Norma Técnica SABESP NTS 221

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1 Norma Técnica SABESP NTS 221 Nitrogênio Amoniacal, Orgânico e Total Kjeldahl Método titulométrico Método de Ensaio São Paulo Janeiro

2 NTS 221 : 2004 Norma Técnica SABESP S U M Á R I O 1 OBJETIVO PRINCÍPIO DO MÉTODO DEFINIÇÕES MATERIAIS E EQUIPAMENTOS REAGENTES Reagentes primários Reagentes elaborados LIMPEZA E PREPARO DE MATERIAIS AMOSTRAGEM INTERFERENTES PROCEDIMENTO ANALÍTICO Destilação do Nitrogênio Amoniacal Digestão e destilação do Nitrogênio Orgânico EXPRESSÃO DOS RESULTADOS N-Amoniacal ou N-Orgânico de amostra líquida N-Amoniacal ou N-Orgânico de lodo (amostra sedimentada) Nitrogênio total Kjeldahl (NKT) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS /01/04

3 Norma Técnica SABESP NTS 221 : 2004 Nitrogênio Amoniacal, Orgânico e Total Kjeldahl Método titulométrico 1 OBJETIVO Prescrever método para determinação das frações de Nitrogênio Amoniacal, Orgânico e Total Kjeldahl em amostras de águas naturais, residuárias e de lodo por titulação potenciométrica. 2 PRINCÍPIO DO MÉTODO O Nitrogênio Amoniacal é recolhido em uma solução de Ácido Bórico, após a destilação da amostra, e é determinado através de titulação com solução de Ácido Sulfúrico. A quantidade gasta de solução ácida, para retornar o ph da solução de Ácido Bórico ao seu valor original, é equivalente à quantidade de N-NH 3 presente na amostra. Faixa de trabalho a partir de 5 mg N-NH 3 /L. O Nitrogênio Orgânico é obtido através do tratamento adicional da amostra ao final do processo de obtenção do Nitrogênio Amoniacal, que consiste na conversão para amônia pela ação de solução fortemente oxidante, com subseqüente digestão, destilação e titulação. O Nitrogênio Total Kjeldahl pode ser determinado por digestão ácida seguida de destilação e titulação ou pela soma do Nitrogênio Amoniacal e do Nitrogênio Orgânico. 3 DEFINIÇÕES A presença do nitrogênio em sua forma orgânica ou amoniacal pode ser associada à idade e proximidade da poluição. Nitrogênio Orgânico - Forma reduzida do nitrogênio, proveniente das proteínas presentes na amostra. Nitrogênio Amoniacal - Origina-se na hidrólise da uréia e é constituído a partir da morte seguida da decomposição de tecidos animais e vegetais e principalmente das transformações sofridas pelos compostos orgânicos presentes no esgoto em nitrogênio amoniacal nas formas de amônia (NH 3 ) ou do íon amônio (NH 4 + ). Nitrogênio Total Kjeldahl - Consiste na soma das formas reduzidas do nitrogênio e é utilizado na correlação com DBO e DQO, na previsão das necessidades de nutrientes em reatores biológicos de tratamento de esgotos. 4 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS - Bureta; - phmetro; - Cacos de porcelana ou pérolas de vidro; - Sistema de destilação de Kjeldahl; - Sistema de digestão. 5 REAGENTES 5.1 Reagentes primários - Ácido Bórico p.a. H 3 BO 3 - Ácido Nicotínico p.a. C 6 H 5 NO 2 - Ácido Sulfúrico p.a. H 2 SO 4 30/01/04 1

4 NTS 221 : 2004 Norma Técnica SABESP - Álcool Etílico ou Isopropílico a 95% - Antiespumante de Silicone 30% em água - Azul de Metileno p.a. C 16 H 18 N 3 SCl.3H 2 O - Cloreto de Amônio anidro p.a. NH 4 Cl - Fenolftaleína C 20 H 14 O 4 - Hidróxido de Sódio p.a. NaOH - Peróxido de Hidrogênio H 2 O 2 - Sulfato de Cobre p.a. CuSO 4 - Sulfato de Potássio p.a. K 2 SO 4 - Tetraborato de Sódio anidro p.a. Na 2 B 4 O 7 - Tiossulfato de Sódio pentahidratado p.a. Na 2 S 2 O 3.5H 2 O - Vermelho de Metila p.a. HOOC.C 6 H 4 H:N.C 6 H 4 N(CH 3 ) Reagentes elaborados Solução de Digestão Dissolver 134g de Sulfato de Potássio e 7,3 g de Sulfato de Cobre em 800 ml de água deionizada e adicionar cuidadosamente 134 ml de Ácido Sulfúrico concentrado p.a. Após o resfriamento, avolumar para 1000 ml com água deionizada. Misturar bem e manter a 20ºC para evitar cristalização Solução de Hidróxido de Sódio 0,1 mol/l Solução Indicadora Vermelho de Metila 0,2% Dissolver 0,20 g de Vermelho de Metila em Álcool Etílico ou Isopropílico a 95% e avolumar para 100 ml Solução Indicadora Azul de Metileno 0,2% Dissolver 0,20 g de Azul de Metileno em Álcool Etílico ou Isopropílico a 95% e avolumar para 100 ml Solução Tampão Borato Adicionar 88 ml de Hidróxido de Sódio 0,1 mol/l a 500 ml de solução de Borato de Sódio 0,025 mol/l (5 g/l de Tetraborato de Sódio anidro p.a ou 9,5 g/l de Tetraborato de Sódio decahidratado p.a) e avolumar para 1000 ml com água deionizada Solução Indicadora de Ácido Bórico Dissolver 20 g de Ácido Bórico em água deionizada. Adicionar 7 ml de solução indicadora de Vermelho de Metila 0,2%, 3 ml de solução indicadora de Azul de Metileno 0,2% e avolumar para 1000 ml com água deionizada. OBS: Renovar esta solução mensalmente (acertar ph entre 3,07 e 3,11 com Ácido Sulfúrico 0,01 mol/l ou Hidróxido de Sódio 0,1 mol/l) Solução de Ácido Sulfúrico 0,01 mol/l (0,02 N) (padronizado) Solução de Fenolftaleína Dissolver 5 g de Fenolftaleína em 500 ml de Álcool Etílico. Adicionar 500 ml de água deionizada e em seguida adicionar gotas de solução de Hidróxido de Sódio 0,1 mol/l até ligeira coloração rósea Solução de Hidróxido de Sódio Tiossulfato de Sódio Dissolver 500 g de Hidróxido de Sódio p.a em água deionizada e 25 g de Tiossulfato de Sódio pentahidratado p.a., avolumar para 1000 ml com água deionizada Solução Padrão de Nitrogênio Amoniacal Dissolver 3,819 g de Cloreto de amônio p.a., previamente seco a 100 C durante 2 horas, em 1000 ml de água deionizada. 2 30/01/04

5 Norma Técnica SABESP NTS 221 : ml dessa solução = 1,00 mg N = 1,214 mg NH Solução Padrão de Nitrogênio Orgânico Dissolver 8,786 g de Ácido Nicotínico em 1000 ml de água deionizada. 6 LIMPEZA E PREPARO DE MATERIAIS Todos os materiais utilizados devem ser lavados com detergente neutro e isento do íon amônio, e enxaguados com água deionizada. Recomenda-se enxaguar novamente todo o material com água deionizada antes do ensaio. Quando utilizados cacos de porcelana, estes devem ser bem enxaguados com água deionizada e secos para garantir a liberação de bolhas de ar durante o processo de destilação. Quando impregnados por soluções, devem ficar imersos em solução de Peróxido de Hidrogênio 0,3% até o clareamento. 7 AMOSTRAGEM Acondicionar as amostras em frascos de vidro ou de polietileno e manter sob refrigeração. Analisar dentro de 24 horas. Amostras preservadas com Ácido Sulfúrico a ph menor que 2,0 podem ser analisadas até 28 dias. Cloro residual deve ser eliminado pela adição de solução de Tiossulfato de Sódio no momento da coleta (cada 0,5 ml da solução de Tiossulfato de Sódio 3,5% elimina 2,5 mg de cloro). 8 INTERFERENTES Detergentes podem ocasionar formação de espumas durante o processo de destilação, o que é minimizado com adição de antiespumante à base de silicone, na proporção de 3 gotas de solução para cada 100 ml de amostra. Altos teores de óleos e graxas presentes em algumas amostras devem ser extraídos com Triclorofluoretano, em funil de extração. Se a amostra for clorada, a Amônia pode estar presente na forma de cloraminas. A adição de solução de Tiossulfato de Sódio faz a conversão dessas cloraminas em Amônia. Sendo assim, o Cloro residual deve ser eliminado pela adição de solução de Tiossulfato de Sódio no momento da coleta (cada 0,5 ml da solução de Tiossulfato de Sódio 3,5% elimina 2,5 mg de cloro). A digestão ácida do processo Kjeldahl ocorre à temperatura de 380ºC. Altas concentrações de sais e sólidos inorgânicos dissolvem durante a digestão provocando aumento da temperatura acima de 400ºC e conseqüente perda do nitrogênio. Para prevenir o aumento da temperatura, adicionar 10 ml de Ácido Sulfúrico concentrado para cada 3 gramas de Demanda Química de Oxigênio ou 50 ml de excesso de reagente por grama de Demanda Química de Oxigênio. Nota 1: Considerar que amostras contendo Glicina, Uréia, Ácido Glutâmico, Cianatos e Acetamida são hidrolisadas durante o processo liberando amônia. Nota 2: Produtos de limpeza ou reagentes que contenham Hidróxido de Amônio causam contaminação durante a execução do ensaio. 9 PROCEDIMENTO ANALÍTICO 9.1 Destilação do Nitrogênio Amoniacal Acertar o ph para 9,5 de 500 ml da amostra líquida, da prova em branco e dos padrões com solução de Hidróxido de Sódio (para lodo, utilizar uma quantidade equivalente a 1 g 30/01/04 3

6 NTS 221 : 2004 Norma Técnica SABESP de lodo, dissolver em 500 ml de água deionizada e dar o mesmo tratamento de amostra líquida); Medir e anotar o ph da solução indicadora de Ácido Bórico; Transferir a amostra para balão de Kjeldahl contendo alguns cacos de porcelana ou pérolas de vidro e adicionar 25 ml de Solução Tampão Borato e transportá-lo imediatamente para o aparelho de destilação; Destilar com a ponta do condensador imerso na solução indicadora de Ácido Bórico. Coletar pelo menos 200 ml de destilado em um balão de 250 ml contendo 50 ml de solução de Ácido Bórico. Deixar a destilação continuar até acertar o menisco do balão sem a ponta do tubo submerso na solução de Ácido Bórico; Medir o ph do branco e titular até atingir o ph da solução indicadora; Titular o destilado (amostra, padrões) com solução de Ácido Sulfúrico 0,01 mol/l (PADRONIZADO) até que o valor do ph se iguale ao ph da prova em branco e anotar o volume gasto. Nota 3: Utilizar os cacos de porcelana secos para garantir que não ocorra refluxo da amostra durante o processo de destilação. Nota 4: A evaporação da amônia nestas condições é extremamente rápida, assim, toda amônia livre contida na amostra é recolhida nos primeiros 25% de destilado. Nota 5: A prova em branco deve estar com a coloração violeta, se estiver esverdeada significa que houve contaminação, devendo assim reiniciar o processo lavando as vidrarias adequadamente e eliminando possíveis fontes de contaminação do ambiente por amônia. 9.2 Digestão e destilação do Nitrogênio Orgânico Nos 250 ml restantes nos balões de destilação da amostra, prova em branco, e dos padrões, adicionar 50 ml da Solução de Digestão e iniciar a digestão até formação de fumos brancos de SO 3 ; Aguardar o resfriamento, adicionar 500 ml de água deionizada, algumas gotas de solução de Fenolftaleína e 50 ml de Solução de Hidróxido de Sódio-Tiossulfato de Sódio; e transportá-lo imediatamente para o aparelho de destilação; Destilar com a ponta do condensador imerso na solução indicadora de Ácido Bórico. Coletar pelo menos 200 ml de destilado em um balão de 250 ml contendo 50 ml de solução de Ácido Bórico. Deixar a destilação continuar até acertar o menisco do balão sem a ponta do tubo submerso na solução de Ácido Bórico; Medir e anotar o ph do branco; Titular o destilado (amostra, padrões) com solução de Ácido Sulfúrico 0,01 mol/l (PADRONIZADO) até que o valor do ph se iguale ao ph da prova em branco e anotar o volume gasto. 10 EXPRESSÃO DOS RESULTADOS 10.1 N-Amoniacal ou N-Orgânico de amostra líquida mg N-NH 3 /L ou mg N-N org /L = (A B) x 280 x F V onde: A = ml de H 2 SO 4 usados na titulação da amostra B = ml de H 2 SO 4 usados na titulação do branco 280 = constante [14(N) x 0,02 (normalidade do H 2 SO 4 ) x 1000] V = volume de amostra em ml 4 30/01/04

7 Norma Técnica SABESP NTS 221 : 2004 F = fator da solução de Ácido Sulfúrico 0,01 mol/l 10.2 N-Amoniacal ou N-Orgânico de lodo (amostra sedimentada) mg N-NH 3 /kg ou mg N-N org /kg = (A B) x 280 x F m onde: A = ml de H 2 SO 4 usados na titulação da amostra B = ml de H 2 SO 4 usados na titulação do branco 280 = constante [14(N) x 0,02 (normalidade do H 2 SO 4 ) x 1000] m = peso da amostra em grama F = fator da solução de Ácido Sulfúrico 0,01 mol/l 10.3 Nitrogênio total Kjeldahl (NKT) mg NKT/L (kg) = mg N-NH 3 /L (kg) + mg N-N org /L (kg) Para transformar o resultado de mg N-NH 3 /L em mg NH 3 /L basta multiplicar o resultado por 1, REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - AGUDO, E. G. - Apostila da disciplina Fundamentos químicos de saneamento do curso de pós-graduação em Saneamento Ambiental da Universidade Mackenzie, COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTAL. Legislação Federal, controle da poluição ambiental. Série Legislação. São Paulo, PIVELI, R. P. & MORITA, D. M. Caracterização de Águas Residuárias - Sabesp - São Paulo, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater - 20ª edição. - ISO 78-2 Chemistry - Layouts for standards Part 2: Methods of chemical analysis, /01/04 5

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9 Norma Técnica SABESP NTS 221 : 2004 Nitrogênio Amoniacal, Orgânico e Total Kjeldahl Método titulométrico Considerações finais: 1) Esta norma técnica, como qualquer outra, é um documento dinâmico, podendo ser alterada ou ampliada sempre que for necessário. Sugestões e comentários devem ser enviados ao Departamento de Tecnologia TTT. 2) Esta norma é elaborada segundo a NTS ) Tomaram parte na elaboração desta Norma: ÁREA UNIDADE DE TRABALHO M MCEC Maria Teresa Berardis M MOEC Cleonice Xavier Guedes NOME M MSEC Márcia Cecília Glasser Santi da Costa R RAOC Anna Cristina Kira R RBOC Amélia Yoshie Ossugui R RGOC Luís Antônio Salomão R ROA Mauro Ignácio R RSOC Marco Antônio Silva de Oliveira R RVOC José Aparecido Oliveira Lemes T TELM Jefferson Alexandre de Aguiar T TELP Vera Lúcia de Andrade Aguiar T TEO Moacir Francisco Brito T TEOB Francisco Novais T TTHQ Elvira Antonieta Simi Venckunas T TTT Maria Célia Goulart 30/01/04

10 NTS 221 : 2004 Norma Técnica SABESP Sabesp - Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo Diretoria de Produção e Tecnologia - T Superintendência Técnica - TT Departamento de Tecnologia - TTT Rua Costa Carvalho, CEP São Paulo - SP - Brasil Telefone: (011) / FAX: (011) [email protected] - Palavras-chave: nitrogênio amoniacal, nitrogênio orgânico, nitrogênio Kjeldahl, método de ensaio, determinação - _5_ páginas 30/01/04