Sensores de oxigênio dissolvido: Monitoramento da qualidade da água

O que é oxigênio dissolvido?

A água líquida é uma matriz solta de moléculas de água. Se a água sem oxigênio entrar em contato com uma fonte de oxigênio, como a atmosfera, o oxigênio se moverá lentamente para as lacunas da matriz de moléculas de água. Esse oxigênio é chamado de oxigênio dissolvido (OD); é a mesma coisa que dissolver o sal de mesa na água. O oxigênio dissolvido na água vem da atmosfera e/ou de organismos fotossintéticos (algas) na água.

Por que eu gostaria de medir o oxigênio dissolvido?

Assim como os seres humanos, os peixes e outros animais aquáticos precisam respirar oxigênio para viver e estão adaptados para respirar o oxigênio dissolvido na água em vez do oxigênio da atmosfera. Os peixes de caça, como a truta, precisam de altos níveis de oxigênio dissolvido; os peixes rudes, como a carpa, podem viver em níveis mais baixos de oxigênio dissolvido. A mortandade de peixes geralmente é causada por baixos níveis de oxigênio dissolvido, que, ironicamente, são desencadeados pela decomposição das algas que adicionavam oxigênio à água antes da morte.

O OD também influencia a química básica da água. Águas altamente oxigenadas favorecem a forma oxidada de produtos químicos; águas pouco oxigenadas favorecem a forma reduzida de produtos químicos. Por exemplo, as águas oxigenadas favorecem o enxofre na forma de sulfato, SO4, enquanto as águas desoxigenadas favorecem o enxofre na forma de sulfeto de hidrogênio (H2S). O sulfato é uma substância benigna, mas o sulfeto de hidrogênio é um veneno.

Níveis quase nulos de OD são frequentemente encontrados em sedimentos acumulados no fundo de um corpo d’água. Esse reino quimicamente redutor ajuda a fixar nutrientes e metais no sedimento.

Mudanças nas tendências de longo prazo do OD podem indicar a necessidade de um estudo químico mais detalhado da água e de suas fontes de contaminação.

Como o OD (oxigênio dissolvido) é medido?

Há dois tipos de sensores comumente usados para medir o OD. A célula de Clark tradicional consiste em dois eletrodos cercados por uma solução eletrolítica à base de água e cobertos por uma membrana permeável ao oxigênio. À medida que o oxigênio atravessa a membrana para se dissolver no eletrólito, ele é consumido em uma reação química que gera uma pequena corrente elétrica entre os dois eletrodos. Essa corrente é diretamente proporcional à quantidade de oxigênio na amostra de água. Esse método é descrito com mais detalhes no Standard Methods 4500-O G. A Eureka não oferece mais esse tipo de sensor.

O segundo tipo de sensor de OD é o sensor óptico de OD, como o HDO da Eureka, no qual uma luz azul é direcionada a um composto ativo de oxigênio que foi estabilizado em um polímero permeável ao oxigênio. A luz azul faz com que o composto ativo de oxigênio fique fluorescente – Ou seja, ele absorve energia na forma de luz azul e emite energia na forma de luz vermelha. A fluorescência é atenuada pelo oxigênio, ou seja, a emissão de luz vermelha é reduzida se houver moléculas de oxigênio presentes para interferir no composto ativo de oxigênio. Quanto mais oxigênio estiver presente, menor será a quantidade de luz vermelha produzida.

Quando a superfície do sensor de polímero é exposta à água, o oxigênio se difunde na superfície do sensor de acordo com a quantidade (“pressão parcial”) de oxigênio na água. Assim, a quantidade de luz vermelha recebida pelo sensor está diretamente relacionada à quantidade de oxigênio na água. O sinal de luz vermelha é calibrado para as unidades de OD adequadas.

Os sensores ópticos de OD tornaram-se o padrão e são preferidos em relação às células de Clark, pois apresentam pouco desvio de calibração no campo, não são sensíveis ao fluxo (não é necessário circulador) e não exigem mudanças difíceis de membrana que incomodam os usuários do sensor de Clark. Em 1º de julho de 2007, a EPA aprovou o ASTM International Method D888-05, Standard Test Methods for Dissolved Oxygen in Water (Métodos de teste padrão para oxigênio dissolvido na água) para medir o OD de acordo com o 40 CFR 136, tornando os sensores ópticos de OD aceitáveis para uso por agências governamentais.

A quantidade de oxigênio dissolvido, por exemplo, em um lago ou rio, depende de diversas variáveis. Quanto maior a pressão barométrica, mais oxigênio pode se dissolver na água. E quanto mais alta a temperatura da água, menos oxigênio pode se dissolver na água.

Se a água tiver absorvido o máximo de oxigênio possível para uma combinação específica de temperatura e pressão barométrica, diz-se que a água está saturada de oxigênio. Se, em média, nenhum oxigênio estiver entrando ou saindo da água, diz-se que o oxigênio na água está em equilíbrio com o oxigênio da atmosfera.

O oxigênio dissolvido (OD) é comumente relatado em duas unidades. A concentração de OD é o peso do oxigênio dissolvido na água e é relatada em mg/l ou ppm. A porcentagem de saturação de OD é a proporção de oxigênio na água em relação à quantidade máxima de oxigênio que pode se dissolver em uma amostra de água sob as mesmas condições e é relatada em % de saturação.

O sensor Clark Cell mais antigo era tradicionalmente calibrado em ar saturado de água, mas a calibração em água saturada de ar está se tornando cada vez mais popular. A última é feita agitando-se meio litro de água em um recipiente de um litro por um minuto e, em seguida, aguardando um minuto para que as bolhas subam à superfície e desapareçam. O sensor de OD é imerso nessa água e tem tempo para se estabilizar. Com o conhecimento da temperatura da água e da pressão barométrica, o instrumento pode calcular o nível de OD na água, pois sabe que a água está saturada de oxigênio. O instrumento define a leitura do sensor de OD de acordo com isso.