O termo TOC (Carbono Orgânico Total) refere-se à concentração total de carbono ligado organicamente numa amostra de água. O valor de TOC é um parâmetro chave na análise de água, que é de grande importância tanto para o tratamento de água industrial como para o tratamento de águas residuais. Serve como indicador da contaminação orgânica da água ou das águas residuais e permite monitorizar a qualidade e a pureza da água de processo, da água potável ou das águas residuais.
Ao contrário das análises de poluentes específicos, que registam substâncias individuais como o benzeno ou os óleos, o valor do COT fornece informações resumidas sobre todos os compostos orgânicos contidos na água. O TOC inclui tanto compostos orgânicos naturais (por exemplo, substâncias húmicas) como compostos de carbono sintéticos (por exemplo, solventes ou hidrocarbonetos). Isto faz da análise TOC um importante método de controlo para muitas aplicações industriais.
Índice
Contexto técnico: Componentes do TOC
O valor TOC é composto por várias fracções de carbono, que são claramente diferenciadas na análise:
Carbono total (CT):
- O teor total de carbono na água, incluindo componentes orgânicos e inorgânicos.
Carbono inorgânico (CI):
- Estes incluem carbonatos dissolvidos (CO₃²-), bicarbonatos (HCO₃-) e ácido carbónico dissolvido (H₂CO₃).
Carbono orgânico (CO):
- Todo o carbono ligado organicamente presente na forma dissolvida ou particulada.
Carbono orgânico dissolvido (DOC):
- O teor de carbono orgânico que se encontra dissolvido na água e que pode ser separado das partículas por filtração (filtração com 0,45 µm).
Carbono orgânico particulado (POC):
- Compostos orgânicos de carbono que estão presentes na forma de partículas e não estão dissolvidos na água.
Métodos de medição para a determinação do COT
A medição do COT é geralmente efectuada através da queima ou da oxidação dos compostos de carbono em dióxido de carbono (CO₂), que é depois analisado quantitativamente. Existem dois métodos estabelecidos:
1. oxidação térmica (combustão a alta temperatura)
- Como é que funciona: A amostra de água é queimada a temperaturas de 600-1200 °C numa atmosfera rica em oxigénio. Os compostos orgânicos de carbono são completamente oxidados a CO₂.
- O CO₂ produzido é então quantificado utilizando um detetor NDIR (detetor de infravermelhos não dispersivos).
- Vantagem: Alta precisão e oxidação completa de todas as substâncias orgânicas.
- Desvantagem: consome muita energia e é suscetível de ser utilizada com amostras muito carregadas de partículas.
2. oxidação química húmida (oxidação UV/persulfato)
- Modo de funcionamento: As substâncias orgânicas são oxidadas por adição de persulfato de sódio (Na₂S₂O₈) e irradiação com luz UV. Isto também produz CO₂, que é detectado.
- Vantagem: Mais suave para os componentes do aparelho, particularmente adequado para água com uma baixa carga de TOC.
- Desvantagem: É possível a oxidação incompleta de compostos orgânicos altamente estáveis.
Importância do COT na tecnologia das águas industriais e das águas residuais
O valor TOC é um parâmetro de controlo decisivo para a contaminação orgânica da água e é utilizado em muitas áreas industriais para monitorização de processos, garantia de qualidade e conformidade legal.
1. Produção de água ultrapura e de água desmineralizada
- A indústria eletrónica, a indústria farmacêutica e a produção de células solares exigem os mais elevados padrões de pureza da água.
- Der TOC-Wert muss in Reinstwasseranlagen extrem niedrig liegen, typischerweise < 0,05 mg/L, um Verunreinigungen in empfindlichen Produktionsprozessen zu vermeiden.
- Nos sistemas de osmose inversae de permutador de iões, a monitorização do TOC fornece um aviso prévio de danos na membrana ou de contaminação da resina.
Foto: O nosso sistema de osmose inversa ALMA OSMO para a produção de água desmineralizada
2. circuitos de água de arrefecimento
- Nos circuitos de água de arrefecimento, a contaminação orgânica pode levar à bioincrustação (crescimento de microrganismos) e à corrosão.
- A medição regular do COT ajuda a controlar a carga orgânica e a aplicar as medidas necessárias, como a adição de biocidas, de forma orientada.
3. tratamento de águas residuais
- No tratamento de águas residuais industriais, o valor do COT é utilizado como indicador da carga orgânica total.
- Um aumento da concentração de COT indica cargas orgânicas elevadas que necessitam de ser decompostas nas fases de tratamento biológico ou químico-físico.
- Limites típicos de COT para águas residuais:
- Einleitgrenzwert für die Industrie: < 20 mg/L (variiert je nach Region und Industrie).
Valores-limite e normas
Em muitas indústrias, existem limites fixos de COT para garantir a qualidade da água:
- Reinstwasser für Pharmaindustrie: < 0,5 mg/L (gemäß USP-Norm).
- Circuitos de água de arrefecimento: Os limites típicos de TOC situam-se na gama de 1-5 mg/L para minimizar a bioincrustação.
- Águas residuais industriais: os valores de COT devem frequentemente ser inferiores a 20 mg/L, dependendo dos regulamentos ambientais regionais.
Processo de redução de TOC no tratamento de águas residuais
A redução do carbono orgânico total (COT) no tratamento de águas residuais industriais é conseguida principalmente através de processos biológicos. Estes utilizam a capacidade dos microrganismos para decompor os compostos de carbono orgânico e convertê-los em biomassa e dióxido de carbono (CO₂). Dependendo da carga, da composição das águas residuais e dos objectivos de purificação exigidos, são utilizados vários processos biológicos:
1. processo de lamas activadas
O processo de lamas activadas é o processo biológico mais utilizado para reduzir o COT no tratamento de águas residuais. Baseia-se na promoção direcionada de microrganismos aeróbicos que oxidam compostos orgânicos.
Funcionalidade:
- As águas residuais são arejadas com oxigénio num tanque de arejamento para fornecer oxigénio suficiente às bactérias aeróbias.
- Os microrganismos utilizam os compostos de carbono orgânico como fonte de energia e nutrientes e decompõem-nos em dióxido de carbono (CO₂), água e biomassa (lamas activadas).
- As lamas activadas são depois sedimentadas num clarificador secundário, onde a massa de água purificada é separada.
Desempenho de redução do COT:
- O processo de lamas activadas pode remover 70-95% do COT, dependendo da composição das águas residuais e do tempo de retenção hidráulica.
Foto: Tanque de arejamento do nosso processo ALMA BHU BIO
2. biofiltração
A biofiltração é outro processo biológico para a redução do COT. Neste processo, os compostos orgânicos de carbono são decompostos por microrganismos que aderem a um material de suporte sólido.
Funcionalidade:
- As águas residuais são canalizadas através de um leito filtrante constituído por materiais como areia, carvão ativado, suportes de plástico ou materiais cerâmicos.
- Sobre estes materiais de suporte formam-se biofilmes constituídos por microrganismos. As bactérias metabolizam os compostos orgânicos em CO₂ e biomassa.
- A biofiltração pode ocorrer tanto em condições aeróbias (com oxigénio) como em combinação com zonas anaeróbias.
Desempenho de redução do COT:
- Elevada redução de TOC de 80-98%, especialmente para águas residuais com baixas cargas orgânicas residuais.
Áreas de aplicação:
- Pós-tratamento de águas residuais tratadas biologicamente (polimento).
- Tratamento de fluxos de águas residuais com baixas concentrações de TOC.
- Como pré-tratamento para sistemas de osmose inversa para reciclagem de água interna.
3. tratamento anaeróbio
O tratamento anaeróbio é um processo de redução do COT que ocorre sem oxigénio. Os microrganismos decompõem as substâncias orgânicas em condições anaeróbicas e convertem-nas em biogás (metano e dióxido de carbono).
Funcionalidade:
- As águas residuais são tratadas num reator anaeróbio, por exemplo, num reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) ou um reator reator EGSB (leito de lamas granulares expandidas)..
- A degradação é efectuada por bactérias anaeróbias, que convertem os compostos orgânicos em metano (CH₄) e CO₂ em várias fases (hidrólise, formação de ácido e formação de metano).
- O biogás resultante pode ser utilizado para gerar energia, por exemplo, em centrais de produção combinada de calor e eletricidade (CHP) para gerar eletricidade e calor.
Desempenho de redução do COT:
- A redução de TOC é de 80-95%, especialmente para águas residuais com uma elevada carga orgânica.
Áreas de aplicação:
- Águas residuais com elevadas cargas orgânicas, como na indústria alimentar, na indústria de bebidas ou na produção de biocombustíveis.
4º processo MBBR (Reator de Biofilme de Leito Móvel)
O processo processo MBBR combina as vantagens do processo de lamas activadas e da biofiltração. Utiliza materiais portadores móveis que flutuam num reator arejado e em cuja superfície crescem biofilmes.
Funcionalidade:
- Os meios de transporte consistem em corpos de plástico especiais com uma grande superfície específica, nos quais os microrganismos colonizam.
- As águas residuais são arejadas no reator, o que mantém os meios de transporte em movimento. Os microrganismos do biofilme decompõem os compostos orgânicos de carbono.
- A biomassa adere de forma estável ao material de suporte, o que significa que não é necessária uma clarificação secundária para separar as lamas.
Desempenho de redução do COT:
- O processo MBBR atinge uma redução de COT de 70-95%, dependendo do tempo de retenção hidráulica e da carga.
Foto: A nossa unidade de biogás anaeróbio ALMA BHU GMR com tanque de sedimentação e recirculação de biomassa
Conclusão
O valor TOC é um parâmetro indispensável no tratamento de águas industriais e de águas residuais para monitorizar e controlar a contaminação orgânica da água. A sua determinação fiável permite o cumprimento das normas de qualidade, a deteção precoce de falhas nas estações de tratamento e o cumprimento dos regulamentos legais para a descarga de águas residuais.
O COT pode ser determinado de forma precisa e fiável utilizando métodos de medição modernos, como a oxidação térmica ou a oxidação UV/persulfato.
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