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Aula 4: Química das Águas

QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTALQUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL

- Parâmetros de qualidade das águas

Prof. Rafael SousaProf. Rafael SousaDepartamento de Química – UFJF

1º período de 2013

- Parâmetros de qualidade das águas- Aspectos analíticos relacionados à análise de águas

�� Contexto multidisciplinar da Química Ambiental

-- RelaçãoRelação entreentre poluiçãopoluição ee desenvolvimentodesenvolvimento sóciosócio--econômicoeconômico

�� Química analítica ambiental

-- EquipamentosEquipamentos portáteisportáteis-- CaracterísticasCaracterísticas dasdas amostrasamostras

Recapitulando ...

-- CaracterísticasCaracterísticas dasdas amostrasamostras�� NecessidadeNecessidade dede realizarrealizar validaçõesvalidações

�� Química das águas

-- ImportânciaImportância dada águaágua-- ExemplosExemplos dede substânciassubstâncias tóxicastóxicas nana águaágua-- OsOs principaisprincipais processosprocessos químicosquímicos aquáticosaquáticos

O aporte de substâncias nos mananciais

�� Origina-se de várias FONTES:- EfluentesEfluentes domésticosdomésticos ee industriaisindustriais- EscoamentosEscoamentos superficialsuperficial urbanourbano ee agrícolaagrícola

DEPENDE do tipo de uso e ocupação do solo

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

CONTEXTO:

�� DEPENDE do tipo de uso e ocupação do solo

CadaCada umauma dessasdessas FONTESFONTES possuipossui característicascaracterísticas própriaspróprias quantoquantoaosaos poluentespoluentes queque transportam,transportam, comocomo::

-- ContaminantesContaminantes orgânicosorgânicos (biodegradáveis)(biodegradáveis)

-- NutrientesNutrientes

-- BactériasBactérias

Mesmo separando os poluentes em grupos,

a diversidadediversidade dasdas indústriasindústrias existentes aumenta, aindamais, a variabilidade dos contaminantes aportados nos corpos deágua


CONTEXTO DA POLUIÇÃO DAS ÁGUAS:

Torna-se praticamente impossível a determinação sistemática de todos os poluentes que possam estar presentes nas águas

superficiais, em tempo relativamente curto...

Existem Existem parâmetrosparâmetros de qualidade de qualidade de água, levando em conta de água, levando em conta

os poluentes os poluentes mais representativosmais representativos

FísicosFísicos

Químicos Químicos

MicrobiológicosMicrobiológicos

BioensaiosBioensaios ecotoxicológicosecotoxicológicos

Usados para a MONITORAÇÃO e FISCALIZAÇÃO Usados para a MONITORAÇÃO e FISCALIZAÇÃO ambiental com ambiental com base da legislação CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005base da legislação CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005


Parâmetros de qualidade �� Indicadores de qualidade das águas

�� CETESBCETESB:: CompanhiaCompanhia dede TecnologiaTecnologia dede SaneamentoSaneamento AmbientalAmbiental(Secretaria(Secretaria dede MeioMeio AmbienteAmbiente dede SP)SP)

-- http://www.cetesb.sp.gov.br/

�� IGAMIGAM:: Instituto Mineiro de Gestão das Águasas

-- http://www.igam.mg.gov.br/

Os parâmetros de qualidadeOs parâmetros de qualidade

PARÂMETROSPARÂMETROS FÍSICOSFÍSICOS

Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez

TemperaturaTemperatura


TemperaturaTemperatura

-- SolubilidadeSolubilidade dede gasesgases comocomo oo OO22

O aumento da T diminui O aumento da T diminui -- Favorece processos aeróbicos Favorece processos aeróbicos

� mau cheiro (produtos de degradação))

Medida e instrumentação bastante simplesMedida e instrumentação bastante simples

PARÂMETROSPARÂMETROS FÍSICOSFÍSICOS DEDE QUALIDADEQUALIDADE


CondutividadeCondutividade elétricaelétrica

ÉÉ ocasianadaocasianada pelaspelas substânciassubstâncias dissolvidasdissolvidas queque sese dissociamdissociam ememcátionscátions ee ânionsânions emem funçãofunção dada temperaturatemperatura

�� MuitosMuitos saissais encontradosencontrados nasnas águaságuas sãosão dede origemorigem antropogênicaantropogênica

-- DescargasDescargas industriaisindustriais

-- ConsumoConsumo dede salsal nasnas residênciasresidências

-- ExcreçõesExcreções dada populaçãopopulação ee animaisanimais

�� IDENTIFICAR MODIFICAÇÕES NA COMPOSIÇÃO DA ÁGUA



SólidosSólidos

CorrespondemCorrespondem aa partículaspartículas diversasdiversas,, sedimentáveissedimentáveis ouou nãonão ee quequepodempodem serser separadasseparadas porpor filtraçãofiltração

�� ImpurezasImpurezas nana águaágua contribuemcontribuem parapara oo aumentoaumento nana quantidadequantidade dedesólidossólidos

AA MEDIÇÃOMEDIÇÃO DOSDOS SÓLIDOSSÓLIDOS NÃONÃO DISSOLVIDOSDISSOLVIDOS éé oo “peso”“peso” dosdossólidossólidos filtráveis,filtráveis, expressoexpresso emem mg/Lmg/L



CorCor

NATURALNATURAL:: teorteor dede matériamatéria orgânicaorgânica decompostadecomposta ee íonsíons dede FeFe ee MnMn

ALTERADAALTERADA:: açõesações antropogênicasantropogênicas......

MEDIDAMEDIDA

-- BaseadaBaseada nana intensidadeintensidade dada corcor amarelaamarela

-- UtilizandoUtilizando umauma escalaescala dede corescores (Escala(Escala dede PlatinaPlatina--cobaltocobalto ououEscalaEscala APHAAPHA HazenHazen),), unidadeunidade mgmg PtPt/L/L

�� AnálisesAnálises visuaisvisuais ouou instrumentaisinstrumentais

�� PadronizadasPadronizadas pelapela ASTM D1209, Standard Test Methodfor Color of Clear Liquids (Platinum-Cobalt Scale)



TurbidezTurbidez

ÉÉ umauma medidamedida queque representarepresenta oo quantoquanto umauma amostraamostra dede águaáguainterfereinterfere nana luzluz queque passapassa porpor elaela

�� ÁguasÁguas turvasturvas desfavorecemdesfavorecem aa fotossíntesefotossíntese dede vegetaçõesvegetaçõessubmersassubmersas (menos vegetação menos peixes)

�� ÁguasÁguas turvasturvas desfavorecemdesfavorecem aa fotossíntesefotossíntese dede vegetaçõesvegetaçõessubmersassubmersas (menos vegetação � menos peixes)

MEDIDAMEDIDA

-- RealizadaRealizada nono TURBIDÍMETROTURBIDÍMETRO (método(método espectroscópico)espectroscópico)

-- UnidadeUnidade:: NTUNTU ((unidadeunidade nefelométricanefelométrica dede turbidezturbidez))

PARÂMETROS QUÍMICOSPARÂMETROS QUÍMICOS

Alcalinidade, dureza, pHAlcalinidade, dureza, pHOxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda Oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda

química de oxigênio (DQO)química de oxigênio (DQO)Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)

Fósforo totalFósforo totalSurfactantesSurfactantes


SurfactantesSurfactantesÓleos e graxasÓleos e graxas

CianetosCianetosFenóisFenóis e demais contaminantes orgânicose demais contaminantes orgânicos

Ânions (cloretos, sulfetos)Ânions (cloretos, sulfetos)Íons metálicos Íons metálicos (ferro, potássio, sódio, magnésio, manganês, alumínio, zinco, bário, cádmio, níquel, chumbo, cobre, cromo (III), cromo (VI),

selênio, mercúrio) arsênio arsênio e boroboro

PARÂMETROSPARÂMETROS QUÍMICOSQUÍMICOS

Alcalinidade,Alcalinidade, dureza,dureza, pHpH

-- RelacionadosRelacionados comcom asas espéciesespécies COCO22,, COCO3322--,, CaCa 22++,, MgMg 22++ ee HH++

(correlacionadas)ÁguasÁguas maismais alcalinasalcalinas

�� geralmentegeralmente “dureza“dureza moderada”moderada” aa “muito“muito dura”dura”�� poucapouca quantidadequantidade dede íonsíons HH++

-- DurezaDureza podepode serser expressaexpressa dede váriasvárias formasformas( dureza de cálcio, dureza de magnésio, dureza total ([Ca 2+] + [Mg2+])

-- IMPORTÂNCIAIMPORTÂNCIA dessesdesses parâmetrosparâmetros� SeresSeres vivosvivos necessitamnecessitam de água em pH próximo à neutralidade� TTubulaçõesubulações dede águaágua (domésticas ou industriais) podem serentupidas (águas duras) ou ter elementos metálicos lixiviados

� NíveisNíveis forafora dosdos padrõespadrõesÁgua com saborsabor desagradáveldesagradável e pode ter efeitosefeitos laxativoslaxativos

PARÂMETROSPARÂMETROS QUÍMICOSQUÍMICOS

Alcalinidade,Alcalinidade, durezadureza,, pHpH


Dureza mg/L de CaCO3 Classificação da água

<15 muito branda

Ex de classificação da dureza total da água, expressa em quantidade de CaCO3

de 15 a 50 branda

de 50 a 100 moderadamente branda

de 100 a 200 dura

>200 muito dura

OxigênioOxigênio dissolvido,dissolvido, demandademanda bioquímicabioquímica dede oxigêniooxigênio (DBO),(DBO),demandademanda químicaquímica dede oxigêniooxigênio (DQO)(DQO)

-- OxigênioOxigênio dissolvidodissolvido ee DBODBO �� AulaAula 33

-- DemandaDemanda químicaquímica dede oxigêniooxigênio

“É a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânicaatravés de um agenteagente químicoquímico”

Os valoresvalores obtidosobtidos são geralmente maiores do que os da DBO e podemser conseguidosconseguidos emem menosmenos temptempo

Útil para detectar substâncias resistentes à degradação biológica

PRINCÍPIO DO MÉTODO:- Redução do íon CrVI para CrIII na presença de H2SO4 (processode “digestão”)

- Excesso de dicromato é titulado com sulfato ferroso� Resultado é expresso em “equivalenteequivalente dede oxigêniooxigênio”

- Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)- Fósforo total

��AULAAULA 33 ......

�� NH3 é geralmente encontrada em baixas concentrações� APESAR DA TOXICIDADE, não é persistente� Em concentrações baixas não causa danos aos sereshumanos mas pode ocasionar sufocamentosufocamento dede peixespeixes

�� MétodosMétodos sãosão variadosvariados ((espécieespécie)) ee podempodem serser clássicosclássicos ououinstrumentaisinstrumentais

Ex: NR3 (orgânico + amoniacal: N total) � titulação Kjeldahl (NTK)NO2

- � complexação seguida de medida espectrofotométricaNO3

- � medida potenciométrica (eletrodo de íon seletivo)

(EC e IC também podem ser empregadas para NO(EC e IC também podem ser empregadas para NO22-- e NOe NO33

--))

humanos mas pode ocasionar sufocamentosufocamento dede peixespeixes

SurfactantesSurfactantes

�� SãoSão osos constituintesconstituintes dosdos detergentesdetergentesi)i) aniônicosaniônicos (R(R--SOSO33

--)Na)Na++ iiii)) catiônicoscatiônicos (RMe(RMe33--NN++)Cl)Cl-- iiiiii)) nãonão iônicosiônicos

�� DiminuemDiminuem aa tensãotensão superficialsuperficial dada águaáguageram espuma e deixam a “sujeira” em suspensão

� inconvenientes estético e para a biota

Determinação (surfactantes aniônicos)Determinação (surfactantes aniônicos)

11)) PREPAROPREPARO DEDE AMOSTRAAMOSTRA- Extração líquido-líquido com acetato de etila em meio de bicarbonato de sódio e

cloreto de sódio- Evaporação da fração extraída � dissolvida em metanol e água

22)) DETERMINAÇÃODETERMINAÇÃO ESPECTROFOTOMÉTRICAESPECTROFOTOMÉTRICA- Misturar NaOH e H2SO4 em proporção de pH neutro a alcalino (fenolftaleína incolor)- Adicionar clorofórmio e azul de metileno- Extrair a fase orgânica e ler no espectrofotômetro (652 nm)

ÓleosÓleos ee graxasgraxas(parâmetro(parâmetro OG)OG)

-- SubstânciasSubstâncias orgânicasorgânicas poucopouco encontradasencontradas emem águaságuas superficiaissuperficiais

DeterminaçãoDeterminação

-- MASMAS porpor seremserem poucopouco solúveissolúveis emem água,água, dificultamdificultam tantotanto ootratamentotratamento dede efluentesefluentes (processos(processos biológicos)biológicos) comocomo oo dada águaáguadede abstaecimentoabstaecimento

�� DeterminaçãoDeterminação

SeletivaSeletiva aa umum conjuntoconjunto dede substânciassubstâncias comcom característicascaracterísticassemelhantessemelhantes::

�� Acidificação da amostra (hidrólise dos analitos) eseparação por filtração

�� Extração dos analitos (filtro) com n-hexano emSoxhlet

�� Evaporação do solvente seguida de medidamedidagravimétricagravimétrica

FenóisFenóis ee demaisdemais contaminantescontaminantes orgânicosorgânicos

�� Exemplos:: diversosdiversos (Aula(Aula 33))

OcorremOcorrem emem consequênciaconsequência dede despejosdespejos industriaisindustriais

AlémAlém dede afetaremafetarem oo saborsabor dosdos peixespeixes ee dada água,água, podempodem causarcausar::- lesões na pele- lesões na pele- indisposições físicas de diversos tipos

ToxicidadeToxicidadedepende da espécie

� Determinação::técnicastécnicas analíticasanalíticas dede separaçãoseparação

Mistura de Mistura de substânciassubstâncias

((amostraamostra))

Tempo

ÂnionsÂnions (cloretos,(cloretos, sulfetos)sulfetos)

-- ConstituemConstituem saissais presentespresentes nana águaágua

�� AumentoAumento nana concentraçãoconcentração�� poluiçãopoluição domésticadoméstica (Cl(Cl--)) ee industrialindustrial

ÍonsÍons metálicosmetálicos (Al, Sb, Ba, Be, Cd, Pb, Co, Cu, Cr, Fe, Li, Mn, Hg, Ni,Ag, Se, U, V, Zn) arsênioarsênio e boroboroÍonsÍons metálicosmetálicos (Al, Sb, Ba, Be, Cd, Pb, Co, Cu, Cr, Fe, Li, Mn, Hg, Ni,Ag, Se, U, V, Zn) arsênioarsênio e boroboro

-- FontesFontes:: despejodespejo dede efluentesefluentes ee lixiviaçãolixiviação dede fertilizantesfertilizantes

-- ToxidadeToxidade:: dependedepende dada espécieespécie (Aula(Aula 33))

DeterminaçãoDeterminação:: -- cromatografiacromatografia dede trocatroca iônicaiônica-- técnicastécnicas espectrométricasespectrométricas dede análiseanálise (metais)(metais)

PARÂMETROS MICROBIOLÓGICOS

�� ColiformesColiformes fecaisfecais ee totaistotais

- Bactérias encontradas principalmente nos intestinos deanimais de sangue quente

� não representam, porpor sisi sósó, perigo à saúde- Dentre as cepas: Escherichia coli é de origem fecal


- Dentre as cepas: Escherichia coli é de origem fecal

�� EstreptococosEstreptococos totaistotais

-- BactériasBactérias patogênicaspatogênicas

-- ClassificadasClassificadas emem gruposgrupos (sinais(sinais clínicosclínicos ee sintomas)sintomas)

EscherichiaEscherichia colicoli

BIOENSAIOSBIOENSAIOS ECOTOXICOLÓGICOSECOTOXICOLÓGICOS (ENSAIOS DE TOXICIDADE)

DeterminaçãoDeterminação dodo potencialpotencial tóxicotóxico dede umum agenteagente químicoquímico ouou dede umaumamisturamistura

� Efeito poluentes: resposta de organismos vivos

MétodoMétodo�� OO crustáciocrustácio CeriodaphniaCeriodaphnia dubiadubia éé colocadocolocado emem contatocontato comcom

aa água contendo as substâncias emem avaliçãoavalição

�� OsOs efeitosefeitos observadosobservados definemdefinem oo graugrau dada toxicidadetoxicidade::-- AgudaAguda ((00 aa 9696 horas)horas)

� observação principal é o efeito morte

-- CrônicaCrônica ((11//1010 dodo ciclociclo vitalvital atéaté aa totalidadetotalidade dada vidavida dodoorganismo)organismo)� resposta causa mudanças comportamentais, alterações fisiológicas, reprodutivas, etc

ParaPara facilitarfacilitar aa interpretaçãointerpretação dasdas informaçõesinformações sobresobre aaqualidadequalidade dada águaágua dede formaforma abrangenteabrangente ee útil,útil, ,, aa CETEBCETEB ee oo IGAMIGAM,,adaptaramadaptaram ee desenvolveramdesenvolveram oo ÍndiceÍndice dede QualidadeQualidade dasdas ÁguasÁguas -- IQAIQA

OO IQAIQA incorporaincorpora novenove parâmetrosparâmetros consideradosconsiderados relevantesrelevantesparapara aa avaliaçãoavaliação dada qualidadequalidade dasdas águaságuas::

-- OxigênioOxigênio dissolvidodissolvido

-- ColiformesColiformes fecaisfecais

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS0

-- ColiformesColiformes fecaisfecais

-- pHpH

-- DemandaDemanda bioquímicabioquímica dede oxigêniooxigênio

-- NitratosNitratos

-- FosfatosFosfatos

-- VariaçãoVariação nana temperaturatemperatura

-- TurbidezTurbidez

-- ResíduosResíduos totaistotais

Cálculo do Cálculo do IQAIQA e aplicaçãoe aplicação

�� Produto ponderado de parâmetros de qualidadeProduto ponderado de parâmetros de qualidade

�� Variando de 0 a 100Variando de 0 a 100


IQA = Π qi wi

9

i=1

qi �� qualidade do parâmetro i

obtido através da curva média específica de qualidade (parâmetro

Utilizado para avaliar águas destinadas ao abastecimento públicoUtilizado para avaliar águas destinadas ao abastecimento público

obtido através da curva média específica de qualidade (parâmetro

gráfico) usado como referência

wi �� peso atribuído ao parâmetro

função de sua importância na qualidade, entre 0 e 1

Parâmetro Peso - wi

Oxigênio Dissolvido – OD (%OD Sat) 0,17

Coliformes fecais (NMP/100mL) 0,15

pH 0,12

Cálculo do IQA Cálculo do IQA –– “pesos” dos parâmetros“pesos” dos parâmetros


pH 0,12

Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO (mg/L) 0,10

Nitratos (mg/L NO3) 0,10

Fosfatos (mg/L PO4) 0,10

Variação na temperatura (0C) 0,10

Turbidez (NTU) 0,08

Resíduos Totais (mg/L) 0,08

CálculoCálculo dodo IQAIQA –– “qualidade”“qualidade” dosdos parâmetrosparâmetros

ExemploExemplo::


Nível de Qualidade

Faixa

Excelente 90 < IQA ≤ 100 Bom 70 < IQA ≤ 90

Médio 50 < IQA ≤ 70


Valores de referência do IQAValores de referência do IQA

Médio 50 < IQA ≤ 70 Ruim 25 < IQA ≤ 50

Muito Ruim 0 < IQA ≤ 25

�� O IQA reflete a interferência por esgotos sanitários e outros O IQA reflete a interferência por esgotos sanitários e outros materiais orgânicos, nutrientes e sólidosmateriais orgânicos, nutrientes e sólidos

Exemplo de procedimentoExemplo de procedimentoAnálise de água para determinação de “metais”

Filtração (0,45 Filtração (0,45 µmµm))

ColetaColeta

AcidificaçãoAcidificação

Acidificação (fração líquida)Acidificação (fração líquida)**

ResultadosResultados

**metais metais “dissolvidos“dissolvidos””

Digestão ou Análise diretaDigestão ou Análise direta

Acidificação (fração líquida)Acidificação (fração líquida)**

metais metais “totais”“totais”

Digestão (se necessária) pelo Método EPA 3015

1)1) Adicionar em frasco de digestãoAdicionar em frasco de digestão- 45 mL de amostra- 5 mL de HNO3 conc.

2)2) Agitar vagarosamente a misturaAgitar vagarosamente a mistura

Exemplo de procedimentoExemplo de procedimentoAnálise de água para determinação de “metais”

3)3) Fechar o frasco e introduziFechar o frasco e introduzi--lo no rotorlo no rotor

4)4) Submeter a amostra ao seguinte programa de aquecimento:Submeter a amostra ao seguinte programa de aquecimento:-- 10 10 minmin até 160 até 160 ooCC-- 10 min até 165 10 min até 165 ooCC

5)5) Após o frasco resfriar, abriApós o frasco resfriar, abri--lo e, se necessário, realizar a diluição do digeridolo e, se necessário, realizar a diluição do digerido

6)6) Armazenar a amostra em frasco de plástico limpo e analisar a solução de Armazenar a amostra em frasco de plástico limpo e analisar a solução de amostra amostra

REFERÊNCIAS CONSULTADAS

1 1 –– BAIRD, C., Química Ambiental, BAIRD, C., Química Ambiental, BookmanBookman, 2002, p. 483, 2002, p. 483--524.524.

2 2 -- httphttp://www.igam.mg.gov.br://www.igam.mg.gov.br ((Qualidade das Águas Superficiais do Estado de Minas Qualidade das Águas Superficiais do Estado de Minas Gerais em 2004: Superficiais na Bacia do Rio Jequitinhonha em 2004. Belo Horizonte: Gerais em 2004: Superficiais na Bacia do Rio Jequitinhonha em 2004. Belo Horizonte: IGAM Monitoramento das Águas, 2004, 116p).IGAM Monitoramento das Águas, 2004, 116p).

33-- Manual de Procedimentos e Técnicas Laboratoriais Voltado para Análises de Águas eEsgotos Sanitário e Industrial. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 2004.

44-- http://www.emite.com.br/orbeco/611_a.htmlhttp://www.emite.com.br/orbeco/611_a.html, acessado em 30, acessado em 30--0505--13.13.

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66-- Nascentes, C. C.; Costa, L. M. Química Ambiental. UFMG, 2011.Nascentes, C. C.; Costa, L. M. Química Ambiental. UFMG, 2011.

77-- http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/coliformes/coliformes.php, , acessado 02acessado 02--0606--1313

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