8.1 A água na natureza

A água na natureza

A água está presente em vária formas e é uma das substância mais comuns no nosso planeta, cobrindo cerca de 70% da superfície do planeta. Todos os organismos necessitam de água, em condições adequadas, para sobreviver, e sua disponibilidade é um fator para moldar ecossistemas.

Estima-se que a massa de água no planeta seja de aproximadamente 265 400 trilhões de toneladas, e sua distribuição é dada pela imagem:

A água na natureza

Apesar da abundância de água, é pequena a quantidade aproveitada pelo homem, apenas 0.5% dos recursos hídricos são explorados. Está quantidade é distribuída de forma heterogênea, espacial e temporalmente.

Além das variações naturais da água, o homem vem criando outras mudanças, como o desmatamento, que altera a quantidade de vapor atmosférico, mudando o regime de precipitação e a impermeabilização do solo urbano, que traz como consequência a pouca infiltração de água no solo.

Fora o problema quantitativo dos recursos hídricos, existem também problemas relacionados com a qualidade. A contaminação de mananciais impede que esta água seja usada pela população. Aproximadamente 25 milhões de pessoas morrer por ano devido a doenças transmitidas pela água.

Características físicas da água

Fisicamente, a água tem como característica ser uma das poucas substâncias inorgânicas encontradas em estado líquido em temperatura ambiente. Apresenta um calor específico alto, ou seja, é necessária uma grande quantidade de energia para variar a temperatura da água. Sua densidade vária com a temperatura, e a densidade máxima ocorre a 4˚C, ou seja, a água líquida pode ser mais densa que a água sólida.

Características quimicas e biológicas da água

Quimicamente, a água é conhecida como solvente universal por ser capaz de dissolver uma grande quantidade de substâncias. Seu pH, quando pura e a 25 ˚C, é 7, ou seja, é básico. No entanto, as substâncias dissolvidas por ela afetam seu pH, e essa alteração afeta os ecossistemas. Sendo assim, o despejo de substâncias em meio aquático vem afetando a vida nesses locais.

Biologicamente, a água é lar para muitos seres, desde bactérias e vírus a mamíferos. É lar também das algas, que, através da fotossíntese, produzem grande quantidade de oxigênio, o qual fornece energia para muitos seres vivos.

8.2 Usos da água e requisitos de qualidade

Abastecimento humano

• Necessidades:- Metabolismo- Preparo de alimentos- Higiene pessoal- Recreação

• Qualidade:- Insípida- Inodora- Incolor- Isenta de organismos patogênicos- Isenta de substâncias tóxicas

Abastecimento industrial

• Necessidades: - Solvente em lavagens - Processos de resfriamento

• Qualidade: Cada uso específico apresenta requisitos particulares - Produtos farmacêuticos, alimentícios e bebidas: qualidade elevada - Resfriamento: isenta de substâncias que causem o aparecimento de incrustações e corrosão nos condutos - Tingimento de tecidos e louças: isenta de produtos que propiciem o aparecimento de manchas no produto final

Irrigação

• A qualidade da água depende do tipo de cultura a ser irrigada. Em geral, os aspectos que devem ser analisados são: - Presença de organismos patogênicos; - Presença de substâncias toxicas; - Teor de sais dissolvidos

Geração de energia elétrica

Os requisitos de controle para a qualidade da água são pouco restritivos

• Tipos de Usinas: - Termoelétricas: geração de vapor - Hidroelétricas: aproveitamento da energia cinética ou potencial

• Impactos ambientais negativos: - Aquecimento da água; - Alteração do curso natural de rios; - Alteração do ecossistema

Navegação

• Qualidade: isenta de substâncias nocivas ao casco e condutos de refrigeração das embarcações

• Impactos ambientais negativos:- Desvio do leito original para melhor deslocamento- Construção de barragens com obras de transposição de nível- Despejo de substâncias poluidoras das embarcações- Vazamento de substâncias como petróleo

Aquicultura

• Qualidade: - Concentração mínima de oxigênio e sais nutrientes dissolvidos

- Ausência de substâncias tóxicas para os organismos

8.3 Alteração da qualidade das águas

Alteração da qualidade das águas• Poluição da água:

Alteração de suas características por quaisquer ações ou interferências, sejam elas naturais ou provocadas pelo homem. Podem produzir impactos estéticos, fisiológicos ou ecológicos.

• Contaminação da água:Refere-se à transmissão de substâncias ou microrganismos nocivos à

saúde pela água. A ocorrência de contaminação não implica necessariamente um desequilíbrio ecológico.

Principais poluentes da água• Poluentes orgânicos biodegradáveis:

Constituídos principalmente por proteínas, carboidratos e gorduras. Dois tipos de decomposição:

- Com oxigênio: feita por bactérias aeróbicas, ocasionando a morte de organismos que dependem do oxigênio para viver.

- Sem oxigênio: ocorre a decomposição anaeróbica, com a formação de gases como metano e gás sulfídrico

• Poluentes orgânicos recalcitrantes ou refratários: Compostos orgânicos que com taxa de biodegradação muito lenta.

Podem se acumular nos tecidos dos organismos (bioacumulação). Alguns exemplos:

- Defensivos agrícolas- Detergentes sintéticos- Petróleo

Principais poluentes da água• Metais:

Podem gerar danos aos organismos aquáticos em função da quantidade ingerida, toxidade, potenciais carcinogênicos, mutagênicos ou teratogênicos. Exemplos de metais tóxicos: arsênico, bário, cádmio, cromo, chumbo e mercúrio

Principais poluentes da água• Nutrientes:

O excesso de nutrientes pode levar ao crescimento excessivo de alguns organismos aquáticos. Esses nutrientes, notadamente os sais de nitrogênio e fósforo, são responsáveis pela proliferação acentuada de algas, que podem prejudicar mananciais de água potável.

Esses nutrientes chegam aos corpos de água por meio da erosão de solos, fertilização artificial dos campos agrícolas ou pela decomposição natural de matéria orgânica

Principais poluentes da água• Organismos patogênicos:

As classes de organismos patogênicos mais comuns e algumas doenças transmitidas pela água e pelo esgoto ao homem são:

- Bactérias: leptospirose, febre tifóide, cólera, etc; - Vírus: hepatite infecciosa e poliomielite; - Protozoários: amebíase e giardíase; - Helmintos: esquistossomose e ascaridíase

• Sólidos em suspensão: Aumentam a turbidez da água, reduzindo as taxas de fotossíntese e

prejudicando a procura de alimentos para algumas espécies, o que leva ao desequilíbrio da cadeia alimentar

• Calor:A temperatura influencia características físicas, químicas e biológicas da água

como a densidade, solubilidade de gases, tensão superficial e reações químicas, interferindo em toda a dinâmica do ecossistema.

Autodepuração

• Processo natural de recuperação sofrido por um corpo de água poluído por lançamentos de matéria orgânica biodegradável. Realiza-se por meio de processos físicos (diluição, sedimentação), químicos (oxidação) e biológicos. A decomposição da matéria orgânica corresponde, por tanto, a um processo biológico integrante do fenômeno da autodepuração.

Autodepuração

• Primeira etapa:A matéria orgânica biodegradável é consumida pelos decompositores

aeróbicos, que transformam os compostos orgânicos de cadeias mais complexas, como proteínas e gordura, em compostos mais simples como amônia, aminoácidos e dióxido de carbono.

Durante a decomposição, há um decréscimo nas concentrações de oxigênio dissolvido na água devido a respiração dos decompositores.

• Segunda etapa:Após ocorrido o processo de decomposição, os organismos

decompositores morrem, e passa a “sobrar” oxigênio na água. Na segunda etapa, denominada reaeração, os níveis de oxigênio são repostos na água pela fotossíntese e pela atmosfera.

8.4 O comportamento ambiental dos lagos

A estratificação térmica

• É a forma mais comum de estratificação;• Durante determinadas épocas do ano há uma clara distinção entre as

temperaturas da superfície e do fundo do lago;• A radiação solar penetra na água e tem decaimento exponencial;• Praticamente todo o calor é absorvido nas camadas mais superficiais;• Ocorre devido às diferenças de densidade entre as camadas de água;• Camada mais próxima a superfície: epilímnio• Camada próximo ao fundo do lago: hipolímnio• Camada intermediária: metalímnio

nela localiza-se a termoclina (área de variação brusca de temperatura)

A estratificação térmica

• Em reservatórios:

- a temperatura afeta todos os processos físicos e químicos que ocorrem no lago;- o oxigênio é produzido no epilímnio e consumido no hipolímnio;- a termoclina dificulta a passagem de calor e oxigênio da superfície para o fundo, resultando em baixa taxa de reposição do oxigênio;- a água pode ter qualidade variável durante o período de estratificação térmica dependendo da posição;- em águas profundas, sem oxigênio dissolvido, há um grande poder corrosivo que pode causar problemas de corrosão em turbinas;

O processo da eutrofização

• É o enriquecimento das águas com os nutrientes necessários ao crescimento da vida vegetal aquática e um processo natural de maturação de um ecossistema lacustre.

• Manifestá-se por meio do aumento da produtividade biológica do lago, sendo observado o aumento na população de algas e outros vegetais aquáticos devido ao aumento na quantidade de nutrientes disponível;

• De acordo com a produtividade biológica, os lagos são classificados em:– Oligotróficos

baixa produtividade biológica e baixa concentração de nutrientes;– Eutróficos

produção vegetal excessiva e alta concentração de nutrientes;– Mesotróficos

meio termo entre as classificações anteriormente citadas.

O processo da eutrofização

• A eutrofização associada à intervenção humana é denominada eutrofização cultural ou acelerada.- causa inúmeros efeitos negativos.

• causas: - aporte de fósforo que provém principalmente de esgotos domésticos, esgotos industriais e fertilizantes agrícolas; - radiação e calor também influenciam na eutrofização de corpos d’água.

O processo da eutrofização

• Consequências:- competição entre peixes e decompositores pelo oxigênio disponível;- falta de oxigênio no fundo do lago permanentemente;- diminuição da diversidade biológica;- composição elevada de compostos orgânicos, possiveis precursores de elementos cancerígenos;- inutilização do corpo de água como manancial de abastecimento;- prejuízo ao uso recreacional do corpo de água.

• Formas de controle- medidas preventivas: visam reduzir a carga externa do nutriente limitante.- medidas corretivas: atuam sobre os processos de circulação de nutrientes no lago e sobre o ecossistema.

8.5 Parâmetros indicadores da qualidade da água

Parâmetros indicadores da qualidade da água

Como já mencionado em 8.1, a água é um ótimo solvente. Consequentemente, gases atmosféricos são facilmente dissolvidos e indicadores físicos, químicos e biológicos são necessários para caracterizar a qualidade da água.

Indicadores físicos

Incluem-se nas características físicas a cor, a turbidez, o sabor e o odor.• Cor

A cor é uma característica derivada da existência de substâncias em solução, sendo essas geralmente de natureza orgânica.

• TurbidezÉ a propriedade de desviar raios luminosos. Decorre da presença de

material em suspensão na água, divididos em estado coloidal e de organismos microscópicos.

• Sabor e odorSão associados à presença de poluentes industriais ou ouras substâncias

indesejáveis, tais como matéria orgânica em decomposição, algas etc.Certas características podem prejudicar alguns usos da água. A cor e a

turbidez inviabilizam o uso da água para consumo humano por exemplo.

Indicadores químicos

As características químicas dependem da presença de substâncias dissolvidas na água. Destacam-se:

• SalinidadeO conjunto de sais normalmente dissolvidos na água pode conferir à água o

sabor salino e características incrustantes. O teor de cloreto pode ser indicativo de poluição por esgotos domésticos.

• DurezaÉ a característica conferida à água pela presença de sais de metais alcalino-

terrosos e alguns metais em menor intensidade. Caracterizada pela extinção da espuma formada pelo sabão, índice visível de uma reação mais complexa.

• AlcalinidadeOcorre devido à presença de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos, quase

sempre de metais alcalinos ou alcalino-terrosos. Não constitui problema isolado, desde que a salinidade esteja dentro dos limites aceitáveis para o uso desejado da água (com exceção de hidróxidos).

A alcalinidade influencia o tratamento da água para consumo doméstico.

Indicadores químicos

• CorrosividadeA tendência da água de corroer os metais geralmente deve-se à presença

em solução de oxigênio, gás carbônico e gás sulfídrico.

• Ferro e manganêsO ferro, frequentemente associado ao manganês, confere à água sabor

desagradável e coloração avermelhada, decorrente de sua precipitação.

• Características benéficasA dieta humana exige certas concentrações minerais nas águas para

consumo. Teores de iodo e flúor devem ser controlados pois estão relacionados a saúde da população.

• AgrotóxicosTóxicos a diversas espécies animais, o homem incluído. Seu uso tem

causado a mortandade de peixes e prejuízo ao abastecimento público de água.

Indicadores biológicos

Microorganismos podem se desenvolver na água, possivelmente prejudicando seu uso. Entre os organismos que podem ser encontrados na água, destacam-se:

• AlgasApesar de sua importância para o equilíbrio ecológico, podem acarretar

também alguns problemas. Entre eles pode-se citar a formação de grande massas orgânicas, levando à produção elevada de lodo e a liberação de vários compostos orgânicos, que podem ser tóxicos ou de sabor e odor desagradáveis.

• Microorganismos patogênicosSão introduzidos na água junto com matéria fecal de esgotos sanitários.

Podem ser de vários tipos: bactérias, vírus e protozoários. Devido à grande variedade de microorganismos que podem estar

presentes na água, é difícil a sua detecção individualizada.

Indicadores de qualidade de água

Devido ao grande número de parâmetros indicadores de qualidade da água e suas características diferentes, surgiu o IQA (Índice de Qualidade da Água), o qual incorpora em um único índice uma informação consolidada dos problemas de poluição de água em um dado rio ou lago.

8.6 Abastecimento de água

Abastecimento de Água

A qualidade da água torna-se adequada para o consumo humano, quando:

• seus indicadores físicos, químicos e biológicos estão de acordo com o dispositivo da Portaria nº36/GM de 19.01.1990;

• possuir as seguintes características:- cor aparente (cor presente em uma amostra de água, devido à

presença de substâncias dissolvidas e substâncias em suspensão) = 5 uH;- odor = Não objetável- sabor = Não objetável- turbidez (característica física da água, decorrente da presença de

sólidos suspensos e de organismos microscópicos) = 1 uT

Abastecimento de Água

Um sistema de abastecimento de água é composto por:

- Manancial: fonte de onde se tira o suprimento de água;- Captação: conjunto de equipamentos e instalações responsáveis por retirar a água do manancial;- Adução: parte do sistema que é constituída por tubulações e que liga a captação de água ao seu futuro tratamento;- Tratamento: responsável pela remoção de impurezas presentes na água, eliminado microrganismo que causam mal a saúde;- Reservatório de distribuição: empregado para acumular água com o propósito de atender à variação do consumo horário, manter uma pressão mínima ou constante, atender às demandas de emergência (incêndios, ruptura da rede);- Rede de distribuição: responsável por levar a água do reservatório para os pontos de consumos residenciais, escolas, hospitais e indústrias.

Tratamento de água

• A água retirada no manancial não apresenta o padrão da qualidade exigido para fins de abastecimento público, portanto, é necessário um procedimento para torná-la compatível com as exigências do consumidor.

• O tratamento de água pode ser feito para atender a várias finalidades:

- higiênicas: remoção de bactérias, protozoários, vírus e outros microrganismos, de substancias tóxicas ou nocivas, redução do excesso de impurezas e de teores elevados de compostos orgânicos;

- estéticas: correção de turbidez, cor, odor e sabor;

- econômicas: redução de corrosividade, dureza, cor, turbidez, ferro, manganês, etc.

Tratamento de água

Etapas:• Sedimentação ou decantação: responsável pela remoção de matéria em

suspensão (partículas grande ou pesada) existente. Se a concentração dessas partículas não for excessiva, este método sozinho não será eficiente;

• Coagulação/floculação: técnica para tratar a água com produtos químicos coagulantes, para agregar as partículas dificilmente sedimentáveis em aglomerados, para que possam ser retirados com maior facilidade.

Os aglomerados são chamados flocos, e são removidos por sedimentação, por filtração, ou por ambas;

• Filtração: mais um processo de remoção de impurezas, desta vez a partir do uso de areia, antracito, diatomita e outros materiais de granulometria fina;

• Desinfecção: destruição organismos patogênicos a partir da aplicação do cloro ou compostos de cloro. Esta é a única etapa destinada ao controle de qualidade bacteriológica;

Tratamento de água

• Remoção da dureza: remoção dos elementos que conferem dureza à água (como cálcio e magnésio). O processo reduz a quantidade total de sólidos dissolvidos na água;

• Aeração: este processo pode ser utilizado para vários propósitos, por promover a remoção de substâncias voláteis, que podem ter influência sobre o sabor e odor da água, é empregado em conexão com o controle de sabor e odor;

• Remoção de ferro e manganês: processo específico para remoção desses elementos, e é utilizado somente quando encontrados em altas concentrações na água;

• Remoção do sabor e odor: processo especial, necessário quando existem problemas excepcionais. Se o odor não for totalmente removido na aeração, pode requerer a adsorção ou oxidação;

• Fluoretação: este processo tem como objetivo atingir uma concentração de fluoreto na água, que dê a população maior resistência a cáries dentárias.

Tratamento de água

• Esquema de uma estação de tratamento de água:

8.7 Reuso da água

Reuso da água

• Necessidade atual: a água tornou-se um fator limitante para o desenvolvimento urbano, industrial e agrícola, principalmente em regiões áridas e semi-áridas.

• Muitas regiões com recursos hídricos abundantes, mas insuficientes para atender a demandas excessivamente elevadas, portanto, passam por conflitos de usos e sofrem restrições de consumo que afetam seu desenvolvimento econômico e a qualidade de vida da população.

• Entidades gestoras de recursos hídricos procuram novas fontes de recursos para complementar a pequena disponibilidade hídrica ainda disponível.

• Águas de qualidade inferior, como esgotos (particularmente de origem doméstica), águas de drenagem agrícola e águas salobras, devem ser consideradas como fontes alternativas sempre que possível.

Formas potenciais de reuso

• Devido ao ciclo hidrológico, a água é um recurso renovável;

• As possibilidade e maneiras de reuso dependem das características, condições e fatores locais, como decisão política, esquemas institucionais, disponibilidade técnica e fatores econômicos, culturais e sociais;

Usos urbanos

Esgotos podem ser tratados e utilizados para fins POTÁVEIS E NÃO POTÁVEIS

• Usos Urbanos para fins potáveis:Devido à presença constante de organismos patogênicos e de compostos

orgânicos sintéticos na maioria dos efluentes disponíveis para reuso, como estações de tratamento de esgoto, a recuperação da água destinada ao consumo humano é uma alternativa associada a riscos muito elevados.

• Usos Urbanos para fins não potáveis:Estes usos envolvem risco menores para a população, portanto, são

considerados como a primeira opção de reuso na área urbana;Os esgotos tratados são destinados para processos como: irrigação de

parques, campos de futebol, etc; reserva de proteção contra incêndios; fontes, chafarizes, espelhos e quedas-d’água; descarga sanitária em banheiros públicos; lavagem de trens e ônibus.

Sistemas de reuso indiretos

• Devido a grande dificuldade de identificar a enorme quantidade de composto de alto risco, a Organização Mundial da Saúde não recomenda o reuso direto da água dos efluentes (tais como esgotos);

• Deve haver também um controle intensivo efetuado pela municipalidade para evitar a descarga, mesmo acidental, de efluentes industriais ou compostos químicos de qualquer espécie de coleta de esgotos;

• Para assegurar a proteção efetiva e permanente dos consumidores, os sistemas de tratamento devem ter unidades suplementares. Por exemplo, após tratar os esgotos em aquíferos subterrâneos é recomendável que eles sejam retidos por períodos prolongados, para depois a água ser encaminhada para o abastecimento público;

• Os programas de reuso da água para fins potáveis deve ser uma aceitação pública. Ou seja, todos os setores da comunidade devem estar cientes desses programas.

Usos industriais e agrícolas

• Usos Industriais:

Os usos industriais que possuem maior potencial de aproveitamento de reuso em áreas de concentração industrial são: torres de resfriamento; caldeiras; construção civil; lavagem de peças em indústrias mecânicas e processos industriais.

As indústrias devem estimular o reuso e a conservação da água por meio da adoção de processos industriais e de sistemas de lavagem com baixo consumo de água.

• Usos Agrícolas:

O uso de esgotos para irrigação de culturas aumentou significantemente nas ultimas décadas. Sua aplicação no solo é uma forma efetiva de controlar a poluição e uma alternativa viável para aumentar a disponibilidade hídrica em regiões áridas e semi-áridas.

Os maiores benefícios deste processo são os associados aos aspectos econômicos e ambientais.

Recarga de aquiferos

• Os aquíferos subterrâneos são realimentados por zonas de recarga ou por irrigação ou precipitações, o que pode resultar em poluição de suas águas.

• Sua recarga com efluentes tratados tem como objetivos: prevenir a intrusão de cunha calina em aquíferos costeiros; proporcionar tratamento adicional de afluentes para uso futuro; aumentar disponibilidade de água em aquíferos, prevenir subsidência do solo.

• São reservatórios naturais, e operam como sistemas de distribuição naturais, eliminando os custos relativos às instalações de transporte de efluentes tratados.

• O tratamento solo aquífero – TSA

8.8. Tratamento de esgotos

Tratamento de esgotos

Esgoto é o termo usado para caracterizar os despejos provenientes dos usos da água, como o doméstico, comercial, industrial, agrícola, e outros.

O sistema de esgoto é constituído por duas partes principais, os coletores, que são canais de coleta do esgoto, e interceptores, que são canalizações de grande porte e interceptam o fluxo dos coletores para proteger os meios aquáticos, evitando descargas diretas.O esgoto pode ser qualificado tanto

quantitativamente, quanto qualitativamente. O esgoto doméstico, por exemplo, é constituído aproximadamente por 99,9% líquido e 0,1% sólido,que é a parte que deteriora a qualidade da água.

Processos e grau de tratamento dos esgotos

O tratamento adequado dos esgotos é essencial tanto para a saúde pública, uma vez que muitas infecções podem ser transmitidas através do esgoto, quanto para o meio ambiente, já que componentes do esgoto podem contaminar ecossistemas aquáticos.

O tipo de tratamento de esgoto varia para o tipo de esgoto que é tratado, porém existem passos pelos quais a maioria dos tratamentos passam, que são:• Tratamento preliminar-remoção de sólidos grosseiros-remoção de gorduras-remoção de areia• Tratamento primário-decantação-flotação-digestão do lodo-secagem do lodo-sistemas compactos (decantação e digestão)

• Tratamento secundário-filtração biológica-processos de lodos ativados-decantação intermediária ou final-lagoas de estabilização• Tratamento avançado-remoção de nutrientes-remoção de complexos orgânicos

8.9. A importância da manutenção da qualidade das águas naturais

Tratamento de água

Os cursos de água são classificados de acordo com seu uso, e para cada um deles, são estabelecidos limites máximos de características. No Brasil, a classificação é dada pela resolução Conama n˚ 20, e é relacionada de acordo com a tabela ao lado:

Esta resolução controla o que pode ser lançado nos recursos hídricos de forma que mantenham-se nas condições estabelecidas pelas respectivas classes, isso permite estabelecer a qualidade que cada curso de água deve manter para atender seus usos específicos.