Transcript
Sólidos Totais
285 mg/L
Sólidos Suspensos Totais
18 mg/L
Sólidos Fixos
-0,003 mg/L
Sólidos Voláteis
17 mg/L
Sólidos Dissolvidos Totais
267 mg/L
Sólidos Voláteis
76 mg/L
Sólidos Fixos
192 mg/L
Página " 2
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO DE JANEIRO – IFRJ
CURSO TÉCNICO DE CONTROLE AMBIENTAL
CAM 271
Determinação de Sólidos
Equipe: Camilla Pinheiro de Carvalho
Júlia Melo Ramos
Larissa Lima Magalhães
Paulo Roberto Hallier Einert Junior
Victória do Vale Araújo dos Santos
Professores Renato Ribeiro e Karla Pinto
Disciplina: Sistema de Residuários I
Período: ____/____/_____
Nilópolis/RJ
Sumário
Resumo 3
Introdução 3
Objetivos 4
Materiais e Métodos 5
Reagentes 5
Procedimentos Experimentais 5
Resultados e discussão 9
Dificuldades encontradas 15
Sugestões para os próximos grupos 15
Conclusão 15
Bibliografia 15
Resumo
Este relatório tem por objetivo retratar a aula prática de determinação de sólidos realizada no dia 30 de janeiro de 2017 no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro, bem como discutir os resultados e as experiências obtidas em aula. Para isso, a determinação de sólidos foi realizada com a água residual da ETE do IFRJ Nilópolis. Quanto à metodologia, a determinação é do tipo gravimétrica, foram realizados testes em duplicata com volumes pré-estabelecidos a fim de obter-se uma média dos valores encontrados. Os resultados apontam uma baixa quantidade de sólidos, sejam estes totais, dissolvidos ou sedimentáveis, e estes resultados podem ser explicados por vários fatores, dentre eles a grande demanda de chuva que a cidade recebeu nos últimos dias.
Introdução
Das características físicas de uma ETE, o teor de matéria sólida é a maior importância em termos de dimensionamento e controle de operações das unidades de tratamento. A pesquisa de matéria sólida é fonte de uma série de operações unitárias de tratamento, ainda que apresente em média 0,08% do volume dos esgotos a água compõe os restantes 99,92%.
Definições
Sólidos totais (ST): é toda matéria que não seja água, em um despejo, seja em forma dissolvida, coloidal ou em suspensão, ou seja, é o resíduo que permanece após a evaporação da amostra e secagem em estufa.
Estes sólidos totais dividem-se em:
Sólidos Suspensos Totais (SST) = os sólidos que ficam retidos na membrana de fibra de vidro após a filtração;
Sólidos Dissolvidos Totais (SDT) = os que passam na filtração.
Logo: ST = SST + SDT
Sólidos Fixos: é o termo aplicado ao resíduo total, suspenso ou dissolvido, após secagem na mufla a 600°C por 1 hora;
Sólidos Voláteis: é o peso perdido por ignição (combustão);
Sólidos sedimentáveis: é o material em suspensão de densidade maior que a água, que pela a ação da gravidade sedimenta se o sistema estiver em repouso.
A determinação de sólidos no efluente nos permite determinar, controlar e analisar vários fatores de águas residuais, como por exemplo:
Permite o controle da qualidade de operações e processos durante o tratamento.
A determinação do teor de sólidos totais no esgoto indicará se ele é fraco, médio ou forte.
Figura 1 - Classificação dos esgotos de acordo com a concentração de sólidos
Figura 1 - Classificação dos esgotos de acordo com a concentração de sólidos
A relação entre SSV/SST representa a mineralização do lodo e nos indica se este precisa ou não passar por um processo de biodigestão.
É possível determinar a idade do lodo se soubermos a quantidade de lodo no tanque de aeração (Sólidos Suspensos no Tanque de aeração, ou, SSTA) e no reciclo (Sólidos Suspensos no Reciclo de Lodo, ou, SSRL). A idade do lodo representa o tempo médio que uma partícula de lodo permanece no sistema, e isso nos permite classificar o sistema como de lodos ativados convencionais ou de aeração prolongada.
Com os Sólidos Suspensos do Tanque de Aeração podemos, por exemplo, determinar o cálculo de vazão de descarte de lodo e a relação de alimento/microorganismo .
Com a concentração de SST podemos determinar o índice volumétrico do lodo. Este processo é importante pois a partir dele sabemos se a sedimentabilidade do lodo é boa, porque caso haja pouca sedimentabilidade é possível saber que o lodo está pouco compactado e ocupando grande parte do volume do reator, e podemos saber se há um bulking filamentoso no lodo (que é um grande problema em ETEs, pois o lodo poderá passar pelo decantador, aumentando a DBO do esgoto tratado)
Objetivos
O objetivo desta prática era determinar o teor de sólidos em uma amostra do Tanque de aeração do IFRJ. Determinando a quantidade de sólidos totais fixos e voláteis, suspensos fixos e voláteis, dissolvidos e sedimentáveis.
Materiais e Métodos
- Equipamentos e vidrarias
Argola para Funil
Balança analítica de precisão 0,1 mg
Bastão de vidro
Bomba de vácuo
Caçarola de porcelana
Cadinho de porcelana
Cilindro Graduado 100 mL
Cones de Imhoff
Dessecador anidro
Estufa para temperaturas em torno de 105 ºC
Funil de filtração
Garras
Kitassato de 1000 mL
Kitassato de 500 mL
Membrana de poros de 0,45 μm
Forno mufla
Pissete de água destilada
Sistema de microfiltração
Suporte Universal
Reagentes
Não há necessidade.
Procedimentos Experimentais
- Preparo do material:
Foram lavadas duas caçarolas de porcelana, dois cadinhos de porcelana e duas membranas de FIBRA DE VIDRO (lavar as membranas com água destilada no sistema de microfiltração). O vácuo foi aplicado no sistema de filtração e as membranas foram lavadas com três porções sucessivas de 20 mL de água destilada.
Após serem lavadas as membranas de fibra de vidro foram colocadas dentro dos cadinhos (uma membrana para cada cadinho) e em conjunto com as c, foram para o forno mufla, a 600 °C durante 1 hora. Ao sair da mufla, os cadinhos e as caçarolas passaram pelo processo de resfriamento no dessecador por aproximadamente 30 minutos e suas respectivas massas foram determinadas em balança analítica (peso P1).
Depois, foram novamente ao forno mufla por mais 30 minutos, resfriaram por 15 minutos no dessecador para mais uma vez determinar suas correspondentes massas (peso P1). Como os valores de P1 foi constante (a diferença entre as massas foi de aproximadamente 0,5 mg) não houve necessidade de levar os cadinhos e as caçarolas novamente para a mufla.
- Sólidos Totais (ST)
Depois da lavagem da caçarola e da definição do P1, agitou-se bastante o frasco contendo a amostra (Amostra do Tanque de Aeração do IFRJ) e mediu-se 100 mL em cilindro graduado. Desse jeito a amostra foi vertida na caçarola. Depois de verter a amostra lavou-se o cilindro com água destilada de maneira a arrastar todos os sólidos para a caçarola. (Foi feito em duplicata – 2 caçarolas)
A amostra foi levada para placa de aquecimento até a secura com todo cuidado para não permitir que a mistura entrasse em ebulição violenta e a amostra fosse projetada para fora da caçarola. Após levar a secura, a caçarola com o resíduo remanescente foi levada no dessecador para a estuda a 105 °C até secagem completa (1 hora). Depois, foi resfriada em um dessecador na sala de balanças e pesou-se (peso P2).
- Sólidos Totais Fixos (STF)
Após a determinação de P2 a caçarola foi levada ao forno mufla a 600 °C por 1 hora. Depois se resfriou no dessecador durante, aproximadamente, 30 minutos e com a balança analítica definiu sua massa em miligramas (peso P3).
-Sólidos Totais Voláteis (STV)
A diferença entre o peso P2 e o peso P3 é igual ao peso dos Sólidos Totais Voláteis.
Fluxograma:
- Sólidos em Suspensão (SS)
Depois da lavagem do cadinho + membrana de vidro e da definição do P1, tomou-se uma amostra (Amostra do Tanque de Aeração do IFRJ), agitou-se e mediu-se 100 mL em cilindro graduado. (Foi feito em duplicata – 2 cadinhos)
Através do sistema de microfiltração a amostra foi filtrada aplicando vácuo. O cilindro foi lavado com um pouco de água destilada filtrando também esta água de lavagem. Com o auxílio de uma pinça, a membrana de vidro foi cuidadosamente retirada do sistema de microfiltração e retornada para o cadinho de porcelana previamente pesado.
O cadinho contendo a membrana e a amostra foi levado para a estufa à 105 °C por 1 hora. Posteriormente foi resfriado no dessecador e sua massa foi determinada na balança analítica (peso P2).
- Sólidos Suspensos Fixos (SSF)
Após ser pesado, o cadinho retornou para forno mufla à 600 °C por 1 hora e depois resfriado no dessecador. Sua massa foi determinada na balança analítica (peso P3).
- Sólidos Suspensão Voláteis (SSV)
A diferença entre o peso P2 e o peso P3 é igual ao peso dos Sólidos Suspensos Voláteis.
- Sólidos Totais Dissolvidos (STD)
A diferença entre SST e SSV é igual aos Sólidos Totais Dissolvidos.
Fluxograma:
- Sólidos Sedimentáveis (SS)
Uma amostra de 1000 ml foi vigorosamente agitada e vertida no cone Imhoff. A amostra permaneceu em repouso para que houvesse sedimentação dos sólidos durante 45 minutos .Com auxilio de um bastão de vidro os sólidos aderidos às paredes do cone foram retirados para que estes também pudessem ser sedimentados. Por mais 15 minutos os sólidos sedimentaram e a leitura da foi realizada. O experimento foi feito em duplicata.
Resultados e discussão
Sólidos Totais
Peso
Caçarola 1
Caçarola 2
P1
69,3433 g
79,3980 g
P1
69,3430 g
79,3983 g
P2
P3
69,3699 g
69,3616 g
79,4284 g
79,4181 g
Tabela 1 - Peso das caçarolas para determinar sólidos totais
Sólidos Totais
A concentração de sólidos totais é obtida através da fórmula abaixo, onde P2 é massa da caçarola + resíduo seco na estufa, e P1 é a massa da caçarola em peso constante.
STcaç.1= P2-P1volume (L)= 69,3699 g-69,3430 g0,1 L
STcaç.1=0,0269 g0,1 L=0,269 g/L
ST caç.1 = 0,269 g/L x 1000 = 269 mg/L
STcaç.2= P2-P1volume (L)= 79,4284 g-79,3983 g0,1 L
STcaç.2=0,0301 g0,1 L=0,301 g/L
ST caç.2 = 0,301 g/L x 1000 = 301 mg/L
ST=269mgL+301mgL2=285 mg/L
Sólidos Fixos Totais
A concentração de sólidos fixos totais é obtida com a fórmula abaixo, onde P3é a massa é a massa da caçarola + resíduo seco na mufla, e P1 é a massa da caçarola a peso constante.
SFTcaç.1= P3-P1volume (L)= 69,3616 g-69,3430 g0,1 L
SFTcaç.1=0,0186 g0,1 L=0,186 g/L
SFT caç.1 = 0,186 g/L x 1000 = 186 mg/L
SFTcaç.2= P3-P1volume (L)= 79,4181 g-79,3983 g0,1 L
SFTcaç.2=0,0198 g0,1 L=0,198 g/L
SFT caç.2 = 0,198 g/L x 1000 = 198 mg/L
SFT=186mgL+198mgL2=192 mg/L
Sólidos Voláteis Totais
A concentração de sólidos voláteis totais é obtida através da fórmula abaixo, onde P2 é a massa da caçarola + resíduo seco na estuda, e P3 é a massa da caçarola + resíduo seco na mufla.
SVTcaç.1= P2-P3volume (L)= 69,3699 g-69,3616 g0,1 L
SVTcaç.1=0,0083 g0,1 L=0,083 g/L
SVT caç.1 = 0,083 g/L x 1000 = 83 mg/L
SVTcaç.2= P2-P3volume (L)= 79,4284 g-79,4181 g0,1 L
SVTcaç.2=0,0103 g0,1 L=0,103 g/L
SVT caç.2 = 0,103 g/L x 1000 = 103 mg/L
SVT=83mgL+103mgL2=93 mg/L
Logo, temos que a concentração de sólidos totais compreende à concentração de sólidos suspensos totais mais a concentração de sólidos voláteis totais.
A concentração de sólidos voláteis foi determinada com a diferença entre P2 e P3 porque sólidos voláteis são aqueles que quando submetidos à altas temperaturas (600 ºC na mufla) entram em combustão, e estes quase sempre são de natureza orgânica.
Sólidos Suspensos
Peso
Cadinho 1
Cadinho 2
P1
35,4953 g
33,4205 g
P1
35,4952 g
33,4201 g
P2
P3
35,4972 g
35,4950 g
33,4217 g
33,4197 g
Tabela 1 - Peso dos cadinhos para determinar sólidos suspensos
Sólidos Suspensos Totais
A concentração de sólidos suspensos totais é obtida através da fórmula abaixo, onde P2 é a massa do cadinho + membrana com resíduo seco na estufa, e P1é a massa do cadinho + membrana a peso constante.
SSTcad.1= P2-P1volume (L)= 35,4972 g-33,4952g0,1 L
SSTcad.1=0,002 g0,1 L=0,02 g/L
SST cad.1 = 0,02 g/L x 1000 = 20 mg/L
SSTcad.2= P2-P1volume (L)= 33,4217 g-33,4201 g0,1 L
SSTcad.2=0,0016 g0,1 L=0,016 g/L
SSTcad.2 = 0,016 g/L x 1000 = 16 mg/L
SST=20mgL+16mgL2=18 mg/L
Sólidos Suspensos Fixos
A concentração de sólidos suspensos fixos é obtida através da fórmula abaixo, onde P3 é a massa do cadinho + membrana com resíduo seco na mufla, e P1 é a massa do cadinho + membrana a peso constante.
SSFcad.1= P3-P1volume (L)= 35,4950 g-35,4952 g0,1 L
SSFcad.1=-0,0002 g0,1 L=-0,002g/L
SSF cad.1 = -0,002 g/L x 1000 = -2 mg/L
SSFcad.2= P3-P1volume (L)= 33,4197 g-33,4201 g0,1 L
SSFcad.2=-0,0004 g0,1 L=-0,004g/L
SSF cad.2 = -0,004 g/L x 1000 = - 4 mg/L
SSF=-0,002mgL+0,004mgL2=-0,003 mg/L
Sólidos Suspensos Voláteis
A concentração de sólidos suspensos voláteis é obtida através da fórmula abaixo, onde P2 é a massa do cadinho + membrana com resíduo seco na estufa, e P3 é a massa do cadinho + membrana com resíduo seco na mufla.
SSVcad.1= P2-P3volume (L)= 35,4972 g-35,4950g0,1 L
SSVcad.1=0,0022 g0,1 L=0,022 g/L
SSV cad.1 = 0,022 g/L x 1000 = 22 mg/L
SSVcad.2= P2-P3volume (L)= 33,4217 g-33,4197g0,1 L
SSVcad.2=0,0012 g0,1 L=0,012 g/L
SSV cad.2 = 0,012 g/L x 1000 = 12 mg/L
SSV=22mgL+12mgL2=17 mg/L
Logo, a concentração de sólidos suspensos totais compreende à concentração de sólidos suspensos fixos mais a concentração de sólidos suspensos voláteis.
Assim como na determinação de sólidos voláteis totais, a concentração de sólidos suspensos é calculada com a diferença entre P2 e P3, uma vez que os sólidos suspensos voláteis também entram em combustão quando submetidos a altas temperaturas.
A concentração de sólidos totais fixos foi negativa, não se sabe ao certo o porquê, mas pode ter havido algum erro durante o experimento, o que é normal durante um procedimento experimental. Entretanto, com as concentrações determinadas na prática, é possível dizer que os sólidos suspensos eram todos – ou grande parte deles – de natureza orgânica, ou seja, eram voláteis. Isso também pode ser comprovado com fato de que o esgoto bruto utilizado como amostra tinha, visivelmente, baixa concentração de sólidos, e possuía coloração verde, proveniente de algas ali presentes, que ficaram retidas na membrana durante o processo de filtração.
Sólidos Dissolvidos Totais
A concentração de sólidos dissolvidos totais foi determinada através da diferença entre sólidos totais e sólidos suspensos toais.
Sólidos Dissolvidos Totais = Sólidos Totais – Sólidos Suspensos Totais
Sólidos Dissolvidos Totais = 285 mg/L – 18 mg/L
Sólidos Dissolvidos Totais = 267 mg/L
A concentração máxima de sólidos dissolvido totais permitida para ser lançada em corpos hídricos de classe 1 e 3 é de 500 mg/L, segundo a Resolução CONAMA 357/2005. Sendo assim, a concentração de sólidos dissolvidos no esgoto bruto do IFRJ está dentro dos padrões de lançamento dessas legislações, caso este não seja tratado.
É notório que até o momento ainda não foram determinadas a concentração de sólidos dissolvidos fixos e sólidos suspensos voláteis. Entretanto, essa determinação pode ser feita através de:
Sólidos dissolvidos fixos:
Sólidos dissolvidos fixos=sólidos fixos totais-sólidos suspensos fixos
SDF = 192 mg/L – (-0,003) mg/L ,
Logo, a concentração sólidos dissolvidos fixos é 190,003 mg/L.
Sólidos dissolvidos voláteis:
Sólidos dissolidos voláteis=sólidos voláteis totais-sólidos suspensos voláteis
SDV = 93 mg/L – 17 mg/L
Logo, a concentração de sólidos dissolvidos voláteis é 76 mg/L;
Sólidos Sedimentáveis
Como visualmente a concentração de sólidos já era muito baixa, já era de se esperar que o valor de sólidos sedimentáveis seria pequena, e a leitura feita condiz com o valor máximo de sólidos sedimentáveis segundo a CONAMA 430/2011, que é < 1 ml/L.
O volume de amostra utilizado nas determinações foi de 100 ml, mas geralmente é menor. Entretanto, esse volume foi utilizado por conta da baixa concentração de sólidos prevista e comprovada no experimento. Sendo assim, de acordo com o resultado obtido podemos classificar o esgoto do IFRJ como fraco (fig.1).
Dificuldades encontradas
Não foram encontradas dificuldades durante a realização da prática.
Sugestões para os próximos grupos
Sugerimos que os próximos grupos, para um melhor resultado experimental, comecem a fazer a prática no dia anterior. O primeiro dia seria utilizado apenas para levar os cadinhos e caçarolas a peso constante, já que é um processo muito demorando.
Sugerimos também que os grupos esperem um tempo maior de resfriamento das porcelanas, a fim de que fiquem melhor estabilizadas, para ter uma exatidão melhor.
Conclusão
Fica claro, portanto, que a determinação de sólidos é de grande importância a fim de manusear bem o sistema de uma Estação de Tratamento de Esgoto (ETE), pois é a partir da concentração de sólidos em uma ETE que se medem alguns parâmetros determinados pelos órgãos de legislação. Além disso, estabelece a idade do lodo, indica o índice volumétrico de lodo, a relação alimento e microrganismo e a vazão de descarte do lodo que são significativos para o manuseio da ETE.
Bibliografia
METCALF & EDDY.. "Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse". 4th Ed. New York, USA: Metcalf & Eddy, Inc. 2004.
Universidade Federal de Campina Grande. (s.d.). Acesso em 3 de Fevereiro de 2017, disponível em Site da UFCG: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/ES02_05.html
Universidade Federal de Santa Catarina. (s.d.). Acesso em 3 de Fevereiro de 2017, disponível em Site da UFSC: https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/94602/Viviane%20Kolm.PDF?sequence=1
