Quais são os padrões básicos de qualidade da água e a importância dos sensores de qualidade da água?

A água é essencial para usinas de energia, indústrias de fertilizantes, farmacêuticas, de bebidas, de processamento químico e de tratamento de efluentes. Um único setor industrial pode ter requisitos variados quanto aos padrões de qualidade da água. A água passa por diversos tratamentos químicos e físicos ao percorrer as múltiplas etapas dentro dessas indústrias. O monitoramento dessas mudanças é fundamental para garantir a conformidade com todos os padrões de qualidade da água. Isso torna necessária a utilização de sensores de qualidade da água .

Os sensores de qualidade da água podem variar em termos de parâmetros detectados, alcance, protocolo de comunicação e construção. É fundamental garantir que os parâmetros físicos, químicos e biológicos estejam dentro da faixa de detecção do sensor. As faixas de parâmetros são definidas por diversos requisitos regulamentares ou normas. Manter a máxima compatibilidade com o seu sistema resulta em maiores rendimentos, processos mais eficientes e resposta rápida a anomalias.

Vamos começar por compreender os princípios básicos das normas de qualidade da água, os principais parâmetros que os sensores de qualidade da água detetam e, em seguida, discutir a importância desses sensores em diversas aplicações.

Padrões básicos de qualidade da água

Manter a qualidade da água é vital para o consumo humano e para aplicações industriais. Um pH baixo, detectado por sensores de qualidade da água, pode danificar tubulações de aço carbono e ser crítico em alguns processos químicos com tubulações não metálicas. Da mesma forma, a água para consumo humano pode conter contaminantes detectáveis ​​por sensores de qualidade da água que fornecem informações sobre turbidez, condutividade e outros parâmetros do processo. Vamos nos aprofundar nos padrões de qualidade da água para uma compreensão mais abrangente do tema.

♦ Definição de Padrão de Qualidade da Água (PQA)

De acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA), os requisitos de qualidade da água dependem de três fatores principais: o usuário da água, os parâmetros necessários para proteger o usuário e os requisitos de não degradação para garantir a sustentabilidade. Esses três componentes essenciais formam a qualidade da água. Diversas organizações padronizam a qualidade da água definindo faixas de parâmetros de controle, que são monitoradas por meio de sensores de qualidade da água.

♦ Órgãos Reguladores

Diversos órgãos reguladores definem os requisitos dos Padrões de Qualidade da Água (WQS, na sigla em inglês) com base na aplicação. A seguir, as principais organizações que padronizam a qualidade da água:

• Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA)
• Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME)
• Administração de Alimentos e Medicamentos (FDA)
• Sociedade Americana para Testes e Materiais (ASTM)
• Farmacopeia dos Estados Unidos (USP)

Embora a maioria dos órgãos reguladores possa definir a qualidade da água para processos específicos, a EPA (Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos) fornece diretrizes abrangentes para todos os setores industriais. Elas são divididas em títulos, partes e seções para aplicações específicas.

♦ Exemplos de WQS

1. Normas Gerais de Qualidade da Água Industrial

Organizações como a Organização Mundial da Saúde (OMS), a Organização Internacional de Normalização (ISO) e a EPA fornecem diretrizes genéricas para o uso de água na indústria. Deveria conter:

• pH: 6,5 – 8,5
• Turbidez: <5 NTU
• Oxigênio Dissolvido (OD): >3 mg/L (varia conforme a indústria)
• Sólidos Totais Dissolvidos (STD): <500 mg/L
• Demanda Química de Oxigênio (DQO): <250 mg/L
• Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO): <30 mg/L
• Metais pesados ​​(chumbo, arsênio, mercúrio): <0,01 mg/L

2. Padrões de Qualidade da Água em Usinas Termoelétricas

Com a norma 40 CFR Parte 423, a EPA estabelece limites para efluentes na indústria de geração de energia termoelétrica. De forma semelhante, uma organização mais específica, como a ASME, fornece o Código de Caldeiras e Vasos de Pressão (BPVC), que define os requisitos específicos para o controle da química da água de alimentação da caldeira na Seção I:

• pH: 8,5 – 10,5
• Condutividade: <10 µS/cm (água ultrapura para caldeiras de alta pressão)
• Sílica: <0,02 mg/L (para evitar incrustações)
• Oxigênio dissolvido: <0,007 mg/L (para evitar corrosão)
• Dureza total: <0,1 mg/L CaCO₃

3. Padrões de Qualidade da Água na Indústria de Alimentos e Bebidas

No caso de itens consumíveis para humanos, os critérios são muito mais restritivos. Os parâmetros de controle também são diferentes dos requisitos típicos de usinas de energia ou da indústria farmacêutica. Isso significa que os sensores de qualidade da água devem ser mais precisos e exatos na detecção. O FDA (Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA) impõe um controle rigoroso para os Padrões de Qualidade da Água (WQS, na sigla em inglês) com os seguintes parâmetros:

• pH: 6,5 – 8,5
• Dureza: <100 mg/L CaCO₃
• Cloro residual: 0,2 – 1,0 mg/L (para garantir a desinfecção adequada)
• Coliformes totais: 0 UFC/100 mL
• Turbidez: <1 NTU
• Nitratos e nitritos: <10 mg/L (para evitar riscos à saúde)

Parâmetros de qualidade da água

Na seção anterior, observamos os diversos parâmetros químicos que os sensores de qualidade da água monitoram para garantir a qualidade do produto final. Seja a água destinada ao consumo humano ou a qualquer processo industrial, ela deve controlar três parâmetros físicos, químicos e biológicos essenciais.

Embora os sensores de qualidade da água possam detectar muitos parâmetros, alguns são utilizados na maioria das indústrias. Vamos nos concentrar nos parâmetros mais populares e amplamente utilizados para a manutenção da qualidade da água:

▪ Parâmetros Físicos

▶ Temperatura

A temperatura é um parâmetro crítico na maioria das aplicações industriais. Ela pode ser vital para manter ou melhorar reações químicas ou biológicas. Sensores de qualidade da água que detectam a temperatura geralmente estão online e fornecem informações diretas.

▶ Turbidez

A turbidez mede a clareza da água. Contaminantes e sólidos em suspensão podem tornar a água turva ou opaca. Os sensores de turbidez para qualidade da água utilizam luz infravermelha para detectar a clareza.

▶ Sólidos Totais em Suspensão (STS)

Assim como os detectores de turbidez, os sólidos em suspensão também são detectados por meio da luz. O sensor de qualidade da água utiliza a luz que atravessa a água para detectar sólidos em suspensão, um fator crítico nas indústrias alimentícia, de bebidas, farmacêutica e em outros setores cruciais.

▶ Sólidos Totais Dissolvidos (STD)

Níveis elevados de sólidos dissolvidos (TDS) indicam que a água pode conter metais pesados ​​ou contaminantes indesejáveis ​​que precisam ser removidos. Isso pode afetar a qualidade da vida aquática em rios e lagos. A água também reterá mais calor, o que pode afetar a vida marinha.

▶ Condutividade

Os sensores de qualidade da água detectam a condutividade para calcular os sólidos dissolvidos (íons). Isso pode indicar a presença de contaminantes que não tornam a água turva ou opaca.

▶ Dureza

A medição da quantidade de cálcio e magnésio na água fornece o grau de dureza. Esse parâmetro é vital, pois pode causar acúmulo de incrustações e outros danos aos equipamentos. Os sensores de qualidade da água utilizam eletrodos íon-seletivos para detectar cálcio e magnésio.

▶ Salinidade

A densidade e a capacidade térmica da água são propriedades vitais. Um detector de qualidade da água com medição de condutividade elétrica pode representar diretamente a salinidade da água, um parâmetro fundamental na agricultura para irrigação e pecuária.

▪ Parâmetros Químicos

◀ pH

A detecção do nível de pH é vital em aplicações industriais, agrícolas e ambientais. Um pH baixo pode significar que a água está muito ácida, enquanto um pH alto indica que está alcalina. As aplicações determinam o valor de pH necessário. Para consumo humano, os sensores de qualidade da água precisam detectar valores entre 6,5 e 8,5.

◀ Potencial de Oxidação-Redução (ORP)

A capacidade da água de oxidar ou reduzir é comumente chamada de potencial redox ou ORP. Sensores de água que detectam o ORP fornecem informações sobre a presença de agentes como oxigênio, cloro ou sulfeto de hidrogênio.

◀ Oxigênio dissolvido

Embora o ORP possa medir os níveis potenciais de oxigênio, é crucial detectar os níveis de oxigênio dissolvido na água industrial. Níveis elevados de oxigênio podem danificar tubulações de aço carbono e equipamentos que utilizam metais oxidantes. Para a vida aquática, níveis mais altos de oxigênio dissolvido são desejáveis ​​para a sobrevivência. Sensores eletroquímicos de qualidade da água com um cátodo (eletrodo negativo) onde o oxigênio é reduzido são usados ​​para essa detecção.

◀ Íon amônio

Detectar e reduzir a presença de íons amônio é vital em ecossistemas aquáticos. Níveis elevados de íons amônio podem reduzir os níveis de oxigênio, prejudicando a vida aquática. Sensores de qualidade da água com eletrodos íon-seletivos (ISE) são a escolha ideal para a maioria das aplicações de detecção online.

◀ Íon nitrato

Na água potável, os íons nitrato podem ser prejudiciais ao consumo humano e causar problemas como a síndrome do bebê azul. Em grandes corpos d'água, podem produzir florações de algas nocivas (FANs), que são prejudiciais à vida marinha. Em aplicações de aquicultura, a concentração deve ser mantida abaixo de 1 mg/L ou menos.

▪ Parâmetros Biológicos

▶ Concentração de clorofila

Representa a formação de algas e cianobactérias em um corpo d'água. Sensores de qualidade da água detectam essas concentrações para indicar crescimento excessivo de algas ou poluição por nutrientes. Quando excitadas por um comprimento de onda específico de luz, as moléculas de clorofila emitem luz.

▶ Coliformes totais e E. coli

É o principal indicador de contaminação fecal na água, o que pode prejudicar a saúde humana e causar doenças transmitidas pela água. Sua detecção é vital nas indústrias de alimentos, bebidas, tratamento de águas residuais e água potável.

▶ Demanda Bioquímica de Oxigênio

A detecção da demanda bioquímica de oxigênio (DBO) por meio de sensores de qualidade da água é vital para garantir um nível controlado de poluição orgânica. Uma DBO elevada pode reduzir o oxigênio disponível para a vida marinha. As indústrias de papel, têxtil e alimentícia monitoram esses parâmetros de perto.

Como medir a qualidade da água?

A medição da qualidade da água requer o uso de sensores online ou técnicas de análise offline. Cada uma delas possui suas próprias vantagens e desvantagens. Aqui estão as duas técnicas de teste:

★ Testes de laboratório

Todas as indústrias possuem instalações de teste laboratorial, pois elas fornecem valores mais precisos e exatos, que podem ser cruciais para a calibração de instrumentos e a comparação de resultados. Esses valores são vitais para o cumprimento das exigências regulatórias. No entanto, esses testes são mais lentos e mais caros para volumes de amostra maiores.

★ Testes de campo

É a técnica amplamente adotada e aceita para detecção da qualidade da água. Diversos sensores de qualidade da água podem ser utilizados para garantir uma supervisão aprimorada durante o processo. Essa técnica rápida e confiável produz resultados razoavelmente precisos para o controle de parâmetros. No entanto, apresenta a desvantagem de ter uma precisão moderada.

Importância dos sensores de qualidade da água em diversas aplicações

A importância dos sensores para a qualidade da água na agricultura, indústria química, esgoto urbano, biodegradação, rios, reservatórios, poços, tratamento de água, usinas de energia e muitas outras aplicações não pode ser subestimada. Seja em aplicações industriais ou ambientais, o uso de sensores de qualidade da água levará a melhores resultados e maior qualidade.

✔ Agrícola

Em aplicações agrícolas, os sensores de qualidade da água são vitais para estufas, irrigação, manejo do solo, pecuária, hidroponia, aquaponia, manejo de fertilizantes e manejo de nutrientes. Parâmetros como salinidade, temperatura, sólidos totais em suspensão (TSS), condutividade, presença de íons, níveis de pH, oxigênio dissolvido e demanda bioquímica de oxigênio (DBO) são essenciais para a saúde do gado, das culturas e do meio ambiente. O controle desses parâmetros também leva a maiores rendimentos agrícolas e menores perdas.

✔ Tratamento de água

As instalações de tratamento de água requerem a detecção de parâmetros biológicos, químicos e físicos por meio de sensores de qualidade da água. Isso garante a conformidade com os requisitos regulamentares. Essas estações de tratamento de água podem fornecer água potável limpa, tratamento de efluentes ou água para uso industrial. O controle de parâmetros da água, como OD (oxigênio dissolvido), detecção de bactérias coliformes, DBO (demanda bioquímica de oxigênio), pH, níveis de cloro, nitrato, amônio, potencial de oxirredução (ORP), TDS (sólidos totais dissolvidos), TSS (sólidos totais em suspensão) e turbidez, resulta em maior eficiência, menor desperdício e maior produção.

✔ Unidades de Processamento

Instalações de processo, como usinas de energia, fábricas de produtos químicos ou refinarias, exigem um monitoramento rigoroso da qualidade da água para garantir a eficiência operacional, a segurança e a conformidade com as normas ambientais. Sensores de qualidade da água online são utilizados para uma operação eficiente, evitando danos aos equipamentos. O monitoramento de parâmetros como pH, potencial de oxirredução (ORP), cloro, amônio e nitrato pode ajudar a reduzir o processo de envelhecimento e garantir a confiabilidade dos equipamentos.

✔ Ambiental

Seja em lagos, reservatórios, poços, esgoto urbano ou qualquer outra aplicação ambiental, o uso de sensores de qualidade da água online permite a aquisição de dados em tempo real, o que pode reduzir a poluição hídrica, equilibrar o ecossistema e garantir a conformidade com as normas. Parâmetros físicos, químicos e biológicos são cruciais para o monitoramento do impacto ambiental. Sólidos Totais em Suspensão (TSS), turbidez e temperatura ajudam a avaliar a condição da vida aquática. Sólidos Totais Dissolvidos (TDS), salinidade e condutividade indicam os níveis de poluição provenientes de áreas industriais. Da mesma forma, o controle de pH, ORP, nitrato, amônio e oxigênio dissolvido (OD) auxilia os organismos aquáticos. Esses parâmetros são vitais para o meio ambiente e a sustentabilidade.

Conclusão

Podemos garantir a qualidade da água sem usar sensores online modernos? A resposta é não. Os sensores de qualidade da água são hoje parte integrante de todas as aplicações industriais e ambientais. Eles fornecem detalhes precisos sobre o processo e garantem produtos controlados da mais alta qualidade. Seu objetivo é fornecer monitoramento online rápido ao usuário para incentivar a resolução de problemas e ajustes de processo imediatos. Eles também garantem a conformidade com as normas regulatórias, evitando possíveis ações judiciais.

Seja para medir TSS, TDS, temperatura, salinidade, condutividade, turbidez, OD, concentrações iônicas, pH, ORP ou quaisquer outros parâmetros, como mencionamos nas seções anteriores, os sensores online de qualidade da água realizam o trabalho com alta precisão e exatidão. Esperamos que você tenha agora uma melhor compreensão dos padrões de qualidade da água, dos sensores e de sua importância.

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