Toda a etapa de calibração do equipamento foi realizada por Vieira (2016), que disponibilizou os dados obtidos. Esta fase será brevemente descrita a seguir.
O método iodométrico foi escolhido para obtenção da produção de ozônio, conforme descrito no Standard Methods for Examination of Water and Wastewater APHA, AWWA e WEF (2012).
De acordo com Rakness et al., (1996), o método iodométrico se baseia no princípio de que o íon iodeto é oxidado pelo ozônio a iodo, quando o ozônio é inserido através de bolhas em solução de iodeto de potássio (KI). Após o fim do borbulhamento de ozônio, o pH da solução de KI é imediatamente ajustado com ácido sulfúrico para 2,0 ou menos, visando completar as reações de oxidação.
O iodo precipita, e muda a coloração de incolor da solução original, para tons de amarelo e vermelho. O iodo então é titulado com o auxílio de amido, para chegar ao fim da reação, utilizando solução padronizada de tiossulfato de sódio. A massa de ozônio é determinada com base em relação estequiométrica de ozônio por iodo.
A relação estequiométrica é descrita na Equação 9.
O3 + 2I- + H2O = I2 + O2 + 2(OH) - Equação 9
O iodo formado na reação (Equação 9) é titulado diretamente com o íon tissulfato (Equação 10).
I2 + 2S2O32- =2I- + S4O62- Equação 10
As Equações 9 e 10 demonstram o princípio químico do processo de quantificação da produção de ozônio. Na Equação 9 o ozônio provoca a oxidação do ânion iodeto, o qual forma iodo molecular, formando coloração amarelada/vermelha devido à precipitação. A Equação 10 demonstra o processo de titulação da amostra ozonizada com tiossulfato de sódio,
em que a formação de iodeto irá causar o clareamento da solução até esta passar de tons amarelados para incolor, o ponto final da reação é alcançado com o amido.
4.12.2.1. Descrição do Ensaio de Ozonização
Para iniciar o ensaio, preparava-se uma solução de iodeto de potássio (KI) a 2 %, (20 g de KI para cada 1,0 L de água destilada). A solução era conservada em local escuro e refrigerado.
Um volume de solução de KI a 2 % era adicionado à coluna de ozonização, o qual foi adotado durante todo o ensaio (3,0 L). O mesmo ocorria para o frasco lavador de gás (1,0 L).
A vazão de ozônio e a tensão eram ajustadas conforme desejado. Depois, era ozonizado durante o tempo de contato adotado. Após o tempo de contato, os volumes das amostras da coluna de ozonização e do frasco lavador de gás eram coletados.
As amostras eram fixadas com solução de ácido sulfúrico (H2SO4) 1,0 N, utilizando 2 mL de ácido para cada 100 mL de amostra. As amostras eram tituladas com tiossulfato de sódio até a coloração amarelo palha. Em seguida, 1,0 mL de solução indicadora de amido era acrescentada para cada 100 mL de amostra. A amostra apresentava uma coloração azulada. Então, retornava-se à titulação com tiossulfato de sódio até que desaparecesse a coloração azulada.
O volume de tiossulfato utilizado (Vtio) era anotado para obtenção das produções de ozônio e, então, o ensaio era repetido para as demais vazões de ozônio e tensões.
4.12.2.2. Determinação da Produção de Ozônio
O volume de solução de tiossulfato de sódio necessário para titular a amostra de KI 2 % ozonizada, foi usado para calcular a produção de ozônio no intervalo de tempo utilizado. As produções de ozônio na coluna de ozonização, no frasco lavador de gás e a total foram determinadas segundo as Equações 11 e 12.
𝑃 = 𝑁𝑇𝐼𝑂 ×(𝑉𝑇𝐼𝑂−𝑉𝐵)×𝑉𝐾𝐼 ×1440
𝑉𝐴𝑀 ×𝑡 Equação 11
𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 = 𝑃𝐶𝑂𝐿𝑈𝑁𝐴+ 𝑃𝐹𝐿𝑉 Equação 12
P: Produção de ozônio (gO3/h);
NTIO: Normalidade do tiossulfato de sódio;
VTIO: Volume consumido de tiossulfato de sódio na titulação da amostra (mL);
VB: Volume consumido de tiossulfato de sódio na titulação do branco (mL), (Viera, 2016 encontrou valor de VB = 0, e foi adotado para o restante dos ensaios);
VKI: Volume da solução de iodeto de potássio a 2 % acrescentado na coluna de ozonização ou no frasco lavador de gás (mL);
VAM: Volume da amostra (mL); t: Tempo de contato (min); 1440: Fator de conversão;
PTOTAL: Produção total de ozônio (gO3/h);
PCOLUNA: Produção de ozônio na coluna de ozonização (gO3/h); PFLV: Produção de ozônio no frasco lavador de gás (gO3/h).
A produção de ozônio calculada pode ser relacionada à dosagem de ozônio na coluna de ozonização (Equação 13). Esta dosagem é um valor médio da concentração de ozônio durante o tempo de contato.
𝐷 = 𝑃 ×𝑡 ×1000
𝑉 ×60 Equação 13
Em que:
D: Dosagem de ozônio (mg.L-1); P: Produção de ozônio (gO3/h); t: Tempo de contato (min); V: Volume ozonizado (L)
Com as Equações 11 a 13, as curvas de correlação entre a vazão de ozônio com a produção de ozônio foram obtidas.
4.12.2.3. Valores Utilizados para Calibração do Gerador de Ozônio
Os valores indicados na Tabela 1 foram utilizados para calibrar o gerador de ozônio. Na Tabela 2 estão apresentados os resultados da produção de ozônio obtida pela calibração do ozonizador realizada por Vieira (2016).
Tabela 1: Valores utilizados para a calibração do ozonizador.
Tensão no aparelho ozonizador (%) 40, 60, 80 e 100 Vazão de ozônio (L.min-1) 0,5; 1,0; 1,5 e 2 Tempo de contato do ozônio com solução de KI (min) 5
Volume de amostra para titulação (mL) 100
Normalidade do tiossulfato de sódio (N) 0,025
Volume de KI na coluna de ozonização (L) 3
Tabela 2: Produção de ozônio obtida através da tensão do ozonizador e da vazão aplicada no aparelho.
Tensão (%) Vazão (L.min-1) Produção de Ozônio (gO3.h-1)
40 0,5 0,03 1 0,08 1,5 0,51 2 0,72 60 0,5 0,09 1 0,63 1,5 1,15 2 1,09 80 0,5 0,3 1 1,1 1,5 2,52 2 2,53 100 0,5 0,78 1 2,26 1,5 3,33 2 4,91
Na Tabela 2, a tensão refere-se à tensão regulada no aparelho ozonizador, a vazão é a de ozônio ajustada através de rotâmetro, medida em litros por minuto e por fim, a produção de ozônio é dada em gramas de ozônio por hora.
A máxima produção de ozônio obtida foi de 4,91 gO3.h-1, este valor representa 70,14 % da produção que o aparelho pode fornecer, que é de 7 gO3.h-1, segundo o fabricante.
Através das curvas de produção (Figura 8), o modelo exponencial foi ajustado a cada curva, e foram obtidas equações que relacionam a vazão de ozônio com a produção do mesmo, para cada tensão utilizada. Nos cálculos de produção de ozonização não foi constatada a presença de ozônio no off gas, realizada por titulação volumétrica, pois todo o ozônio foi consumido na coluna de ozonização, pelo iodeto de potássio 2% m/v.
Figura 8: Produção de ozônio (gO3.h-1) obtida através da regulação da vazão de ozônio (L.min-1) e tensão adotada (%) (VIEIRA, 2016).