Guia Completo para Medição de Turbidez na Água

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Turbidez é uma das qualidades mais comuns a serem analisadas na água. Uma das primeiras coisas que notamos quando vemos a água, é o quão turva ela é. Entretanto, esta esconde algumas implicações muito importantes. A turbidez pode afetar desde como a água é desinfetada até a qualidade de nossos lagos, rios e oceanos.

Neste guia, iremos lhe mostrar, o que é a turbidez, as razões da qual ela é medida, opções para análises e dicas de como obter resultados mais precisos.

O que é Turbidez?

De maneira mais simples, turbidez é o grau de nebulosidade da água. Esta nebulosidade comumente vem de partículas suspensas na água que não podem ser vistas individualmente. Estas partículas podem ser algas, sujeiras, minerais, proteínas, óleos ou até mesmo bactérias.

A turbidez é uma medição óptica que indica a presença de partículas suspensas. É medido através de um feixe de luz que atravessa uma amostra, e assim quantificando a concentração de partículas suspensas. Quanto maior a quantidade de partículas na solução, maior será a turbidez.

É importante notar o quanto que a turbidez correlaciona-se com sólidos suspensos, medir turbidez não é a mesma coisa que medir Totais de Sólidos Suspensos (TSS). Medições de TSS são gravimétricas, das quais quantificam a massa de sólidos suspensos na amostra, realizada através da medição de peso dos sólidos separados.

A Importância da Turbidez

A turbidez é um parâmetro de qualidade de água de referência em todos os ambientes, desde a instalação municipal de água potável até o monitoramento ambiental.

O objetivo primário para o tratamento de água potável é a remoção e redução de turbidez. Através de processos de tratamento, a turbidez é medida em diversos estágio para determinar a eficiência do tratamento e para adequação aos regulamentos governamentais. A matéria suspensa (solos, algas, etc) na água reduz a efetividade de desinfetantes químicos e podem agir como portadores de bactérias e parasitas.

Estas partículas suspensas são evidenciadas na água quando esta aparenta estar turva e possui um alto valor de turbidez.      Mesmo sem turbidez, reduzindo a eficácia da cloração, a clareza geral da água é um indicador de qualidade, tranquilizando o consumidor de sua segurança. Afinal, ninguém quer beber água turva da torneira!

A turbidez possui uma ampla importância quando falamos de monitoramento ambiental, funcionando como um indicador de poluição. Por exemplo, após eventos como tempestades acabam por trazer sedimentos de locais próximos, como fazendas, locais de construção e etc.  Isso pode atrapalhar a vida aquática que reside no fundo da água, o que exigiria a dragagem para remediar.

Os impactos de construções próximas são tão significantes, que USEPA (Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos) exige que muitos locais de construção com mais de um acre, monitorem a turbidez após grandes tempestades para garantir que eles cumpram suas permissões.

Além da medição de turbidez em água potável, efluentes e monitoramento ambiental, medir a turbidez também é útil para vinicultores, assim como outros setores ligados a alimentação e bebidas.

Como a Turbidez é Medida?

Há muitos métodos para medir turbidez. Como é uma medição de quão turva está a água, nós podemos usar todos os métodos visuais em escala cheia para quantificar

Alguns métodos visuais são ideias para um uso rápido em campo, assim como o disco Secchi. Este consiste num disco que é mergulhado na água até que não possa mais estar visível. A profundidade da qual o disco não se torna visível é a profundidade Secchi. Este método é subjetivo e funciona apenas em águas com pouca movimentação e em águas naturais de baixa turbidez.

A melhor maneira de medir turbidez numa ampla variedade de amostras, é utiliza um nefelômetro, também conhecido como medidor de turbidez. Medidores de turbidez utilizam uma luz e um fotodetector para medir a refração de luz, e realiza a leitura em unidades de turbidez, como Unidades Nefelométricas de Turbidez (NTU) ou Unidades de Formazina de Turbidez (FTU).

Como Reduzimos a Turbidez?

Muitos esforços para reduzir a turbidez são direcionados para a prevenção de eventos de escoamento. Entretanto, estações de água potável e efluentes tratam a água bruta para reduzir a turbidez. Regulamentações são postas para garantir a segurança da água potável e a eficiência do processo. Um dos primeiros passos para o tratamento de água potável é a remoção de partículas suspensas na água.

Para chegar a clarificação, a água é misturada com um coagulante, como o alume. O solo e outros partículas que possuam carga negativa repelem umas às outras, resultando na dispersão de pequenas partículas. A adição de alume neutraliza o material suspenso, então as partículas destas matérias juntam-se umas às outras, formando partículas maiores, conhecidas como “floc”. A água é então passada através de uma bacia de sedimentação, onde os meios filtrantes removem o floc.

Se a água bruta já possui naturalmente um baixo nível de turbidez (geralmente subterrânea) então o processo de sedimentação possa talvez ser encurtado, economizando tempo e dinheiro. Após a maioria das partículas dissolvidas terem sido removida, a água é então passada através de um filtro final que remova até 99.5% dos sólidos suspensos restantes.

A USEPA exige que 95% da água potável no período de um mês possua uma leitura de turbidez menor que 0.5 NTU, e que nenhuma amostra exceda 5 NTU a qualquer momento.

Escolhendo um Medidor de Turbidez

Medidores de turbidez são dispositivos que possuem uma fonte de luz, lentes e um detector localizado 90º a partir da fonte da luz que funcionam juntas para medir a turbidez de uma amostra. Quando uma amostra é posta no caminho entre uma fonte de luz e o detector, algumas das partículas na amostra dispersam a luz de forma que atingem o detector a 90º. O detector determina a quantidade de luz dispersa e compara a leitura contra algum padrão numa curva de calibração.

Alguns medidores incorporam outro detector a 180º para contar a luz transmitida. Isto pode ajudar com amostras que possuam alto nível de turbidez para corrigir a luz perdida devido a atenuações e reflexões. Medições de turbidez em 90º e 180º são chamadas de método ratio.

Uma vez que você já tem o medidor, obter medições de turbidez será fácil e envolve apenas alguns passos:

  1. Calibre o medidor com as cubetas padrões.
  2. Preencha a cubeta com sua amostra.
  3. Limpe a parte de for a da cubeta, caso esteja trabalhando com amostras com baixo nível de turbidez, use óleo de silicone na parte de fora da cubeta.
  4. Ponha a cubeta dentro do medidor e obtenha sua leitura.

Padrões de Turbidez

Os padrões de turbidez são uma parte igualmente importante da medição. A maioria dos padrões de turbidez modernos são feitos de formazinha, um polímero sintético com um tamanho de partícula uniforme. O polímero é feito de hidrazina e hexametiletilenotetramina. A consistência deste composto levou a adota-lo como padrão de quase todas as organizações regulamentadoras, como a ISO, EPA e ASBC. Uma suspensão de 1.25 mg/L de sulfato de hidrazina e 12.5 mg/L de hexametiletilenotetramina em água possui a turbidez de uma Unidade Turbidimétrica de Formazina (FTU).

Outras unidades turbidimétricas são baseadas em FTUs, mas sua base varia de acordo com o método usado. Há muitas unidades diferentes, mas aqui vão alguns exemplos:

  • Unidade Turbidimétrica Nefelométrica (NTU): Unidade igual a FTU, mas medida usando um design de turbidímetro que atende aos padrões da EPA.
  • Unidade de Taxa de Turbidez Nefelométrica (NTRU): unidade baseada na EPA que usa o método de razão para determinar a turbidez.
  • Unidades Nefelométricas de Formazina (FNU), igual a FTU, mas mede usando padrões ISO 7027 para o tipo do medidor.
  • Sociedade Americana de Químicos Fabricantes de Cerveja (ASBC-FTU): Utiliza padrões ASBC para o tipo de turbidímetro.

É importante decidir qual método você deseja adotar quando estiver escolhendo um medidor de turbidez. Existem muitos tipos de medidores de turbidez, mas dois destes são os mais comuns: os que adotam a regulamentação EPA 180.1 e os que adotam a ISO 7027.

É importante notar que os medidores não são aprovados individualmente por esses órgãos. Estes simplesmente obedecem aos requisitos estabelecidos para esses padrões estabelecidos.

Medidores de Turbidez – Conformidade EPA

Medidores em conformidade com os padrões EPA 180.1, este padrão é utilizado para determinar turbidez em amostras de água potável, terra, superfície, resíduos e água do mar. Este trabalha melhor em faixas de 0 a 40 NTUs, sendo ideal para amostras de turbidez com faixa baixa.

Adicionalmente, estes medidores precisam seguir os seguintes requerimentos (Resumo de Métodos para a Determinação de Substâncias Inorgânicas em Amostras Ambientais):

  • Fonte de luz a partir de uma lâmpada de tungstênio operando numa temperatura de cor entre 2200-3000ºK.
  • A distância percorrida pela luz incidente e a luz dispersada na amostra não podem exceder um total de 10 cm.
  • Detector: Centralizado em 90º da luz incidente e não exceder ±30° dos 90º. O detector, e sistemas de filtro, se usados, devem ter um pico espectral entre 400 nm e 600 nm.
  • A área sensitiva do instrumento deve permitir detecção de uma diferença de turbidez de 0.02 NTU ou menos em águas que possuam nível de turbidez menor que uma unidade.

Baseado nesses requerimentos, medidores em conformidade com a EPA são:

 (+) Ótimos para medições em faixa baixa, como água potável.
(+)Conforme os padrões EPA para relatórios.
(–)Menos eficaz com amostras coloridas devido a absorbância de luz branca.

Medidores de Turbidez em Conformidade com ISO

Os medidores que estão em conformidade com a ISO são o próximo estilo mais comum de medidor de turbidez. Esses medidores possuem requisitos semelhantes aos da EPA, mas possuem algumas diferenças importantes:

  • O comprimento de onda da fonte de luz precisa ser um LED infravermelho de 860 nm. Note que esta é tecnicamente uma luz não visível, mas sim uma radiação infravermelha (IR).
  • A banda espectral da radiação incidente deve ser menor ou igual a 60 nm.

Medidores em conformidade com a ISO também possuem detectores de luz em aproximadamente 90º a partir da fonte de radiação, apesar do método também suportar o uso de detectores em outros ângulos para determinar a quantidade de luz que é atenuada pela amostra (ex: em 0º). Resumindo:

(+) Medidores ISO utilizam um LED infravermelho, o que elimina a interferência por cores da amostra.
(+) Suporta método Ratio, permitindo maior precisão em amostras com altos níveis de turbidez.
(–) Não aceito para relatórios de conformidade com a EPA-US.

Não importa qual tipo de medidor você escolher, tenha certeza de consultar alguma agência regulatória para ver se os valores de turbidez são adequados para relatórios. Ambos os tipos de medidores podem utilizar padrões de Formazina ou AMCO-AEPA-1.

Seis Dicas para Medições Exatas de Turbidez

Agora que você sabe como obter medições e quais tipos de medidores estão disponíveis, vamos analisar algumas das melhores práticas para testes de turbidez:

1.   Comece com Cubetas de Boa Qualidade

Como já falado, quando estamos medindo turbidez, estamos medindo a nebulosidade de uma amostra causada por sólidos suspensos. Para fazer isso, precisamos de um frasco que contenha sua amostra. Assim como os testes colorimétricos para cloro ou DQO, utiliza-se células, ou cubetas, para conter sua amostra.

As cubetas são uma parte crítica da equação, pois a luz passa através dela, assim como pela amostra. Tenha certeza de que sua cubeta esteja limpa e livre de qualquer arranhão ou impressões digitais. Estes são interferentes para a luz, levando a resultados errôneos.

Para evitar isto, substitua qualquer cubeta que apresente imperfeições.

2. Lubrifique suas cubetas

Assim como arranhões visíveis e imperfeições no vidro podem afetar suas leituras de turbidez, pequenas imperfeições imperceptíveis pode também afetar seus resultados de turbidez. Estes arranhões com arranhões microscópicos são extremamente relevantes se você medir amostras em faixa baixa, como água potável.

O óleo de silicone pode ser usado para mascarar pequenas imperfeições no vidro. O óleo de silicone possui o mesmo índice de refração do vidro, sendo assim, não irá interferir nas leituras. Ponha algumas gotas do óleo sob a cubeta e então passe um pano que não elimine pêlos. Uma vez feito corretamente, você deverá ter uma cubeta virtualmente seca, sem que o óleo seja visível.

É importante notar que o óleo de silicone é efetivo apenas com pequenas imperfeições no vidro. Arranhões maiores e mais visíveis devem levar em conta a substituição da cubeta.

3. Utilizando Padrões de Turbidez Novos

Podemos todos concordar que a chave para resultados exatos e precisos é uma boa calibração, e uma calibração precisa acompanha resultados confiáveis.

Embora os padrões modernos baseados em formazina sejam mais estáveis e confiáveis do que os usados historicamente, eles ainda são perecíveis. Os métodos da EPA determinam que os padrões de estoque de formazina (a 40 NTU) feitos internamente devem ser preparados mensalmente e que quaisquer diluições desta norma devem ser preparadas diariamente. Posteriormente, os padrões de formazina tendem a coagular-se e depositar-se no fundo do recipiente.

Para economizar tempo, procure os padrões primários AMCO-AEPA-1 que estejam disponíveis comercialmente e se adequam ao seu medidor. Idealmente, esses padrões devem vir como um kit em frascos pré-selados que você pode colocar facilmente na cubeta. Os padrões AMCO também são muito mais estáveis em termos de prateleira do que os padrões caseiros de formazina, permitindo anos de uso (cerca de 3 anos). Procure por aqueles com um certificado de análise (COA) e data de validade para maior tranquilidade.

4. Limpando as Cubetas

Nós sempre deixamos alguma louça, ou a limpeza do laboratório para ser realizada depois, entretanto, quando estamos medindo turbidez, isto definitivamente não pode ser feito com as cubetas. Manchas presentes nas cubetas podem absorver a luz ou dispersa-la, resultando em medições de turbidez com cubetas de vidro sujo, interferindo assim nos resultados. É crucial que as cubetas estejam perfeitamente limpas para realizar uma medição.

Se alguma mancha se formar no vidro, use um ácido diluído ou outro limpador removedor de manchas. Uma vez limpo, assegure de enxaguar suas células de turbidez com água livre de turbidez, como água deionizada de alta pureza filtrada com membrana de ≤ 0.2 µm.

5. Utilizando o Método Ratio

À medida que as partículas suspensas numa amostra aumentam, a amostra tende a dispersar, absorver ou refletir a luz. Esta “perda” de luz pode causar medições de turbidez diferentes do valor real.

Você pode resolver estes problemas com amostras de alta turbidez de duas maneiras. Uma delas é dilui-las como água de alta pureza, sem turbidez. Uma vez diluída, a amostra é medida como o padrão e então corrigindo pelo fator de diluição. Por requerimento da EPA 180.1, qualquer amostra com valor acima de 40 NTU deve ser diluída para realizar a medição.

Outra maneira de compensar a luz perdida ou atenuada é o uso do método ratio. Muitos medidores são equipados com outros detectores em outros ângulos para determina e compensar a luz perdida. Medidores que utilizam deste método estão conforme o Standard Method 2130B e USEPA.

6. Evitando Condensações em suas Cubetas

Finalmente, turbidez pode ser afetada por condensação. Com o tempo, uma condensação pode se formar no vidro, especialmente se suas amostras estiverem bem geladas. A condensação no exterior do vidro obscurece suas amostras, causam leituras de turbidez errôneas.

Você pode evitar isto, embora um simples passar de pano (este limpo e sem pelos) periódico já baste. Lubrificar a cubeta ajuda a reduzir a condensação, mas é importante ter em mente que este ajuda em pequenos detalhes.

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