Microlaboratórios autônomos para monitoramento da concentraçâo de fósforo e nitrogênio em águas e efluentes

• Processo: 09/08486-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2009
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2012
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica
• Pesquisador responsável: Antonio Carlos Seabra
• Beneficiário: Zaira Mendes da Rocha
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Fotometria Instrumentação eletrônica Microeletrônica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Fia | fotometria | Instrumentação eletrônica | Ltcc | Microlaboratório Autônomo | Micro-Tas | Microeletrônica

Resumo

Nos últimos anos tem-se observado uma acelerada deterioração da qualidade das águas, resultante, entre outros motivos, da descarga em quantidades crescentes de efluentes nos cursos d'água. O controle da concentração e efetiva remoção de poluentes, particularmente dos nutrientes nitrogênio e fósforo, é de vital importância no controle efetivo da poluição das águas. Neste projeto de pesquisa pretende-se investigar e desenvolver microssistemas totalmente autônomos, construídos em substratos de cerâmicas eletrônicas e compostos de eletrônica de controle para válvulas e bombas, eletrônica para detecção fotométrica e analisador químico composto de microcanais e micromisturadores fluídicos. Estes microlaboratórios autônomos (MLA) serão aplicados na determinação dos níveis de fósforo e nitrogênio presentes em efluentes tratados por estações de tratamento de esgoto aplicando-se os procedimentos de química analítica constantes no Standard Methods, técnicas de amostragem binária, parada de fluxo (stop flow) e análise por injeção em fluxo (flow injection analysis - FIA). No trabalho de doutorado da candidata, que servirá de base deste trabalho de pós-doutoramento, foi desenvolvida a parte central de um micro-analisador fotométrico FIA para determinação das concentrações de fósforo, provando-se o conceito proposto, sem no entanto abordar aspectos que pudessem levar a um sistema autônomo. A parte central do micro-analisador fotométrico FIA foi desenvolvida utilizando-se a cerâmica eletrônica LTCC (Low Cofired Temperature Ceramics) que permite a rápida prototipagem de microcanais, micromisturadores e a implementação de circuitos eletrônicos.Pretende-se neste trabalho de pós-doutorado aprofundar as pesquisas desenvolvidas no trabalho de doutorado, estudando e desenvolvendo um microlaboratório autônomo para determinação de nitratos e nitritos (que apresenta desafios tecnológicos não abordados no doutorado) e melhorando os limites de detecção para fósforo para atender a legislação brasileira (0,025mgP/L). O microlaboratório autônomo multiparamétrico utilizará um conjunto de mini-válvulas solenóides e micro-bombas peristálticas controladas eletronicamente, permitindo assim a obtenção em tempo real das concentrações de fósforo e nitrogênio sem a necessidade intensiva de pessoal treinado para acompanhar o procedimento. Serão estudados os efeitos das caracte-rísticas físicas (tamanho do misturador, cela de fluxo, tempo de reação), das características eletrônicas (sistema de detecção fotométrico, tempo de aquisição, filtragem de sinais) e das técnicas FIA, parada de fluxo e multicomutação para melhorar os limites de detecção. Por meio de parceria em negociação com a Sabesp, será avaliada a aplicação do microlaboratório autônomo na análise de efluentes de estações de tratamento de águas e esgotos visando a melhoria do processo de remoção de fósforo e nitrogênio, procurando-se controlar a quantidade de reagentes químicos a serem acrescentados na água em função dos níveis de fósforo e nitrogênio determinados pelo micro-analisador. Por se tratar de um estudo de caso (real) serão investigadas soluções para filtragem da amostra e a redução do efeito dos interferentes. Este estudo de aplicação terá um impacto direto nos processos de operação de remoção de fósforo e nitrogênio e se obtiver sucesso implicará na economia de milhões de reais relativa a gastos provocados pelo consumo desnecessário de produtos químicos.

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DA ROCHA, ZAIRA M.; MARTINEZ-CISNEROS, CYNTHIA S.; SEABRA, ANTONIO C.; VALDES, FRANCISCO; GONGORA-RUBIO, MARIO R.; ALONSO-CHAMARRO, JULIAN. Compact and autonomous multiwavelength microanalyzer for in-line and in situ colorimetric determinations. LAB ON A CHIP, v. 12, n. 1, p. 109-117, 2012. (09/08486-4)