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Turbidez e Sólidos Totais em Água Superficial
 
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Turbidez e Sólidos Totais em Água Superficial

Overview

Fonte: Laboratórios de Margaret Workman e Kimberly Frye - Universidade Depaul

Turbidez e sólidos totais são medidas relacionadas à clareza das águas superficiais. A turbidez é uma medida indireta de clareza hídrica que determina a quantidade de luz que pode passar pela água. Sólidos totais é uma medição direta de partículas sólidas suspensas na água determinadas pelo peso.

Altos níveis de turbidez e sólidos totais são causados pela erosão do solo, descarga de resíduos, escoamento ou mudanças em comunidades ecológicas, incluindo crescimento de algas ou abundância de organismos benitários que podem interromper sedimentos na água. Níveis mais altos de turbidez e sólidos suspensos podem diminuir a qualidade da água absorvendo calor causando um aumento na temperatura da água e uma diminuição nos níveis de oxigênio (a água quente contém menos oxigênio). Essas condições também podem causar uma diminuição na fotossíntese à medida que menos luz solar penetra na água, tornando a água incapaz de suportar alguma vida aquática. Os sólidos suspensos também podem entupir brânquias, sufocar ovos, reduzir as taxas de crescimento e interromper microhabitats de muitos organismos aquáticos.

Um método de medição da turbidez inclui o uso de um disco Secchi. Um disco Secchi é um disco de metal com quartos alternativos em preto e branco(Figura 1). É preso a uma corda que tem marcas de um pé ao longo dele. O disco é jogado na água até que não possa mais ser visto(Figura 2). A desvantagem deste método é que ele deve ser feito no campo e o protocolo ideal requer condições ensolaradas e que a área de teste seja sombreada. Além disso, se houver uma grande distância entre a margem do rio e o nível da água, é difícil usar o disco Secchi. Usando tubos de turbidez, pode-se coletar água e, em seguida, realizar as medidas de turbidez de volta em laboratório.

Figure 1
Figura 1. O design de disco Secchi modificado usado em água doce.

Figure 2
Figura 2. Diferentes tipos de disco Secchi. Um estilo marinho à esquerda e a versão de água doce à direita

Principles

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A turbidez é uma medida relativa determinada medindo quanta luz pode passar através da amostra de água. Quanto maior a turbidez, menos luz passará pela amostra e mais "nublado" a água aparecerá. Níveis mais altos de turbidez são causados por partículas sólidas suspensas na água que espalham a luz em vez de permitir que ela seja transmitida através da água. As características físicas das partículas suspensas podem ter um efeito sobre a turbidez geral. Partículas de tamanho maior podem dispersar a luz e co concentrar-na na direção dianteira, aumentando a turbidez criando interferências com a transmissão de luz através da água. O tamanho das partículas também pode afetar a qualidade da luz; tamanhos de partículas maiores tendem a dispersar comprimentos de onda mais longos de luz mais do que comprimentos de onda mais curtos, enquanto partículas menores têm mais efeito de dispersão em comprimentos de onda mais curtos. O aumento da concentração de partículas também pode diminuir a transmissão de luz quando a luz entra em contato com um número maior de partículas e viaja uma distância menor entre as partículas, causando múltiplas dispersões com cada partícula. Partículas coloridas mais escuras absorvem mais luz, enquanto partículas de cor clara podem aumentar a dispersão de luz, e ambas resultam em medidas de turbidez aumentadas. Partículas mais escuras no geral resultarão em maior turbidez do que partículas coloridas mais claras devido à quantidade aumentada de energia leve absorvida pela cor. A amostra de água desconhecida coletada é comparada a uma amostra em branco de água desionizada (DI) que representa um valor de turbidez de zero. Um reagente de turbidez padrão adquirido (<1% de kaolin, <0,1% de nitrato de magnésio, <0,1% cloreto de magnésio, < 0,1% 2-metil-4-isothiazolina-3-one, < 0,1% 5-cloro-2-metil-4-isothiazolina-3-1) é adicionado à coluna de teste em branco em medições predeterminadas para aumentar a nebulosidade em incrementos conhecidos até que a amostra em branco e desconhecida coincida na turbidez com base na observação de um ponto fixo na parte inferior de duas colunas de teste. A quantidade de reagente necessária para alcançar amostras correspondentes pode então ser convertida com uma tabela em Jackson Turbidity Units (JTUs), nomeada após o método original de segurar um tubo de vidro longo "Jackson" sobre uma vela acesa.

Total Solids é uma medição direta do material sólido suspenso na amostra de água. A massa dos sólidos é determinada usando um forno para evaporar a água da amostra e isolar e pesar os sólidos.

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Procedure

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1. Medindo a Turbidez

  1. Despeje água de amostra mista em uma coluna de turbidez e encha a linha de 50 mL com a água da amostra.
  2. Encha a segunda Coluna de Turbidez "Em Branco" com água desionizada para a linha de 50 mL.
  3. Coloque os dois tubos lado a lado e observe a diferença na clareza. Se o ponto preto é igualmente claro em ambos os tubos, a turbidez é zero. Se o ponto preto no tubo de amostra estiver menos claro, proceda ao próximo passo.
  4. Agite o Reagente padrão de turbidez.
  5. Adicione 0,5 mL do reagente ao tubo de água destilado. Use a haste de agitação para agitar o conteúdo.
  6. Verifique a quantidade de turbidez olhando para baixo através da solução no ponto preto. Se a turbidez da água da amostra for maior que a da água destilada, continue a adicionar reagente de turbidez padrão em incrementos de 0,5 mL ao tubo de água destilada, registrando a quantidade de reagente utilizado e misturando após cada adição até que a turbidez seja igual à da amostra.
  7. Registo o valor total de Reagente de Turbidez adicionado.

2. Medindo sólidos totais

  1. Com as mãos enluvadas, rotule um béquer com um lápis de graxa. Não use fita adesiva porque esses béquers estão indo para o forno.
  2. Ligue o equilíbrio e atrou.
  3. Coloque o béquer na balança e regisse o peso. Certifique-se de usar um equilíbrio que registra os milésimos de grama. Use luvas para evitar tocar o béquer com as mãos nuas e transferir umidade corporal, alterando assim o peso do béquer.
  4. Usando um cilindro graduado, meça 100 mL da amostra de água. Se a amostra estiver sentada, gire a água da amostra antes de medir os 100 mL.
  5. Despeje essa quantia no béquer.
  6. Coloque o béquer em um forno a 100 °C por 48 h para evaporar o líquido e secar o resíduo resultante.
  7. Depois de 48 h, ressunize o béquer com o resíduo. Lembre-se: não toque no béquer com as mãos nuas.
  8. Subtraia o peso inicial (em gramas) do béquer vazio do peso do béquer com resíduo para obter o aumento de peso ou peso do resíduo.
  9. Converta o peso do resíduo em mg/l usando o cálculo a seguir
    Peso do resíduo x 1.000 mg x 1.000 mL = ? mg
    100 mL 1 g 1 L L

3. Método LabQuest para medir a turbidez

  1. Ligue um monitor portátil LabQuest e conecte o sensor de turbidez no Canal 1, as unidades devem ser NTU.
  2. Se as unidades não estiverem em NTU, use a caneta para tocar na área vermelha da tela, selecione unidades de alteração e escolha NTU.
  3. Se as unidades estiverem em NTU, abra a tampa do sensor e limpe (usando um lenço de laboratório) e insira a garrafa que já está cheia de impressão preta sobre ele (100 NTU), tampa fechada.
  4. Use a caneta para tocar na área vermelha da tela e selecione Calibrar. Quando a tela de calibração aparecer, selecione o botão Calibrar Agora (canto superior esquerdo da tela).
  5. O cursor deveria ter pulado para a primeira caixa de valor. Observe a tensão no canto superior direito da tela. Quando se instalar, use a caneta e o teclado numérico para digitar em 100. Em seguida, selecione o botão Manter abaixo.
  6. O cursor deveria ter pulado para a segunda caixa de valor. Agora encha a segunda garrafa com água DI (até a linha), cap-it, e limpe-a cuidadosamente usando um lenço de laboratório. Insira a garrafa de água DI no sensor e feche a tampa. Quando a tensão se instalar, digite 0 e pressione o botão Manter.
  7. Em seguida, pressione o botão OK na parte inferior direita da tela. A calibração está completa.
  8. Descarte a água DI da segunda garrafa e despeje apenas um pouco da sua amostra de água para enxaguar a garrafa para enxaguar qualquer água DI restante e, em seguida, descartar a água de lavagem da amostra. Em seguida, reenche a garrafa até a linha com sua amostra de água, recapear, limpar (usando lenços umedecidos de laboratório) e inserir no sensor. Feche a tampa e uma vez que a leitura apareça para resolver, regissume a medição.

4. Método LabQuest para medir sólidos dissolvidos totais usando condutividade

  1. Para sólidos dissolvidos totais (TDS) usando condutividade: Certifique-se de que o interruptor na caixa (conectado ao cabo da sonda) está definido para a configuração inferior (0-2.000).
  2. Ligue a sonda ao canal 1. As unidades devem estar em miligramas por litro (mg/L).
  3. Se as unidades não estiverem em mg/L, use a caneta para tocar na área vermelha da tela, selecione unidades de alteração e escolha mg/L.
  4. Se as unidades estiverem em mg/L, submersa a sonda na amostra de água e quando as leituras aparecerem para estabilizar regissu sua medição.

Turbidez e sólidos totais são medidas relacionadas usadas para quantificar a clareza das águas superficiais.

A turbidez é uma medida indireta de clareza hídrica que determina a quantidade de luz que pode passar pela água. O total de sólidos é uma medição direta, que registra a massa total de partículas sólidas suspensas na água.

Altos níveis de turbidez ou sólidos totais na água podem ser causados por muitos fatores ambientais. Estes incluem erosão do solo, descarga de resíduos, escoamento ou mudanças em comunidades ecológicas, incluindo crescimento de algas ou abundância de organismos benitários que podem interromper sedimentos na coluna d'água.

A maior turbidez e os sólidos suspensos podem diminuir a qualidade da água absorvendo calor, causando aumento da temperatura da água e uma diminuição correspondente nos níveis de oxigênio, já que a água morna contém menos oxigênio. A fotossíntese pode diminuir, pois menos luz solar é capaz de penetrar na água, tornando-a incapaz de suportar alguma vida aquática. Além disso, os sólidos suspensos podem entupir brânquias, sufocar ovos, reduzir as taxas de crescimento e interromper os microhabitats de muitos organismos aquáticos.

Este vídeo ilustrará como quantificar a turbidez em um ambiente de laboratório e como calcular os sólidos totais em amostras de água.

A turbidez é causada por partículas sólidas suspensas na água que espalham a luz em vez de permitir que ela seja transmitida. O grau de turbidez é determinado pela concentração, tamanho e cor das partículas. Partículas maiores se dispersam e concentram a luz em uma direção para a frente em comparação com partículas menores. O tamanho das partículas também pode afetar a qualidade da luz, com partículas maiores espalhando comprimentos de onda mais longos de luz mais do que comprimentos de onda mais curtos. Por outro lado, partículas menores espalham comprimentos de onda curtos mais intensamente, enquanto têm relativamente pouco efeito sobre os comprimentos de onda mais longos.

Se as partículas forem densamente agrupadas em uma amostra, a luz entrará em contato com um número maior de partículas, e viajará uma distância menor entre elas, resultando em múltiplos eventos de dispersão. Soluções menos densas têm um caminho livre médio mais longo. Partículas mais escuras absorvem mais luz, e partículas mais claras aumentam a dispersão, com ambos resultando em aumento geral da turbidez. No geral, partículas mais escuras resultam em maior turbidez do que partículas mais leves devido à quantidade aumentada de energia leve absorvida.

Um método de medir a turbidez é com um disco Secchi. Para água doce, este é um disco de metal de 20 cm de diâmetro com quartos alternados preto e branco. Para o uso marinho é padrão um disco branco simples de aproximadamente 30 cm de diâmetro. Em ambos os casos, o disco é anexado a uma corda marcada em intervalos conhecidos, e jogado na água até que não possa mais ser visto. O comprimento da corda no ponto de desaparecimento é registrado como a profundidade de Secchi, que está relacionada à turbidez da água.

No entanto, há limitações para este método de campo. O protocolo ideal de gravação requer condições ensolaradas e uma área de teste sombreada. Margens de rios íngremes, largas ou soltas podem representar dificuldades ou perigos para os operadores de disco, ou o acesso a um barco pode ser necessário. O uso de tubos de turbidez para coletar água para realizar análises em laboratório permite medições mais seguras e padronizadas.

Uma vez que as amostras de água estão de volta ao laboratório, elas são comparadas a uma amostra de referência. Para isso, o Reagente de Turbidez Padrão é adicionado à água desionizada em incrementos predeterminados para aumentar a nebulosidade até que as amostras sejam combinadas, com base na observação de um ponto fixo na parte inferior das duas colunas. A quantidade de reagente adicionada para corresponder às amostras pode então ser registrada e convertida em Unidades de Turbidez de Jackson ou "JTU" usando uma tabela de referência.

Os sólidos totais podem ser obtidos evaporando a água da amostra para isolar e pesar os sólidos.

Agora que estamos familiarizados com os princípios por trás das medidas de turbidez e sólidos totais, vamos dar uma olhada em como estes são medidos em um ambiente de laboratório.

Uma vez coletada a água da amostra no campo, leve-a para o laboratório para análise. Primeiro, selecione uma coluna de turbidez limpa e preencha a linha de 50 mL com a água da amostra.

Em seguida, encha uma segunda coluna de turbidez "em branco" com água deionizada para a linha de 50 mL.

Coloque os dois tubos lado a lado e observe o ponto preto na base da coluna de turbidez. Se o ponto preto é igualmente claro em ambos os tubos, a turbidez é zero. Se o ponto preto no tubo de amostra for menos visível, será necessário adicionar reagente de turbidez padrão para corresponder à turbidez da amostra de referência com a da amostra de ensaio.

Agite o Reagente de Turbdidade Padrão para suspender as partículas. Adicione 0,5 mL do reagente ao tubo de água destilado e use uma haste de agitação para misturar bem o conteúdo.

Verifique novamente a turbidez colocando o tubo de amostra e o tubo de referência lado a lado, e olhando para baixo através das soluções nos pontos pretos. Se a turbidez da água da amostra ainda for maior que a da água destilada, continue adicionando reagente de turbidez padrão em incrementos de 0,5 mL, até que a turbidez dos dois tubos apareça, registrando a quantidade de reagente utilizada e misturando após cada adição. Finalmente, registo a quantidade total de Reagente de Turbidez Padrão adicionado. Use este valor para converter para Unidades de Turbidez de Jackson.

Além de medir a turbidez, os sólidos totais contidos na amostra também podem ser determinados. Com as mãos enluvadas, rotule abeaker com um lápis de graxa. Um lápis de graxa é ideal, pois esses béquers serão posteriormente colocados em um forno. Em seguida, ligue o equilíbrio e atrou-o. Usando as mãos enluvadas para evitar a transferência de umidade corporal e alterando o peso do béquer, coloque um dos béquers vazios na balança e grave o peso.

Certifique-se de que a água da amostra está bem misturada girando-a suavemente, em seguida, pegue um cilindro graduado e meça 100 mL da amostra de água. Despeje isso no béquer. Coloque o béquer de amostra em um forno definido a 100 °C por 48 h, a fim de evaporar o líquido e secar o resíduo resultante. Retire o béquer do forno com as mãos enluvadas, deixe esfriar até a temperatura ambiente e resfrie o béquer contendo o resíduo. Para determinar o peso do resíduo, subtraia o peso inicial do béquer vazio do peso do béquer com resíduo. Em seguida, converta o peso do resíduo em mg/L usando este cálculo.

Amostras de turbidez com JTU inferior a 10 são classificadas como "Excelentes"; uma faixa de 11 a 20 JTU é classificada como "Boa", 21 a 90 amostras de JTU são "Justas", e em amostras de mais de 90 JTU a turbidez é classificada como "Pobre".

Os sólidos totais podem ser categorizados utilizando as categorias de Análise Quantitativa de Monitoramento da Qualidade da Água para medições totais de sólidos. Aqui, uma medição total de sólidos inferiores a 100 mg/L é classificada como "Excelente", 101 a 250 como "Bom", 251 a 400 são "Justas", e amostras com mais de 400 mg/L são classificadas como "Pobres".

Medidas de turbidez e sólidos totais podem ser úteis em uma variedade de situações, e outros métodos potenciais para coletar e medir esses dados.

Outro método para medir a turbidez utiliza um sensor otimizado para mensurá-lo diretamente. Primeiro, o sensor é calibrado usando uma amostra de turbidez conhecida e água deionizada em branco. Em seguida, uma amostra de água é colocada no sensor de turbidez, e o monitor portátil exibirá uma leitura da turbidez. Este método traz benefícios sobre as medições laboratoriais, pois é mais rápido, simples e pode ser realizado no campo, mas requer a compra de equipamentos mais caros.

Sólidos dissolvidos totais também podem ser medidos no campo usando um dispositivo automatizado, que usa uma sonda de condutividade para obter uma leitura. Aqui, a sonda é calibrada manualmente e definida para gravar partículas em mg/L. A sonda está submersa na amostra de água e a leitura total de sólidos dissolvidos é exibida no monitor portátil. Novamente, este método fornece resultados mais rápidos e fáceis do que o método de laboratório, mas requer a compra de um medidor labquest e sonda de condutividade.

Você acabou de assistir a introdução de JoVE à Turbidez e Total Solids em Águas Superficiais. Agora você deve entender a teoria e os princípios subjacentes a essas duas medidas valiosas da qualidade da água, como medi-las e como usá-las para determinar a qualidade de suas amostras de água. Obrigado por assistir!

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Results

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A tabela abaixo é utilizada para converter a quantidade de reagentes nas unidades de turbidez (JTU). (Tabela 1)
TURBIDEZ
Excelente < 10 JTUs
Bom 11 – 20 JTUs
Feira 21 – 90 JTUs
Pobres > 90 JTUs

Os sólidos totais podem ser avaliados utilizando as categorias de Análise Quantitativa de Monitoramento da Qualidade da Água para medições totais de sólidos.
SÓLIDOS TOTAIS (mg/L)
Excelente <100
Bom 101 – 250
Feira 251 – 400
Pobre > 400

Número de adições medidas Quantidade em mL Turbidez (JTUs)
1 0.5 5
2 1.0 10
3 1.5 15
4 2.0 20
5 2.5 25
6 3.0 30
7 3.5 35
8 4.0 40
9 4.5 45
10 5.0 50
15 7.5 75
20 10.0 100

Mesa 1. Tabela de Resultados de Testes de Turbidez para converter número de gotas (reagente de turbidez) para unidades de turbidez (JTU) e as categorias de Análise Quantitativa de Monitoramento da Qualidade da Água para turbidez.

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Applications and Summary

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A turbidez e os sólidos totais são medidas importantes da qualidade da água porque são os indicadores mais visíveis de quão "limpa" é uma fonte de água. Altos níveis de turbidez e sólidos totais podem indicar a presença de poluentes da água que têm um efeito adverso na vida humana, animal e vegetal, incluindo bactérias, protozoários, nutrientes(por exemplo, nitratos e fósforo), pesticidas, mercúrio, chumbo e outros metais. O aumento da turbidez e os sólidos totais na água superficial tornam a água inpalatável para o uso humano esteticamente e também pode fornecer superfícies na água para microrganismos causadores de doenças crescerem abrigando patógenos transmitidos pela água, como criptosporidiose, cólera e giardiasis. Grandes quantidades de sólidos suspensos também podem se tornar um problema para outras espécies que vivem na água se as partículas se alojadas em brânquias de animais respiradores de oxigênio na água. Partículas suspensas também podem interromper ciclos de luz e fotossíntese, alterando a concentração de oxigênio na água e perturbando a teia alimentar do sistema aquático. A turbidez e os sólidos totais aumentam em momentos em que o crescimento de algas é alto ou quando os sedimentos são levantados na água durante uma tempestade. Ambos também podem aumentar em resposta à atividade humana, como a poluição da água, incluindo o escoamento industrial, agrícola e residencial. As águas residuais dos sistemas de esgoto, o escoamento urbano e a erosão do solo do desenvolvimento também podem contribuir para altos níveis de turbidez e sólidos totais. De fácil conduta no local da coleta de água, essas duas medidas simples são indicadores amplos para uma ampla gama de ameaças à qualidade da água, que tornam a água superficial menos útil para fins humanos e também menos capaz de se sustentar como um ecossistema aquático.

Os sólidos totais são importantes para o uso como teste de monitoramento para descargas de estações de tratamento de esgoto, plantas industriais ou irrigação extensiva de culturas. Áreas onde os níveis de água doce são baixos tendem a ter taxas mais altas de evaporação e mais vulneráveis a concentrações mais altas de sólidos. As concentrações de turbidez e solidez total também tendem a aumentar durante os eventos pluviométricos, especialmente em áreas mais altamente desenvolvidas com quantidades aumentadas de superfícies impermeáveis e escoamento urbano.

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