreto,
contudo, os adsorventes tiveram apenas o contato com água destilada. A hipótese do
fluoreto quantificado ter origem na lixiviação do adsorvente para a água destilada não
pode ser descartada, contudo, maiores investigações são necessárias. A medida da
cor gerada na solução que causou estranheza: usando o adsorvente LoC os valores
aumentaram quando comparados com os mesmos ensaios da Tabela 4 (ensaios 1-3);
com o adsorvente LCA, os valores de cor recuaram (ensaios 4-6) e; com o adsorvente
CAC, a cor diminui de intensidade quando o tempo de exposição era de 5 e 30 min, já
para o tempo intermediário (15 min), a cor aumentou (ensaios 7-9). Como exposto, a
cor não mostrou uma tendência de comportamento quando se fez uso de água
destilada ao invés de solução padrão de fluoreto. Da mesma forma, a turbidez não
indica nenhum padrão de variação a ser seguido: ora aumenta, ora reduz. Portanto,
sugere-se aqui que, para trabalhos futuros e semelhantes, a leitura de fluoreto deverá
ser feita por uma outra técnica quantitativa.
34
4.3 Miniprojeto de ensino de sustentabilidade
A ideia de desenvolver um miniprojeto de ensino sobre o tema sustentabilidade
foi realizada em trabalhos prévios do grupo de pesquisa no âmbito do ensino de
química.24-29 Também, o tema pensado para essa dissertação é bastante propício e vai
de encontro com as políticas da empresa CORSAN e da FURG de fomentar a pesquisa
e extensão universitária. Nessa mesma linha, o tópico sustentabilidade é raramente
abordado de forma prática na formação do graduando. Como o tema adsorção é
diretamente relacionado com a formação em engenharia e o desenvolvimento de
adsorventes de baixo custo oriundos de resíduos está correlacionado ao curso de
Engenharia Agroindustrial da FURG, pensou-se na proposta didática que segue.
O miniprojeto de ensino criado e testado no curso de Engenharia Agroindustrial
disciplina de Físico-química II, abordou o tema sustentabilidade através do
desenvolvimento de adsorventes oriundos de um resíduo de baixo valor agregado (lodo
de ETE). Tal conteúdo está em consonância com o conteúdo de cinética química e foi
tratado como um módulo de ensino com duração de quatro semanas na qual os
estudantes produziram os adsorventes e testaram na remoção de azul de metileno e
fenol de meio aquoso.
Tal atividade é amparada pelo Projeto Político-Pedagógico (PPP) do curso de
Engenharia Agroindustrial. Nele, uma das competências e habilidades que deverão ser
desenvolvidas no graduando aborda o tratamento de resíduos, além de outras
vinculadas com a responsabilidade sócio-ambiental do profissional de engenharia.
4.3.1 Resultados obtidos na execução do miniprojeto de ensino
Inicialmente, os alunos ficaram assustados com a ideia proposta. No entanto,
após contato com o lodo já seco e esterilizado, verificaram que a amostra apresentava
aspecto semelhante a de solo rico em matéria orgânica. As atividades propostas,
embora simples para um curso de química, não são comuns em Engenharia
Agroindustrial (e em muitos outros currículos de engenharia). Assim, os alunos
mostraram grande motivação, gerando inclusive uma competição saudável para ver
35
qual grupo obteria a melhor correlação entre os pontos da curva de calibração (melhor
R2).
Os alunos iniciaram a atividade carbonizando o lodo (10 g) em forno mufla
convencional (300 ºC, 1 h). Posteriormente, lavagens foram realizadas com água, KOH
(0,1 mol L-1) e HCl (0,1 mol L-1) para remover resíduos solúveis, e o lodo carbonizado
foi seco em estufa (105 ºC, 24 h). Com o carvão seco, o segundo estágio do trabalho
consistiu na ativação com H3PO4 2,0 mol L-1. Da mesma forma, foram necessários
vários passos de lavagem e secagem do sólido, maiores detalhes estão no capítulo
3(roteiro de aula prática). Ao final da segunda semana de trabalho, amostras dos três
adsorventes em estudo foram submetidas à caracterização (análises de MEV, FT-IR,
BET e CHN) nos laboratórios indicados pelo professor, sendo que os resultados
obtidos foram semelhantes aos descritos no começo do capítulo.
Assim, na segunda semana de execução do miniprojeto, os alunos
caracterizaram os adsorventes que seriam avaliados. O próximo passo (semana # 3)
foi de preparar a curva de calibração do adsorbato (fenol ou azul de metileno) e realizar
testes de adsorção nos três sólidos. Os três grupos escolhidos para avaliar o adsorbato
fenol iniciaram a atividade experimental. Para fazer isso, prepararam a curva de
calibração diluindo a solução estoque fornecida e, após fazer os testes de adsorção
usando 0,5 g do adsorvente em contato com 25 mL de solução aquosa de fenol 50 mg
L-1 (1 h no shaker). Para cada adsorvente testado, um teste em branco foi preparado
substituindo a solução de fenol por água destilada para minimizar os erros de leitura
causados pela lixiviação. Os resultados obtidos são mostrados na Tabela 6 e detalhes
adicionais são mostrados no roteiro de aula prática (capítulo 3).
36
Tabela 6. Resultados coletados dos alunos na adsorção de fenol.
Grupo R2
Adsorvente Absorbância Absorbância
(prova em
branco)
Absorbância
corrigida
Concentração
final (mg L-1
)
Remoção
(%)
1 0,9943
LIN
LoC
LCA
1,355
0,886
0,594
0,529
0,227
0,248
0,826
0,659
0,346
49,13
38,42
18,36
1,7
23,2
63,3
2 0,9999
LIN
LoC
LCA
1,369
0,835
0,640
0,608
0,257
0,223
0,761
0,578
0,417
45,24
34,22
24,52
9,5
31,6
51,0
3 0,9999
LIN
LoC
LCA
1,340
0,815
0,611
0,573
0,294
0,232
0,767
0,521
0,379
45,79
31,06
22,56
8,4
37,9
54,9
A Tabela 6 mostra que o melhor adsorvente testado foi o LCA, com uma
eficiência média de remoção de fenol de aproximadamente 56%. Por outro lado, o LIN
é o menos eficiente, e esses resultados foram previstos pelos alunos. Do ponto de vista
da aprendizagem, os grupos 2 e 3 foram capazes de obter uma excelente curva de
calibração do fenol, indicando boa capacidade no manuseio de vidrarias de laboratório
nas etapas de diluição. Isto produz resultados de remoção de fenol mais reprodutivos.
Por exemplo, o ensaio utilizando adsorvente LCA variou apenas 7% entre os dois
grupos de alunos citados. Isso ilustra um excelente resultado, sendo incomum, uma
vez que esse tipo de atividade laboratorial foi realizada pela primeira vez no curso de
graduação.
Em segundo lugar, outros 3 grupos de estudantes avaliaram seus adsorventes
na remoção do corante azul de metileno em meio aquoso. Assim, os alunos também
prepararam a curva de calibração diluindo a solução estoque fornecida e procederam
os testes de adsorção usando 0,5 g do adsorvente em contato com 50 mL de solução
de azul de metileno aquoso (25 mg L-1, 30 min em shaker). Os resultados obtidos são
mostrados na Tabela 7 e detalhes adicionais são mostrados no roteiro de aula prática
(capítulo 3).
37
Tabela 7. Resultados coletados dos alunos na adsorção de azul de metileno.
Grupo R2
Adsorvente Absorbância Absorbância
(prova em
branco)
Absorbância
corrigida
Concentração
final (mg L-1
)
Remoção
(%)
4 0,9746
LIN
LoC
LCA
0,371
1,624
2,368
0,011
0,009
0,012
0,360
1,615
2,356
2,42
8,64
12,32
90,3
65,4
50,7
5 0,9963
LIN
LoC
LCA
0,610
3,260
2,360
0,002
0,012
0,023
0,608
3,248
2,337
4,30
18,73
13,75
82,8
25,1
45,0
6 0,9876
LIN
LoC
LCA
0,088
1,950
0,323
0,018
0,022
0,018
0,070
1,928
0,305
0,19
9,93
1,42
99,2
60,3
94,3
A Tabela 7 mostra resultados surpreendentes para a remoção do azul de
metileno do meio aquoso; os alunos não esperavam que o material in natura (LIN)
exibisse uma média de 91% de eficiência de remoção de corante. A carbonização do
LIN para a formação de LoC não mostrou um efeito positivo na remoção do corante;
pelo contrário, reduziu a capacidade de adsorção em cerca de 1/3 (ver grupos 4 e 6).
Do ponto de vista pedagógico, o adsorvente azul de metileno apresentou maior
dificuldade para uso no miniprojeto. A cor intensa da solução dificultou a leitura correta
do volume durante a preparação da curva de calibração, como foi evidenciado nos
menores valores de R2. Os grupos 5 e 6 também mostraram resultados divergentes
para a tendência de redução de remoção mostrada pelo grupo 4, isto é, a ordem
decrescente de eficiência na adsorção foi LIN> LoC> LCA. Os resultados do Grupo 5
para o LoC e os resultados do grupo 6 para o LCA parecem estar desconectados dos
demais.
Como já relatado, o excelente desempenho do adsorvente LIN para o azul de
metileno causou questionamentos. O corante realmente estava sendo adsorvido ou
havia algo mascarando o resultado? Para explorar isso, o grupo de pesquisa investigou
esse fenômeno sem a participação dos alunos. A forma reduzida do corante azul de
metileno é conhecida por ser incolor.55 A literatura também indica que os ácidos
húmicos presentes no lodo possuem atividade redutora.56 Assim, o excelente resultado
poderia ser causado pela redução do corante e não pela adsorção? A fim de resolver
38
esta dúvida, o extrato aquoso dos três adsorventes testados foi analisado num
potenciostato (ver tópico 3.6, Figura 5).
Figura 5. Ensaio de voltametria cíclica dos extratos aquosos de LIN, LoC e LCA.
0.0 0.5 1.0-2.0x10
-5
0.0
2.0x10-5
Co
rre
nte
(A
)
Potencial (V)
Branco
LCA
LoC
LIN
O resultado não mostrou capacidade redox detectável nos extratos, indicando o
comportamento idêntico ao da água pura (prova em branco). Isso pode indicar que os
grupos OH evidenciados por FTIR (no adsorvente LIN) podem ser responsáveis pela
adsorção eletrostática do corante catiônico; no entanto, mais estudos são necessários
para tal afirmação.
39
5. CONCLUSÕES
Baseado nos resultados obtidos pode-se concluir que a investigação visando à
valorização do LETE foi exitosa tanto no âmbito tecnológico quanto didático.
Empregando-se técnicas de baixo custo, produziu-se 3 adsorventes que
mostraram-se eficientes para a adsorção de azul de metileno e fenol de água. O
adsorvente LIN produzido mostrou-se capaz de remover mais de 90% do corante azul
de metileno nas condições testadas. Já o adsorvente LCA removeu cerca de 50% do
fenol em meio aquoso. Na adsorção de ânion fluoreto, os resultados foram
inconclusivos visto que a técnica adotada para quantificação não foi apropriada. Tais
números evidenciam a eficiência dos adsorventes produzidos, entretanto, otimizações
devem ser conduzidas para buscar uma melhoria na operação. Visto a simplicidade
empregada na produção dos adsorventes, o cenário mostra-se motivador para o
potencial emprego tecnológico dos mesmos.
A caracterização dos adsorventes mostrou inconsistências quando os resultados
de área superficial e número de iodo são confrontados. A primeira técnica citada indica
área superficial inferior a 10 m2 g-1, ou seja, um valor muito baixo e incompatível com
os resultados mostrados na adsorção. Esperar-se-ia, por exemplo, para o LCA um
valor no ensaio próximo de 800 m2 g-1 por se tratar de um carvão ativado. Tendência
essa comprovada pelo ensaio do número de iodo que indicou um alto grau de ativação
no LCA, superior até mesmo ao CAC.
A aplicação de parte da investigação na forma de miniprojeto de ensino, focado
na educação para o desenvolvimento sustentável, mostrou-se perfeitamente exequível.
Partindo-se do questionamento “Lodo de ETE pode ser usado como adsorvente?”, os
alunos de Físico-química do curso de Engenharia Agroindustrial (FURG) foram
instigados no tema. Durante o desenvolvimento do miniprojeto esse questionamento foi
sendo respondido pelos resultados animadores encontrados. Observou-se um grande
envolvimento e motivação por parte dos alunos na atividade, dessa forma, o objetivo
principal da ação, conscientização e valorização de resíduos, fora atingido plenamente.
40
O encerramento da atividade proposta culminou com apresentação dos resultados na
forma de mesa redonda e entrega de relatório no formato de artigo científico.
Em suma, os novos adsorventes desenvolvidos no trabalho foram ativos e toda a
investigação foi conduzida com foco na sustentabilidade.
41
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. de Castro, A. L. F. G.; da Silva, O. R.; Scalize, P. S. Multi-Science Journal 2015,
1, 66-73.
2. Heck, K.; De Marco, E. G.; Hahn, A. B. B.; Kluge, M.; Spilki, F. R.; Van Der Sand,
S. T. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental 2013, 17, 54-59.
3. BRASIL. CONAMA 375 de 29 de agosto de 2006 define critérios e
procedimentos, para o uso agrícola de lodos de esgoto gerados em estações de
tratamento de esgoto sanitário e seus produtos derivados. Disponível em:
<http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res06/res37506.pdf >. Acesso em:
05/10/2019.
4. Fonseca, C. S. Lodo de Estação de Tratamento de esgoto: Legislação e
Aplicação Tecnológica na Agricultura. Trabalho de Conclusão de Curso
(Especialização) - Instituto Brasiliense de Direito Público, Brasília, 2015.
5. Instituto Trata Brasil. Disponível em <
http://www.tratabrasil.org.br/saneamento/principais-estatisticas/no-
brasil/esgoto>. Acesso em: 29/05/2019.
6. Embrapa. Disponível em < https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-
/noticia/32485890/lodo-de-esgoto-e-otimo-componente-de-substratos-para-
plantas>. Acesso em: 29/05/2019.
7. Száková, J.; Pulkrabová, J.; Cerny, J.; Mercl, F.; Svarcova, A.; Gramblicka, T.;
Najmanova, J.; Tlustos, P.; Balik, J. Archives of Agronomy and Soil Science
2019, 65, 994-1009.
8. Corradini, F.; Meza, P.; Eguiluz, R.; Casado, F.; Huerta-Lwanga, E.; Geissen, V.
Science of the Total Environment 2019, 671, 411-420.
9. Poggere, G. C.; Melo, V. F.; Serrat, B. M.; Mangrich, A. S.; Franca, A. A.; Correa,
R. S.; Barbosa, J. Z. Journal of Environmental Sciences 2019, 80, 45-57.
42
10. Chen, J.; He, Y.; Liu, J.; Liu, C.; Xie, W.; Kuo, J.; Zhang, X.; Li, S.; Liang, J.; Sun,
S.; Buyukada, M.; Evrendilek, F. Renewable Energy 2019, 139, 707–717.
11. Xu, D.; Wang, Y.; Lin, G.; Guo, S.; Wang, S.; Wu, Z. Renewable Energy 2019,
138, 1143–1151.
12. Liu, M.; Zhao, Y.; Xiao, Y.; Yu, Z. Construction and Building Materials 2019, 211,
785-795.
13. Wang, K.; Zheng, Y.; Zhu, X.; Brewer, C. E.; Brown, R. C. Bioresource
Technology 2017, 232, 229–234; (b) Wang, Q.; Wei, W.; Gond, Y.; Yu, Q.; Li, Q.;
Sun, J.; Yuan, Z. Science of the Total Environment 2017, 587, 510–521.
14. Jin, J. W.; Wang, M. Y.; Cao, Y. C.; Wu, S. C.; Liang, P.; Li, Y. N.; Zhang, J. Y.;
Zhang, J.; Wong, M. H.; Shan, S. D.; Christie, P. Bioresource Technology 2017,
228, 218–226.
15. Cheng, F.; Luo, H.; Hu, L.; Yu, B.; Luo, Z.; Cortalezzi, M. F. Journal of
Environmental Chemical Engineering 2016, 4, 4574-4586.
16. dos Reis, G. S.; Adebayo, M. A.; Sampaio, C. H.; Lima, E. C.; Thue, P. S.; de
Brum, I. A. S.; Dias, S. L. P.; Pavan, F. A. Water, Air, & Soil Pollution 2017,
228:33.
17. Rio, S.; Brasquet, C. F.; Coq, L. L.; Cloirec, P. L. Environmental Science &
Technology 2005, 39, 4249–4257.
18. Wang, Y.; Zhao, W.; Zheng, W. L.; Chen, S.; Zhao, J. S. Nanomaterials 2019,
9:265.
19. Souza, T. A.; Mascarenhas, A. J. S.; Andrade, H. M. C.; Santos, T. S. M. Water,
Air, & Soil Pollution 2018, 229:383.
20. Fina, B. L.; Rigalli, A. The chemistry of fluorine. In: Preedy V. R. (ed.), Fluorine –
Chemistry, analysis, function and effects. Cambridge: 2015, The Royal Society of
Chemistry (RSC), p. 41-53.
21. Lu, Y.; Sun, Z. R.; Wu, L. N.; Wang, X.; Lu, W.; Liu, S. S. Fluoride 2000, 33(2),
74-78.
43
22. Almerich-Silla, J. M.; Montiel-Company, J. M.; Ruiz-Miravet, A. European Journal
of Oral Science 2008, 116(6), 512-517.
23. BRASIL. PORTARIA 10/99 de 16 de agosto de 1999, define teores de
concentração do íon fluoreto nas águas para consumo humano fornecidas por
sistemas públicos de abastecimento. Disponível em:
https://www.cevs.rs.gov.br/upload/arquivos/201705/11120018-portaria-n-10-99-
de-16-de-agosto-de-1999.pdf . Acesso: 28/09/2019.
24. Peixoto, C. R. M.; Rosa, G. R.; Silva, C. N.; Santos, B. T.; Engelmann, T. L.;
Química Nova 2012, 35, 1686-1691.
25. Dalmás, M.; Moura, N. F.; Rosa, G. R.; Ferreira, C. L.; Santos, J. A. O.; Bolzan,
T. K.; Kokubun, F. Química Nova 2013, 36, 1464–1467.
26. Oliveira, D. G. M.; Rosa, C. H.; Vargas, B. P.; Rosa, D. S.; Silveira, M. V.; Moura,
N. F.; Rosa, G. R. Journal of Chemical Education 2015, 92, 1217-1220.
27. Vargas, B. P.; Rosa, C. H.; Rosa, D. S.; Rosa, G. R. Educación Química 2016,
27, 139–142.
28. Schmitt, C. R.; Rosa, D. S.; Vargas, B. P.; Rosa, C. H.; Duarte, F. A.; Scheeren,
C. W.; Lopes, T. J.; Trombetta, F.; Rosa, G. R. Journal of Cleaner Production
2018, 185, 342-346.
29. Rosa, C. H.; Antelo, F.; Rosa, G. R. Journal of Food Science Education 2018, 17,
104-110.
30. Carriazo, J. G. Química Nova 2011, 34, 1085-1088.
31. Santos, R. S.; Jannuzzi, S. A. V.; Formiga, A. L. B. Química Nova 2010, 33,
1815-1820.
32. Murtinho, D. M. B.; Serra, M. E. S.; Pineiro, M. Química Nova, 2010, 33, 1805-
1808.
33. Simoni, D. A.; Andrade, J. C.; Faigle, J. F. G.; Simoni, J. A. Química Nova 2002,
25, 1034-1039.
44
34. ASTM – American Society for Testing and Materials. D: 3838-1980: Standard
Test Method for pH of Activated Carbon. 1999.
35. ASTM – American Society for Testing and Materials. D: 2867-2004: Standard
Test Method for Moisture in Activated Carbon. 2004.
36. ASTM – American Society for Testing and Materials. D: 5832-1998: Standard
Test Method for Volatile Matter Content of Activated Carbon. 2003.
37. ASTM – American Society for Testing and Materials. D: 2866-1994: Standard
Test Method for Ash Content of Activated Carbon. 1999.
38. Tounsadi, H.; Khalidi, A.; Abdennouri, M.; Barka, N. Journal of Taiwan Institute of
Chemical Engineering 2016, 59, 348-358.
39. ASTM – American Society for Testing and Materials. D:4607-1994:
Determination of Iodine Number of Activated Carbon. 2011.
40. Namane, A.; Mekarzia, A.; Benrachedi, K.; Belhaneche-Bensemra, N.; Hellal, A.
Journal of Hazardous Materials B 2005, 119, 189–194.
41. APHA, AWWA, WEF. Standard Methods for the Water and Wastewater, 20th
edition, Washington, USA, 1998.
42. Marques, T. L.; Coelho, N. M. M. Talanta 2013, 105, 69-74.
43. APHA. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, 22th edition,
Washington, USA, 2012.
44. Lin, M. F.; Nguyen, N. T.; Chang, C. T.; Chen, P. H. Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 2019, 19, 2658–2663.
45. Yang, B.; Liu, Y. C.; Liang, Q. L.; Chen, M. Y.; Ma, L. L.; Li, L. L.; Liu, Q., Tu, W.
W.; Lan, D. W.; Chen, Y. Y. Ecotoxicology Environmental Safety 2019,170, 722–
731.
46. Ghamsari, M.; Madrakian, T. Analytical and Bioanalytical Chemistry Research
2019, 6, 157–169.
47. Salama, A. Composites Communications 2019, 12, 101–105.
45
48. Monteiro, S. N.; Alexandre, J.; Margem, J. L. R.; Sanches, R.; Vieira, C. M. F.
Construction and Building Materials 2008, 22, 1281–1287.
49. Tartari, R.; Diaz-Mora, N.; Módenes, A. N.; Pianaro, S. A. Cerâmica 2011, 57,
288–293.
50. Al-Qodah, Z.; Shawabkah, R. Brazilian Journal of Chemical Engineering 2009,
26, 127–136.
51. Tarley, C. R. T.; Arruda, M. A. Z. Chemosphere 2004, 54, 987–995.
52. Rosa, D. S.; Vargas, B. P.; Silveira, M. V.; Rosa, C. H.; Martins, M. L.; Rosa, G.
R. Waste and Biomass Valorization 2019, 10, 2285-2296.
53. Jaguaribe, E. F.; Medeiros, L. L.; Barreto, M. C. S.; Araújo, L. P. Brazilian Journal
of Chemical Engineering 2005, 22(1), 41-47.
54. Piza, A. V. T. Avaliação da Capacidade Adsortiva de Carvões Ativados Para A
Remoção de Diuron E Hexazinona. Dissertação do Programa de Pós-graduação
Tecnologia Ambiental, Universidade de Ribeirão Preto, 2008.
55. Ganapuram, B. R.; Alle, M.; Dadigala, R.; Dasari, A.; Maragoni, V.; Guttena, V.
International Nano Letters 2015, 5, 215–222.
56. Yang, Z.; Du, M.; Jiang, J. Chemosphere 2016, 144, 902–908.
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE COR MÉTODO: COLORIMÉTRICO - FOTÔMETRO NOVA 60A
Cód: PFQ-DECA-038
Elaboração: Carolina Kuhn Aprovação: Fernando Paulus Leusin Revisão: 02 Data: 11/01/2018
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A CÓPIA SERÁ CONSIDERADA “CONTROLADA” MEDIANTE IDENTIFICAÇÃO DO SGQ
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1. OBJETIVO
Determinar Cor – Método: Colorimétrico Nova 60A.
2. REFERÊNCIAS
AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. Washington, USA 22 th Edition, 2012.
3. CAMPO DE APLICAÇÃO
Este procedimento aplica-se a todos os sistemas de tratamento de água operados pela CORSAN.
4. DEFINIÇÕES
Não se aplica.
5. COMPETÊNCIA
Ficam responsáveis os empregados lotados no tratamento de água.
6. DESENVOLVIMENTO DO ASSUNTO
6.1. Considerações Gerais A cor da água natural é devida a existência de substâncias em solução, na grande maioria dos casos de natureza orgânica (húmus), e/ou pela presença de partículas coloridas finamente divididas e dispersas na água (colóides e suspensões finas). A remoção da cor tem por finalidade tornar a água adequada para aplicações gerais e industriais. 6.2. Importância da Análise A cor da água potável é considerada entre os fatores psicológicos ou estéticos, porque uma água corada não é bem aceita pelo consumidor. O Valor Máximo Permitido - VMP na água tratada pelo Anexo XX da Portaria de Consolidação 05/2017 do Ministério da Saúde é de 15 mg/L Pt-Co.
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE COR MÉTODO: COLORIMÉTRICO - FOTÔMETRO NOVA 60A
Cód: PFQ-DECA-038
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6.3. Aparelhagem 6.3.1. Fotômetro Nova 60A; 6.3.2. Cubeta de 50 mm de caminho ótico; 6.3.3. Copos de Bequer ou Griffin; 6.3.4. Bastão de vidro; 6.3.5. Frasco lavador; 6.3.6. Termômetro. 6.4. Execução do Ensaio 6.4.1. Leitura do Branco. 6.4.1.1. Ligar o fotômetro Nova 60A abrindo a tampa.
6.4.1.2. Pressionar a tecla para acessar o MENU.
6.4.1.3. Com a tecla ou selecionar “valor branco” com a tecla
.
6.4.1.4. Com a tecla ou selecionar “medir branco” com a tecla
. 6.4.1.5. Inserir a cubeta com água destilada no compartimento do fotômetro. 6.4.1.6. Digitar o número do método 032 para o ensaio de Cor.
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE COR MÉTODO: COLORIMÉTRICO - FOTÔMETRO NOVA 60A
Cód: PFQ-DECA-038
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6.4.1.7. Pressionar a tecla para iniciar a medição. 6.4.1.8. Retirar a cubeta com água destilada.
6.4.1.9. Pressionar a tecla para retornar ao menu “Concentração” e passar para a leitura de amostras. Nota 1 : Não é necessário zerar o fotômetro a cada leitura de amostra. Porém, é indispensável que no mínimo uma vez ao dia se ajuste o branco para o ensaio de cor. 6.4.2. Leitura de Amostras Nota 2: Utilizar a mesma cubeta para a prova em branco e para a leitura da amostra. 6.4.2.1. Separar uma porção da amostra em copo e esperar que a amostra atinja a temperatura ambiente. 6.4.2.2 Transferir uma alíquota da amostra homogeneizada com bastão de vidro para uma cubeta 50 mm de caminho ótico. 6.4.2.3. Ligar o fotômetro Nova 60A abrindo a tampa. 6.4.2.4. Inserir a cubeta com a amostra no compartimento do fotômetro. 6.4.2.5. Digitar o número do método 032 para o ensaio de Cor.
6.4.2.6. Pressionar a tecla para iniciar a medição. O resultado aparecerá no visor.
6.4.2.7. Pressionar a tecla para retornar ao menu “Concentração”, antes de retirar a cubeta do compartimento.
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE COR MÉTODO: COLORIMÉTRICO - FOTÔMETRO NOVA 60A
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6.4.2.8. Ao final das leituras, lavar a cubeta com água destilada. 6.4.2.9. Para desligar, fechar a tampa do fotômetro.
7. RESULTADOS
7.1. Os resultados devem ser expressos em números inteiros em mg/L Pt-Co. 7.2. Quando a leitura for superior a 100 na tela (aparecerá na tela um valor seguido de >100,0 -), diluir a amostra conforme a relação:
F = B / C onde: F = fator de diluição B = volume final (amostra + água destilada), mL C = volume inicial (amostra), mL Nota 3: Se for necessário grande diluição da amostra, recomendam-se diluições intermediárias. Nunca utilizar volume de amostra menor do que 10 mL. 7.3. Quando a amostra tiver sido diluída, multiplicar o resultado lido no visor do fotômetro pelo fator de diluição F utilizado. 7.4. Quando o resultado na tela for “- - - -“ e logo abaixo “< 0.2 -”, isto indica que o parâmetro não foi detectado na amostra, ou seja, considera-se o resultado nulo (= 0 mg/L Pt-Co). Método Parâmetro Faixa de quantificação do
equipamento Expressão do resultado
032 Cor 0,2 - 100 Números inteiros
8. OBSERVAÇÕES IMPORTANTES
8.1. Não utilizar a cubeta do ensaio de cor para outros ensaios. 8.2 As cubetas devem ser mantidas limpas. Devem ser lavadas com detergente ou Ácido Clorídrico 1+1 (R – 1) sempre que necessário. No caso da utilização do R – 1 para limpeza deve-se colocar o reagente dentro da cubeta (nunca imergir no R – 1) e esta operação deve ser realizada dentro da capela de exaustão (onde houver). 8.3. A unidade Hazen é equivalente a unidade mg/L Pt-Co ou U.C.
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE COR MÉTODO: COLORIMÉTRICO - FOTÔMETRO NOVA 60A
Cód: PFQ-DECA-038
Elaboração: Carolina Kuhn Aprovação: Fernando Paulus Leusin Revisão: 02 Data: 11/01/2018
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9. CUIDADOS AMBIENTAIS
Observar uso racional da água, produtos químicos e energia elétrica.
10. CUIDADOS DE SEGURANÇA DO TRABALHO
Observar o uso de EPIs e VRTs de acordo com as orientações da área de segurança do trabalho.
11. ANEXOS
Controle Laboratorial I Controle Laboratorial II Boletim Controle Operacional de Poços/Fontes Boletim de Controle da Rede de Distribuição
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE TURBIDEZ MÉTODO NEFELOMÉTRICO: TURBIDÍMETRO HACH 2100 Q
Cód: PFQ-DECA-008
Elaboração: Eliane Lemos Santos; Carolina Kuhn Aprovação: Fernando Paulus Leusin Revisão: 01 Data: 08/01/2018
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1. OBJETIVO Determinar Turbidez - Método: Nefelométrico - Turbidímetro: HACH 2100Q. 2. REFERÊNCIAS AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. Washington, USA 22 th Edition, 2012. 3. CAMPO DE APLICAÇÃO Este procedimento aplica-se a todos os sistemas de tratamento de água operados pela CORSAN. 4. DEFINIÇÕES Não se aplica. 5. COMPETÊNCIA Ficam responsáveis os empregados lotados no tratamento de água. 6. DESENVOLVIMENTO DO ASSUNTO 6.1. Considerações Gerais A turbidez é causada pela presença de partículas, orgânicas ou inorgânicas, em suspensão ou em estado coloidal. Estas partículas absorvem e refletem a luz incidente. No caso de solução verdadeira não se observa turbidez porque as partículas são muito pequenas e não há espalhamento da luz. Portanto, turbidez é uma característica física, onde a luz é dispersada e absorvida em vez de transmitida em linha reta através da amostra. 6.2. Importância da Análise Estudos provaram que vírus e bactérias podem se alojar nas partículas em suspensão coloidal e, desta maneira, proteger-se da ação do desinfetante. Com isto a turbidez passou a ser considerada importante do ponto de vista sanitário. O valor máximo permitido (VMP) para a turbidez é de 0,5 UT para água filtrada (filtração rápida – tratamento completo ou filtração direta) e de 1,0 UT para água filtrada ou pré-desinfecção (filtração lenta e águas subterrâneas). Na saída do tratamento (tratada) e em qualquer ponto da rede de distribuição o VMP é de 5,0 UT (Portaria 2914/11).
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE TURBIDEZ MÉTODO NEFELOMÉTRICO: TURBIDÍMETRO HACH 2100 Q
Cód: PFQ-DECA-008
Elaboração: Eliane Lemos Santos; Carolina Kuhn Aprovação: Fernando Paulus Leusin Revisão: 01 Data: 08/01/2018
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O limite máximo para qualquer amostra pontual de água filtrada ou pré-desinfecção para a turbidez é de 1,0 UT (filtração rápida), 2,0 UT (filtração lenta – mananciais superficiais) e de 5,0 UT (águas subterrâneas). 6.3. Princípio do Método O princípio da determinação da turbidez baseia-se na comparação da luz transmitida pela suspensão, com a luz dispersa pela mesma, quando se faz incidir um feixe luminoso sobre a amostra. 6.4. Aparelhagem 6.4.1. Turbidímetro HACH 2100 Q. 6.4.2. Cubeta cilíndrica de 20 ml com tampa;. 6.4.3. Bastões de vidro. 6.4.4. Minuteiro ou cronômetro. 6.5. VISÃO GERAL DO APARELHO
Descrição do teclado
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE TURBIDEZ MÉTODO NEFELOMÉTRICO: TURBIDÍMETRO HACH 2100 Q
Cód: PFQ-DECA-008
Elaboração: Eliane Lemos Santos; Carolina Kuhn Aprovação: Fernando Paulus Leusin Revisão: 01 Data: 08/01/2018
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Descrição da tela
6.6. Execução do Ensaio
6.6.1. Ligar o equipamento na tecla . 6.6.2. Escolher o tipo de leitura adequado, Selecionando Opções através de tecla � (5). 6.6.3. Logo após Selecionar através da tecla de seleção DIREITA (6). Irão aparecer as opções de tipo de leitura, conforme tabela abaixo:
Opção Descrição
Normal (configuração padrão) O modo normal faz a leitura e apura a média de três leituras. O resultado é mostrado após a leitura. Indicado para amostras pouco turvas de fácil estabilização.
Média de sinal
O ícone de barra X é mostrado na tela quando a média de sinal está ativada.
O modo da Média de sinal compensa as flutuações de leitura provocadas por deslocamento de partículas da amostra através do feixe de luz. Indicado para amostras pouco turvas, mas que variam de leitura.
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE TURBIDEZ MÉTODO NEFELOMÉTRICO: TURBIDÍMETRO HACH 2100 Q
Cód: PFQ-DECA-008
Elaboração: Eliane Lemos Santos; Carolina Kuhn Aprovação: Fernando Paulus Leusin Revisão: 01 Data: 08/01/2018
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Rapidly Settling Turbidity™ (RST)
O ícone de alvo é mostrado na tela quando o modo Rapidly Settling Turbidity está ativado.
O modo RST é mais representativo em amostras que possuem sólidos em suspensão e sedimentam rapidamente, mudando continuamente de valor. O turbidímetro calcula e atualiza continuamente a leitura de turbidez da amostra, com base na tendência acumulada dos valores medidos em tempo real. Indicado para amostras brutas com sólidos suspensos e sedimentáveis, ou amostras com mais de 20 NTU de turbidez.
6.6.4. Selecionar a opção desejada através das teclas � e ▼ e logo após, Ok através da
tecla de seleção DIREITA (6). Nota 1: O ícone referente ao tipo de leitura aparecerá na tela de medição. Se ao ligar o turbidímetro já
estiver no tipo desejado, este ajuste não é necessário, sendo possível realizar leitura imediata de turbidez.
6.6.5. Uma vez por dia, realizar a verificação da calibração com padrão conforme item 9. 6.6.6. Transferir a amostra homogeneizada para cubeta de modo a evitar a formação de bolhas de ar, enxaguando a cubeta com um pequeno volume da amostra antes de enchê-la. 6.6.7. Fechar a cubeta, secar com tecido ou papel absorvente macio que não deixe fiapos, e colocar no compartimento próprio do turbidímetro de modo que o desenho do diamante ( � ) fique voltado para o operador. 6.6.8. Não usar força para empurrar a cubeta no compartimento. Não girar a cubeta dentro do compartimento. 6.6.9. Fechar a tampa do turbidímetro. 6.6.10. Através da tecla de seleção DIREITA (6), selecionar Ler. 6.6.11. Aguardar a finalização da leitura, que será indicada por um sinal sonoro. Registrar a leitura, em UT, conforme item 7. 6.6.12. Retirar a cubeta do aparelho e fechar a tampa do mesmo. 6.6.13. Caso não haja nenhuma amostra para ser analisada no momento, desligar o
equipamento na tecla . Nota 2: Se nenhuma tecla do equipamento for acionada nos próximos 10 minutos, o aparelho se desligará
automaticamente.
6.7. Resultados Os resultados devem ser expressos da seguinte maneira:
LEITURA ( em UT ) RESULTADO
0,0 – 9,9 com uma casa decimal (0,1 em 0,1)
Maior ou igual a 10 em números inteiros
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE TURBIDEZ MÉTODO NEFELOMÉTRICO: TURBIDÍMETRO HACH 2100 Q
Cód: PFQ-DECA-008
Elaboração: Eliane Lemos Santos; Carolina Kuhn Aprovação: Fernando Paulus Leusin Revisão: 01 Data: 08/01/2018
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6.8. Calibração Nota 3: Realizar nova calibração se as leituras do padrão de verificação (item 9) estiverem fora dos limites
especificados, ou quando houver diferença significativa nos resultados dos ensaios. Para maiores informações contatar o DEAL.
6.8.1. Homogeneizar cada padrão, invertendo 10 vezes, lentamente, cada cubeta selada, conforme figura, de modo a não formar microbolhas de ar ou alterar o tamanho do floco de formazina.
Nota 4: A sequência de movimentos mostrada na figura compõe 1 (uma) inversão. Fazer este procedimento 10 vezes para a correta homogeneização do padrão.
6.8.2. Após as inversões, deixar as cubetas dos padrões paradas por 2 minutos antes de começar a calibração.
6.8.3. Pressionar a tecla para entrar no modo de calibração. 6.8.4. Selecionar o tipo de calibração, conforme orientações do DEAL e disponibilidade de padrões. 6.8.5. Proceder a calibração, seguindo as instruções na tela do turbidímetro. 6.8.6. Através da tecla de seleção DIREITA (6), selecionar Concluído e logo após Armazenar para gravar a calibração. 6.9. Verificação da Calibração (Frequência Diária) Nota 5: Utilizar o padrão de formazina de 10 NTU ou Gelex de valor estipulado pelo DEAL. Para a
verificação com Gelex ignorar os itens 6.9.1. a 6.9.3. Registrar os resultados lidos no Controle de Verificação de Equipamentos (FOR-PFQ-DECA 002).
6.9.1. Homogeneizar o padrão, invertendo 10 vezes lentamente a cubeta selada, de modo a não formar microbolhas de ar ou alterar o tamanho do floco de formazina. (ver figura do item 8.1) 6.9.2. Após as inversões, deixar a cubeta parada por 2 minutos antes de começar a calibração. 6.9.3. Na tela inicial, selecionar a opção Verif. Calib. através da tecla de seleção ESQUERDA (4). 6.9.4. Proceder a verificação da calibração, seguindo as instruções na tela do turbidímetro.
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE TURBIDEZ MÉTODO NEFELOMÉTRICO: TURBIDÍMETRO HACH 2100 Q
Cód: PFQ-DECA-008
Elaboração: Eliane Lemos Santos; Carolina Kuhn Aprovação: Fernando Paulus Leusin Revisão: 01 Data: 08/01/2018
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6.9.5. Através da tecla de seleção DIREITA (6), selecionar Concluído para gravar a verificação no histórico. Nota 6: A faixa de variação aceitável para o padrão de verificação é de ± 10% do valor do padrão. Se o
padrão de turbidez estiver fora dos limites especificados, entrar em contato o mais breve possível com o DEAL.
6.10. Observações Importantes 6.10.1. Tampar a cubeta da amostra para evitar derramamento de amostra dentro do turbidímetro. 6.10.2. Quando fizer uma leitura, colocar o instrumento sobre uma superfície fixa e plana. 6.10.3. Não deixar a cubeta de amostra no compartimento após a leitura. Isto poderá reduzir (comprimir) a mola no compartimento de amostra. 6.10.4. Remover as pilhas do turbidímetro, caso ele seja armazenado por período prolongado de tempo (mais do que um mês). Utilizar fonte ou pilhas para a alimentação de energia, jamais ambos. 6.10.5. Manter a tampa do turbidímetro fechada quando não estiver sendo realizado ensaio. 6.10.6. Evite navegar desnecessariamente através dos menus e sub menus do aparelho, pois pode haver alteração da calibração existente. Seguir rigorosamente os procedimentos para a correta configuração do aparelho. 6.10.7. Poeira, alta umidade do ar e temperaturas extremas são fatores de erro para o ensaio de turbidez. Sempre que possível, tomar medidas para minimizar o efeito destes interferentes. 6.10.8. Sempre utilizar amostra em temperatura ambiente, para que a cubeta não “sue”. 6.10.9. Antes de atestar a necessidade de nova calibração ou envio para manutenção do turbidímetro, avaliar as possíveis causa de erro, como erros na operação ou configuração do aparelho, fatores ambientais ou cubetas riscadas e/ou sujas. 6.10.10. As cubetas deverão ser lavadas com detergente ou HCl 1+1 (R-1), semanalmente. Não utilizar nenhum material abrasivo na limpeza das cubetas, pois as mesmas podem ser danificadas. 6.11. Principais Configurações e Armazenamento de Dados 6.11.1. Configurar data e hora
6.11.1.1. Pressionar a tecla , ir até o sub menu Data e Hora através das teclas � e
▼, e pressionar a tecla de seleção DIREITA (6), Selecionar.
6.11.1.2. Selecionar através das teclas � e ▼ a opção desejada para o formato da data e
hora.
6.11.1.3. Selecionar através das teclas � e ▼ a opção desejada para ajustar a data e
hora, avançando com a tecla de seleção DIREITA (6) �. 6.11.1.4. Ao final, selecionar Ok através da tecla de seleção DIREITA (6).
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6.11.2. Alterar idioma
6.11.2.1. Pressionar a tecla , ir até o sub-menu Idioma através das teclas � e ▼, e
pressionar a tecla de seleção DIREITA (6), Selecionar. 6.11.2.2. Selecionar através das teclas � e ▼ a opção desejada, e logo após pressionar
a tecla de seleção DIREITA (6) Ok. 6.11.3. Luminosidade da tela
6.11.3.1. Para alterar a luminosidade da tela, pressionar os botões + ou – localizados na
parte lateral esquerda do turbidímetro 6.11.4. Armazenamento de dados
6.11.4.1. Para visualizar os dados armazenados na memória, pressionar a tecla , e pressionar a tecla de seleção DIREITA (6), Selecionar. 6.11.4.2. Selecionar através das teclas � e ▼ a opção desejada, conforme o tipo de
registro, e para visualizar os dados pressionar a tecla de seleção DIREITA (6), Selecionar. 6.12. Mensagens de Erro
Erro/advertência Descrição Solução
Feche a tampa e pressione: Ler.
A tampa está aberta ou a detecção da tampa falhou.
Certifique-se de que a tampa está fechada durante a leitura e leia novamente
Bateria fraca! A bateria está fraca. Insira baterias novas. Conecte o módulo de força/USB se for usar baterias recarregáveis
ADC Failure (Falha do ADC)!
Erro de hardware causando falha na leitura.
Repita a leitura.
Sinal detector muito baixo!
Luz insuficiente no detector de 180°. Verifique se há obstrução no feixe de luz. Verifique a lâmpada.
Acima da faixa! Turbidez elevada causada provavelmente por calibrar somente com RapidCal™.
Calibre a faixa superior. Dilua a amostra.
Abaixo da faixa! A absorbância medida está abaixo da faixa de calibração.
Repita a calibração
Verifique a lâmpada! Os sinais estão muito baixos no detector de 90º e de 180º.
A lâmpada está com defeito. Troque a lâmpada
Temperatura está muito alta! Desligue o instrumento.
A temperatura ultrapassou os limites do medidor (>60 °C)
Desligue o medidor e deixe-o esfriar.
RST: Valor médio! Os sólidos estão sedimentando muito lentamente. O modo de leitura não é adequado para esta amostra.
Selecione o modo de leitura Normal ou Média de sinal.
Nível confiabilidade <95% O modo de leitura Rapidly Settling Turbidity não atingiu a faixa de confiança ≥ 95%.
Inverta a amostra diversas vezes de forma que os sólidos sejam distribuídos. Repita a leitura novamente. Alterne para o modo de leitura Normal se a amostra estiver estável e não tiver sólidos sedimentáveis.
Valor padrão fora do Foi usado um valor padrão incorreto Insira o padrão apropriado e leia novamente.
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intervalo. Insira o padrão e pressione: Ler
para a leitura.
7. CUIDADOS AMBIENTAIS Observar uso racional da água, produtos químicos e energia elétrica. 8. CUIDADOS DE SEGURANÇA DO TRABALHO Observar o uso de EPI’s e VRT’s de acordo com as orientações da área de segurança do trabalho. 9. ANEXOS 9.1. Formulários Controle Laboratorial I Controle Laboratorial II Boletim Controle Operacional de Poços/Fontes Boletim de Controle da Rede de Distribuição
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE FLUORETOS - MÉTODO SPADNS - COLORÍMETRO HACH POCKET II
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1. OBJETIVO
Determinar Fluoretos – Método SPADNS – Colorimétrico HACH POCKET II.
2. REFERÊNCIAS
AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. Washington, USA 22 th Edition, 2012.
3. CAMPO DE APLICAÇÃO
Este procedimento aplica-se a todos os sistemas de tratamento de água operados pela CORSAN.
4. DEFINIÇÕES
Não se aplica.
5. COMPETÊNCIA
Ficam responsáveis os empregados lotados no tratamento de água.
6. DESENVOLVIMENTO DO ASSUNTO
6.1. Considerações Gerais
Os compostos de flúor são encontrados geralmente em quantidades maiores nas águas subterrâneas, do que nas superficiais. A solubilidade do fluoreto e a quantidade em que este se encontra na água dependem da natureza, da formação rochosa, da velocidade da água e da temperatura local.
6.2. Importância da Análise
A determinação de fluoretos é realizada para controlar o teor de flúor nas águas que se destinam ao abastecimento público. O valor máximo permitido na água para consumo humano pelo Anexo XX da Portaria de Consolidação 05/2017 do Ministério da Saúde é de 1,5 mg/L de F-.
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE FLUORETOS - MÉTODO SPADNS - COLORÍMETRO HACH POCKET II
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A Portaria 10/99 da Secretaria Estadual de Saúde considerada dentro do Padrão de Potabilidade as águas que apresentarem a concentração de íon fluoreto dentro da faixa de 0,6 a 0,9 mg/L.
6.3. Princípio do Método
O íon Zircônio e o SPADNS formam um composto de cor vermelha. Ao serem adicionados na amostra, o fluoreto presente na mesma reage com o zircônio, formando um composto incolor, diminuindo a intensidade da cor vermelha original. Quanto maior for a concentração de fluoreto na amostra, maior será o descoramento causado pela reação, e menor a absorbância da solução quando um feixe luminoso de 590 nm atravessa a mesma, propriedade esta que pode ser medida por um espectrofotômetro (colorímetro). A acidez da mistura (amostra + reagente) tem uma importância grande na reação, podendo ser instantânea. Porém, quanto maior for a concentração do íon alumínio, a reação pode ser mais lenta. 6.4. Aparelhagem 6.4.1. Colorímetro Hach Pocket II para fluoretos 6.4.2. Pipetas graduadas de 10 mL 6.4.3. Pipetas graduadas de 5 mL 6.4.4. Cubetas cilíndricas de vidro 6.4.5. Provetas ou béqueres plásticos de 25 ou 50 ml
6.5. Reagentes e Soluções
6.5.1. Reagente SPADNS 6.5.2. Solução Padrão de Fluoretos 0,7 ou 1,0 mg/L F 6.5.3. Ácido Clorídrico 1+1 ( R-1 ) 6.6. Execução do Ensaio 6.6.1. Desenvolvimento da cor 6.6.1.1. Medir 10 mL de amostra com pipeta graduada de 10 mL. 6.6.1.2. Transferir para a proveta, que deve estar limpa e seca. 6.6.1.3. Homogeneizar. 6.6.1.4. Adicionar 2 ml do reagente SPADNS com pipeta graduada de 5 mL. 6.6.1.5. Homogeneizar. 6.6.1.6. Aguardar 1 hora para a realização da leitura no equipamento.
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Nota 1: Fazer uma prova em branco com água destilada, dando o mesmo tratamento das amostras. Nota 2: Deve ser utilizada a mesma cubeta para leitura da prova em branco e das amostras. 6.6.2. Leitura no Colorímetro Hach Pocket II 6.6.2.1. Ligar o aparelho pressionando a tecla POWER, indicada pela figura abaixo.
Pressionar a tecla MENU, indicada pela figura abaixo. Aparecerá “SEL”.
6.6.2.2. Selecionar a curva 1, pressionando a tecla READ/ENTER, indicada pela figura abaixo.
6.6.2.3. Pressionar a tecla MENU para finalizar a escolha. Nota 3: Para acender a luz de iluminação do visor, manter pressionada a tecla POWER até que a mesma ligue. Para desligar, repita a operação. 6.6.2.4. Inserir a cubeta com a prova em branco no compartimento, posicionada com o losango voltado para o operador. Pressionar a tecla ZERO/SCROLL, indicada pela figura abaixo. O colorímetro mostrará 0,00.
PROCEDIMENTO Assunto: DETERMINAÇÃO DE FLUORETOS - MÉTODO SPADNS - COLORÍMETRO HACH POCKET II
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Nota 4: Entre a leitura de uma amostra e outra, lavar a cubeta com água destilada e enxaguar a mesma com pequeno volume da própria amostra. 6.6.2.5. Inserir a cubeta com a amostra no compartimento, posicionada com o losango voltado para o operador. Pressionar a tecla READ/ENTER, indicada pela figura abaixo.
6.6.2.6. Registrar o valor da concentração de fluoretos em mg/L. 6.6.2.7. Ao final das leituras, lavar a cubeta com água destilada e desligar o aparelho na tecla POWER.
6.6.2.8. Lavar semanalmente a cubeta com Ácido Clorídrico 1 : 1 ( R–1 ). Deve-se colocar o R-1 dentro da cubeta (nunca imergir a cubeta no R-1) e esta operação deve ser realizada dentro da capela de exaustão (onde houver). Sempre que necessário, lavá-las com detergente e não utilizar nenhum material abrasivo na limpeza das cubetas, pois as mesmas podem ser danificadas. Nota 5: Evite navegar desnecessariamente através dos sub menus do aparelho, pois pode haver alteração na calibração existente.
6.7. Resultados
6.7.1. Registrar observando uma casa decimal e expressar o resultado em mg/L F- 6.7.2. Se a leitura for superior a 1,40 mg/L, repetir o ensaio diluindo a amostra e multiplicar o resultado pelo fator de diluição. 6.8. Mensagens de Erro
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E1 – INTERFERÊNCIA DA LUZ AMBIENTE Verificar se a tampa está colocada corretamente. E2 – ERRO DO LED Trocar as pilhas. Observar se a luz do led acende quando é pressionada a tecla READ/ENTER ou ZERO/SCROLL. PISCANDO NO VISOR “0,00” Verificar se a tampa está colocada corretamente. Colocar a cubeta com a prova em branco no compartimento e zerar novamente. PISCANDO NO VISOR “2,20” Observar se a passagem da luz está bloqueada. Se não, o valor da leitura é maior que 2,20 mg/L F. Diluir adequadamente a amostra. 6.9. Controle do Método Realizar semanalmente a leitura do padrão. Se o resultado estiver fora dos limites, avaliar as possíveis causas de erro e, persistindo o problema entrar em contato com o DEAL/SUTRA. Limites : ± 15 % do valor do padrão Ex.:Padrão 0,7 mg/L F pode variar de 0,60 a 0,80 mg/L F. Ex.: Padrão 1,0 mg/L F pode variar de 0,85 a 1,15 mg/L F. 7. CUIDADOS AMBIENTAIS Observar uso racional da água, produtos químicos e energia elétrica. 8. CUIDADOS DE SEGURANÇA DO TRABALHO Observar o uso de EPIs e VRTs de acordo com as orientações da área de segurança do trabalho. 9. ANEXOS
9.1. Documentos Complementares Não aplicável. 9.2. Formulários Controle Laboratorial I Controle Laboratorial II Boletim de Controle Operacional de Poços/Fontes Boletim de Controle da Rede de Distribuição
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NÚMERO: 090365 Padrão: Fluoreto 1000 mg/L (ppm) Número de Lote: F18J0677B Código Produto: IF1000V Validade: 12 meses Data de Expedição: 02/2019 Matriz: Água Densidade (20 ºC): 1,0006 g/mL Condutividade (25 ºC): 4745 µS/cm Fabricante: Quimlab Produtos de Química Fina Ltda.
Valor Certificado: 1000 mg/L +/- 6 mg/L
1 – Informações
Este padrão consiste de uma solução de fluoreto, preparada a partir da dissolução do fluoreto de sódio (NaF) com pureza > 99% em água tipo I (> 18 MΩ.cm). É destinado principalmente para uso em calibração ou para controle de qualidade em análises por cromatografia de íons (IC), potenciometria com eletrodo íon seletivo (ISE) e colorimetria. Esta solução apresenta condutividade de 4706 µs/cm +/- 47 µs/cm a 25oC. 2 – Incertezas A incerteza calculada é dada pela seguinte expressão: U = (2 uc) Onde uc é a incerteza combinada calculada de acordo com o Guia para a Expressão da Incerteza de Medição, ISBN 85-07-00251-X, 3a Ed. INMETRO (2003). O valor de U reportado corresponde a duas vezes o desvio padrão das incertezas combinadas, associadas a fatores gravimétricos, volumétricos e pureza do sal utilizado. 3 – Rastreabilidade Este padrão é rastreado gravimetricamente ao NIST (NIST Test #: 822/275197-07), gravimetricamente e volumetricamente a Rede Brasileira de Calibração (RBC), sendo sua concentração verificada pela utilização de padrão secundário ou primário diretamente rastreado ao NIST através da utilização de métodos titulométricos, gravimétricos ou qualquer outro que permita a sua comparação. A concentração deste padrão é rastreada ao SRM 84L NIST por metodologia de troca iônica. 4 – Utilização Recomenda-se que todas as diluições deste padrão sejam feitas com água tipo I, utilizando-se balanças, pipetas ou vidrarias calibradas.
A conversão de unidade mg/L para mg/g é obtida pela fórmula C/(d x 1000), onde C = Concentração em mg/L e d = densidade em g/mL. A perda de água por transpiração pela parede do frasco é de aproximadamente 0,2% por ano, se mantido fechado e armazenado em condições de temperatura ambiente.
Armazenar em temperatura ambiente (15oC a 30oC). Este certificado restringe-se apenas ao número de lote fornecido. 5 – Aprovação
Data de aprovação: 02/2019 Elaborado por: Gislaine Rodrigues da Cruz – Técnica Assistente – CRQ 04474649 – 4ª Região
Aprovado por: Msc. Nilton Pereira Alves Granado – Responsável Técnico – CRQ 04428809 – 4ª Região
2/2
Anexo:
Cromatograma Padrão: Fluoreto 1000 mg/L (ppm)
Número de Lote: F18J0677B
Código Produto: IF1000V
Equipamento: HPLC-IC Waters
Coluna: IC-Pak A 4.6 x 50 mm
Eluente: Borato de Sódio / Gluconato
Fluxo: 1 ml/min.
Temperatura Coluna: Não Aplicável
Volume Injetado: 200 µL
Concentração: 20 mg/L
Diluição: 50x