A medição do oxigénio é um método essencial na tecnologia da água industrial e das águas residuais para determinar o teor de oxigénio dissolvido (DO) em meios aquosos. Fornece informações essenciais sobre a qualidade da água, a eficiência dos processos biológicos e o controlo dos sistemas técnicos. A concentração de oxigénio tem uma influência significativa nos processos biológicos, químicos e físicos, razão pela qual uma medição e monitorização precisas são essenciais para muitas aplicações.
Índice
Importância da medição do oxigénio
Tratamento da água
- Controlo de águas claras:
- A concentração de oxigénio serve como indicador da qualidade da água em águas naturais ou após o tratamento de água potável.
- Controlo da corrosão:
- O oxigénio promove processos de corrosão, particularmente em tubagens, permutadores de calor e caldeiras. A monitorização precisa do oxigénio permite medidas específicas, como a utilização de ligantes de oxigénio.
Tratamento de águas residuais
- Processos de limpeza biológica:
- Nas estações de tratamento biológico de águas residuais, os microrganismos necessitam de oxigénio para decompor as substâncias orgânicas. A medição do oxigénio é utilizada para otimizar os sistemas de arejamento.
- Evitar a anaeróbia:
- A insuficiência de oxigénio pode conduzir a condições anaeróbias que produzem produtos metabólicos indesejáveis, como o metano ou o sulfureto de hidrogénio.
Aplicações industriais
- Circuitos de água de arrefecimento:
- Níveis de oxigénio demasiado elevados promovem a bioincrustação e a corrosão, enquanto níveis demasiado baixos aumentam o risco de microrganismos anaeróbios.
- Controlo de processos:
- Muitos processos industriais (por exemplo, fermentação, processamento de alimentos) requerem concentrações de oxigénio definidas com precisão.
Noções básicas de oxigénio dissolvido
Definição e solubilidade
- Oxigénio dissolvido:
- Oxigénio que se encontra fisicamente dissolvido na água sem formar uma ligação química.
- Solubilidade:
- Dependendo da temperatura, da pressão e do teor de sal:
- As temperaturas mais elevadas e a salinidade reduzem a solubilidade.
- As temperaturas mais baixas e a pressão atmosférica mais elevada aumentam-nas.
- Dependendo da temperatura, da pressão e do teor de sal:
Concentração de saturação
- A quantidade máxima de oxigénio que a água pode absorver em determinadas condições é conhecida como a concentração de saturação.
- Exemplo: A 20 °C e a uma pressão atmosférica de 1013 hPa, a concentração de saturação na água doce é de cerca de 9 mg/L.
Factores de influência
- Processos biológicos:
- A respiração dos microrganismos e das plantas diminui a concentração de oxigénio.
- A fotossíntese e a difusão do ar aumentam-no.
- Processos químicos:
- As reacções de oxidação consomem oxigénio.
- Influências físicas:
- A turbulência e o arejamento aumentam o consumo de oxigénio.
Foto: Tanque de aeração do nosso ALMA BHU BIO
Métodos de medição do oxigénio dissolvido
1. Medição amperométrica do oxigénio (elétrodo de Clark)
- Princípio de funcionamento:
- Uma célula eletroquímica mede o teor de oxigénio através da redução do oxigénio num cátodo.
- A corrente eléctrica resultante é proporcional à concentração de oxigénio.
- Estrutura:
- O ânodo (prata ou platina) e o cátodo (ouro ou platina) são mergulhados numa solução electrolítica.
- Uma membrana permeável ao oxigénio separa a célula de medição do meio.
- Aplicações:
- Utilização em estações de tratamento de águas residuais, águas de processo e aquacultura.
- Vantagens:
- Elevada precisão, mesmo com baixas concentrações de oxigénio.
- Desvantagens:
- Manutenção intensiva, uma vez que as membranas e o eletrólito devem ser substituídos regularmente.
2. Medição ótica do oxigénio (método de luminescência)
- Princípio de funcionamento:
- O oxigénio influencia o tempo de vida da fluorescência de um material sensor que é excitado pela luz.
- A alteração da fluorescência é utilizada para determinar a concentração de oxigénio.
- Estrutura:
- Os sensores ópticos utilizam películas especiais sensíveis ao oxigénio que funcionam com LEDs e fotodetectores.
- Aplicações:
- Reactores aerados, controlo de processos de fermentação, monitorização de águas potáveis e residuais.
- Vantagens:
- Manutenção reduzida, sem necessidade de solução electrolítica, tempo de resposta rápido.
- Desvantagens:
- Custos de aquisição mais elevados em comparação com o método amperométrico.
3. Método de Winkler (titulação)
- Princípio de funcionamento:
- O oxigénio reage com os iões de manganês(II) e forma óxido de manganês(IV). Este é reduzido pelo iodeto, pelo que a quantidade de iodo libertada é proporcional à concentração de oxigénio.
- Aplicação:
- Método laboratorial, adequado para calibração e medições de referência.
- Vantagens:
- Muito preciso, independente de influências eléctricas.
- Desvantagens:
- Demora muito tempo e não é adequado para medições contínuas.
Áreas de aplicação e exemplos práticos
Estações de tratamento de águas residuais
- Objetivo da medição do oxigénio:
- Controlo do arejamento no tanque de lamas activadas.
- Evitar a ventilação excessiva para reduzir os custos energéticos.
- Assegurar um fornecimento suficiente de oxigénio aos microrganismos.
- Locais de medição:
- Entrada, tanque de arejamento, clarificador secundário.
- Valores-alvo:
- Concentrações típicas de oxigénio: 2-4 mg/L em tanques de arejamento.
Tratamento de água potável
- Objetivo da medição do oxigénio:
- Controlo do oxigénio para evitar a corrosão.
- Garantir a estabilidade química.
- Locais de medição:
- Entrada de água bruta, fases de oxidação, água final.
- Valores-alvo:
- Frequentemente próximo da concentração de saturação (aprox. 8-10 mg/L a 20 °C).
Circuitos de água de arrefecimento
- Objetivo da medição do oxigénio:
- Evitar a corrosão pelo oxigénio.
- Controlo da prevenção de bioincrustações com redutores de oxigénio ou biocidas.
- Locais de medição:
- Entrada e saída de permutadores de calor, retornos de condensado.
- Valores-alvo:
- Oft < 0,5 mg/L, insbesondere in geschlossenen Systemen.
Controlo da água
- Objetivo da medição do oxigénio:
- Avaliação da qualidade da água.
- Monitorização dos défices de oxigénio sob carga biológica.
- Valores-alvo:
- O bom estado ecológico exige pelo menos 5 mg/L de oxigénio nos rios e lagos.
Foto: O sistema de arejamento de um tanque de arejamento (processo: ALMA BHU BIO)
Desafios e optimizações
Influência das falhas
- A interferência de depósitos, biofilmes ou sujidade nos sensores pode falsificar os resultados da medição.
- Solução:
- Limpeza e calibração regulares dos sensores.
- Utilização de sensores de auto-limpeza ou de mecanismos de escovagem integrados.
Flutuações no processo
- Cargas dinâmicas de oxigénio devidas a cargas de entrada variáveis ou a flutuações de temperatura.
- Solução:
- Utilização de sistemas de medição em linha com monitorização em tempo real e controlo automático da ventilação.
Consumo de energia
- Os controlos ineficientes dos sistemas de ventilação podem aumentar as necessidades de energia.
- Solução:
- Otimização da ventilação através de ventiladores com controlo de frequência, associados a sensores de oxigénio.
Conclusão
A medição do oxigénio é um instrumento indispensável na tecnologia de águas industriais e de águas residuais. Permite a monitorização e o controlo precisos de processos biológicos, químicos e físicos que dependem da disponibilidade de oxigénio. Os métodos de medição modernos, como o método de luminescência ótica, oferecem uma elevada precisão e facilidade de manutenção, enquanto os métodos clássicos, como a medição amperométrica, continuam a ser convincentes em muitas aplicações. Uma medição fiável do oxigénio não só contribui para a otimização dos processos, como também é um fator decisivo para o cumprimento das normas ambientais e de qualidade.
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