Revista Recursos Hídricos

DOI:10.5894/rh34n1-1
O texto deste artigo foi submetido para revisão e possível publicação em março de 2013, tendo sido aceite pela Comissão de Editores Científicos Associados em abril de 2013. Este artigo é parte integrante da Revista Recursos Hídricos, Vol. 34, Nº 1, 5-16, maio de 2013.

Espectrofotometria para monitorização da qualidade de água residual em drenagem urbana

Spectroscopy as a tool for wastewater quality monitoring in urban drainage

Rita S. Brito¹, Filipa Ferreira², Nídia D. Lourenço³, Helena M. Pinheiro⁴, José S. Matos⁵

---

1 - Equiparada a Professora Adjunta /// Escola Superior de Tecnologia do Barreiro do Instituto Politécnico de Setúbal /// Rua Américo da Silva Marinho, 2839-001 Lavradio, Portugal /// rita.brito@estbarreiro.ips.pt
2 - Professora Auxiliar /// Departamento de Engenharia Civil, Arquitectura e Georrecursos, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa /// Av. Rovisco Pais, 1049 - 001 Lisboa, Portugal /// filipaf@civil.ist.utl.pt
3 - Investigadora Doutorada /// Centro de Engenharia Biológica e Química, Instituto de Biotecnologia e Bioengenharia (IBB), Departamento de Bioengenharia, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa /// Av. Rovisco Pais, 1049-001, Lisboa, Portugal /// nidia.lourenco@ist.utl.pt
4 - Professora Auxiliar /// Centro de Engenharia Biológica e Química, Instituto de Biotecnologia e Bioengenharia (IBB), Departamento de Bioengenharia, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa /// Av. Rovisco Pais, 1049-001, Lisboa, Portugal /// helena.pinheiro@ist.utl.pt
5 - Professor Catedrático /// Departamento de Engenharia Civil, Arquitectura e Georrecursos, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa /// Av. Rovisco Pais, 1049 - 001 Lisboa, Portugal /// jose.saldanha.matos@ist.utl.pt

---

RESUMO
A monitorização da qualidade das águas residuais, em sistemas de drenagem, não é usual e, quando efetuada, baseia-se em campanhas pontuais e de curta duração. No entanto, a caracterização da qualidade dos efluentes é fundamental para a avaliação de eventuais impactos no meio recetor, quando ocorrem descargas diretas, e para apoiar a operação das estações de tratamento de águas residuais (ETAR).
O recurso a técnicas espectrofotométricas possibilita a monitorização em contínuo da qualidade das águas residuais, e tem sido aplicada no controlo processual de ETAR. Considera-se que a utilização desta tecnologia em sistemas de drenagem urbana, abordada neste artigo, constitui um avanço significativo. Foi avaliado o potencial desta metodologia para deteção de afluências anómalas e para estimativa de Sólidos Suspensos Totais (SST) e Carência Química de Oxigénio (CQO), com sucesso, através da aquisição de espectros nas gamas ultravioleta e visível, em 5 secções distintas. O artigo incide também sobre aspetos práticos relativos à utilização de uma sonda submersível em drenagem urbana.

Palavras-chave: espectrofotometria, monitorização, qualidade da água, sistemas de saneamento.

ABSTRACT
Monitoring of wastewater quality in drainage systems is not usual and, when performed, is based on occasional, short duration campaigns. However, the characterization of effluent quality is crucial to the assessment of the impacts on the receiving waters, in case of direct discharges, and to support the operation of wastewater treatment plants (WWTP).
Ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy is a promising tool for fast and simple evaluation of wastewater quality that has been mostly used in WWTP. Its application to drainage systems, reported in the present paper, is a step forward in water quality monitoring. UV-Vis spectra were acquired in 5 sites to evaluate the potential for detection of anomalous inflows and to estimate values of Total Suspended Solids (TSS) and Chemical Oxygen Demand (COD).The overall results indicate UV-Vis spectra to be reliable for TSS and COD estimation in sewer systems. The paper also refers practical aspects relating to the use of a submersible probe in urban drainage.

Keywords: monitoring, water quality, wastewater systems, spectroscopy.

 

Baures E., Helias E., Junqua G., Thomas O. J., 2007. Fast characterization of non domestic load in urban wastewater networks by UV spectrophotometry. J. Environ. Monit., Vol. 9, 959965.

Bertrand-Krajewski J. L., Laplace D., Joannis C., Chebbo G., 2000. Mesures en hydrologie urbaine et assainissement. Editions Technique & Documentation. p. 792.

Bonakdari H., Larrarte F., Joannis C., Levacher D., 2007. Une méthodologie d’aide à l’implantation de débitmètres en réseaux d’assainissement . 25^èmes rencontres de l’AUGC.

Brito R.S., 2012. Monitorização de variáveis hidráulicas e de qualidade da água em drenagem urbana. Tese de Doutoramento. Lisboa. IST/UTL, p. 402.

Brito R.S., Pinheiro H.M., Ferreira F., Matos J. S., Lourenço, N.D., 2013. In situ UV-Vis spectroscopy to estimate COD and TSS in wastewater drainage systems. Urban Water J., Aceite para publicação.

Gomes P., 1998. Variabilidade da precipitação em Portugal e relações com o sistema oceano - atmosfera no Atlântico Norte. Finisterra, XXXIII., Vol. 66, 77-89.

Gruber G., Bertrand-Krajewski J.L., De Bénédittis J., Hochedlinger M., Lettl W., 2006. Practical aspects, experiences and strategies by using UV/VIS sensors for long-term sewer monitoring. Water Practice & Technology, Vol. 1.

Gruber G., Winkler S., Pressl A., 2005. Continuous monitoring in sewer networks - an approach for quantification of pollution loads from CSOs into surface water bodies. Water Sci. Technol., Vol. 52 (12), 215-223.

Hulsmann A., 2011. Prepared. D3.1.3 A common protocol for sensor testing. http.//www.prepared-fp7.eu/prepared-publications. Consultado a 12/05/2012. p. 39..

Kresta J., 1992. Application of Partial Least Squares to problems in chemical engineering. PhD Thesis. McMaster University, Canada, 192.

Langergraber G., Fleischmann N., Hofstaedter F., Weingartner A.,2004. Monitoring of a paper mill wastewater treatment plant using UV/VIS spectroscopy. Water Sci. Technol., Vol. 49 (1), 9-14.

Lourenço N.D., Chaves C. L., Menezes J. C., Novais J. M., Pinheiro H., Diniz D., 2006. A espectroscopia ultravioleta-visível na prevenção de descargas não-conformes de águas residuais industriais. Engenharia Química - Indústria, Ciência e Tecnologia, Vol. 4. 56eq-62eq.

Maribas A., Silva M. C, Laurent N., Loison B., Battaglia P., Pons M.-N., 2008. Monitoring of rain events with a submersible UV/Vis spectrophotometer. Water Sci. Technol., Vol 57 (10), 1587-1593.

Ojeda C. B., Sánchez Rojas F., 2009. Process analytical chemistry. Applications of ultraviolet/visible spectrometry in environmental analysis. An overview. Appl. Spectrosc. Rev., Vol. 44, 245 265.

OTHU, 2009. Rapport d´activité scientifique 2006/2008. Féderation d´equipes de recherche OTHU.

Pouet M. F., Baurès E., Vaillant S., Thomas O., 2004. Hidden isosbestic point(s) in UV spectra. Appl. Spectrosc., Vol. 58, 486 - 490.

Romero R., Ramis C., Guijarro J.A., Sumner G., 1999. Daily rainfall affinity areas in Mediterranean Spain. Int. J. Climatology., Vol. 19, 557–578.

Rieger L., Langergraber G., Siegrist H., 2006. Uncertainties of spectral in situ measurements in wastewater using different callibration approaches. Water Sci. Technol., Vol 53 (12), 187-197.

Thomas O., Baurès E., Pouet M.F., 2005. UV spectrophotometry as a non-parametric measurement of water and wastewater quality variability. Water Qual. Res. J. Can., Vol. 40 (1), 5158.

Torres A., Bertrand-Krajewski J.L., 2006. Amélioration des algorithmes d’étalonnage d’un spectromètre UV-visible pour le mesurage in situ en continu des pollutants dans les effluents urbains. 24^èmes Rencontres AUGC, 1-8.

Torres A, Bertrand-Krajewski J. L., 2008. Partial Least Squares local calibration of a UV-visible spectrometer used for in situ measurements of COD and TSS concentrations in urban drainage systems. Water Sci. Technol., Vol 57 (4), 581-588.

Van der Broeke J., Langergraber G., Wiengartner A., 2006. On-line and in-situ UV/vis spectroscopy for multi-parameter measurements: a brief review. Spectroscopy Europe, Vol. 18 (4).

Vanrolleghem P.A., Lee D.S., 2003. On-line monitoring equipment for wastewater treatment processes: state of the art. Water Sci. Technol., Vol. 47 (2), 1-34.

WaPug, 2002. Code of practice for the hydraulic modelling of sewer systems. Version 3.001. United Kingdom. Wastewater Planning Users Group.

White D., Richman M., Yarnal B., 1991. Climate regionalization and rotation of principal components. Int. J. Climatology., Vol. 11, 1-25.

Wold H., 1966. Estimation of principal components and related models by iterative least squares. P.R. Krishnaiaah (Ed.). Multivariate Analysis, 391-420.

Wold S., Esbensen K., Geladi P., 1987. Principal component analysis. Chemom. Intell. Lab. Syst., Vol. 2 (1-3), 37-52.

.