Por que é necessário testar a turbidez da água? Como o sensor de turbidez realiza esse teste?

Você sabia que a água limpa é essencial para a saúde humana, o ecossistema e o sistema de irrigação? Água cristalina e com baixa turbidez é vital para o bem-estar da sociedade. Sensores de turbidez , portanto, desempenham um papel crucial na purificação da água. Um sensor de turbidez é um dispositivo que emite um feixe de luz sobre a água e detecta a luz dispersa em um determinado ângulo. Quanto maior a dispersão da luz, maior será a turbidez.

Este artigo abordará a turbidez, sua importância e diferentes métodos para medi-la. Também discutirá o impacto da alta turbidez em diversas áreas e regulamentações relacionadas à química da água.

1. A necessidade de testar a turbidez da água

1.1. Definição de Turbidez

A turbidez mede a clareza da água e indica a presença de partículas em suspensão que bloqueiam a passagem da luz. Sensores de turbidez verificam a turbidez detectando os raios dispersos por essas partículas. Algumas partículas conhecidas aumentam a turbidez, incluindo algas, argila, lodo, sedimentos e matéria orgânica. A água mais turva tem uma aparência mais opaca, como mostrado na imagem abaixo.

A turbidez é um parâmetro essencial que indica o grau de pureza da água em diferentes setores. Ela afeta a saúde das pessoas e a vida aquática. Os sensores de turbidez a medem em diferentes unidades. Aqui estão duas delas:

• Unidade de Turbidez Nefelométrica:

A NTU (Unidade Nefelométrica de Turbidez) é a unidade mais comumente usada para medir a turbidez. Ela mede a quantidade de luz branca dispersa pelas partículas em suspensão em um ângulo de 90 graus. Quanto maior o valor da NTU, maior a turbidez; quanto menor o valor, melhor a clareza. Se 1 litro de água contém 0,3 mg de partículas em suspensão, isso equivale a 1 NTU.

• Unidade nefelométrica de formazina:

A FNU (Unidade Nefelométrica de Formazin) mede a turbidez em líquidos. Este tipo de sensor de turbidez utiliza luz infravermelha com um comprimento de onda de 860 nm em vez de luz branca. A vantagem disso é que este tipo de sensor de turbidez não é afetado pela presença de água. A faixa de medição normal de um sensor de turbidez é de 0,01 FNU a 4000 FNU. A FNU é uma referência do método de turbidez ISO 7027 (europeu). De acordo com a OMS, o valor médio de turbidez na água potável é de 0,2 a 1 FNU, não devendo ultrapassar 5 FNU.

1.2. Impactos da Alta Turbidez

A alta turbidez da água afeta muitos aspectos, o que demonstra a importância do sensor de turbidez.

• Água potável: A alta turbidez na água doméstica pode representar riscos à saúde. Ela contém maiores quantidades de microrganismos, como vírus, parasitas e bactérias, que causam doenças. Estes podem causar náuseas, diarreia e dores de cabeça. Além disso, a alta turbidez, ao se combinar com desinfetantes, torna a remoção de patógenos e outros microrganismos nocivos menos eficiente.
• Impacto ambiental: Mesmo as plantas aquáticas crescem na água; elas ainda precisam de luz solar para a fotossíntese. O aumento da turbidez na água bloqueia a luz solar, retardando o crescimento das plantas. Esse bloqueio afeta toda a cadeia alimentar aquática. Altos níveis de turbidez na água também aumentam a probabilidade de poluentes perturbarem o habitat marinho, reduzindo a vida subaquática, como a população de peixes.
• Impacto Industrial: A água com alta turbidez passa por equipamentos como trocadores de calor e caldeiras, diminuindo a eficiência devido à deposição de partículas sólidas em suspensão. Isso resulta em maior consumo de combustível e custos mais elevados. A alta turbidez também afeta o material desses equipamentos, aumentando a probabilidade de falhas prematuras.

1.3. Normas e Diretrizes Regulamentares

Em todo o mundo, diferentes regulamentos e diretrizes padronizam os limites de turbidez e as técnicas de medição:

Padrões para água potável: As normas CEN estão em vigor em quase 34 países. A norma EN27027 é a norma para água potável, e a ISO7027 é outra. A OMS exige rigorosamente que a turbidez da água potável não ultrapasse 1 FNU, com 0,3 FNU para amostras de água provenientes de grandes empresas de dessalinização. A EPA é outra norma utilizada nos EUA.

Regulamentos sobre Descarga Industrial: Os regulamentos mencionados acima também estabeleceram limites para a descarga de efluentes industriais. Os regulamentos são categorizados com base nos tipos de resíduos produzidos. Por exemplo, a norma chinesa GB3838 lista 69 tipos de poluentes da água e 10 outros poluentes, bem como seus parâmetros e limites .

2. Como testar a turbidez da água?

2.1. Métodos Tradicionais

• Método da Vela de Jackson: este foi o primeiro sensor de turbidez manual conhecido para medição de turbidez. Consiste em um tubo colocado sobre uma vela. Uma amostra de água é colocada no tubo até um nível em que a chama da vela se torna invisível quando vista de cabeça para baixo. Essa altura é calibrada em JTU e, em seguida, em NTU (2,5 JTU = 1 NTU).
• Disco de Secchi: Consiste em um disco preto e branco cujo centro está conectado a um fio com marcações. O disco é inserido na água e mantido submerso até se tornar invisível. Nesse ponto, a marcação é feita em uma linha imersa na água e o comprimento é medido. Esse comprimento é chamado de profundidade de Secchi. O Disco de Secchi é um teste de acuidade visual.

Embora os métodos mencionados acima sejam simples e baratos, eles são imprecisos, pois dependem de muitos fatores, como a visão da pessoa, as condições de iluminação, a hora do dia, etc.

2.2. Sensores e medidores de turbidez

Os métodos modernos de medição de turbidez envolvem sensores de turbidez, que utilizam a interação de um feixe de luz com partículas em suspensão. Esses sensores não são apenas precisos, mas também duráveis. Existem três tipos de sensores de turbidez.

• Sensor de Turbidez Nefelométrico: Este detector emite um feixe de luz sobre a amostra de água, e as partículas em suspensão dispersam a luz. O sensor é posicionado em um ângulo de 90 graus. A medição da dispersão da luz determina o nível de turbidez na água. A medição por meio da luz é o método mais preciso de medição de turbidez até o momento, razão pela qual é utilizado principalmente para água potável com baixa turbidez.
• Sensor de turbidez por absorção: Este método mede a quantidade de luz absorvida pelas partículas na água, apesar da dispersão da luz. Não é tão preciso quanto o NTS, mas é utilizado em águas cuja turbidez varia constantemente.
• Sensor de Turbidez de Sólidos Totais em Suspensão (TSS): Este tipo de sensor tem o mesmo princípio de funcionamento que o NTS, mas requer que o detector seja posicionado sobre a luz retroespalhada em ângulos de 90° e 135°. Como isso captura mais luz dispersa, geralmente é usado para águas com valores de turbidez consideráveis.

3. Como funcionam os sensores de turbidez?

3.1. Fonte de luz e detectores

A fonte de luz geralmente é um LED de um comprimento de onda específico. Para a maioria dos sensores, utiliza-se luz infravermelha com comprimento de onda de 860 nm, pois está em conformidade com a norma ISO 7027. A luz branca também é utilizada, mas apenas em medidores NTU muito selecionados, e está em conformidade com a norma EPR. Após a dispersão da luz pelas impurezas, um detector deve captá-la em ângulos específicos. Fotodiodos são comumente utilizados para essa finalidade. Fotomultiplicadores também são usados ​​em alguns medidores para detectar quantidades mínimas de luz.

3.2. Processamento e Medição de Sinais

Os fotodetectores são os componentes que convertem a energia luminosa em sinais elétricos, os quais são então calibrados para a saída NTU — conversão de luz em sinal elétrico. Os sensores de turbidez também são calibrados para a saída desejada, preparando-se uma solução padrão de água cujo NTU já é conhecido e, em seguida, ajustando-se o valor da saída NTU para o mesmo valor da amostra. Normalmente, recomenda-se que os sensores de turbidez infravermelhos de 860 nm sejam calibrados a cada 3 meses.

3.3. Fatores que afetam a precisão do sensor

Existem muitos fatores que afetam a precisão do sensor de turbidez:

• Cor: Os produtos químicos utilizados no tratamento da água podem apresentar coloração, o que indica maior turbidez.
• Bolhas de ar: As bolhas de ar dispersam os feixes de luz e apresentam um valor de turbidez maior do que as bolhas reais.
• Temperatura: A temperatura da água também altera o índice de refração das partículas em suspensão, o que, por sua vez, altera o valor real.
• Sedimentação de partículas: Se as partículas em suspensão se depositarem, elas não participarão da dispersão e não poderão ser detectadas por um sensor de turbidez. Portanto, uma mistura completa é essencial antes da medição.
• Calibração: Certifique-se de que os sinais elétricos produzidos pela fotocélula estejam calibrados com precisão para a medição de NTU.

4. Parâmetros a serem monitorados

4.1. Turbidez como indicador primário

A turbidez é amplamente utilizada como indicador primário da qualidade da água. Portanto, muitas indústrias estão incorporando sensores de turbidez que monitoram continuamente a turbidez da água em diferentes pontos, facilitando a verificação de qualquer anormalidade em qualquer etapa do processo. A configuração de alarmes para valores críticos com um offset específico ajuda o operador a ficar atento à qualidade da água e a tomar medidas, como a troca de filtros ou a regeneração de membranas.

4.2. Parâmetros de correlação

Além da turbidez, muitos outros parâmetros precisam ser monitorados para se ter uma visão mais completa da qualidade da água.

• Sólidos em Suspensão (SST): Os SST indicam a presença de sólidos em suspensão na água, que podem ser detectados em uma amostra coletada e levada ao laboratório. Como o aumento dos SST também aumenta a turbidez, sensores de turbidez podem ajudar a detectar essa tendência, fornecendo valores em tempo real.
• Potencial hidrogeniônico (pH): Ele influencia a determinação do valor real das partículas na água e também pode ser usado para obter uma visão completa da qualidade da água. As empresas geralmente estabelecem limites para o pH, visando garantir uma melhor qualidade. A cor também altera a turbidez, mas pode ser descartada como um fator determinante, já que muitos sensores de turbidez detectam a luz dispersa a 90°, o que só pode ser feito por uma partícula. O tamanho das partículas também afeta a turbidez, pois partículas maiores dispersam mais luz do que as menores. A forma e o índice de refração da partícula também influenciam a turbidez.

5. Aplicações de sensores de turbidez

5.1. Tratamento de água potável

Os sensores de turbidez desempenham um papel essencial na qualidade do tratamento de água. As usinas de dessalinização normalmente utilizam sensores de turbidez para verificar a qualidade da água em diferentes pontos do processo. A água bruta a ser tratada é sempre verificada desde o início, para que o nível de filtração e outros métodos, como coagulação ou floculação, possam ser avaliados. Se os filtros começarem a saturar antes do tempo estimado, a água de entrada apresenta uma composição química mais deteriorada, o que os sensores de turbidez podem detectar. Uma amostra da água pós-filtragem também pode ser usada para verificar a capacidade dos filtros, permitindo que estes descarreguem efluentes, se necessário. Os sensores de turbidez atendem a essa necessidade, fornecendo valores de turbidez em tempo real.

5.2. Tratamento de águas residuais

Em muitas indústrias, o monitoramento do descarte de efluentes é crucial, pois afeta rios e oceanos utilizados como fontes de água bruta e a vida aquática. Para isso, regulamentações como as da UE e do EPR são estabelecidas para limitar o descarte de efluentes, sendo necessário o monitoramento contínuo para garantir a conformidade com os limites regulamentares. Sensores de turbidez podem atender a essa necessidade, fornecendo valores de turbidez em tempo real.

5.3. Monitoramento Ambiental

Os turbidímetros também são usados ​​para verificar a qualidade de rios e lagos e avaliar a tendência geral da qualidade da água no meio ambiente. Os resultados ajudam os pesquisadores a verificar a mudança na qualidade da água ao longo de um determinado período. Além disso, também mostram a eficácia das medidas de controle da poluição que estão sendo tomadas em todo o mundo.

5.4. Processos Industriais

A qualidade da água também deve ser mantida durante os processos industriais, pois não só é necessária para o processo em si, como também contribui para o cumprimento dos limites de qualidade para o descarte de efluentes. Como a turbidez é uma medida direta da qualidade da água, muitas indústrias a utilizam como fator de controle na química da água. Os órgãos reguladores também estabeleceram valores limite para a turbidez. A água utilizada nas indústrias de alimentos e bebidas e farmacêutica deve ter turbidez inferior a 1 NTU, enquanto a água utilizada em processos químicos deve ter turbidez entre 1 e 2 NTU.

6. Conclusão

O uso de sensores de turbidez é crucial para verificar a qualidade da água, permitindo que métodos específicos estimem a eficácia do tratamento ou do sistema existente. Com o avanço da urbanização e da industrialização, manter a água limpa torna-se um desafio cada vez maior. Comunidades locais e outras partes interessadas devem participar do controle dos níveis de pureza da água por meio de vigilância rigorosa e testes regulares de turbidez. Os órgãos reguladores também precisam revisar os limites definidos para os parâmetros da água, considerando o impacto do cumprimento dessas normas na sociedade e nas indústrias. Além disso, é fundamental que o cidadão comum conheça os termos turbidez e sensores de turbidez. Juntos, esses fatores podem contribuir para a preservação da Terra, tornando-a um lugar melhor para se viver e prosperar.

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