A Rika Sensor é uma fabricante de sensores meteorológicos e fornecedora de soluções de monitoramento ambiental com mais de 10 anos de experiência no setor.
Quais ferramentas são utilizadas no monitoramento da qualidade da água?
A análise da qualidade da água envolve a avaliação da adequação química, física e biológica da água para uma aplicação específica. Os requisitos dos parâmetros da água para uma piscicultura diferem daqueles de uma fábrica farmacêutica.
Para obter um monitoramento preciso, é necessário um conjunto de instrumentos de medição da qualidade da água . Esses instrumentos devem ter diferentes faixas de medição, resoluções, precisões, tempos de resposta e repetibilidades para atender às necessidades específicas da aplicação. Os sensores são uma das ferramentas essenciais para o monitoramento da qualidade da água. Você também precisará de tiras de teste, amostradores de água, registradores de dados e transdutores para ter um sistema completo de monitoramento da água.
Para entender a importância do monitoramento da qualidade da água, considere as regulamentações da OMS e de outras organizações globais e regionais para água potável. A má qualidade da água não só causa produtos abaixo do padrão, danos materiais e redução da vida útil de máquinas, como também, em alguns casos, prejudica gravemente a saúde humana e a economia em geral. Este artigo tem como objetivo fornecer todos os parâmetros essenciais para o monitoramento da qualidade da água, as ferramentas de medição e sua importância em diversas aplicações.
Normas regulatórias e seu papel no monitoramento
Existem diversas organizações que regulamentam os requisitos de qualidade da água para cenários de uso específicos. Algumas oferecem um controle mais rigoroso do que outras. Por exemplo, se seguirmos os requisitos da EPA (EUA) e da CE (UE), também atenderemos aos requisitos das diretrizes da OMS e da ISO (globais). A EPA e a CE são órgãos locais que oferecem um controle de qualidade da água muito mais rigoroso do que as organizações globais. Para uso industrial, os padrões podem variar de um setor para outro.
Algumas organizações podem exigir o monitoramento dos níveis de oxigênio dissolvido (OD) na água, enquanto outras podem precisar apenas monitorar o pH e a temperatura. As normas regulamentares garantem que a água seja adequada para a aplicação específica. Aqui estão alguns exemplos:
▋Monitoramento Ambiental
- OMS e PNUMA: diretrizes globais e monitoramento de ecossistemas.
- ISO (série 5667): métodos de amostragem padrão.
- Agência de Proteção Ambiental dos EUA (Lei da Água Limpa) e Diretiva-Quadro da Água da UE: principais órgãos reguladores regionais.
- Agências nacionais (ex.: USGS, China MEE, CPCB Índia, Pak-EPA, Ministério do Meio Ambiente do Japão): implementar e fiscalizar localmente.
▋Abastecimento e tratamento de água potável
- WHO:Diretrizes para a Qualidade da Água Potável.
- EPA dos EUA (SDWA) e Diretiva da UE sobre Água Potável: normas aplicáveis.
- Ministérios/Autoridades Nacionais (ex.: Saúde Canadá, NHMRC Austrália, SASO, PSQCA, BIS): Adoção local.
▋Esgoto e Efluentes Industriais
- U.S. EPA(CWA, licenças NPDES)
- Diretiva da UE sobre águas residuais urbanas
- Agências Nacionais de Proteção Ambiental (Ministério do Meio Ambiente da China, Conselho Central de Controle da Poluição, Agência de Proteção Ambiental do Paquistão, Ministério do Meio Ambiente do Japão): Normas para Efluentes.
▋Aquicultura e Agricultura
- FAO:Diretrizes para Aquicultura.
- Diretiva da UE sobre Nitratos e EPA dos EUA: Normas para Água na Agricultura.
- Ministérios Nacionais da Agricultura (ex.: ICAR Índia, MARA China): fiscalização local.
Segundo a OMS, a água potável contaminada microbiologicamente pode transmitir doenças como diarreia, cólera, disenteria, febre tifoide e poliomielite, que, estima-se, causam cerca de 505.000 mortes por diarreia a cada ano. Esta é apenas uma das muitas maneiras pelas quais a qualidade da água pode impactar nossas vidas.
Instrumentos para Medição de Parâmetros Físicos
Os parâmetros físicos da água referem-se àqueles que afetam sua aparência, sabor e usabilidade. São propriedades observáveis e tangíveis da água. Aqui estão alguns parâmetros físicos importantes que podem ser observados usando sensores de qualidade da água:
▪ Temperatura
Em termos gerais, a temperatura é a medida da energia cinética da água. É um indicador fundamental do ponto de equilíbrio da água para a mudança de fase. O monitoramento da temperatura da água tem inúmeras aplicações na indústria.
O monitoramento de temperatura é vital para a vida aquática, reações químicas e usinas de energia. Seu design simples os torna altamente confiáveis para essas aplicações. Normalmente, utilizam materiais como platina em RTDs ou semicondutores em termistores. A variação de temperatura do sensor causa uma mudança na resistência do material. Essa mudança de resistência é detectada eletronicamente e convertida em uma leitura de temperatura.
▪ Turbidez e Sólidos Totais em Suspensão (STS)
No processo de purificação da água e no monitoramento da saúde ambiental, sensores de turbidez e de sólidos totais em suspensão (TSS) detectam a turbidez da água. O grau de turbidez representa a quantidade de matéria em suspensão na água, incluindo lodo, algas e organismos microscópicos. A presença dessas substâncias pode reduzir a qualidade da água potável e obstruir as brânquias dos peixes, bloqueando a luz solar necessária para a fotossíntese das plantas aquáticas.
Esses sensores utilizam o efeito Tyndall, que é a dispersão da luz pela água contendo partículas em suspensão. O sensor emite luz através da água e mede a quantidade de luz que a atravessa. Se a quantidade de luz transmitida for baixa, significa que a água apresenta alta turbidez e sólidos totais em suspensão (TSS). A turbidez e os TSS são medidos em Unidades Nefelométricas de Turbidez (NTU) e TSS (geralmente em mg/L), respectivamente.
▪ Condutividade elétrica (CE), salinidade e sólidos totais dissolvidos (STD)
A presença de sais na água aumenta sua condutividade. Portanto, um único sensor que mede a condutividade da água é capaz de detectar condutividade elétrica (CE), salinidade e sólidos totais dissolvidos (STD). A salinidade representa a presença de sais na água, e os STD também medem a quantidade de sais (íons) dissolvidos na água. Como todos esses parâmetros estão intimamente relacionados, um único sensor é suficiente para fornecer os resultados.
Um sensor que mede CE, TDS e salinidade utiliza dois eletrodos imersos na água. Eles conduzem corrente elétrica através da água e medem a resistência da água. Menor resistência significa maior condutividade, salinidade e TDS. No entanto, esses sensores são sensíveis à temperatura e requerem calibração do fator de correlação com base no tipo de solução.
▪ Nível da água
Embora não esteja diretamente relacionado à qualidade da água, o nível da água é um parâmetro crucial para monitorar reservatórios e a vazão dos rios. É frequentemente utilizado no monitoramento da qualidade da água. Aqui estão alguns tipos de sensores de nível de água:
- Sensores de nível hidrostático submersíveis
- Sensores ultrassônicos de nível de água
- Sensores de nível de água por radar
- Sensores de nível capacitivos
- Sensores de nível tipo flutuador
Instrumentos para Medição de Parâmetros Químicos
Além da aparência, do sabor e da usabilidade, a água apresenta substâncias químicas que não são diretamente visíveis a olho nu. Para detectá-las, podem ser necessários sensores especializados. Alguns detectores combinam todos esses parâmetros em uma única unidade, como o RK500-09, um dos sensores mais avançados disponíveis no mercado. Para facilitar a compreensão, vamos mencioná-los separadamente:
♦ pH e ORP
O pH (Potencial de Hidrogênio) é um indicador fundamental da capacidade da água de reagir com substâncias químicas e de causar corrosão. O ORP (Potencial de Oxidação-Redução) mede a capacidade da água de atuar como agente oxidante ou redutor. A medição do pH e do ORP é essencial no monitoramento da qualidade da água, pois, em conjunto, fornece informações sobre a acidez ou alcalinidade da água, bem como seu poder de desinfecção e sua saúde geral.
Um sensor de pH utiliza um tubo de vidro permeável a íons de hidrogênio como eletrodo, enquanto os sensores de ORP empregam um eletrodo de medição de metal nobre, como platina ou ouro. Ambos requerem um eletrodo de referência que receba uma voltagem estável. A diferença de voltagem entre os eletrodos fornece os valores de pH e ORP, respectivamente. Frequentemente, são integrados em um único sensor, pois utilizam componentes semelhantes e um eletrodo de referência.
♦ Oxigênio Dissolvido (OD)
O oxigênio dissolvido (OD) é crucial para a vida aquática, pois indica diretamente a presença de oxigênio na água. No entanto, na indústria de processos, o OD é frequentemente indesejável, pois pode intensificar o processo de corrosão ao entrar em contato com metais. Portanto, os intervalos e os valores mínimos podem variar em ambas as aplicações.
Existem dois tipos de sensores de oxigênio dissolvido (OD) que utilizam tecnologias eletroquímicas ou ópticas. O tipo eletroquímico usa uma membrana para permitir a difusão de oxigênio, que então provoca uma reação química com eletrodos para gerar um sinal elétrico proporcional ao nível de OD. Os sensores ópticos, também conhecidos como sensores baseados em luminescência, utilizam um corante fluorescente que é "extinto" (ou seja, sua emissão de luz é reduzida) pelo oxigênio.
♦ Nutrientes (Amônio, Nitratos e Nitritos)
O monitoramento de nutrientes como amônio, nitratos e nitritos é crucial em áreas como tratamento de água, monitoramento ambiental, agricultura e aquicultura. O descarte de efluentes de estações de tratamento de esgoto, a eutrofização em rios e lagos e a medição de nutrientes no solo são áreas-chave para o monitoramento da presença de nutrientes.
Eletrodos íon-seletivos (ISEs), sensores ópticos e analisadores colorimétricos são os mecanismos de funcionamento desses sensores. Cada nutriente terá seu sensor específico.
♦ Demanda Química e Biológica de Oxigênio (DQO/DBO)
Alguns poluentes na água necessitam de oxigênio para se decompor. Portanto, é necessário determinar a quantidade de oxigênio necessária para eliminar esses poluentes da água e estabilizar os níveis de oxigênio. A DQO/DBO (Demanda Química de Oxigênio/Demanda Bioquímica de Oxigênio) representa a quantidade de oxigênio necessária para decompor os poluentes na água. É um indicador fundamental utilizado para avaliar o grau de poluição da água e a eficiência dos processos de tratamento de efluentes.
A matéria orgânica e inorgânica presente na água absorve luz ultravioleta de diferentes comprimentos de onda. A passagem de luz ultravioleta através de uma amostra de água e a análise da emissão em diferentes comprimentos de onda fornecem uma visão geral da presença de matéria orgânica e inorgânica na água.
♦ Cloro residual
No monitoramento da qualidade da água, o cloro é adicionado para eliminar microrganismos patogênicos que podem representar um risco à saúde. O cloro pode ser monitorado em duas etapas. Inicialmente, o objetivo é eliminar microrganismos perigosos para o consumo e, posteriormente, quando a água é fornecida para consumo humano. De acordo com as normas regulamentares, manter um nível seguro de cloro é crucial para garantir a qualidade da água potável.
O eletrodo de trabalho de um sensor reage com os íons de cloro na água para produzir uma corrente elétrica. O sinal de corrente é então enviado a um controlador que o converte em valores tangíveis para dispositivos HMI (Interface Homem-Máquina).
Instrumentos para Medição de Parâmetros Biológicos
A presença de certos organismos vivos na água pode ser perigosa para o consumo humano. O monitoramento desses parâmetros na produção de água potável é fundamental. Vamos analisar esses parâmetros e como podemos detectá-los:
● Cianobactérias (Algas Verde-Azuladas)
As algas verde-azuladas, também conhecidas como cianobactérias, aparecem na forma de florações densas e visíveis em águas quentes e ricas em nutrientes. Elas representam um sério problema de saúde, pois produzem toxinas que podem causar danos ao fígado, problemas neurológicos, irritação na pele e até mesmo a morte.
A detecção de cianobactérias requer sensores de fluorescência óptica. Esses sensores emitem luz (excitação) em um comprimento de onda específico (geralmente em torno de 590–630 nm). Em resposta, a ficocianina presente nas cianobactérias absorve essa luz e emite fluorescência em um comprimento de onda maior (aproximadamente 650–660 nm). A detecção dessa luz indica a presença de cianobactérias na água.
● Clorofila
A clorofila é um indicador fundamental da presença de biomassa fitoplanctônica na água. Ela fornece uma visão geral da qualidade da água e da saúde do ecossistema. A presença de florações de algas pode causar problemas como sabor e odor desagradáveis na água potável, depleção de oxigênio e a criação de condições tóxicas.
O sistema também utiliza sensores de fluorescência óptica, semelhantes aos usados na detecção de cianobactérias mencionada anteriormente. O sensor geralmente emite um LED azul (~470 nm) na água, que a clorofila-a presente nas algas absorve e reemite como luz vermelha (~680 nm). A intensidade da luz vermelha detectada indica a presença de clorofila.
Sistema avançado de monitoramento da qualidade da água
O sensor sozinho é insuficiente para iniciar o monitoramento da qualidade da água. Para iniciar o processo de monitoramento, você precisará dos seguintes componentes. Há avanços em cada parte do sistema de monitoramento da qualidade da água. Mencionaremos os mais recentes e os melhores:
- Registrador/Controlador de Dados: Coleta dados de sensores e os armazena usando RS-485 Modbus, SDI-12 e sinais de 4–20 mA.
- Alimentação: rede elétrica CA, baterias CC ou painéis solares.
- Sistema de Telemetria/Comunicação: Transmite dados para a central de monitoramento utilizando modems GSM/4G, LoRa, Wi-Fi e enlaces de satélite.
- Acessórios de Montagem e Alojamento: Sondas submersíveis necessitam de cabos ou suportes para suspensão. Já os sensores sem contato (nível por radar/ultrassônico) precisam de suportes estáveis. Alguns vêm com invólucros de proteção (anticorrosivos, anti-incrustantes e antifurto).
- Soluções e acessórios de calibração: Você pode precisar de soluções padrão (por exemplo, soluções tampão de pH 4,0, 7,0 e 10,0; solução de oxigênio dissolvido zero; padrões de turbidez) e kits de limpeza ou panos de limpeza automática para garantir a repetibilidade e a confiabilidade dos resultados.
- Software e painel de controle: SCADA, painéis de controle na nuvem ou aplicativos para PC/dispositivos móveis para visualizar tendências de dados.
A capacidade dessas ferramentas de monitoramento da qualidade da água de transmitir dados sem fio para uma estação central de monitoramento permite a coleta e análise de dados em tempo real. As autoridades podem tomar medidas rápidas e garantir a conformidade com os requisitos regulamentares.
Sensores recomendados para monitoramento da qualidade da água
Parâmetro | Faixa típica de detecção do sensor | Faixa de monitoramento recomendada (qualidade da água) | Sensor Rika recomendado |
Temperatura | –5 a +60 °C (precisão de ±0,3 °C; resolução de 0,1 °C) | 0–35 °C para a maioria das águas naturais; até 40 °C em águas residuais/industriais. | Sensor de temperatura de líquidos RK500-11 (também disponível no multiparâmetro RK500-09) |
Turbidez | 0–1000 NTU (resolução de 0,1 NTU; precisão de ±5% FS) | 0–5 NTU para água potável (OMS); 25–80 NTU para rios; >100 NTU para águas residuais. | Sensor de turbidez RK500-07 |
Sólidos Totais em Suspensão (STS) | 0–1000 mg/L ou superior | <10 mg/L (água potável); 25–80 mg/L (rios); >100 mg/L (águas residuais) | Sensor TSS RK500-20 |
Condutividade elétrica (CE) | 0–200 mS/cm (±1–2%) | 0–2 mS/cm (água potável); 0–5 mS/cm (superfície); até 50 mS/cm (água do mar) | Sensor de CE/Salinidade RK500-13 |
Salinidade | 0–70 ppt (derivado da CE) | Água doce <0,5 ppt; Água salobra 0,5–30 ppt; Água do mar ~35 ppt | Sensor de CE/Salinidade RK500-13 |
Sólidos Totais Dissolvidos (STD) | 0–1000 mg/L a >10.000 mg/L | <500 mg/L (água potável); 2000 mg/L (irrigação); >10.000 mg/L (salmoura/industrial) | Sensor de CE/Salinidade RK500-13 (com conversão de TDS) |
Nível da água | 0–50 m (hidrostático); >70 m (radar/ultrassônico) | Resolução em centímetros para rios/lagos; milímetros a centímetros para águas subterrâneas; escala em metros para reservatórios. | Hidrostático submersível, Sensores de nível ultrassônicos ou por radar |
pH | 0–14 pH (±0,1 pH; resolução de 0,01) | 6,5–8,5 (água potável, OMS/UE); 6–9 (descarga de águas residuais) | Sensor de pH RK500-12 (vários tipos A–D) |
Oxigênio dissolvido (OD) | 0–20 mg/L (±0,1 mg/L) | >5 mg/L (rios/lagos saudáveis); >4 mg/L (aquicultura); >2 mg/L (descarga de águas residuais) | Sensor óptico DO RK500-04 |
Potencial de Oxidação-Redução (ORP) | –1500 a +1500 mV (±1–6 mV) | +200 a +400 mV (água limpa); <+100 mV (poluída/anaeróbica); >+500 mV (tratamento oxidante) | Sensor ORP RK500-06 |
Demanda Química de Oxigênio (DQO) | 0–500 mg/L (±5% FS) | <10 mg/L (água limpa); 50–200 mg/L (efluente de águas residuais) | Sensor COD RK500-25 ou multiparâmetro RK500-09 |
Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) | 0–300 mg/L (±5% FS) | <5 mg/L (rio limpo); 10–30 mg/L (rio poluído); >50 mg/L (esgoto não tratado) | RK500-09 Multiparâmetro (módulo DBO) |
Amônio (NH₄⁺) | 0–100 / 0–1000 mg/L (±10% ou ±1 mg/L) | <0,5 mg/L (água potável); <1–2 mg/L (água superficial); >5 mg/L (preocupação com águas residuais) | Sensor de íons de amônio RK500-15 |
Nitrato (NO₃⁻) | 0–1000 mg/L (±5% FS) | <50 mg/L (água potável, limite da UE); <10 mg/L (meta de qualidade da água superficial) | Sensor de íons nitrato RK500-16 |
Nitrito (NO₂⁻) | 0–100 mg/L (±5% FS) | <0,2 mg/L (água potável, OMS); <1 mg/L (água superficial) | RK500-09 Multiparâmetro (módulo NO₂⁻) |
Clorofila | 0–400 µg/L (±3%) | <25 µg/L (lago saudável); >50 µg/L (risco de proliferação de algas) | Sensor de clorofila RK500-17 |
Cianobactérias | 0–300 mil células/L (±3%) | <20 mil células/L (uso recreativo seguro); >100 mil células/L (risco de floração tóxica) | RK500-09 Multiparâmetro (módulo de cianobactérias) |
Cloro residual | 0–5 mg/L | 0,2–0,5 mg/L na água potável (OMS/EPA) | Sensor de cloro residual RK500-29 |
Conclusão
Manter a qualidade da água exige um sistema abrangente de equipamentos que trabalhem em conjunto para produzir resultados precisos. Para garantir resultados confiáveis, são necessários sensores, registradores de dados, sistemas de transmissão, montagem, alimentação elétrica e processos de calibração. O mais importante é o sensor. Cada sensor pode ser único em seu mecanismo de funcionamento e aplicação. Atender aos padrões de qualidade da água, conforme regulamentado por organizações globais e regionais, exige uma avaliação cuidadosa dos parâmetros físicos, químicos e biológicos da água. Isso permite ações oportunas para controlar ou eliminar a presença de substâncias nocivas.
Se você busca uma solução completa para todas as suas necessidades de monitoramento da qualidade da água, visite o site da RIKA e entre em contato com um representante. A Rika Sensor oferece os serviços mais abrangentes de pós-venda e implementação de projetos do início ao fim. Os instrumentos de medição da qualidade da água são da mais alta qualidade e produzem resultados precisos, com garantia estendida. Visite o site da RIKA para saber mais.
Perguntas frequentes
1) O monitoramento da qualidade da água pode prevenir doenças transmitidas pela água?
Sim, o monitoramento contínuo da qualidade da água por meio de sensores que detectam parâmetros físicos, químicos e biológicos pode ajudar a prevenir doenças transmitidas pela água. A detecção de microrganismos nocivos e contaminantes químicos permite uma abordagem proativa para o tratamento da água ou o desligamento de sistemas comprometidos antes que a água chegue ao consumo humano.
2) O que é um índice de qualidade da água?
Para simplificar a avaliação da qualidade da água, o Índice de Qualidade da Água (IQA) converte dados complexos em uma única pontuação numérica. Isso ajuda o público e os formuladores de políticas a entenderem a qualidade da água imediatamente. O índice representa parâmetros como pH, oxigênio dissolvido e turbidez.
3) Qual a diferença entre parâmetros biológicos e químicos de qualidade da água?
Os elementos biológicos na água são organismos vivos que podem ter um efeito nocivo sobre o corpo humano ou a vida aquática. Portanto, detectá-los também é fundamental para a qualidade da água. Além disso, a presença de substâncias químicas como nutrientes, cloro, oxigênio dissolvido (OD), pH e potencial de oxirredução (ORP) também é vital para garantir que a água permaneça própria para consumo humano.
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