Sensores para aferição da qualidade da água da rede pública

A monitorização da qualidade da água das redes de abastecimento públicas é efetuada periodicamente por entidades gestoras por método tradicionais de laboratório, exigindo a recolha de amostras de diversos locais da rede para este efeito. Este trabalho insere-se num projeto (WDS – Water Data Solutions), cujo objetivo é a otimização dos procedimentos operacionais envolvidos na gestão das redes de abastecimento de água num conceito de baixos custos. Assim, pretende-se construir um sistema que faça um controlo dos parâmetros necessários para assegurar a qualidade da água para consumo, que será instalado nos vários pontos de interesse de uma rede de abastecimento e que envie informações relativas a estes parâmetros regularmente, e com mínima necessidade de manutenção. Neste trabalho, foram testados sensores com elétrodos impressos (Phase zero sensors) na determinação da concentração de três metais pesados em água (Mercúrio, Cádmio e Chumbo) por voltametria cíclica. Em todos os metais foi possível obter uma reta de calibração para as concentrações testadas, com limiares de concentração de 1.2 × 10⁻⁶ mol.dm⁻³ (Hg),1.1 × 10⁻⁵ mol.dm⁻³ (Cd) e de 8.1 × 10⁻⁶ mol.dm-3 (Pb). Embora estes limites de deteção ainda se encontrem algo afastados dos limites máximos legais, a prova de conceito está definida. Os mesmos sensores foram utilizados na deteção do pH, funcionalizando o elétrodo de trabalho com PANI. O processo de deteção deste parâmetro consistiu na medição do potencial de circuito aberto (OCP) em águas com diferentes valores de pH, tendo sido obtida uma reta de calibração ideal e que segue os modelos teóricos (equação de Nernst). Paralelamente, foi desenvolvido um sistema de “língua eletrónica” (e-tongue) constituído por sensores simples resistivos que, numa análise preliminar, servirá como alarmística para alterações inesperadas no padrão de qualidade da água. A análise de dados foi feita por Redes Neuronais Artificiais. Os sensores são constituídos por pistas interdigitadas impressas de carbono com um filme ativo de PEDOT:PSS que, embora com limitações, apresentou a melhor avaliação de informação. Foi possível criar uma Rede Neuronal simples, que permitiu distinguir corretamente, por três conjuntos de sensores águas, entre água desionizada, água da torneira ou água de garrafa. The monitoring of water quality in public supply networks is done regularly by management bodies through traditional methods in laboratory, which requires manual sampling in the various regions of interest within the networks. This work is inserted in a project (WDS – Water Data Solutions), which objective lies in the optimization of the operating procedures related with the management of water public supply networks on a low-cost basis. Therefore, it is intended to build a system that controls the necessary parameters to assure the water quality for consumption, which will be installed in the various points of interest of a given supply network and is able to send the information relative to these parameters regularly, with minimal maintenance. In this work, sensors with printed electrodes were tested (Phase zero sensors) in the determination of the concentration of three heavy metals in water (Mercury, Cadmium and Lead) by cyclic voltammetry. In all the metals, a calibration curve was achieved for the tested concentrations, with detection limits for concentrations of 1.2 × 10⁻⁶ mol.dm⁻³ (Hg),1.1 × 10⁻⁵ mol.dm⁻³ (Cd) e de 8.1 × 10⁻⁶ mol.dm-3 (Pb) (Cd) and 8.1 × 10-6 mol.dm-3 (Pb). Although these detection limits are still somewhat far from the upper limits defined by law, the proof of concept is well defined. These same sensors were used in pH detection, by functionalizing the working electrode with PANI. The calibration process for this parameter consisted in the measurement of the open circuit potential (OCP) in waters with different pH values, and an ideal calibration curve, following the theoretical models (Nernst equation), was obtained. Furthermore, an electronic tongue (e-tongue) system composed of simple resistive sensors was developed which, in a preliminary basis, will serve an alarmistic purpose for unexpected changes to the water quality standards. The data analysis will be done by Artificial Neural Networks. The sensors are built with printed carbon interdigitated strips with a PEDOT:PSS active film which, although with some limitations, presented the best information evaluation. A simple Neural Network was created, which allowed to correctly classify water between deionized water, tap water and bottled water using three sensor arrays. Mestrado em Engenharia Física