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Profa. GRAÇA PORTO

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- Biól. H.B. de Pádua -

A água clara que vem da serra, guarda um murmúrio eterno e

reza, ...e reza, ...e reza

Reza em contas de um rosário

São os seixos que pacientemente rola

Reza pelos irmãos rio e mar

Reza pelo amante solo, pela filha árvore e

pelo filho bicho

Reza humilde, piedosa

Reza por todos nós

Reza por mim.

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ÁGUAS CONTINENTAISÁGUAS CONTINENTAISMINI CURSO

CONHECIMENTO, AMOSTRAGEM, ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DAS

VARIÁVEIS FÍSICAS, QUÍMICAS E BIOLÓGICAS

Agosto/2004 Profs. Bióls.: Helcias B. de Pádua (coord.) &

Paulino B. Medina Jr. (prof. convidado) COMTUR-Bonito/MS-Br

.

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• Total da Água na TerraTotal da Água na Terra = 138.015 m3 (ocupa o

volume de uma esfera de 1380 km de diâmetro).

• Distribuição = 3 reservatórios (principais)(principais) - oceanos 96,6 %

- continentes 3,4 %

- atmosfera 0,013 %.

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A quantidade da água salgadaágua salgada dos oceanos é cerca de 30 vezes30 vezes maior que da água água docedoce nos continentes e na atmosfera.

A A água dos continentes concentra-se concentra-se praticamente nas calotas polares, glaciais praticamente nas calotas polares, glaciais

e no subsolo. O restante, e no subsolo. O restante, (volume muito

pequeno), contida em , contida em lagos, pântanos, rios, zona superficial do solo e biosfera.

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• A água no subsolo representa cerca de 50% da água doce nos continentes, mas a

sua quase totalidade situa-se em profundidade superior a 800 m.

Nos seres vivos continentais, (biosfera), Nos seres vivos continentais, (biosfera), encontra-se uma fração muito pequena da encontra-se uma fração muito pequena da

água:água:

cerca de 1 / 40 milcerca de 1 / 40 mil..

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• Até o final sé. XVIII = água tida como um elemento simples

• Lavoisier, Laplace e Meussnier, (1777) definirem a natureza composta de oxigênio-O e

hidrogênio-H (16 g O / 2 g H) (2,016 g H)

• simbologia química atual = molécula-H2O• idéia falsa = estrutura física linear (configuração

bem simples)

• H - O - H (unidos por covalência) de formação retilínea

• ??? ...e as suas várias propriedades físicas

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Água - propriedades físicas • expandir o seu volume ou capacidade de

ocupar maior espaço quando em estado cristalino - TºC baixissima

• apresentar sua densidade máxima a temperatura de 4ºC, ainda no estado líquido

• então foge a proporcionalidade da teoria cinética dos líquidos(*), devendo possuir,

pelo menos quando em temperaturas próximas de 4ºC, uma estrutura diversa da

prevista para os líquidos em geral.

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Teoria cinética dos líquidos

• admite certa proporcionalidade entre pressão, volume e temperatura, pressupondo-se uma estrutura constituída de moléculas esféricas, sempre se movimentando• essa forma estrutural esférica dos líquidos, em geral, explicaria a capacidade dos corpos em se expandir quando

do aumento da temperatura

• essa forma esférica seria formada por grupos de moléculas, com massas compactas em que cada elemento dessas

moléculas se apresentaria rodeada de um número máximo de idênticos elementos.

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• em 1900, admiti-se : estruturas das moléculas da água não são tão somente ou apenas da mesma forma, podendo estar na

forma até de triedro

• no caso da água, ocorre que cada átomo de oxigênio estaria cercado por outros átomos iguais, em quantidade diversa,(diferente), formando formas diversas, como “pacotes”

• sofrem influência das variações na temperatura ambiente, o que aumentaria ou

diminuiria os espaços existentes entre os átomos constituintes de cada desses pacotes.

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• a forma de H O H -Hidrol-H2O

• somente quando a água for aquecida a 150ºC e mantida em estado líquido (sob condições de pressão adequadas)

• com formações físicas totalmente iguais, e não retilíneas, como se pensa, mas sim em ângulo de 105º, tendo o átomo de oxigênio no centro; O

H H

• tipo de estrutura física da molécula d’ água é denominada de Hidrol-H2O

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• ao abaixarmos a temperatura inicia-se a formação do que se chama de “polímeros”,

com estruturas totalmente diversas da anterior, inclusive com muito mais volume e

portanto “menos densa”, assim:• a 150ºC há predominância absoluta de “hidrol =

H2O”; cada átomo de oxigênio de cada molécula dessa estrutura, esta rodeado por seus 12 átomos semelhantes de outras moléculas d’ água, numa situação bastante compacta, portanto ocupando

menor espaço e volume, apresentado assim uma maior densidade;

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• aos 15ºC o “hidrol” passa a constituir apenas 5% do total das moléculas de água, com predominância de 90% de “dihidrol-

H4O2” e 5% de “trihidrol-H6O3”;- a estrutura trihidrol-H6O3 aumentaria em

proporção, à medida que essa solução se aproximasse do ponto de congelamento;

- aos 4ºC, a proporção de “trihidrol-H6O3” se eleva a 30% e...;

- quando mantida no estado líquido, como gelo fundente, tem-se 50% do trihidrol;

a água em estado líquido à pressão normal é constituída de hidrol-H2O, de dihidrol-H4O2, e de trihidrol-H6O3,

em solução

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- as moléculas de gelo, ou com estrutura de trihidrol-H6O3, teriam uma configuração

de maior volume que o ocupado por moléculas de hidrol-H2O ou dihidrol-

H4O2;- com a estrutura física trihidrol-H6O3, a molécula de água apresenta maior espaço entre os átomos de oxigênio que cercam

outro átomo de oxigênio, numa proporção de 1 átomo central de oxigênio para 4

átomos semelhantes que rodeando ocupam um maior espaço entre eles,

portanto com menor densidade;

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• o gelo-OºC, flutua por ter menor densidade e maior espaço entre os átomos das

moléculas d’água doce, não é...! ; porém à 4ºC a água apresenta-se com maior

densidade (*), que coisa...né...!- a água salgada não forma gelo; - a água salgada

apresenta maior densidade que a água salobra e esta é mais densa que a água doce.

• e.t.: - dificuldades existem, entre os pesquisadores, para aceitar totalmente tais

hipóteses.

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• com o advento de processos científicos mais modernos, quando do estudo das estruturas moleculares, esclareceu-se melhor as propriedades das chamadas

substâncias transparentes.

• p. ex., é a do “efeito Raman”, fenômeno que esplica, básicamente, que são as

formas estruturais das moléculas existentes no meio transparente que determinam a

freqüencia resultante da incidência de um raio monocromático, formando raias

específicas, (teoria quantica).

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Mini cursoMini curso - ÁGUAS - ÁGUAS

CONTINENTAIS CONTINENTAIS

(reapresentação ... )

.

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O vento é o mesmo... mas sua resposta é diferente em cada folha

Cecília Meireles

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• Visa oferecer conhecimentos básicos sobre a dinâmica física, química e biológica das

águas, em geral• Com apresentação de conceitos; escolha de

locais representativos; ações e normas para correta amostragem; análises e determinações

em campo; análises e determinações preliminares; preparação e envio da amostra

p/ o laboratório; discussão e interpretação dos dados; diagnóstico e elaboração de relatório

de atividade• Pespectiva: aplicação no desenvolvimento

das atividades de profissionais ligados a área ambiental, em geral

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ProgramaçãoDesenvolvimento

• Aula teórica – em sala de aula – limnologia & variáveis f/q/b

• Aula prática - amostragem, acondicionamento, preservação, determinação e análise em campo –

• Análises de laboratório - (preliminar) –

• Discussão, interpretação e elaboração de relatório preliminar –

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C i c l o s C i c l o s b i o g e o q u í m i c o sb i o g e o q u í m i c o s

• Movimento cíclico dos elementos físicos Movimento cíclico dos elementos físicos (geo) do ambiente e organismos vivos (bio), (geo) do ambiente e organismos vivos (bio), comprometidos (ambos) com os processos comprometidos (ambos) com os processos

químicosquímicos

• ... temos: estações climáticas; ciclo das ... temos: estações climáticas; ciclo das marés; ciclo biológico; ciclo do carbono; marés; ciclo biológico; ciclo do carbono;

ciclo da águaciclo da água; do hidrogênio; do ; do hidrogênio; do nitrogênio; etc...nitrogênio; etc...

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-

• O ciclo hidrológico

• - na atmosfera = resfriamento do vapor d`água formação de nuvem

• - chuva: precipitação pluvial (solo, rio, lago, mar, vegetação, etc.)• - no solo ou superfície sólida - 3 vias distintas:

infiltração, evapotranspiração,

escoamento superficial

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MEIO - é o elemento físico do ambiente, o seu entorno, o material, a película que envolve de modo imediato e diretamente o organismo ou

objeto observado. É o o ar, a água ou outro(s) que através do qual mantêm-se os intercâmbios vitais

AMBIENTE - é o entrelaçamento dos materiais orgânicos e inorgânicos, compondo um conjunto constituído por superfícies e elementos

gerais, onde convivem os organismos ou permanecem os objetos observados

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• SistemaSistema - combinação de partes coordenadas para um mesmo resultado, ou de maneira a formar um conjunto,

p.ex.: sistema de criação; sistema aquático; sistema de esgoto, etc. ...

• SubstratoSubstrato - apoio físico; o que serve de fixação; tudo que possa conter algo; - no substrato tem-se os dissolvidos (líquidos, gases, partículas

sólidas organicas e inorganicas)

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• A água estritamente definida como composto puro,deveria exibir características químicas e

físicas previsíveis, pois que as propriedades de um composto puro são tão dignas de confiança que

podem ser usadas para identificação de uma amostra desconhecida.

• Neste contexto não haveria sentido discutir qualidade de água, porém como o seu

comportamento mantêm uma íntima e dependente relação com o sistema, meio ou ambiente que a contenha, variações devem ser esperadas, com

severas influências aos seres vivos.

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-• Resistente a passagem da luz

• Menor capacidade de dissolver gases• Grande capacidade de dissolver substâncias (orgs./inorgs),

tanto em suspensão como em solução• Solvente universal = alto poder diluidor, sendo isenta de

outras substâncias apenas qdo. no estado gasoso• Água (por definição) = é incolor, insípida e inodora;

líquida à temperatura ambiente, c/ átomos de H e O agrupados em moléculas

• Seu incorreto uso ou mesmo o simples contato com as ações decorrentes da presença do homem contribuem p/ alterar suas naturais características.

• Na natureza (in natura) nunca esta comple/te pura contendo gases,sólidos dissolvidos e suspensos, etc.

• Como água de chuva contêm 10mg/l de gases e sua alcalinidade é 20 a 25 mg/l , p. ex.

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ÁGUA

• Normal/te, na água são notadas = pequenas variações de temperatura

– Pq: -“alto calor específico” faz que os corpos d’água se apresentem como excelentes reguladores térmicos

– São necessários maiores quantidades de calorias a serem absorvidas ou mesmo cedidas, em toda massa d’ água, para que ocorra aumento ou decréscimo expressivo na temperatura da mesma

• Calor específico da água = definido como a quantidade de energia necessária, medido em calorias, para que 1 g. de água aumente em 1ºC a sua temperatura

• Caloria : a) unidade de calor = unidade com a qual é medida a

quantidade absoluta de calor de um corpo b) quantidade de calor necessário para aumentar de 14,5ºC a

15,5ºC a temperatura de 1 grama de água, (pequena caloria) ou de um quilograma de água (grande caloria), na pressão atmosférica normal - 1 grama caloria = 1 caloria;

- 1 quilo caloria = 1000 g. calorias.

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- Brasil : seg..Res. CONAMA/86- Brasil : seg..Res. CONAMA/86

• Água doce = menor que 0,5‰ de salinidade (‰)• Água salobra = de 0,5‰ a 30,0‰ • Água salgada = maior que 30,0‰

• o ser humano começa a perceber: “gosto salobre” (palatabilidade), em água, a partir de 1,0‰ de Salinidade.

Classificação Mundial das ÁguasClassificação Mundial das Águas - ONU - ONU• Água doce com apresentação de teor de sólidos totais

dissolvidos (STD) inferior a 1.000 mg/l (1,0‰ )

• Salobra com STD entre 1.000 e 10.000 mg/l.

• Salgada com mais 10.000 mgSTD/l • água doce disponível no mundo - (equivalente) 1 colher de sobremesa, em 1

litro do total das águas da Terra

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• Sólidos = todas partículas materiais em suspensão,dissolvidas colóidais ou não e sedimentáveis na água, (menos os gases dissolvidos), que contribuem

para a carga de sólidos presentes na massa líquida

• - Sól. Dissolvidos: são os colóides e os efetiv/te dissolvidos, que passam por uma membrana filtrante de

1,2 micra

• - Sól. Totais Dissolvidos: são os ions presentes que caracterizam a condutividade e a salinidade

do meio. (menor que 1,2 micra)

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• Previsão: em 2025, 2/3 da população mundial estarão vivendo em regiões c/ recursos hídricos insuficientes

• será necessário um crescimento de 50% a 100% da água p/ produção de alimento

• atual/te 1,4 bilhões de pessoas não tem acesso a água limpa• a cada 8 segundos morre uma criança por doença

relacionada a água contaminada• Conflitos: em 2025, 200 bacias hidrográficas + importantes do mundo (atual/te situam-se em áreas fronterisas) serão disputadas em conflitos pela água

• - Crise de água : região c/ potencial de água disponível menor que 500m3/hab/ano (ONU)

- Nível de estresse = de 500 a 1000m3/hab/ao; - Nível adequado = de 1000 a 2000m3/hab/ano;

- Nível muito confortável = acima de 2000m3/hab/ano

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• Brasil: = - as suas descargas hídricas(potencial dos rios) c/ 35 mil m3/hab/ano, somadas às reservas subterrâneas estimadas em 11.200 km3, apresenta uma taxa explorável da ordem de 5000 m3/hab/ano

• Brasil: = - contêm 20% das águas disponíveis no mundo para consumo imediato; - só na Amazônia tem-se 80% desse potencial

nacional

• - Aqüífero Guarani = - poderá fornecer água por

200 anos para toda população da Terra;

- ocupa 8 estados brasileiros e 4 paises do MERCOSUL,

distribuído por 1,2 milhões de km2 (área do estado do Pará)

• Porém = - Brasil c/ distribuição de água muito irregular e na contra mão da distribuição populacional, assim: - no Nordeste semi-árido

c/ 1000 a 2000 m3/hab/ano, mas em inúmeras áreas da mesma região esse potencial vai de 500 a 1000 m3/hab/ano e até bem

abaixo de 500m3/hab/ano• A ONU-Bco Mundial = desaconselha investir em áreas c/ taxa inferior a

2000m3/hab/ano de água

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Avalia a qualidade - 9 variáveis - TºC; pH; Oxig. Diss.; DBO; Fosfato. total; Nitrog. total; Resíduo total; Turbidez e Coliformes

termotolerantes (fecais).

# Atual/te subdividido em IAPIAP (ÍNDICE DE QUALIDADE DE ÁGUA BRUTA P/ FINS DE ABASTECIMENTO PÚBLICO) e IVA IVA ( ÍNDICE DE PROTEÇÃO

DA VIDA AQUÁTICA)

• IAP - agrega ao IQA os resultados de subst. tóxicas (metais, mutagenicidade e potencial de formação de trihalometanos) e variáveis que afetam a qual. organoléptica/sensitiva da água (metais, fenóis, etc...)

• IVA - considera a presença de contaminantes, medida pelo teste de toxicidade à vida aquática, e duas variáveis essenciais para a biota, como o pH e OD

• Vamos ver, p. ex.., em Vamos ver, p. ex.., em MSMS (Bacia do rio Formoso) e em (Bacia do rio Formoso) e em SPSP (principais rios e reservatórios)(principais rios e reservatórios)

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SEMA/IMAP - MS, 2002Bacia do rio Formoso, de 1996 a 2001 Bacia do rio Formoso, de 1996 a 2001 - IQA -- IQA -

• 1996 = 73% boa; 15% aceitável; 12% ruim• 1997 = 12% ótima; 73% boa; 10% aceitável;

5% ruim• 1998 = 69% boa; 19% aceitável; 12% ruim

• 1999 = 10% ótima; 67% boa; 10% aceitável;

10% ruim; 3% péssima• 2000 = 10% ótima; 65% boa; 15% aceitável;

9% ruim; 1% péssima• 2001 = 3% ótima; 78% boa; 5% aceitável; 14% ruim

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•

a) Qualidade das águas : - CETESB,1980 b) Relatório de qualidade ambiental de São Paulo - SEMA, 2003 -

DOESP-vol.114;8/6/04

• CETESB, 1980 - ÁGUA P/ PRESERVAÇÃO DA VIDA AQUÁTICA

em 92 pontos - 29 bacias hidrográficas / SP: - 14,13% “qualidade boa”; - 45,65% “qualidade aceitável”; -

40,22% “qualidade inaceitável” (org. Pádua et al.)

• SEMA/SP, 2003 - ÁGUA - IQA - Avaliação da qualidade das águas interiores ESP, no período de 1998 - 2002, em

147 pontos monitorados: - 10% “qualidade ótima”; - 81% “qualidade boa”; - 24% “qualidade aceitável”; - 19% “qualidade ruim”; - 13% “qualidade péssima”

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• CONTAMINAÇÃO CONTAMINAÇÃO

• CAUSADA POR ELEMENTOS QUE LANÇADOS NA ÁGUA, NO AR, NO

SOLO, ETC, TORNA-OS DIFERENTES E NOCIVOS, COMO

UM VENENO OU UM SER PATOGÊNICO, PREJUDICANDO O

SUBSTRATO, OU O ENTORNO, EM UM TAL GRAU QUE CRIE OU

OFEREÇA RISCOS REAIS À VIDA, À SAÚDE.

• É ativa e deve ser encarada como um problema de saúde pública.(seres patogênicos,

substs. tóxicas)

• POLUIÇÃOPOLUIÇÃO• CONSIDERADA COMO QQ

MODIFICAÇÃO NAS CARACTERÍSTICAS DO MEIO E OU AMBIENTE, CAPAZ DE

TORNÁ-LOS NOCIVOS À SAÚDE, À NATUREZA, À SEGURANÇA E AO BEM-

ESTAR, PREJUDICANDO O EQUILÍBRIO NATURAL.

• É passiva, causada pelo agente poluente, através

da prática irracional e desfavorável (águas

servidas, fertilizantes, etc.)• (#) - atual/te mais de 10%

dos Rec. Hídricos da Terra se encontram poluídos

04/11/23 38

Nas águas têm-se os dissolvidos ou disponíveis (sólidos/partículas, gases) que dinamicamente formam ou não

substâncias e/ou organismos, favoráveis ou não

Componentes biológicos• Seres produtores, seres consumidores e os

decompositores• Seres produtores: autótrofos (fabricam

substâncias orgânicas a partir de compostos inorgânicos). São os seres fotossíntetizantes e quimiossintetizantes. Vegetais, certas bactérias

• Seres consumidores: heterótropos (incapazes de sintetizar seu próprio alimento, utilizando o que for produzido pelos autótrofos). Animais

• Seres decompositores: se nutrem de matéria em decomposição, degradando-a e liberando substâncias inorgânicas que serão nov/te usadas pelos seres produtores. São as bactérias e fungos

04/11/23 39

• Fotossíntese: qto ao oxigênio (produzido na fase clara)

• 6 CO2 + 12 H2O (luz+clorofila) = C6H12O6 + 6 H2O + 6 CO2

Na verdade:• FASE CLARAFASE CLARA : 12 H2O + luz (673 kcal) e clorofila (azulada ou verde)

= 24 H (íons) provenientes da separação da molécula da água + 6 O2 (oxigênio liberado)

• Então o oxigênio é produzido apenas na fase clara da fotossíntese. O oxigênio provém da própria água absorvida pelo ser autótrofo(algas) e

não do gás carbônico.

• FASE ESCURAFASE ESCURA: 6 CO2 + 24 H + ENERGIA GUARDADA/Ciclo de Calvin , dando C6H12O6 + 6 H2O

• São necessários 673 kcal para quebrar as 12 moléculas de água (fase clara) e a mesma energia p/ fixação das 6 moléculas de gás carbônico,

na fase escura

04/11/23 40

• fotossíntese: qto ao CO2 (incorporado na fase escura da fotossíntese )

• como se viu: 6 CO2 (é fixado pelos vegetais) + 12 H2O (luz+clorofila) = C6H12O6 + 6 H2O + 6 CO2

• Recordar

• FASE CLARA : 12 H2O + luz (673 cal) e clorofila (azulada ou verde)

= 24 H (íons) provenientes da separação da molécula da água

+ 6 O2 (oxigênio liberado)

• Então: o CO2 não é incorporado naEntão: o CO2 não é incorporado na fase clara da da fotossíntesefotossíntese

FASE ESCURA: 6 CO2 (proveniente das diversas fontes) + 24 H + ENERGIA GUARDADA/Ciclo de Calvin , dando C6H12O6 (Mat. Orgânica) + 6 H2O

• geral/te: geral/te: 6 CO2 (?) + 12 H2O (luz+clorofila) = C6H12O6 + 6 H2O + + 12 H2O (luz+clorofila) = C6H12O6 + 6 H2O + 6 CO26 CO2

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CO2 - gás carbônicoobs.: as conseqüências da fotossíntese nas águas são:

retirada do CO2, aumento do pH, precipitação de carbonatos, etc., etc., e tal...

• Outras fontes deCO2 • Eras remotas (carbonífero) = o gás carbônico se

apresentava em maior proporção na atmosfera, permitindo uma rica e abundante flora e posterior

formação dos fósseis (petróleo e carvão)• Atividades vulcânicas (calcinação/natural) tb

emitem CO2 para o ar

• A queima de carvão e petróleo ocasiona aumento exagerado do gás carbônico na atmosfera, dando um

aumento geral da temperatura média da Terra.

• O CO2 + metano-CH4 torna mais lenta a irradiação do calor para as altas camada, formando-se próximo

à superfície terrestre o EFEITO ESTUFA

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CO2 - Gás carbônico

• Na atmosfera = o CO2 esta presente 700 vezes menos que o oxigênio

• Na água o CO2 é 35 vezes mais solúvel que o O2• Os vegetais devolvem o CO2, (anterior/te fixado na

fotossíntese), durante a sua respiração, assim: C6H12O6 + 6O2 dando

6 H2O + 6 CO2 O gás carbônico tb volta ao meio e/ou ao ambiente através da decomposição da mat. orgânica (ação de

organismos específicos)Outras fontes de CO2 = os carbonatos da água e solo

04/11/23 43

Dinâmica do CO2 na água

• Resp. aeróbia = C6H12O6 (mat. org.) + 6 O2 (gás oxig.) dando 6 CO2 (gás carbônico) + 6 H2O (água) + 673/4 kcal (energia) • Oxidação = C6H12O6 (mat. org.) + 6 O2 (gás oxig.) + 6

H2O (água) dando 6 CO2 (gás carbônico) + 6 H2O

• Resp. anaeróbia s/ oxigênio = C6H12O6 (mat. org.) dando 2 CO2 + 2 C2H5OH2 (ác. orgânico = álcoois) que em

contato c/ bactérias metanogênicas forma o 3 CH4 (metano) + 3 CO2 + energia

AtençãoAtenção:: O gás carbônico na água (sist. natural) forma um ácido fraco = H2CO3 (ác. carbônico- pH de 4,6

( CO2 + H20 = H2CO3)

04/11/23 44

CONT.

• Em águas carbonatadas o pH é orientado pela relação gás carbônico/carbonatos,

assim:1- H2CO3-ác. carbônico formado na água vai dar em

bicarbonatos: CO2 + H20 = H2CO3 = -...(HCO3)2 + H (íons H)

2- ...CO3-carbonato... (insolúvel) + H2O + CO2-gás carbônico (solúvel), vai dar em bicarbonatos -...(HCO3)2 (solúvel = sol.tampão)

3- ...CO3-carbonato (insolúvel) + H2O, dando bicarbonatos -...(HCO3)2 + OH (íons OH)

4- logo abaixo do pH 4,6 os bicarbonatos já começam a se formar, dominando até ter-se pH 8,2-8,3.

5- após pH 8,3, começa a aparecer os carbonatos-...CO3 ainda c/ os

bicarbonatos-...HCO3.6- após o pH 9,4 só se encontra os carbonatos e os

hidróxidos-... OH

04/11/23 45

Cont.

• Como se pode ver, são em faixas específicas de pH da amostra(*) dessas águas é que podem ser encontrados até os dois tipos ou frações de

alcalinidade, assim:

• pH Alcalinidade

• > 9,4 carbonatos...CO3- e hidróxidos-...OH-

• 8,3 a 9,4 bicarbonatos...HCO3- e carbonatos-...CO3

-

• 4,4 a 8,3 bicarbonatos...HCO3-

04/11/23 46

A ÁGUA NO BRASIL

•é um valioso capital ecológico, (quando do seu uso, reuso, reserva e

negociação entre países, estados, empresas, instituições oficiais ou

não), portanto de enorme valor competitivo e monetário, devendo ser

altamente considerado e cuidado em qualquer atividade produtiva

•é o nosso patrimônio natural, não podendo ser visto como natural,

eterno e como simples recurso

04/11/23 47

• Os recursos da água não devem ser encarados como bens públicos “gratuitos”, não podendo ser

utilizados com a mesma rapidez e desperdício por qualquer grupo da

sociedade que dela se aproprie. (anon.)

04/11/23 48

V a r i á v e i s

F ÍS IC A S Q U ÍM IC A S B IO L Ó G IC A S

á g u a(variá ve is )

04/11/23 49

• As variáveis físicas são: temperatura, transparência, turbidez, níveis de sólidos

em suas diversas frações, cor e sensoriais (sabor e odor)

• Fornecem indicações preliminares importantes para a caracterização da qualidade química da água como, por exemplo, os níveis de sólidos em suspensão (associados à turbidez) e as concentrações de sólidos dissolvidos (associados à cor), os sólidos orgânicos (voláteis) e os sólidos minerais (fixos), os compostos que produzem odor, etc......

• São indispensáveis à maioria dos trabalhos envolvendo qualidade das águas.

  

04/11/23 50

• Água pura = ñ produz sensação de odor odor ou saborou sabor nos sentidos humanos

• Quem os confere: elementos/substâncias originados da decomposição da mat. org. ou da atividade biológica de microrganismos ou ainda de fontes industriais e/ou minerais.

• Detecção = dependendo exclusivamente da sensibilidade dos sentidos humanos, variando de indivíduo para indivíduo e tende a diminuir com a constante exposição• Seg Res. CONAMA 20- Classe 3; Port.. 36-Min.Saúde e Port. 1468/MS : Sabor e odorSabor e odor = não

objectável (que não desagrade)

04/11/23 51

• Unid. de leitura = graus Celcius (C) e Fahrenheit (F) (usuais)• Característica física = mede a intensidade de calor ou energia

térmica em transito; indica o grau de agitação das moléculas• Interfere em outras variáveis: pH, salinidade, alcalinidade, toxicidade de elementos/substâncias, na retenção de gases, etc.

• T C = (tº F – 32) (÷ por 9) (x 5)• T ºF = (t ºC x 9) (÷ por 5) (+ 32)

• 5 graus de elevação = aumenta em 50% os efeitos tóxicos; tb reduz a sobrevivência de organismos

• 5 graus a menos produz retardamento e inativação dos peixes

04/11/23 52

• Temperatura maior que 30ºC: acelera metamorfose, porém retarda o crescimento

além de causar produção e retenção de gases intestinais. O ideal = entre 20ºC - 28ºC

• Temp. baixa = não se alimenta, maior sensibilidade, debilidade, suscetível aos

patogênicos e morte

• Queda brusca = choque térmico, inibição e morte

04/11/23 53

+ ácido + básico

-- equivalência entre os ions H - OH =

neutro

-- predominância dos íons H = ácido

-- predominância dos íons OH = básico (alcalino)

• pH = pondus Hidrogenii (peso/ponte de H)

• Unid. de leitura – UpH• Def. clássica: logaritmo decimal do

inverso da concentração de íons livre

de hidrogênio• Relaciona a concentração de íons

livre de H+, carregados positivamente, interagindo sobre íons hidróxido-OH-, carregados

negativamente• Nos indica o estado de acidez ou

alcalinidade da amostra; quantificando na escala de 0 até 14,

tendo o 7 como neutro

04/11/23 54

NEUTRO

+ ácido + básico

Na verdade a maior neutralidade ocorre

em pH, em torno de 8,2, (7,9 - 8,4) quando

tem-se maior concentração de

bicarbonato em relação

ao carbonato e sem a presença

de hidróxido

• pH = pH = potencial hidrogênio potencial hidrogênio iônicoiônico

• o pH aumenta à medida que a concentração de íons de

hidrogênio decresce• o pH 4 é 10 x mais ácido que pH 5

e 100 x mais que o pH 6 (função ou unidade logarítmica)

• o pH aprecia “quantitativamente” a

alcalinidade, qualificando a acidez, mas não aponta valores reais qualitativos dos elementos

ou composto de sais contidos• quanto mais sais mais alcalino,

sem especificar quais e suas concentrações

• com pH mais alto, mais alta será a alcalinidade

04/11/23 55

pH• As comunidades alteram o pH da água, bem

como o pH interfere de diferentes maneiras no metabolismo destas comunidades

• Assimilação do CO2, (fotossíntese), pelos seres autótrofos,(macrófitas aquáticas - algas -

cianobactérias), podem elevar o pH do meio

• Esse consumo de CO2 é compensado pela dissociação do bicarbonato de

cálcio, reduzindo as variações de pH Atenção:Essa compensação não ocorre em casos de floração de algas ou crescimento de densas comunidades de macrófitas

submersas

04/11/23 56

• Já os seres heterotróficos (bactérias e animais aquáticos) interferem no pHpH do meio,

diminuindo-o (pela liberação do CO2 e consumo do O2)

• então...então...nos processos de decomposição e

respiração formação-se: ácido carbônico e íons hidrogênio

04/11/23 57

• Água doce natural = pH de 4,0 a 8,0 (formação natural de bicarbonatos até carbonatos)

• Em pH maior de 6,5 = METADE do carbono total esta na forma de bicarbonatos e o resto na

forma de CO2.• Em pH 8,0 até 8,5 a maioria é de bicarbonato, em relação ao carbonato e sem a presença de gás

carbônico.• Em pH 9,5 a metade é carbonato. Acima, decai o

carbonato e aumenta o hidróxido.

Cont. pH : Definido: logaritmo negativo (de base 10) da conc. dos íons H (positivo) na água

Uma alteração de apenas 1 grau significa enorme variação, assim: o pH 4,0 é 10x mais ácido que o pH 5,0 e 100 x maior

do que o pH 6,0

04/11/23 58

• Água doce orgânica menor de 5,0 UpH

• Água estuarina de 6,0 a 8,0 UpH

• Água natural (tende p/ alcalina

de 5,0 a 8,0 UpH

• Águas ferruginosas

exemplo da ação do pH a partir de pH abaixo de

5,5 ocorre floculação do ferro coloidal,

podendo impregnar nos epitélios branquiais,

ocasionando asfixia e até morte de peixes

04/11/23 59

pHdaágua

• Água favorecida pela ativid.fotossintética, atingindo pH 8 - 9, ocorrerá precipitação de compostos como os orto-fosfatos insolúveis,

limitando o crescimento de algas• Águas c/ pH 7 para 5, turvas, esverdeadas, odor de decomposição e presença de espumas

ou placas boiando, indicam morte de algas azuis

• Algas azuis como Oscilatoria sp, Microcystis sp, Anabaena sp, Coelosphaerium sp são

favorecidas em pH alcalino• Águas alcalinas – pH 8 – 9 - = favorece a

permanência de certas bactérias: Streptococcus sp, Clostridium sp, caso

recebam contribuições de águas ou situações contaminadas, causando apatia, alteração

motora e edma abdominal, em org. aquáticos como a rã.

04/11/23 60

cont.pH

• Tolerância ao pH p/ alguns microorganismosTolerância ao pH p/ alguns microorganismos

OrganismosOrganismos mínimomínimo ótimoótimo máximomáximo

Nitrosomona 7,0 8,0 - 8,8 9,4

Nitrobacter 6,0 7,6 - 8,0 10,0

E. coli 4,4 6,0 - 7,0 9,0

P.aeruginosa 5,6 6,6 - 7,0 8,0

04/11/23 61

Água = pH, temperatura, gases, alcalinidade, toxicidade.

• O pH é inversa/te proporcional ao CO2

• O pH a noite/sem luz decai • Com luz (ou de dia) o pH aumenta (fotossíntese), pela

relação oxig/gás carbônico• A noite as águas tendem a ter alcalinidade e dureza em

carbonatos mais baixa,(concentração)• Durante o dia e sob ação de calor tem-se pH maior, com

aumento na alcalinidade(conc. maior dos ins.)• Durante o dia, sob luz, tem-se maior produção na

fotossíntese, com aumento do oxigênio. Mas com temperatura maior, maior será tb a perda dos diversos gases para a atmosfera• O pH, a temperatura e o oxig. dissolvido estão intima/te

ligados a toxicidade, p. ex.,da amônia (qto maior o pH, maior é a % tóxica da amônia)

04/11/23 62

pHpH - logaritmo decimal do inverso da concentração de íon H

ÁÁgua gua ( pura ) destilada destilada equilíbrio (químico) entre íons H+, íons OH-

e moléculas H2O

• O pH varia no sentido inverso da TºC

• Água agradável p/ beber = 20ºC e pH 7,0

• TºC pH

• 0,00 7,5

• 50,0 6,6

• 100,0 6,1

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• + 450 mV+ 450 mV

• + 50 + 50 ----- mV ( 20ºC )----- mV ( 20ºC )

----- mV ( 25ºC )( 25ºC )

....... mV ....... mV ( 50ºC ) ( 50ºC )

• 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 77 8 9 10 11 12 13 14 8 9 10 11 12 13 14

• - 50- 50

• - 450 mV- 450 mV

Equação linear Equação linear pH x x mV mV em função da variação de em função da variação de º°TCº°TC

04/11/23 64

• A água não é um alimento

• É um fluído de transporte, que leva nutrientes e extrai resíduos num ciclo

contínuo

• Ela limpa a natureza e recria a vida

04/11/23 65

• Unid. de leitura = mgPt/l (platina) ou UH -unid. de HaZEN

• Água colorida = a que deixou de ser límpida

pela presença de substâncias ou partículas

dissolvidas ou geral/te em estado coloidal (origem vegetal).

• Pode-se colorir por corantes artificiais

• A coloração

V E R D A D E I R A

ou

A P A R E N T E

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• Cor aparente : causada por partículas maiores que 1,2 micra, em suspensão ou fixas - partículas retidas em um filtro - algas,

protozoários,... p.ex. maré vermelha, alta floração;

- ou tb. águas superficiais que refletem a vegetação marginal, a cor do céu, etc... -

• Cor verdadeira : causada por partículas menores que 1,2 micra, em suspensão ou

fixas - partículas não retidas no filtro

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• Água verde amarelada ou exces/te. clara pode significar crescimento de rotíferos, protozoários e

microcrustáceos. Emitem odores desagradáveis

• Coloração acinzentadaindica sobrecarga de mat. orgânica ou deficiência na fermentação

da camada do lodo

• Coloração azul esverdeadaindica alta proliferação de cianofíceas/cianobactérias, em forma de

nata sobrenadando

• Coloração verde leitosa (autofloculaçã)ocorre em dias de sol e sem ventos; indica autofloculação; favorece

a precipitação de hidróxidos e microorganismos

04/11/23 68

o pH interfere na cor da água

• pH 4 = presença maior de cianofíceas/cianobactérias que mortas conferem

cor cada x + esverdeada - pH aumenta

• pH 10 = coloração cerca de 2 x maior que em pH 2

• aparente contradição:

• pH alto = águas transparentes• qto mais ácida, mais fraca é a cor

04/11/23 69

alta transparência em pH mais baixoalta transparência em pH mais baixo ? ?

• TransparênciaTransparência - 1º indício de boa qualidade

(seria verdadeira ?)

• (?) transparência (lago, rio, etc..) = limpeza (errado)

(contradiz - rios, lagos sob chuvas ácidas, p.ex. = transparência)

Como pode ? pH = transparência transparência = pH (válido em águas minerais)

04/11/23 70

Vejamos

• A água pura = equilíbrio químico entre íons H+, íons OH- e moléculas H2O

• Qto + alta (Qto + alta () conc. íons H+) conc. íons H+ = + ácida (contrário = é básica)

• Águas continentais = pH 6 a 8 (Tb. pode-se encontrar ambientes + ácidos ou + mais alcalinos)

• pH = interdependência entre as comunidades vegetais e animais e o meio aquático

• . Acidificação, (águas continentais) advém da perda de capacidade em neutralizar ácidos, ou seja, os bicarbonatos e

carbonatos são totalmente consumidos no processo de acidificação

04/11/23 71

então...• Solos, (sedimentos), menos ácidos liberam íons

metálicos solúveis para a água

• Tais sistemas aquáticos são menos ácidos, (tamponados-pH maior), que a água da chuva, (pH mais ácido), dificultando a solubilisação dos íons

metálicos,(dos carbonatos), favorecendo a precipitação em forma de hidróxidos

• Essa precipitação arrasta a matéria orgânica e outros compostos aumentando a transparência da água, que por sua vez,

nem sempre é indicadora de qualidade

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TransparênciaTransparência - medida da capacidade de penetração da luz na massa líquida. Associada à cor e turbidez. É uma

fator limitante, p.ex., nos processos biológicos

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Transparência - Coeficiente de extinção da luzCoeficiente de extinção da luz aproxi/te 2 ou 3 x a profundidade apontada pelo D.Secchi, D.Secchi, ou seja, a maior

profundidade da zona fótica - - o ponto de máxima profundidade

atingida pela luzluz , aonde ainda é possível ocorrer fotossíntesefotossíntese

04/11/23 74

...

• resultante da presença de partículas orgânicas e/ou inorgânicas em suspensão

• é o inverso da transparência

• interfere na penetração do raio luminoso na massa líquida

• responsável por variações quantitativas e qualitativas na água, como luz,

fotossintese e produtividade

04/11/23 75

TURBIDEZ = representa alteração da penetração da luz pelas partículas em suspensão, provocando DIFUSÃO e ABSORÇÃO.

(PARTÍCULAS = plâncton, bactérias, argila, silte, etc., em suspensão).* > Turbidez = redução da ZONA FÓTICA ou faixa de capacidade de penetração da luz -

Cuidado

• Turbidez não caracteriza poluição

• Nº > de partículas orgânicas ou não pode significar uma dinâmica natural biogeoquímica (carbonatos na água)

• Porém lançametos de fontes poluidoras = maior tubudez

• Baixa turbidez não elimina o agente poluidor possiv/te /patogênico

• POLUIÇÂO = Qq modificação (meio/ambiente) potencil/te nociva à saúde/natureza/segurança, c/ prejuizo ao equilíbrio natural/estético. Prática Irracional, Anti-estética. Energia e matéria no lugar errado(S.M.B.). Biodegradável; Nem sempre desagradável. Removível. Reciclada. Passiva

• CONTAMINAÇÃO = ATIVA. Mata. Nociva. Veneno. Causa doenças. Desagradável. Removível. Parc/te tratável (?)

• VISIBILIDADE = qualidade que se apresenta em poder-se distinguir objetos

• REFLEXÃO = RETORNO DA LUZ/SOM. Ato ou efeito de refletir

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produção exógena = do ar p/ a água, dependendo p. atmosf., turbulência, temperatura,

altitude, etc.. Produção endógena = no meio líquido OD = H20 (fator limitante)

• Teor OD = função inversa da temperatura, salinidade e altitude; direta da pressão atm.

• Redução = presença de mat. orgânica; > temperatura

• Fonte = fotossíntese (principal)

• Oscila = intens.luz, nebulosidade, profundidade, latitude, estações do ano, etc.,...

• Solubilidade/permanência/difusão = ºC e S‰• então: > ºC (c/ igual ou maior S‰) = < taxa de solubil/de O2 na água = >

difusão para o meio externo (atmosf.)

04/11/23 77

• O segredo é não correr atrás das O segredo é não correr atrás das borboletas. Éborboletas. É sim, sim, cuidar do jardim para cuidar do jardim para que elas venham até você.que elas venham até você. (Mário Quintana)

04/11/23 78

FOSFATO TOTAL - • Serve: avaliar a produtividade aquática

chances de eutrofização

• Nutriente limitante (fósforo e nitrogênio)• Interfere no sist. aquático como um todo• Ciclo: ocorre na água - sedimentos - atmosf.• Fonte: rocha, (lixiviação, etc.); organismos (como

ésteres fosfóricos); água minerais fosfáticos/apatitas, despejos

• Não necess/ta de bactérias ( do ciclo do N), circulando de um meio ao outro, de org. ao outro, na biosfera (cad. alimentar), na forma orgânica p/ inorgânica

04/11/23 79

Aspéctos a serem considerados

• apresenta-se: ortofosfatos (metabolismos biológico); polifosfato; metafosfato; fósforo orgânico

• mais disponível no solo que em sist. Aquático

• águas mais transparentes, (sist. equil.) = forma insolúvel/precipitado com 94,1% do total; formas solúveis 0,0005%; no plâncton = 3.3995% e orgs. bents. = 1,8%, no sólo adsorvido interstic?te = 0.7%

04/11/23 80 FOSFORO

• Coagulantes naturais = Fe, Al, Ca, Mn, etc.., mantêm o fósforo precipitado, mas em águas ácidas com esses elementos , o fosfato é liberado fácil/te. (manter > OD e lançar carbonatos)

• Lançar o Fe como hidróxidos.• O hidróxido de Al, < Ac. precipitando os carbonatos

presentes. • Sists. aquáticos pouco eutróficos = captura e retém o P

no seu sedimento, porém variações na ºC, pH, OD, condut., facilitam a sua dispersão

04/11/23 81

NITROGÊNIO - N -

• H2O = gás, formas inorgânicas e orgânicas

• Bactérias/Cianofíceas = fixadoras do N na forma molecular

• Água = aparece NO2, NO3, NH3, NH4

• N amoniacal - NH3 + NH4

• Microrganismos/bact.autótrofas = nitrosomonas, nitrosomonas, nitrobacter, nitrospira e nitrococcusnitrobacter, nitrospira e nitrococcus

• ciclo do nitrogêniociclo do nitrogênio

04/11/23 82

1 - NITRIFICAÇÃO1 - NITRIFICAÇÃO : autótrofos quimiosintetizantes

• NH3 + H2O NH4+ + OH (pH aumenta)

• NITROSAÇÃO = Nitrosomonas (pH diminui)

• NITRATAÇÃO (fonte de O2+N2) = Nitrobacter • amônia-NH3 (organ.,volátil, tóxica)

• 2NH4 + (inorg., oxidação, tóxica) + 3O2 + Nitrosomonas

= 2NO2- (nitrito, < solúvel, + tóxico , sinergismo) + 4H + +2 H2O

• H + NO2 (ºC e pH baixo) = HNO2 (ác. nitroso)

• 2NO2 - + O2 + Nitrobacter = 2NO3 - (nitrato , não ou < tóxico,- assimilável)

• Água poluída = NH3 (org.); NH3/NH4 - NH3/NH3 NH3 (org.); NH3/NH4 - NH3/NH3 (total-amoniacal(total-amoniacal))

04/11/23 83

< Oxigênio = decomposição de proteínas, produzindo aminoácidos, parc/te desdobrados em amômia, ác. graxos e ác. carbônico

• O nitrato-NO3 pode sofrer redução (anaeróbico), para nitrito-NO2 e amônia-NH3/NH4+

• Anaerobiose = NH4+ acumula-se; > decomposição = não se tem a nitrificação

• Nitrificação inicia-se pH < 8,0; regular 6,3-6,7; faixa possível = 6 - 9

de pH; inibe < 6,0 e > 8,3

pH = amônia-NH4+ > tóxic/de (pouco volátil; < estável; + solúvel)

pH = amônia-NH3(mais tóxica), porém + volátil; aumentando a ação tóxica c/ pH

04/11/23 84

NN ºC : > poder tóxico da amônia (sinergismo)

• NitrificaçãoNitrificação = só acima de 5ºC e abaixo de 45 ºCsó acima de 5ºC e abaixo de 45 ºC

inibida < 10 ºC e > 38 ºCinibida < 10 ºC e > 38 ºC

OD = sem ou baixa nitrificação, só inicia c/ 70-80% de redução da matéria orgânica, (acima de 2,0 ODmg/l; crítico < 0,5 OD mg/l)

• Para oxidação de 1 mgNH3-N/l: Nitrificação

a) p/ NO2-N = 3.0 mgOD/l b) p/ NO3 = 1,0 mgOD/l

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2 - Desnitrificação• Ocorre na presença de bactérias anaeróbias e/o

facultativas, em meio de baixo ou nenhum O2; Bactérias que partem de compostos nitrogenados (NO3, NO2, uréia, ác. úrico) para extrair o nitrogênio-N2. Ex.: Pseudomonas

• É o inverso da nitrificação:

NO3- NO2- N2O N2

• Algas azuisAlgas azuis e diatomáceasdiatomáceas tb fixam o N2 na água (podem apresentar odor/sabor e toxicidade); assimilam dirt/te o nitrato e rapid/te a amônia

• CianofíceasCianofíceas: raras (< diversidade) em sist, marinhos e frequentes nos dulcícolas (> diversidade), sendo no primeiro um fator limitante

04/11/23 86

3- Amonificação3- Amonificação• Decomposição dos nitrogenados excretados ou

dos cadáveres, transformando-os em íons amônia(NH4+)

• Seria o Seria o último ou na verdade o primeiro processo do ciclo do nitrogênioprocesso do ciclo do nitrogênio

• N org. (aminoácidos, enzimas, ác. húmicos, fúlvicos, prdts da

decomposição e excreção) NH4+ ou NO3- (originando NH4+)

• N Kjedalh (fração orgânica); Matérias nitrogenadas(MN): N amoniacal e N orgânico

04/11/23 87

O b r i g a d oO b r i g a d o

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Onde obter mais informações

• Outras sessões de treinamento

• Liste os livros, os artigos, as fontes eletrônicas

• Serviços de consultoria, outras fontes