Medição online da qualidade da água e dos efluentes líquidos. (Nereu Guimarães (ng1949@uol.com.br)
Nesta publicação abordamos as tecnologias de medição online atualmente em uso, utilizadas na monitoração das variáveis mais importantes das estações de tratamento de água e efluentes residuais. O enfoque principal é dado para analise de líquidos, especialmente água potável, água bruta e efluentes.
Destacando a maneira como devemos nos preocupar com a fase de pré-condicionamento da amostra de modo a que os sensores possam nos fornecer informações “online” sobre o bio-processo em andamento nas estações de tratamento de água e efluentes líquidos de forma precisa.
Foi possivel classificar os analisadores de liquido em três tipos de aplicações;
1) Monitoração (auxilio ao operador).
2) Sistemas de controle automáticos.
3) Ferramenta para auditoria / otimização / modelagem.
Igualmente, podemos classificar os sensores de medição em dois tipos básicos:
a) Sensores de manutenção simples e de baixo custo para monitoramento e controle.
b) Sensores complexos de manutenção avançada e que exigem atenção especial e que são usados em auditoria , calibração, otimização e modelagem.
Quanto ao tipo de analisadores não abordamos neste artigo os analisadores mais usuais tais como; pH, Condutividade, ORP,Redox, que são analisadores de tecnologia conhecida e se surgir alguma dúvida, a respeito destes analisadores, favor consultar outros artigos publicados neste blog aonde os mesmos já foram analisados com bastante detalhe.
Ponto de amostragem/ coleta da amostra até o analisador
A implementação bem sucedida de analisadores de wet- químicos nas estratégias de controle de processo não pode ter obtida se não for projetado de forma apropriada o desenvolvimento de um sistema de automático integrado a sistemas de pré-condicionamento de amostras.
Sistemas de pré-tratamento de águas residuais mais difíceis como em córregos, matrizes complexas ou que tenham componentes químicos agressivos envolvem muita atenção e uma solução técnica diferenciada e que seja viável tanto do ponto ecomico como de pós-partida..
É preciso estudar uma solução para cada desafio durante a fase de pré-condicionamento.
• Filtração : partículas em suspensão de 0,04 mm até 2 mm
• Diluição : para g / l faixas de medição.
• Deposição: para teor de sólidos muito altas ou líquidos saturadas, requer o estudo de uma
lógica por trás do pré-condicionamento da amostra.
A composição das águas residuais depende muito do tipo de processo e as imagens mostradas na fig.1 são exemplos do que podemos nos deparar com a agua residual;
Faça uma verificação visual da amostra, colete uma amostra da água a ser analisada porque pode nos dar informações importantes sobre o conteúdo de partículas sólidas em suspensão, turbidez , espuma, gás / ar, etc.
Além disso, a composição de águas residuais fornece informações sobre a presença de ácido, cáusticos, carbonatos , sais , polímeros , óleo mineral, óleo livre , metais etc.
Análise de laboratório, tais como TSS , DBO e DQO , se a relação DQO / DBO é muito elevado
( > 6 ), então sabemos que a amostra é muito difícil de oxidar.
Não deixe de ouvir a experiência das equipes de manutenção, operadores da planta, porque eles podem contribuir para a identificação de efeitos desagradáveis da águas residual a ser analisada.
Avalie quais os materiais que são atacados e qual o tipo de material das bombas e válvulas são capazes de suportar as características físico-química das águas residuais.
Deve ser evitado a presença de bolhas de ar no sistema de pré-tratamento da amostra porque pode afetar a medição dos analisadores, sejam com sensores elétricos ou óticos.
Normalmente, se instala um dispositivo para remoção online das bolhas de ar.
Utilize sistemas de condicionamento de amostras o menos complexo possível . Projete com cuidado e atenção. Selecione, se possível, analisadores que podem operar sem - ou com menos componentes possíveis no pré- condicionamento de amostras.
Selecione e aplique materiais que não provoquem entupimento com facilidade.
A primeira preferência sempre recai para os analisadores que não precisam de filtração da amostra ou pré-condicionamento da amostra .
Alguns analisadores podem processar partículas grandes, desde que sejam não abrasivas, por exemplo, TOC com oxidação de ozônio .
Alguns usuários exigem resultados do analisador que sejam estáveis e não apresentem picos grandes devido a passagem de material particulado como por exemplo, uma grande partícula.
Muitos analisadores do tipo "online" necessitam de dispositivos de filtração porque as partículas solidas podem obstruir as partes molhadas do analisador, causando intervenções frequentes causando uma série de problemas e aumentando o número de intervenções para realização das manutenções corretivas.
Portanto o sistema de filtração da amostra na fase de pré-tratamento da amostra deve ser projetado com muita atenção.
É preferível usar técnicas de separação anti-isocinéticos ou gravimétrica para separar partículas com alta massa e tamanho, faça uso do
fast loop com uma velocidade de pelo menos
1 m / s, em todas as partes molhadas!
A preferência deve recair para os
analisadores online que possam manipular partículas; use uma amostra que possa ser constantemente atualizada via
fast loop, depois filtrar as partículas desse fluxo menor.
Se necessário, utilize sistemas de filtragem com
“auto limpeza” ou limpeza
“ultra-sônica” .
Uma boa técnica de extração da amostra é importante para o sucesso da solução analítica. Dependendo da aplicação/ propósito da medição devemos observar com atenção o local de extração e a técnica a ser aplicada.
Os itens mais importantes que devemos considerar são;
a) Quais os tipos de componentes estão presentes na água?
b) Partículas de não-orgânicos como sedimentos, partículas com um teor de matéria orgânica (POC) livre de oléo,
espuma, ar / gases, hidrocarbonetos, carbonatos , sais, etc.
c) Qual a pressão e a temperatura do processo?
Atenção especial deve ser adotada para aplicações de vapor e água quente para se certificar
de que a operação segura é garantida ;
d) O que nós pretendemos analisar de forma online?
e) Queremos analisar TOC ( incluindo o teor de matéria orgânica em partículas ) ou NPOC
(sem carbono orgânico particulado )
f) Pretendemos analisar óleo mineral solúvel excluindo / incluindo o óleo livre ?
g) Será que precisamos extrair a amostra sem a espuma e / ou ar / gases ?
Lembrando que faz uma grande diferença coletar a amostra de um
fluxo turbulento ou a partir de um
fluxo laminar. Às vezes, nós introduzimos uma grande bomba de extração da amostra com feedback para criar um fluxo turbulento.
Em outros casos, devemos extrair a amostra de um ponto abaixo da superfície da água para eliminar o óleo livre concentrado na superfície.
Avalie se a posição da sonda de amostragem esta corretamente instalada? Por exemplo, não extrair amostras a partir de ponto da tubulação do processo que esteja montado na parte inferior mais baixa.
As partículas que se movem através da parte inferior do tubo vai se depositar na linha de amostra causando problemas de obstrução, entupimento e enviando interferentes para o sistema de condicionamento da amostra.
Destacando que em muitas aplicações o pré-condicionamento não se restringe simplesmente a fase de filtração da amostra, mas envolve várias técnicas para pré-condicionar uma amostra.
Ressaltando a importância na preparação
adequada da amostra. Lembrando que as melhores técnicas de medição não podem
corrigir problemas que foram gerados durante a fase de pré-tratamento da amostra.
Linha de Transporte
da Amostra
As linhas de transporte da
amostra têm a desvantagem de sofrem o
risco de serem obstruídas com o tempo de uso, resultando no bloqueio dos
tubos.
As regras gerais para
superar o problema descrito acima são:
a) Quando possível tentar manter a distância entre
analisador e o ponto de amostragem o mais curto possível ;
b) Considere que o tempo de resposta do sistema de aanalise
online fica mais longo quando as linhas
de transporte são longas.
c) Crie pressão e
torne o fluxo da linha de amostragem
turbulento, para que seja
possível auxiliar a lavar as linhas de amostragem. Se a pressão do processo não é alta o
suficiente e / ou não pode ser garantida, faça uso de bombas de amostragem.
d) Todas as peças molhadas devem ser polidas internamente e
feitos de materiais que sejam menos
sensíveis a aderência de produto nas partes internas das paredes. O plástico do
tipo PVC e PE, são por vezes mais preferível
que o tubo de aço inoxidável.
e) Projete a linha de transporte com menor quantidade
possível de curvas que possam vir a causar, bolsões, ponto morto e obstruções.
f) Desenvolva um dispositivo para manter de forma continua a
lavagem da linha.
g) Calcular e utilizar um diâmetro interno mais correto
possível.
h) Se possível, use inclinação para baixo e auto-esvaziamento.
i) Isole e ou instale
traço de aquecimento elétrico, se existir a possibilidade de congelamento.
j) Para aplicações aonde existe condensado de retorno de
água de alimentação de caldeiras sempre fazer uso de tubos sem costura, de aço
inox de 4 ou 6 mm de diâmetro e manter o comprimento
mais curto possível. O comprimento e diâmetro do tubo podem afetar a velocidade
do fluido na parte interna do tubo gerando os fenômenos de adsorção e de memória .
Manutenção
reduzida
Todos os sistemas de
pré-condicionamento devem ser projetados para operarem de forma totalmente automática não requerendo a intervenção humana constante. Basicamente
em todos os sistemas devem ser
incorporados uma ação de blow-back utilizando ar de instrumento ou água limpa
sem resíduos em suspensão para executarem o "ciclo de limpeza". Não se esqueçam que neste tipo de aplicação se encontra fácilmente material sólido, graxa, oleo,etc. Este princípio fundamental de design do
sistema de pré-tratamento da amostra não se limita a permitir amostragem sem
problemas, deve contribuir para uma redução no nível de manutenção, envolvendo
o projeto e a escolha dos materiais de modo a tornar o pré-tratamento da
amostra o mais próximo do ideal e que possa ser utilizado em muitas aplicações.
Amostragem
personalizada e painéis pré-condicionamento
É preciso conhecer como manusear
não só o pré-tratamento de líquidos, mas também a presença de pastas, pós, gases e areia. Portanto
devemos ser capazes de reprojetar os
sistemas convencionais existentes, ou projetar um novo painel de
pré-condicionamento único que atenda as especificações que o processo venha a
exigir.
O projeto
do sistema de pré-tratamento da amostra deve ser planejado de acordo com os
processos típicos das unidades de
tratamento biológico;
a) anaeróbico digestão
b) lodo ativado
c) remoção de
nutrientes e sedimentação.
Chama-se
atenção a uma série de problemas associados como deposito de incrustação (sujeira)
devido a aplicação em processo de tratamento de águas residuais.
O uso
de auto-calibração, sistemas de limpeza e o mais importante como coletar amostra
confiável que possa ser analisada de forma online reduz dastricamente os
problemas que podem surgir dependendo da aplicabilidade dos diferentes tipos de
sensores.
Podemos
de forma geral dividir as estratégias de monitoramento
e controle de estações de tratamento
de águas residuais em 4 (quatro blocos) principais, conforme descrito a seguir:
1) Visão do processo,
resumida em um modelo de processo adequado.
2) Sensores que
fornecem dados on-line
3) Estratégias de monitoramento
e controle adequado
4) Atuadores (elementos
finais de controle; válvulas de controle, inversores de frequência, que
implementam a saída do controlador.
Embora a própria cadeia tenha se
fortalecido consideravelmente nas últimas décadas, com avanços significativos
na teoria de controle e com a capacidade de evolução do próprio sensor.
As exigências
atuais sobre a qualidade da água tem evoluído e se tornado cada vez mais
rigorosa, exigindo sistemas de tratamento mais avançados capazes de cumprir com
as normas não somente para a redução do carbono
orgânico, mas também para os níveis de nitrogênio
e fósforo.
Sistemas
de tratamento, cada vez mais complexo devem ser desenvolvidos para produção
cada vez maior da qualidade da água e dos efluentes.
A
seguir fazemos uma abordagem sobre os vários tipos analisadores e seus
princípios de medição e também a fase do processo que os mesmos estão
envolvidos;
a) Analisador de
TOC
b) Analisador de
Sulfeto – H2S
c) Analisador por
Titulação Online
d) Analisador de
Turbidez
e) Analisador
Cloro
f) Analisador de
Fluor
g) Analisador de
Cor da Agua
h) Analisador de
NH3
Analisador de TOC
O
princípio central de uma medição de TOC
é converter carbono orgânico em CO2 e
medir este produto na fase de gás envolvente, tipicamente com um analisador de
gás de saída de infra vermelho. Existem
dois princípios para que a conversão dióxido de carbono:
No
primeiro , a temperatura é elevada (650-800 º C) e a conversão catalítica é
aplicada, enquanto que no outro método, persulfato é adicionado à amostra, onde
a luz ultra violeta promove a oxidação da matéria orgânica no moderada
temperaturas . Ambos os métodos têm desvantagens. Para os ex- sais método pode
produzir um derretimento no catalítica superfície inibindo seu funcionamento adequado.
Para o método de persulfato, oxidação incompleta pode ocorrer quando o pH da
amostra é demasiado baixo ou quando a turbidez da amostra diminui a penetração
da luz UV. Cristais persulfato de potássio pode praga operação e cuidados devem
ser tomados para remover umidade da corrente de gás antes da introdução no
analisador de gás. Para ambos os tipos de matéria particulada é para ser
evitado porque o tempo de retenção na câmara de reação é insuficiente para a
combustão completa . Além disso, entupimento pode ser um problema.
Pré-filtragem das amostras se torna portanto, essencial para o funcionamento
adequado.
Alguns
inconvenientes inerentes ao método são que o carbono inorgânico presente na
amostra tem de ser removido primeiro, potencialmente resultando na perda de
voláteis orgânicos. Além disso, medir o carbono orgânico (um importante
variável para caracterizar a carga), mas nenhuma informação é obtida com
respeito ao estado de oxidação do de carbono
o que é importante para a demanda de oxigênio que representa. Além
disso, não existem dados sobre a bio degradabilidade da água residual é dada ,
de igual modo para a medição COD.
No
entanto , se a composição do esgoto é bastante constante , pode-se calibrar
para estes efeitos. Uma vez que o método é rápido ( 5-10 min tempo de resposta)
e de confiança se as amostras com pouco sal e livre de partículas são
fornecidos, TOC pode ser defendida como um bom parâmetro de monitoramento,
especialmente para a qualidade do efluente onde outros métodos não são suficientemente
sensíveis .
A
percepção comum é que os sensores representam o elo mais fraco para a
implementação de controle de processo on-line de estações de tratamento de
águas residuais, no entanto, o desempenho e a confiabilidade de muitos sensores
on-line como por exemplo (sensores de nutrientes, respirômetros) evoluíram e melhoraram
notavelmente durante a última década e podem ser utilizados em muitas estratégias.
Ao
tentar classificar os vários tipos de sensores disponíveis na indústria, três sistemas
de classificação são mencionados neste artigo. A primeira classificação
baseia-se na aplicação funcional dos sensores como mencionado acima, os
sensores são utilizados em sistemas de controle automático, mas, muitas vezes,
eles são usados (apenas) para fins de monitoração, ou seja, prestação de
informações aos operadores sobre o estado geral da planta que possa lhes servir
de suporte no dia-dia da operação e não fazem parte de estratégias de controle.
Analisador de Sulfeto – H2S
Dependendo
da fonte (captação) da água, pode vir a ocorrer um aumento significativo do nível de “sulfureto total". Lembando que o H2S tem efeitos nocivos para a saúde quando
esta presente a níveis acima de 20 mg/L,
exalando um odor desagradável, mesmo quando
esta a níveis de ppb, se tornando altamente indesejável a sua presença na
água potável. O pessoal responsável pelas estações de tratamento de água usam
métodos, como injeção de ar e cloro para remover o H2S e assim atender aos
padrões de qualidade, mas um método de monitoramento do sulfeto total na água
limpa é necessário para otimizar o uso de cloro e verificar a segurança da água
.
Em
uma estação de tratamento de água e efluentes que seja parte de uma refinaria, o
H2S deve ser removido da água ácida, o conteúdo de sulfureto, antes de ser
reciclado ou lançado para o ambiente. Este processo de limpeza conhecido como
"stripper" porque são injetados (vapor ou ar) através da água ácida
para remover o H2S e o NH3 da água.
Para se
verificar a eficiência deste processo de remoção se executa a análise on-line para
monitorar se a água esta livre da presença do H2S .
Água
ácida é frequentemente muito opaca para transmitir um sinal de luz, exigindo,
portanto, o sistema de amostragem headspace para retirar o analito produto
químico do líquido e para isto é feito uma amostra de fase gasosa. Na fig.5,
podemos observar um sistema de pré-tratamento da amostra aplicado a analise de
H2S.
Analisador por Titulação
A
titulação envolve a determinação do analito (s) de interesse pela adição de
volumes conhecidos com precisão de titulação padronizado em uma amostra.
Os analisadores
disponíveis atualmente, são o verdadeiro estado dos sistemas de titulação e são equipados
com um dispensador de precisão e outros componentes de qualidade. O
funcionamento analisador deste tipo de analisador on-line, fornece aos usuários as seguintes vantagens:
•
Programação da seqüência de análise de acordo com suas necessidades
•
Sequência de lavagem e limpeza automática após cada novo ciclo de análise
• Limita
a carga dos eléctrodos
• Reduz
o consumo de reagente
Ácido-base,
redox ou precipitação titulação são normalmente utilizados na configuração
potenciométrica, onde o ponto final é determinado pela utilização de um par de
eléctrodos ou um eléctrodo de combinação, ou seja, o indicador e o eletrodo de
referência. Os eléctrodos para este tipo de titulação são escolhidos que uma
mudança no potencial da titulação solução é detectado de forma ótima.
Na
configuração do analisador colorimétrico a mudança de cor é utilizada para
determinar o ponto final da titulação. A mudança de cor é medida com precisão
por um fotômetro compacto.O filtro óptico de banda estreita elimina qualquer interferência
de luz ambiente.
Este
tipo de Titulador Online normalmente é suportado por um CLP (Controlador Lógico Programável) que opera de
forma automatizada.
A
validação automática pode ser realizada com uma solução padrão com uma
concentração conhecida, a fim de verificar o programa de análise e a propria funcionalidade do
analisador, faz parte o ciclo de limpeza automática das linhas de amostra e do
vaso, eliminando a possível contaminação na fase de análise.
A
seqüência e o intervalo de validação e de limpeza, bem como o ciclo de análise
são utilizados programável.
Analisador de Turbidez
Turbidimetro
(sendo o nome derivado de turbidez) é o processo de medição da perda de
intensidade de luz transmitida, devido ao efeito de dispersão de partículas em
suspensão em uma amostra de água ou efluente liquido. A luz transmitida passa por
meio de um filtro que cria uma luz de
comprimento de onda conhecido, que é então transmitido através de uma reservatório
contendo uma solução. Uma célula foto eléctrica capta a luz que passa através da cubeta. Como
resultado temos uma medição é conhecida pela quantidade de luz absorvida. A turbidez pode ser interpretada como uma medida da
transparência relativa da água. A água turva não é uma medida direta de
partículas em suspensão na água, mas, em vez disso, uma medida do efeito de
dispersão dessas partículas tem na luz.
Hoje
em dia, existem muitos métodos para a determinação de contaminantes da água, a
turbidez ainda é importante uma vez que é um indicador simples e inegável de
alteração da qualidade da água. A mudança brusca na turbidez pode indicar uma
fonte de poluição adicional (biológica, orgânico ou inorgânico) ou pode
sinalizar um problema no processo de tratamento de água.
O turbidimetro é um analisador utilizado para se determinar o número de células presentes em uma solução. O
método utilizado é conhecido como Nefelométrico e a resolução é de 0,01mg/L em
toda a faixa de medição que vai de 0,001 a 1000 NTU/FNU.
Os custos
com o tratamento de águas residuais pode ser reduzido se a tubulação for
protegida contra corrosão devido ao aumento de sulfeto de carga e se o injeção
de cloro ( para quebrar H2S) for otimizada. Uma vez que o pH da água determina
a quantidade presente de H2S dissociado em íons, a medida adicional dos íons vai
proporcionar uma leitura muito mais precisa do sulfureto arrastado na água.
Na
análise de águas residuais, a medição de H2S e seus íons fornecem uma imagem
muito mais precisa do sulfeto.
É prática normal instalar medição de pH em uma estação de tratamento. A Imersão
dessas sondas em lodo "pegajoso" tem incentivado o desenvolvimento de
diferentes estratégias de limpeza : hidráulicas ( água spray) , mecânica (
escova ), químico ( lavagem com agente de limpeza ) ou limpeza ultra-sônica .
Com
estas técnicas períodos mais longos sem manutenção podem ser alcançado. Existem
evidencias que a limpeza automática pobre ou não pode causar problemas. Auto-
diagnóstico é integrado aos sistemas mais avançados. Nas mais simples implementações,
sensores são duplicados e as suas leituras comparadas. Mais sofisticados set-up
incluem controles automáticos da impedância do diafragma e do eletrodo de vidro
, enquanto os testes realizados durante a calibração ( automático) podem apontar
para outras deficiências do sensor .
Embora
o pH seja uma variável importante em todos os processos biológicos, o seu valor
é especialmente crítico no digestão anaeróbia e na nitrificação, onde
importantes quantidades de prótons são liberados, o que leva à acidificação e
falha no processo . Por isso, a sua medição e controlo são importantes. No
entanto , no caso de efluentes com alta capacidade de tamponamento, medições de
pH pode ser bastante insensível a processo indicam mudanças e não são,
portanto, aconselhável para supervisão e controle de processos . Nesses casos,
eles podem ser substituídos com os sistemas de medição de bicarbonato.
Biomassa / Sólidos Suspensos
Provavelmente,
a variável mais importante nos processos de tratamento de águas residuais é a
concentração de sólidos em suspensão (SS) . Três princípios de medição têm
encontrado aplicação : medição óptica , ultra-som e dielétrico espectrometria .
Dispersão
da luz incidente e absorção por partículas em suspensão tem sido uma biomassa
off-line tradicional método de estimação. Com o advento de detectores
fotos sensíveis , sensores foram desenvolvido capaz de automatizar a medição de
efeitos ópticos em uma amostra iluminada. Embora seja impossível fazer uma ( a
priori ) cálculo direto da concentração de peso seco de qualquer "densidade óptica" medição,
os sistemas podem fornecer estimativas razoáveis fornecidas calibração
periódica é realizada. Diferentes princípios foram levados à prática. Fig . 1
ilustra os diferentes fenômenos que ocorrem quando uma amostra com (lodo )
partículas é iluminado . Parte da luz é absorvida , uma outra parte é deixada a
passar a amostra ( transmissão ) , e , finalmente , de dispersão de luz em
todas as direções ocorre . Dispersão não é homogênea com o Ângulo de visão: a
frente de dispersão é a mais pronunciada , enquanto backscattering é o menos
eficaz. O espalhamento sobre 90 º dá intensidades de luz entre os dois extremos
, a sua medição é também conhecido como nefelo metria .
A
maioria dos sensores disponíveis comercialmente usam uma fonte que emite luz no
inferior visível ou near infrared, que tem a vantagem de que a maior parte dos
meios de comunicação têm uma absorvência baixa nesta gama. Os erros de medição
são normalmente 5-10 % , que é da mesma ordem de grandeza que o medição de peso
seco padrão.
Problemas
que precisam de atenção são os seguintes; bolhas de ar podem causar
interferência com o sinal óptico e com isto resultar em erro. Interferências de
bolha de ar e agitação pode ser reduzida fazendo passar amostra fluir por meio de uma câmara de
medição interna, onde a amostra é desgaseificada e pela filtragem dos dados
espetado induzida por bolha, o problema
de incrustação , diferentes soluções estão disponíveis.
A localização
dos monitores de turbidez em uma região altamente turbulento e sensores
equipados com limpeza automática dispositivos , por exemplo, limpadores ou
pistões, podem reduzir as intervenções para correção de problemas.
As
concentrações de biomassa também pode ser determinada a partir da diferença
entre a velocidade de ultra-sons soar na suspensão e na micro - organismo sem
solução. No entanto, a necessidade de um livre-micro organismo referência requer
ou a retirada da amostra ou medição in situ do sinal de fundo.
Devido
à natureza vibratória o dispositivo , que é, em princípio, auto-limpeza . Os
problemas com este método incluem a interferência das bolhas de ar e flutuações
de temperatura .
Analisador de Gases (H2 , CH4 , CO2 e H2S)
Embora
uma medição do fluxo de biogás mostrará uma indicação da atividade global do
reator e frequentemente utilizado como
tal , as técnicas mais específicos foram desenvolvidos para permitir a
monitoração da composição do gás. Um método em escala laboratorial típico
consiste de uma combinação de medições de fluxo em um set-up, onde um ou mais
dos componentes está preso em uma garrafa de lavagem . A relação dos fluxos,
antes e depois de a garrafa está representativa da composição do gás.
Analisadores
de gases mais específicos monitoram o conteúdo de um componente diretamente.
Tipicamente, uma absorção medição pela absorção do infra vermelho é usada para
determinar o dióxido de carbono e metano , enquanto que os analisadores de
hidrogênio específicas foram desenvolvido com base em células electro químicas
armadilha H2S antes da entrada do biogás para o monitor de hidrogênio. Medição
sulfureto de hidrogênio no gás fase pode ser realizada por monitoração da
reação de sulfureto com uma fita de chumbo . Posteriormente, o PbS preto que é
produzido é quantificada pelo método colorimétrico automático .
Alcalinidade / Titrimeter
O
incentivo para medir o dióxido de carbono dissolvido e teor de bicarbonato se origina o licor misto que é um
desequilíbrio de digestores anaeróbios ( devido ao acúmulo de ácidos graxos
voláteis ), não pode ser facilmente ser detectado com base em medições de pH ,
especialmente quando a alcalinidade do licor misto for alta. Com efeito , em tais sistemas , a
alcalinidade devem ser destruídos em grande medida antes pH cai
significativamente . Uma vez que a alcalinidade é devido , principalmente, ao
tampão de bicarbonato , tem sido proposto uma vez que o sessenta início que a
sua medição podem ser utilizados em estratégias de controle de digestores
anaeróbicos ( McCarty , 1964 ) .
No
entanto, apenas na década anterior monitores bicarbonato automatizados foram
desenvolvidos e aplicados em prática ( Di Pinto et al , 1990; . . Hawkes et al
, 1993; . Guwy et al, 1994 , Bouvier et al , 2002. ) .
Dois
princípios básicos foram utilizados para avaliar a alcalinidade de bicarbonato
. Primeiro , titrimetria pode ser aplicado . consiste de titulação da amostra
até um pH de 5,1 , em uma primeira etapa , seguida de uma nova titulação até um
pH de 3,5 . este titulação de duas fases permite determinar o teor de
bicarbonato com uma correção para os ácidos graxos voláteis presente ( Anderson
e Yang , 1992a , Kapp , 1992). No entanto , as interferências com outros fraco
ácido / base orgânica pares não podem ser excluídos . Como uma alternativa ,
titulação e métodos de titulação de retorno ter sido proposto ( Powell e Archer
, 1989) . Tais set-ups são menos propensas a essas interferências desde a
titulação de retorno fornece uma CO2-em branco livre . Um sensor avançado
on-line de titulação foi desenvolvido para o monitoramento simultâneo de
diferentes Os compostos de interesse - tal como amoníaco , e bicarbonato de AGV
.
Em
contraste com os métodos mencionados acima TITULAÇÃO , uma titulação é
realizada ao longo de todo intervalo de pH. Em seguida , a capacidade de tampão
, ou seja, a quantidade de ácido / base necessária por unidade de mudança do pH
, é calculada ( Figura 2 ) . Estes dados são então sujeitos a interpretação com
base num modelo , fornecendo estimativas de concentrações dos diferentes
compostos de interesse . O tempo de resposta é de aproximadamente 30 minutos e
sensibilidade atinge a gama do ppm .
Técnicas
mais robustas são baseados em titrimetria . Para eliminar a interferência com o
tampão de bicarbonato , tanto titulação de duas etapas ou titulação e titulação
de retorno têm sido propostas ( Anderson e Yang , 1992a ) . Ambos os métodos podem
fornecer informações acerca do bicarbonato e o conteúdo da amostra de VFA . A
proporção destas variáveis dá uma ideia da quantidade relativa da capacidade
de memória intermédia , que ainda resta para neutralizar AGV e pode ser
utilizado para o controle digestão do lodo anaeróbio ( Rozzi , 1991).Rozzi et
al . ( 1997a) usa um biossensor para determinar as concentrações de AGV no
licor anaeróbio digerido . Uma amostra de o efluente digerido é misturado com
denitrifying microrganismos na presença de excesso de nitrato . A quantidade de
AGV é indirectamente medido pelo equivalente de ácido que é necessário para
neutralizar a reacção de desnitrificação .
Respirometria
É a
medição e a interpretação da taxa de respiração do lodo ativado, e é definido
como a quantidade de oxigênio por unidade de volume e tempo em que é consumido
pelos microrganismos no lodo ativado . É uma ferramenta frequentemente
utilizada para a caracterização de águas residuais e da cinética de lodo
ativado. Vários princípios respirométricos foram desenvolvidos no passado , e pode-se
classificá-los em uma quantidade de base princípios de medição de acordo com
dois critérios :
1 ) A
fase em que o oxigénio é medido ( gás ou líquido )
2 ) O
regime de fluxo de gás e da fase líquida , que pode ser tanto de fluxo ou
estático.
A
maioria das variáveis medidas não precisa de informações adicionais para ser
interpretada , mas este não é o caso da respirometria . Um valor da taxa de
respiração ou uma inibição percentual deduzida a partir das medições das taxas
de respiração, não pode ser interpretada sem informações adicionais sobre
alguns atributos de medição.
De fato, um respirômetro é um reator em si, onde
diferentes componentes são reunidos para realizar o que pode chamado de
"In- Sensor - Experiment " e em que as condições experimentais têm,
geralmente, uma influência muito grande sobre os resultados das medições . O
Grupo de Trabalho IWA descobriu que pelo menos três
atributos devem ser especificada para interpretar as medições das taxas de
respiração:
( 1 )
origem da biomassa ,
( 2 ) do tipo de substrato
( 3 )
Tempo
O
resultado de uma medição da taxa de respiração é frequentemente convertidos
para uma variável que é mais deduzida apropriar-se para interpretar os
resultados em um contexto particular. Muitas variáveis deduzidos têm sido
propostos.
Em uma variedade de variáveis
deduzida é apresentada , em conjunto com a taxa ( s ) a partir da qual a
respiração variável é deduzida , as outras variáveis de medição utilizados
nos cálculos, e os métodos de cálculo têm sido propostos. Nenhuma explicação
detalhada dos matemática subjacente será dado aqui , no entanto.
Demanda Biológica de Oxigênio (DBO )
Tradicionalmente
, o componente bio degradável de águas residuais é medido pela norma, off-line,
o método de demanda bioquímica de oxigênio ( DBO5 ). O DBO 5 é uma medida da
quantidade de oxigénio dissolvido necessária para a oxidação bioquímica dos
solutos orgânicos em 5 dias a partir do momento em que a amostra de teste é
semeado com um sistema microbiano . No entanto , o teste de DBO5 é insuficiente
para o monitoramento e controle automatizado por causa da tempo necessário para
completar o teste e a dificuldade na obtenção de medições precisas de forma
consistente .
Portanto
, a medição em linha da carga das águas residuais é baseado no curto prazo de
BOD em linha ( BODst ) estimativa.
Dois tipos de métodos BODst on-line são
usados atualmente : métodos de respirometria e sondas microbianas .
O método respirométrico usa o lote ou respirômetros contínuas em que o BODst é
calculado a partir um respirograma , resultante da adição de uma amostra de
água residual ou através do equilíbrio de massa de oxigénio sobre a câmara de
respiração . Opiniões sobre o estado da arte da estimativa BODst foram dadas
por Spanjers et al. (1993 ) .
Um
sensor respirométrica (RODTOX , um líquido de escoamento de gás
respirómetro-estática ) é apresentada , que é capaz de monitorando a BODst e
toxicidade potencial de águas residuais.
O RODTOX
consiste de, um reator de lote completamente misturado constantemente arejada
contendo 10 litros de lamas . a partir de os respirograms obtidos após injeções
de um pulso de substratos de calibração e de águas residuais a RODTOX .O Sensor
calcula BODst . O sensor tem uma inerentemente grande alcance dinâmico para
medições BODst ( 0,01 -500 g BODst/dm3 ) e BODst valores podem ser obtidos a
cada 30 minutos. Como uma ilustração dos altamente variações da carga dinâmica
que uma planta está sujeita a figura 6 apresenta a evolução BODst em um
hospital de águas residuais estação de tratamento em Gent (Bélgica) , medida
com tal dispositivo RODTOX .
Nos
diferentes set-ups que evoluíram , várias modificações foram feitas para os
métodos originais , tendo em vista de sua utilização on-line. A digestão é
reduzido ( tipicamente de 0,5 h em vez de 2 h), para melhorar o rendimento da
amostra e tempo de resposta . Mudanças mais importantes dizem respeito ao método
de digestão aplicada, por exemplo, propõe que não se utilize como bicromato de
um agente oxidante , mas usar peróxido de hidrogénio juntamente com luz UV para
produzir ozono in situ . Após a oxidação do excedente de oxigênio é monitorizada
por meio de uma sonda de DO, dando o COD - conteúdo da amostra.
Uma
das principais limitações do teste de COD é a sua incapacidade para distinguir
entre biodegradável e matéria biologicamente inerte orgânico por si próprio ) . A utilização de produtos químicos , tais como o
crómio e ácido forte produzem resíduos perigosos líquido que requer disposição.
Experiência
com um número desses sensores no laboratório dos autores demonstraram que os
sensores através de oxidação química estão sujeitos a importantes entupimento
problemas devido à formação de cristais de os produtos químicos de oxidação ,
por um lado , e a presençade material particulado na amostra , por outro lado .
Problemas de obstrução também foram notados por isso, ele deve ser aconselhado a aplicar amostras só pré-filtrado.
Analisador por Ultra Violeta - Absorvância
Muitos
componentes de águas residuais tem a propriedade de absorver a luz Ultra-Violeta.
Já no início dos anos 50 a medição de absorção de UV foi introduzida para
avaliar a qualidade de um efluente.
Métodos ópticos têm a vantagem de ser bastante
barato e não exigir reagentes ou preparação da amostra. Além disso, na última
década fibras com tecnologia óptica tem feito progressos significativos
permitindo remoto e medição multi- ponto.
Diferentes
estudos têm ilustrado a alta correlação entre a absorção de UV e matéria
orgânica em águas residuais mostram
claras relações entre a absorção a 254 nm, e o total de carbono orgânico
presente em efluentes e águas superficiais. Eles afirmam, no entanto, que a
turbidez não deve ultrapassar um certo limite , se o correlação é ser útil e
propor a utilização de unidades de filtração
revelam a boa correlação de absorção de UV a 260 ou 254 nm com COD ou
TOC . Podem reduzir a influência de material em partículas, com a ajuda da
medição de um segundo comprimento de onda
por exemplo 380 nm.
O
grande inconveniente da espectrometria UV reside na incrustação dos componentes
da célula óptica, resultando numa perda da sensibilidade e da necessidade de freqüente
recalibração. Além disso, nem todos os compostos (por exemplo, hidratos de
carbono, hidrocarbonetos saturados ) absorvem o comprimento de onda
especificado e, portanto, não pode ser considerada através de
espectro fotometria de UV.
NUTRIENTES REMOÇÃO
Os
sistemas de remoção de nutrientes tem como objetivo a eliminação de azoto e
fósforo a partir de águas residuais, quer de forma biológica ou um tratamento
químico ou a combinação das duas técnicas. Remoção de fósforo de forma química
baseia-se na adição de precipitantes , enquanto a eliminação biológica é obtida
por seleção de uma comunidade microbiana que armazena o excesso de fósforo . A
seleção é baseada em submeter o lodo a uma seqüência de anaeróbio e aeróbio (
ou anóxica ) condições
Processos de remoção de nitrogênio Mainstream
biológicos são processos em duas etapas que consistem em nitrificação de azoto
reduzido sob condições aeróbicas e de desnitrificação de nitratos para o gás de
diazoto na ausência de oxigênio , ou seja condições anóxicas.
A
complexidade destes processos e as interações entre as diferentes unidades de
processamento resultaram em configurações de plantas bastante complexas com
demandas bastante elevado de monitoramento e controle.
A tecnologia de
sensores para esta aplicação tem evoluído extraordinariamente nos últimos anos
e é em grande parte baseada na automação da análise de laboratório.
Embora
os desenvolvimentos recentes têm sido importantes, a maioria dos sistemas de
medição disponíveis no mercado ainda exigem amostras pré - tratadas para
assegurar um funcionamento satisfatório . A transferência de bombas submersas
lodo através da filtro de membrana
(tamanho
de poro típica de 20 mm) e a amostra filtrada é então conduzido para o sensor
de linha .
A
ultra filtração (UF) membranas com um peso molecular de corte de 20.000 são
tipicamente aplicados
A vida útil de um filtro de fluxo cruzado é de
aproximadamente um ano, mas a limpeza regular é necessário. Para manter o fluxo
de amostra para os analisadores um set-up com duas unidades é o preferido.
Usando funções internas de
medidores de fluxo de filtrado ou medições de queda de pressão , chaves de
transferência automática da unidade ativa e ativação do programa de limpeza foi
implementado. Tipicamente, as membranas devem ser limpos a cada 1 a 4 semanas .
estratégias de limpeza consistir de um sopro de ar ou a um tratamento químico
hipoclorito . A preparação da amostra provou ser confiável, mas ainda requer
esforços de manutenção por parte dos operadores.
A
tecnologia de membrana . Um veículo (água potável) é bombeado para o
dispositivo de membrana e escoa numa faixa sobre um lado da membrana . O outro
lado da membrana é exposta a água residual , e o portador é enriquecido com os íons que passa através da membrana . O
transportador enriquecido é enviado para o colector de análise . o princípio tem
sido aplicada aos sensores de amônio , nitrato e de fósforo , respectivamente .
Os sensores são todos baseados método colorimétrico e calibração é realizada
automaticamente. Estes sensores foram testados para aplicação em plantas de
tratamento de águas residuais e estão comercialmente disponíveis no mercado. Um
inconveniente associado com este tipo de medidores é que não é possível
multiplexar o sensor , ou seja, mais par de um ponto de medição de um
dispositivo de medição. Unidades de UF , pelo contrário permitir usar um metro
para várias unidades UF paralelos ligados a diferentes pontos de amostragem .
NH4
Para
colorimétrico NH4 + Determinações, todos NH4 + é convertido em NH3 antes que
ele seja transformado num azul (método de fenato) ou um corante azo
amarelo utilizam uma unidade de difusão
de gás através do qual a amônia é transportada em um fraco pH -buffer com um
indicador de pH . O gás amoníaco provoca um aumento do pH que é acompanhada de uma alteração de cor .
Descrevem o mais tradicional método que consiste em produzir um composto azul
indofenol , cuja intensidade é proporcional à quantidade de NH4 + Presente na
amostra . No entanto, a manutenção de alta necessidade (por exemplo, a membrana
de difusão de gás tem de ser substituído uma vez por semana , a necessidade de
um técnico bem treinado ) era um sério inconveniente para a linha aplicação.
Melhorias tecnológicas contínuas têm no tempo médio resultou na difusão de gás membranas
com uma vida útil de cerca de 6 meses . colorimétrico NH4
SEDIMENTAÇÃO
Em
vista do fato de que um clarificador é o passo final em todas as plantas de
tratamento de águas residuais, é claro que qualquer falha deste separador de
lodo tem efeitos tremendos sobre a qualidade do efluente . É , portanto,
surpreendente que relativamente pouco atenção é dada à instrumentação deste
processo importante unidade . Provavelmente, isto é devido à falta de
conhecimentos fundamentais nos fatores determinantes, por exemplo, Agrupamento
de lodo. Alguns desenvolvimentos têm sido, porém, feito e alguns dos sensores
resultantes são revistos .
Sludge Blanket
Três
princípios de medição para a localização da manta de lodo foram levados à
prática: ultra-som dispositivos de absorção e de turbidez (veja acima) detectar
a interface de sólidos em suspensão , como resultado da súbita alteração na
concentração de lodo como um penetra na manta de lodo . O terceiro método , a
varredura ultra-sônica fornece um perfil de concentração e é considerado como o
melhor princípio de medição .
Além
disso , a medição é insensível ao lodo nuvens acima da manta . Os sensores de turbidez em um meio de rotação tambor é provavelmente a tecnologia mais aplicada.
A
sonda de turbidez é reduzida precisamente até a manta de lodo é atingido ea
distância percorrida dá a profundidade de manta de lodo . Estes sistemas de
medição fornece resultados fiáveis , desde a manutenção adequada do tambor e
mecanismo de limpeza suficientes são tomadas precauções ( Aspegren et al . ,
1993) . Note-se que este equipamento também pode ser utilizado para determinar
um perfil de concentração em função da profundidade do clarificador como ilustração fig . 14 mostra os resultados
de uma campanha de medição detalhada de um mês em águas residuais em larga
escala estação de tratamento , fornecendo medições horárias de perfis de
concentração no colono.
O
diferente set-up é composto por três turbidímetros localizados em profundidades
fixas , mas diferentes no clarificador. A presença ou ausência da cobertura de
lamas para estas posições pode então ser avaliada . Esta é uma mais confiável
set-up desde problemas mecânicos com o tambor rotativo são eliminados. Uma
estratégia de controlo é possível que mantém a cobertura de lamas em torno do
nível indicado pela sonda situado na posição intermédia .
Os
sinais dos dois outros medidores de turbidez pode ser usado para o alarme
disparar .
Settlometer
As
características de sedimentação de lodo são muitas vezes quantificada pelo
índice de volume de lodo (SVI). Este parâmetro é obtido dividindo o volume
de lama sedimentada, após 30 minutos de decantação por os sólidos suspensos
concentração . No entanto, ficou provado que o SVI é fortemente influenciada
pela concentração de lodo ( Dick e Vesilind , 1969).
Para
minimizar os efeitos de concentração e de parede ,
modificação do procedimento foram propostas alternativas, tais como agitação suave do sedimento (lama), de modo a melhor simular as condições do clarificador. Os
valores resultantes são apresentados como SVI agitada (SSVI).
Outra
modificação proposta por Lee é para diluir a lama a uma
determinada concentração de lamas , que conduz ao valor SVI diluída ( DSVI ).
Todos
os métodos mencionados são trabalho intensivo e sua freqüência de medição é
muito baixo (geralmente uma vez por dia) para acompanhar o lodo decantabilidade
variável no tempo .
Recentes
avanços tecnológicos resultaram no desenvolvimento de sensores para medir as
lamas de decantação características . A principal característica dos sensores é
geralmente um cilindro central de vidro trazendo uma amostra de licor misto em
um experimento de sedimentação em batelada em condições que se aproximam os do
clarificador secundário.
A
descida da interface manta de lodo em lote experimentos de sedimentação é controlada
usando a transmissão de luz, medida quer através de um conjunto fixo de diodos
emissores de luz ( LED) , de um lado e do outro fotodiodos ou por meio de um par de diodos LED em
movimento.
Após
a última abordagem, introduzir um sensor com um mecanismo agitador no
liquidação cilindro. Neste Settlometer a evolução da altura cobertor é gravado
com uma óptica movendo sistema de detecção . A partir da curva de lamas de
sedimentação , resultante , a máxima velocidade de sedimentação e o índice de
volume de lodo (SVI, SSVI ou DSVI ) pode ser facilmente obtida..
