fasciculo 8 - ferro e manganes e metais pesados

7/23/2019 Fasciculo 8 - Ferro e Manganes e Metais Pesados

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CURSO: QUALIDADE DAS

GUAS E POLUIO:

ASPECTOS FSICO-QUMICOS

AULA 8

FERRO MANGANS E METAIS PESADOS EM GUAS

Prof. Dr. Roque Passos Piveli


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AULA 8: FERRO, MANGANS E METAIS PESADOS EM GUAS

1. Ferro em guas

1.1.

Fontes de ferro nas guas

O ferro aparece principalmente em guas subterrneas devido

dissoluo do minrio pelo gs carbnico da gua, conforme a reao:

Fe + CO2+ O2FeCO3

O carbonato ferroso solvel e frequentemente encontrado em guas

de poos contendo elevados nveis de concentrao de ferro.

Nas guas superficiais, o nvel de ferro aumenta nas estaes chuvosasdevido ao carreamento de solos e ocorrncia de processos de eroso das margens.

Tambm poder ser importante a contribuio devida a efluentes industriais, pois muitas

indstrias metalrgicas desenvolvem atividades de remoo da camada oxidada

(ferrugem) das peas antes de seu uso, processo conhecido por decapagem, que

normalmente procedida atravs da passagem da pea em banho cido.

Nas guas tratadas para abastecimento pblico, o emprego de

coagulantes base de ferro provoca elevao em seu teor.

1.2.Formas em que o ferro pode se apresentar nas guas

Basicamente, o ferro pode se apresentar nas guas nos estados de

oxidao Fe+2 e Fe+3. O on ferroso (Fe+2) mais solvel do que o frrico (Fe+3).

Portanto, os inconvenientes que o ferro traz s guas devem ser atribudos

principalmente ao ferro ferroso, que, por ser mais solvel, mais freqente. Quandose pretende determinar apenas a frao solvel, as amostras de gua so filtradas antes

de serem submetidas determinao da concentrao de ferro. Este parmetro

denominado ferro solvel. tambm comum o uso da expresso ferro coloidal,

pois as partculas de ferro podem apresentar tal comportamento na gua.

1.3.Importncia nos estudos de controle de qualidade das guas


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O ferro, apesar de no se constituir em um txico, traz diversos

problemas para o abastecimento pblico de gua. Confere cor e sabor gua,

provocando manchas em roupas e utenslios sanitrios. Tambm traz o problema do

desenvolvimento de depsitos em canalizaes e de ferro-bactrias, provocando a

contaminao biolgica da gua na prpria rede de distribuio. Por estes motivos, o

ferro constitui-se em padro de potabilidade, tendo sido estabelecida a concentrao

limite de 0,3 mg/L na Portaria 36 do Ministrio da Sade. tambm padro de emisso

de esgotos e de classificao das guas naturais. No Estado de So Paulo, estabelece-se

o limite de 15 mg/L para concentrao de ferro solvel em efluentes descarregados na

rede coletora de esgotos seguidos de tratamento (Decreto n8468).

No tratamento de guas para abastecimento, deve-se destacar a influncia

da presena de ferro na etapa de coagulao e floculao. As guas que contm ferro

caracterizam-se por apresentar cor elevada e turbidez baixa. Os flocos formados

geralmente so pequenos, ditos pontuais, com velocidade de sedimentao muito

baixa. Em muitas estaes de tratamento de gua este problema s resolvido mediante

a aplicao de cloro, a chamada pr-clorao. Atravs da oxidao do ferro pelo cloro,

os flocos tornam-se maiores e a estao passa a apresentar um funcionamento aceitvel.

No entanto, conceito clssico que, por outro lado, a pr-clorao de guas deve ser

evitada, pois, em caso da existncia de certos compostos orgnicos chamados

precursores, o cloro reage com eles formando trihalometanos, associados ao

desenvolvimento do cncer.

1.4.Determinao da concentrao de ferro em guas

O ferro determinado em gua atravs de mtodo espectrofotomtrico,

atravs de reao de complexao com a ortofenantrolina, que reage com o ferro ferrosoproduzindo um complexo avermelhado, obedecendo a Lei de Beer-Lambert, podendo-se

fazer calibrao em espectrofotmetro com leituras a 530 nm.

Para a determinao de Fe+2, basta se adicionar a ortofenantrolina (1,10

C12H8O2) e acetato de amnio s amostras e s diluies da soluo-padro de ferro

(geralmente se emprega o sulfato ferroso amoniacal como soluo-padro), lendo-se o

valor da absorbncia correspondente no comprimento de onda adotado. Ocorrem, neste

mtodo, interferncias de cor e turbidez e da presena de agentes oxidantes.


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Quando se deseja determinar a concentrao de ferro total ou de ferro

trivalente, h a necessidade de se proceder reduo do Fe+3 a Fe+2, antes da

determinao espectrofotomtrica propriamente dita. Esta reduo feita adicionando-

se hidroxilamina em meio cido (NH2OH.HCl) amostra, sob aquecimento em chapa,

controlando-se a reao pela quantidade de amostra evaporada.

Existem no mercado atualmente kits colorimtricos que permitem um

resultado aproximado atravs de comparao visual.

1.5.Remoo de ferro

Os processos mais comuns de remoo de ferro em guas baseiam-se na

oxidao Fe+2Fe+3, seguida da precipitao do Fe+3. O processo de oxidao mais

simples realizado atravs de aerao, empregando-se aeradores de cascata, de

tabuleiro ou bocais que lanam jatos de gua para a atmosfera. Em geral a aerao no

suficiente para produzir bons resultados, necessitando-se empregar um oxidante

qumico forte, normalmente o hipoclorito de sdio ou outro composto clorado. O uso de

polieletrlitos pode causar uma melhoria na eficincia do processo.

2.

Mangans nas guas

O comportamento do mangans nas guas muito semelhante ao do

ferro em seus aspectos os mais diversos, sendo que a sua ocorrncia mais rara. O

mangans desenvolve colorao negra na gua, podendo-se se apresentar nos estados de

oxidao Mn+2(forma mais solvel) e Mn+4(forma menos solvel).

A concentrao de mangans menor que 0,05 mg/L geralmente

aceitvel em mananciais, devido ao fato de no ocorrerem, nesta faixa de concentrao,

manifestaes de manchas negras ou depsitos de seu xido nos sistemas de

abastecimento de gua.


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3. Metais Pesados em guas

3.1. Definio

Metais pesados so elementos qumicos que apresentam nmero atmico

superior a 22. Tambm podem ser definidos por sua singular propriedade de serem

precipitados por sulfetos. Entretanto, a definio mais difundida aquela relacionada

com a sade pblica: metais pesados so aqueles que apresentam efeitos adversos

sade humana.

3.2. Fontes de metais pesados nas guas naturais

Os metais pesados surgem nas guas naturais devido aos lanamentos de

efluentes industriais tais como os gerados em indstrias extrativistas de metais,

indstrias de tintas e pigmentos e, especialmente, as galvanoplastias, que se espalham

em grande nmero nas periferias das grandes cidades. Alm destas, os metais pesados

podem ainda estar presentes em efluentes de indstrias qumicas, como as de

formulao de compostos orgnicos e de elementos e compostos inorgnicos, indstrias

de couros, peles e produtos similares, indstrias do ferro e do ao, lavanderias e

indstria de petrleo.

3.3. Importncia nos estudos de controle de qualidade das guas

Os metais pesados constituem contaminantes qumicos nas guas, pois

em pequenas concentraes trazem efeitos adversos sade. Desta forma, podem

inviabilizar os sistemas pblicos de gua, uma vez que as estaes de tratamento

convencionais no os removem eficientemente e os tratamentos especiais necessrios

so muito caros. Os metais pesados constituem-se em padres de potabilidade

estabelecidos pela Portaria 36 do Ministrio da Sade. Devido aos prejuzos que, na

qualidade de txicos, podem causar aos ecossistemas aquticos naturais ou de sistemas

de tratamento biolgico de esgotos, so tambm padres de classificao das guas

naturais e de emisso de esgotos, tanto na legislao federal quanto na do Estado de So

Paulo. Nesta ltima, so definidos limites para as concentraes de metais pesados em

efluentes descarregados na rede pblica de esgotos seguidos de estao de tratamento de


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forma diferenciada dos limites impostos para os efluentes lanados diretamente nos

corpos receptores, que so mais rgidos.

Nas guas naturais, os metais podem se apresentar na forma de ons

hidratados de complexos estveis (como os formados com cido hmico e flvico), de

partculas inorgnicas formando precipitados (como, por exemplo, os precipitados de

hidrxidos e sulfetos metlicos) que se mantm em suspenso, podem ser absorvidos

em partculas em suspenso que se mantm na massa lquida, ou se misturam nos

sedimentos do fundo. Podem tambm ser incorporados por organismos vivos. Os

caminhos preferenciais pelos quais os metais so transportados na gua dependem de

diversos fatores de naturezas fsicas, qumicas e biolgicas. De uma maneira geral, as

guas que recebem efluentes contendo metais pesados apresentam concentraes

elevadas destes no sedimento de fundo. Quando lamas insolveis contendo metais so

lanadas em grandes quantidades, estes podem sofrer transformaes qumicas inclusive

sob aes biolgicas, sendo lanados lentamente na corrente lquida.

Alguns metais pesados como o chumbo, por exemplo, podem ser

absorvidos atravs das razes das plantas e se acumularem nas folhas, sendo devolvidos

para as guas quando estas se desprendem.

Os metais pesados atingem o homem atravs da gua, do ar e do

sedimento, tendendo a se acumular na biota aqutica. Alguns metais so acumulados ao

longo da cadeia alimentar, de tal forma que os predadores apresentam as maiores

concentraes. No entanto, os invertebrados so os organismos que apresentam

concentraes mais elevadas. O chumbo e o cdmio solvel se acumulam

preferencialmente em macroinvertebrados, fito e zooplncton e em peixes. O mercrio

solvel se acumula mais intensamente em peixes.

As caractersticas gerais dos principais metais pesados so apresentadas a

seguir:

a) Chumbo

O chumbo est presente no ar, no tabaco, nas bebidas e nos alimentos,

nestes ltimos, naturalmente, por contaminao e na embalagem. Est presente na gua

devido s descargas de efluentes industriais como, por exemplo, os efluentes das

indstrias de acumuladores (baterias), bem como devido ao uso indevido de tintas e

tubulaes e acessrios base de chumbo. Constitui veneno cumulativo, provocando


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um envenenamento crnico denominado saturnismo, que consiste em efeito sobre o

sistema nervoso central com conseqncias bastante srias.

O chumbo padro de potabilidade, sendo fixado o valor mximo

permissvel de 0,05 mg/L pela Portaria 36 do Ministrio da Sade, mesmo valor

adotado nos Estados Unidos. No entanto, naquele pas, estudos esto sendo conduzidos

no sentido de reduzir o padro para 0,01 mg/L. tambm padro de emisso de esgotos

e de classificao das guas naturais. Nestes, para as classes mais exigentes os valores

estabelecidos so to restritivos quanto os prprios padres de potabilidade, prevendo-se

que o tratamento convencional de gua no remove metais pesados consideravelmente.

Aos peixes, as doses fatais, no geral, variam de 0,1 a 0,4 mg/L, embora, em condies

experimentais, alguns resistam at 10 mg/L. Outros organismos (moluscos, crustceos,

mosquitos quironomdeos e simuldeos, vermes oligoquetos, sanguessugas e insetos

tricpteros) desaparecem aps a morte dos peixes, em concentraes superiores a 0,3

mg/L. A ao sobre os peixes semelhante do nquel e do zinco.

b) Brio

O brio pode ocorrer naturalmente na gua, na forma de carbonatos em

algumas fontes minerais. Decorre principalmente das atividades industriais e da

extrao da bauxita. No possui efeito cumulativo, sendo que a dose fatal para o homem

considerada de 550 a 600 mg. Provoca efeitos no corao, constrio dos vasos

sanguneos elevando a presso arterial e efeitos sobre o sistema nervoso. O padro de

potabilidade 1,0 mg/L (Portaria 36).

Os sais de brio so utilizados industrialmente na elaborao de cores,

fogos de artifcio, fabricao de vidro, inseticidas, etc..

c) Cdmio

O cdmio se apresenta nas guas naturais devido s descargas de

efluentes industriais, principalmente as galvanoplastias. tambm usado como

inseticida. Apresenta efeito agudo, sendo que uma nica dose de 9,0 gramas pode levar

morte e efeito crnico, pois concentra-se nos rins, no fgado, no pncreas e na tireide.

O cdmio no apresenta nenhuma qualidade, pelo menos conhecida at o presente, que

o torne benfico ou essencial para os seres vivos. Estudos feitos com animais

demonstram a possibilidade de causar anemia, retardamento de crescimento e morte. O


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padro de potabilidade fixado pela Portaria 36 em 0,005 mg/L.O cdmio ocorre na

forma inorgnica, pois seus compostos orgnicos so instveis; alm dos malefcios j

mencionados, um irritante gastrointestinal, causando intoxicao aguda ou crnica sob

a forma de sais solveis. A literatura, no entanto, registra o caso de quatro pessoas que,

por longo tempo, ingeriram gua com teor de 0,047 mg/L de cdmio, nada apresentando

de sintomas adversos. No Japo, um aumento de concentrao de cdmio de 0,005 mg/L

a 0,18 mg/L, provocado por uma mina de zinco, causou a doena conhecida como

Doena de Itai Itai. A ao do cdmio sobre a fisiologia dos peixes semelhante s

do nquel, zinco e chumbo.

d) ArsnioTraos deste metalide so encontrados em guas naturais e em fontes

termais. usado como inseticida, herbicida, fungicida, na indstria da preservao da

madeira e em atividades relacionadas com a minerao e com o uso industrial de certos

tipos de vidros, tintas e corantes. encontrado em verduras e frutas. Em moluscos, at

100 mg/Kg, sendo que a ingesto de 130 mg fatal. Apresenta efeito cumulativo, sendo

carcinognico. O padro de potabilidade 0,05 mg/L, estabelecido pela Portaria 36 do

Ministrio da Sade.

e) Selnio

Este no-metal se apresenta nas guas devido s descargas de efluentes

industriais. txico tanto para o homem quanto para os animais. Provoca a chamada

doena alcalina no gado, cujos efeitos so permanentes. Aumenta e incidncia de

cries dentrias e suspeita-se que seja potencialmente carcinognico, de acordo com os

resultados de ensaios feitos com cobaias. O padro de potabilidade 0,01 mg/L

(Portaria 36).

f) Cromo hexavalente

O cromo largamente empregado nas indstrias, especialmente em

galvanoplastias, onde a cromeao um dos revestimentos de peas mais comuns. Pode

ocorrer como contaminante de guas sujeitas a lanamentos de efluentes de curtumes e

de circulao de guas de refrigerao, onde utilizado para o controle da corroso. A

forma hexavalente mais txica do que a trivalente. Produz efeitos corrosivos no


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aparelho digestivo e nefrite. O padro de potabilidade fixado pela Portaria 36 0,05

mg/L.

g) MercrioO mercrio largamente utilizado no Brasil nos garimpos, no processo

de extrao do ouro (amlgama). O problema em primeira instncia ocupacional, pois

o prprio garimpeiro inala o vapor de mercrio, mas, posteriormente, torna-se um

problema ambiental, pois normalmente nenhuma precauo tomada e o material acaba

por ser descarregado nas guas. Casos de contaminao j foram identificados na regio

do Pantanal, no norte brasileiro e em outras. O mercrio tambm usado em clulas

eletrolticas para a produo de cloro e soda e em certos praguicidas ditos mercuriais.Pode ainda ser usado em indstrias de produtos medicinais, desinfetantes e pigmentos.

altamente txico ao homem, sendo que doses de 3 a 30 gramas so

fatais. Apresenta efeito cumulativo e provoca leses cerebrais. bastante conhecido o

episdio de Minamata no Japo, onde grande quantidade de mercrio orgnico, o metil

mercrio, que mais txico que o mercrio metlico, foi lanada por uma indstria,

contaminando peixes e habitantes da regio, provocando graves leses neurolgicas e

mortes. O padro de potabilidade fixado pela Portaria 36 do Ministrio da Sade de

0,001 mg/L. Os efeitos sobre os ecossistemas aquticos so igualmente srios, de forma

que os padres de classificao das guas naturais so tambm bastante restritivos com

relao a este parmetro.

h) Nquel

O nquel tambm utilizado em galvanoplastias. Estudos recentes

demonstram que carcinognico. No existem muitas referncias bibliogrficas quanto

toxicidade do nquel; todavia, assim como para outros ons metlicos, possvel

mencionar que, em solues diludas, estes elementos podem precipitar a secreo da

mucosa produzida pelas brnquias dos peixes. Assim, o espao inter-lamelar obstrudo

e o movimento normal dos filamentos branquias bloqueado. O peixe, impedido de

realizar as trocas gasosas entre a gua e os tecidos branquias, morre por asfixia. Por

outro lado, o nquel complexado (niquelcianeto) txico quando em baixos valores de

pH. Concentraes de 1,0 mg/L desse complexo so txicas aos organismos de gua

doce.


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i) Zinco

O zinco tambm bastante utilizado em galvanoplastias na forma

metlica e de sais tais como cloreto, sulfato, cianeto, etc.. A presena de zinco comum

nas guas naturais, excedendo em um levantamento efetuado nos EUA a 20 mg/L em 95

dos 135 mananciais pesquisados. O zinco um elemento essencial para o crescimento,

porm, em concentraes acima de 5,0 mg/L, confere sabor gua e uma certa

opalescncia guas alcalinas. Os efeitos txicos do zinco sobre os peixes so muito

conhecidos, assim como sobre as algas. A ao desse on metlico sobre o sistema

respiratrio dos peixes semelhante do nquel, anteriormente citada. As experincias

com outros organismos aquticos so escassas. Entretanto, preciso ressaltar que o

zinco em quantidades adequadas um elemento essencial e benfico para o

metabolismo humano, sendo que a atividade da insulina e diversos compostos

enzimticos dependem da sua presena. A deficincia do zinco nos animais pode

conduzir ao atraso no crescimento. Nos EUA, populaes consumindo guas com 11 a

27 mg/L no tiveram constatada qualquer anormalidade prejudicial sade. Os padres

para guas reservadas ao abastecimento pblico indicam 5,0 mg/L como o valor

mximo permissvel.

j) Alumnio

O alumnio abundante nas rochas e minerais, sendo considerado

elemento de constituio. Nas guas naturais doces e marinhas, entretanto, no se

encontra concentraes elevadas de alumnio, sendo esse fato decorrente da sua baixa

solubilidade, precipitando-se ou sendo absorvido como hidrxido ou carbonato. Nas

guas de abastecimento e residurias, aparece como resultado do processo de

coagulao em que se emprega sulfato de alumnio. Aparece nas frutas e em outros

vegetais em concentraes superiores a 3,7 mg/kg e em alguns cereais em quantidades

maiores que 15 mg/kg. O total de alumnio na dieta normal estimado de 10 a 100

mg/dia. Pequenas quantidades de alumnio do total ingerido so absorvidas pelo

aparelho digestivo e quase todo o excesso evacuado nas fezes. O total de alumnio

presente no organismo adulto da ordem de 50 a 150 mg. No considerado txico ou

prejudicial sade, tanto que no est includo em nenhum padro de qualidade de

guas para abastecimento pblico. Apesar disso, existem estudos que o associam

ocorrncia do mal de Alzheimer.


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l) Estanho

O estanho (Sn) um dos metais usuais, de cor branca, relativamente leve

e muito malevel. O estanho inaltervel ao ar e encontrado na natureza, sobretudo sob

a forma de xidos. Este metal apresenta baixa solubilidade em guas, mesmo com

aquecimento. Em solues concentradas de hidrxidos alcalinos, reage desprendendo

hidrognio. Praticamente no existe bibliografia sobre a sua toxicidade aos organismos

aquticos, bem como quanto aos seus possveis efeitos sade humana.

m) Prata

A prata ocorre em guas naturais em concentraes baixas, da ordem de

0 a 2,0 g/L, pois muitos de seus sais so pouco solveis; a no ser no caso de seu

emprego como substncia bactericida ou bacteriosttica, ou ainda em processos

industriais, esse elemento no muito abundante nas guas. A prata tem ao

oligodinmica, assim como o cobre. Esse elemento cumulativo, no sendo

praticamente eliminado do organismo. A dose letal para o homem de 10 g como

nitrato de prata. A ao da prata sobre a fauna ictiolgica semelhante s do zinco,

nquel, chumbo e cdmio.

n) Cobre

O cobre ocorre geralmente nas guas, naturalmente, em concentraes

inferiores a 20 g/L. Quando em concentraes elevadas, prejudicial sade e confere

sabor s guas. Segundo pesquisas efetuadas, necessria uma concentrao de 20

mg/L de cobre ou um teor total de 100 mg/L por dia na gua para produzirem

intoxicaes humanas com leses no fgado. No entanto, concentraes de 5 mg/L

tornam a gua absolutamente impalatvel, devido ao gosto produzido. Interessante

notar, todavia, que o trigo contm concentraes variveis de 190 a 800 mg/kg de cobre,

a aveia 40 a 200 mg/kg, a lentilha 110 a 150 mg/kg e a ervilha de 13 a 110 mg/kg. As

ostras podem conter at 2000 mg/kg de cobre. O cobre em pequenas quantidades at

benfico ao organismo humano, catalisando a assimilao do ferro e seu aproveitamento

na sntese da hemoglobina do sangue, facilitando a cura de anemias. Para os peixes,

muito mais que para o homem, as doses elevadas de cobre so extremamente nocivas.

Assim, trutas, carpas, bagres, peixes vermelhos de aqurios ornamentais e outros,

morrem em dosagens de 0,5 mg/L. Os peixes morrem pela coagulao do muco das


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brnquias e consequente asfixia (ao oligodinmica). Os microrganismos perecem em

concentraes superiores a 1,0 mg/L. O cobre aplicado em sua forma de sulfato de

cobre, CuSO4.5H2O, em dosagens de 0,5 mg/L um poderoso algicida. O Water

Quality Criteria indica a concentrao de 1,0 mg/L de cobre como mxima permissvel

para guas reservadas para o abastecimento pblico.

3.4. Determinao da concentrao de metais pesados em guas

Todos os metais pesados podem ser quantificados em gua atravs de

fotometria de chama, por espectrofotometria de absoro ou emisso atmica e por meio

de mtodos clssicos da qumica analtica, como os colorimtricos. A escolha do

mtodo a ser usado depende do grau de preciso necessrio, do nmero de amostras a

serem processadas e, obviamente, da disponibilidade dos recursos materiais e humanos.

O mtodo mais usual para a determinao de metais pesados em

amostras de gua a espectrofotometria de absoro atmica por chama, com pr-

tratamento das amostras, que consiste em uma digesto qumica para a remoo de

matria orgnica. Nesta digesto so empregadas misturas de cidos, como sulfrico e

ntrico, ntrico e clordrico ou ntrico e perclrico. Recentemente, tem-se recomendado a

pr-digesto das amostras com o emprego de microondas, uma vez que a digesto cida

no remove totalmente a matria orgnica e provoca a perda de metais por volatilizao.

A absoro atmica uma tcnica altamente verstil para a determinao

qumica de diversos elementos metlicos e alguns no metlicos. Para a determinao

direta da concentrao de um elemento por absoro atmica, devem ser considerados

quatro componentes fundamentais do equipamento:

Fonte luminosa de linhas definidas e intensas, que emita radiao ressonante

caracterstica do elemento a ser determinado.

Sistema atomizador, para atomizar a amostra na chama.

Monocromador, que isole a linha de ressonncia de outras linhas que emita a fonte.

Sistema detetor, que converta a radiao luminosa em corrente eltrica que, uma vez

convenientemente amplificada, possa ser lida no instrumento indicador.

A funo do atomizador converter a amostra em vapor atmico.

Geralmente uma chama aquece e excita os tomos para a absoro. O atomizador e a

chama so posicionados entre a fonte luminosa e o monocromador. O vapor atmicoabsorve parte da radiao ressonante emitida pela fonte, geralmente uma lmpada de


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ctodo oco, cuja absoro da intensidade de radiao pela amostra proporcional

concentrao do analito, isto , de acordo com a lei de Beer - Lambert.

A absoro atmica com forno de grafite , provavelmente, um dos mais

sensveis mtodos capaz de determinar elementos na faixa de picogramas (10-12

gramas). Em muitos casos, evita-se o pr-tratamento da amostra, eliminando-se os

problemas de contaminao provenientes dessa fase.

Na espectrofotometria de absoro atmica com forno de grafite

trabalha-se com um volume de amostra normalmente na faixa de dez a cem microlitros,

injetado em um orifcio existente no centro de um tubo de grafite ou depositado numa

plataforma acondicionada nesse tubo. O tubo de grafite, que construdo de grafite de

alta densidade, est contido em dois anis de grafite. A alquota da amostra, quando

colocada no tubo de grafite, passa por vrios estgios de aquecimento, denominados

secagem, pirlise ou carbonizao e atomizao. Para cada uma dessas etapas, aplica-se

uma voltagem adequada nos anis cilndricos. Controlando-se a corrente eltrica que

flui pelos anis e, consequentemente, pelas paredes do tubo ou da plataforma, pode-se

obter a temperatura desejada para cada uma das etapas, at um mximo de 3.000 oC. As

temperaturas utilizadas nessas fases dependero da matriz e do elemento que se

determina. A temperatura externa do forno mantida a nvel seguro por circulao de

gua ao redor do sistema de grafite. Internamente, devido s altas temperaturas

alcanadas, evita-se a oxidao do tubo de grafite pelo ar e sua consequente destruio,

fluindo gs inerte, normalmente argnio, controlando ainda o efeito da matriz. O gs

interno introduzido pelas extremidades abertas do tubo de grafite e escapa pelo seu

orifcio central. O fluxo desse gs interrompido depois de cada medida para que se

possa introduzir a prxima amostra.

Na etapa de atomizao, este fluxo interrompido e pode-se utilizar um

pequeno fluxo de gs, normalmente 50 mL por minuto. A interrupo desse fluxo naatomizao fator importante na sensibilidade do mtodo. Um fluxo de gs externo,

normalmente argnio, elimina eficientemente os materiais da matriz volatilizados

durante a etapa de pirlise ou de carbonizao da amostra (PERKIN-ELMER, 1984).

A amostra no forno de grafite aquecida em uma seqncia programada

de temperatura e tempo. Em cada temperatura programada h um desdobramento do

tempo em tempo de rampa a temperatura passa para um outro valor rapidamente, e

tempo de espera a temperatura permanece um tempo mais longo antes de atingir umaoutra fase do aquecimento da amostra.


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A primeira etapa do aquecimento a secagem da amostra. Ela

normalmente desdobrada em duas, sendo que na primeira utiliza-se uma temperatura

menor que o ponto de ebulio da matriz e, na segunda, a temperatura maior que o

ponto de ebulio da matriz. Controla-se esta fase observando-se o aquecimento com

um espelhinho de dentista colocado na janela de quartzo por onde penetra luz

monocromtica proveniente da lmpada de catodo oco, para que se possa verificar se

no est ocorrendo espalhamento da amostra para fora do tubo.

O segundo estgio de aquecimento o de pirlise ou pr-atomizao.

Neste momento, todo material orgnico ou qualquer matriz carbonizado. Esta etapa

de fundamental importncia porque elimina em grande parte as interferncias. Deve-se

tomar cuidado para que a temperatura no cause a volatilizao do analito, antes da sua

determinao na etapa de atomizao.

A fase seguinte a de atomizao com uma temperatura alta o suficiente

para atomizar o analito e produzir a absoro atmica. O sinal de absoro resultante

de natureza transitria, com a quantidade de luz absorvida dependendo somente da

quantidade total do analito existente na alquota e no da concentrao.

Pode-se ainda acrescentar duas etapas aps a atomizao: a limpeza e o

resfriamento. Com uma temperatura ligeiramente maior que a da atomizao, garante-se

a limpeza quanto a qualquer resduo de analito que tenha se condensado em alguma

parte do tubo. O resfriamento necessrio antes de se recomear o ciclo, evitando-se

que a nova amostra se espalhe fora do tubo ao encontrar sua superfcie quente.

3.5. Remoo de metais pesados das guas

O processo mais eficiente para a remoo de metais pesados o que se

baseia no fenmeno de troca inica, empregando-se resinas catinicas em sua formaprimitiva de hidrognio ou na forma sdica. Este processo permite uma remoo

percentual bastante significativa dos metais presentes na gua, viabilizando seu uso para

finalidades industriais especficas e permitindo tambm o reuso de efluentes industriais.

Quando as resinas tm suas capacidades de troca esgotadas, tem-se que se proceder s

suas regeneraes. Nesta fase, os metais podem at mesmo ser separados e recuperados

para reutilizao no processo industrial; mas os custos do processo so ainda elevados

no Brasil para uso no tratamento de efluentes. As resinas so importadas e, alm do alto


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investimento inicial, h necessidade de reposies temporrias, devido aos desgastes

sofridos motivados pela presena de substncias agressivas na gua.

No campo do tratamento de efluentes, o processo mais utilizado o da

precipitao qumica na forma de hidrxidos metlicos. Estes precipitam em faixas de

pH diferentes, conforme mostrado na figura 1.

Figura 1: Solubilidade de hidrxidos e sulfetos metlicos na gua em funo do pH

.

FONTE: EPA (1978)

Cada on metlico tem o seu valor de pH timo de precipitao como

hidrxido, de forma que, quando se tm misturas de diversos metais, pode ser

necessrio que se trabalhe em mais de uma faixa de pH. Como normalmente as vazes

de efluentes so baixas, os tratamentos so desenvolvidos de forma esttica, em regime


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de batelada, o que facilita o uso de mais de uma faixa de pH. Nos processos contnuos,

ter-se-ia que utilizar uma srie de sistemas de mistura e decantao.

Os desvios dos valores esperados teoricamente so grandes, de forma

que sempre devem ser feitos ensaios de tratabilidade antes do uso em escala industrial.

A presena de agentes complexantes o principal fator de baixa eficincia do processo.

Pr-tratamento base de floculao qumica pode ser necessrio. O uso de

polieletrlitos ou a filtrao final dos efluentes tratados podem resolver problemas

decorrentes da m sedimentabilidade das partculas formadas.

O cromo hexavalente constitui uma particularidade em termos de

tratamento. Devido ao fato de no precipitar bem, todos os efluentes contaminados com

cromo hexavalente devem ser segregados dos demais para serem encaminhados ao pr-

tratamento, que consiste em reduo do cromo forma trivalente. So empregados

como agentes redutores sulfato ferroso ou metabissulfito de sdio. O pH da reao

mantido em torno de 2,5-3,0 pela adio de cido sulfrico. Completada a reduo, os

efluentes podero sofrer em seguida o processo de precipitao atravs de elevao de

pH ao valor recomendado.

Recentemente, foi desenvolvido nos Estados Unidos o processo de

precipitao dos metais pesados na forma de sulfetos. Alm de serem mais insolveis do

que os hidrxidos, so menos sujeitos ao de agentes complexantes e podem ser

precipitados em um nico valor de pH. Foi desenvolvido o processo com sulfeto

solvel, empregando-se o sulfeto de sdio, e o processo com sulfeto insolvel,

utilizando-se um reagente base de sulfeto ferroso. Embora os resultados sejam

melhores do que os obtidos no processo hidrxido, h o risco no manuseio de sulfetos,

podendo-se produzir compostos txicos. O processo ainda no recomendvel para ser

adotado em indstrias brasileiras que tm grandes dificuldades operacionais,

normalmente no designando tcnicos qumicos especializados para executar asoperaes de tratamento e controle. Uma alternativa a ser investigada seria o emprego

do processo sulfeto como polimento do processo hidrxido, trabalhando-se desta forma

com dosagens menores de sulfetos; mas a necessidade de um bom controle das reaes,

persiste.

Um outro problema importante dos processos base de precipitao

qumica que deve ser levado em considerao a produo de quantidades

relativamente grandes de lodos contaminados com metais. Estes devem ser


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encaminhados a sistemas adequados de tratamento ou disposio final, que nem sempre

encontram-se disponveis.

Os recentes avanos tecnolgicos na rea do tratamento de guas

apontam a possibilidade do emprego de processos de membrana como a osmose reversa

para a remoo de metais pesados das guas, o que pode ser usado como tratamento

final, ou polimento sequencial a outros processos mais simples, de forma a preservar as

membranas do ataque de outros constituintes presentes nos efluentes, reduzindo-se

assim os custos operacionais do sistema.

4. Questionrio

1) Qual a principal fonte de ferro nas guas naturais?

2) Quais as formas em que o ferro pode se apresentar na gua e como elas influem nos

processos analticos e nos processos de remoo?

3) Quais as implicaes da presena elevada de ferro em guas para: a) uso domstico.

b) tratamento para abastecimento pblico.

4) Quais as semelhanas e contrastes em relao presena de ferro e mangans nas

guas naturais?

5) Quais as principais fontes de descarga de metais pesados nas guas naturais?

6) Como a presena de metais pesados em uma gua natural pode influir em seu uso

para abastecimento pblico?

7) Qual a influncia da presena de metais pesados em sistemas de esgotos sanitrios,

em relao ao comportamento do tratamento biolgico?

8)

Quais os princpios de tratamento que podem ser aplicados para a remoo de metais

pesados de efluentes lquidos industriais? Comentar sobre as vantagens e

desvantagens de cada um.

9) Na anlise de uma gua natural a ser utilizada para abastecimento pblico foram

obtidos os seguintes resultados:

pH: 10

Cor: 5 mg Pt / L


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Slidos dissolvidos: 600 mg/L

Ferro solvel: 2,3 mg/L

Chumbo: 9,7 mg/L (Pb)

Cdmio: 1,2 mg/L (Cd)

Pergunta-se:

a) Existem incoerncias neste laudo? Se sim, quais?

b) O que pode ser dito sobre a tratabilidade desta gua para abastecimento pblico, de

forma a atender aos padres de potabilidade estabelecidos pela Portaria 36 do

Ministrio da Sade?

5. Referncias bibliogrficas

1) APHA; AWWA; WEF. Standard Methods for the Examination of Water and

Wastewater. American Public Health Association, 18thed., Washington, 1992.

2) BRAILE, P.M.; CAVALCANTI, J.E.W.A..Manual de Tratamento de guas

Residurias Industriais. So Paulo, CETESB,1993.

3) BRANCO, S.M. Hidrobiologia Aplicada Engenharia Sanitria. CETESB, So

Paulo, 2ed., 1987.

4) CETESB. Legislao Estadual, Controle da Poluio Ambiental, Estado de So

Paulo. Srie Legislao, So Paulo, 1991.

5) CETESB. Legislao Federal, Controle da Poluio Ambiental, Estado de So

Paulo. Srie Legislao, So Paulo, 1991.

6) ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. Technology for Treatment of

Effluents of Metal Finishing Industries: Sulfide Precipitation. Technology

Transfer Series, Washington, E.P.A., 1978.

7) Federal Water Pollution Control Administration, Report of the National Advisory

Committee to the Secretary of the Interior. Washington, Water Quality

Criteria, 1968.


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8) GUIMARES, F.P. Veiculao Hdrica das Doenas.Em: Curso de

Epidemiologia e Profilaxia das Doenas de Veiculao Hdrica. IES

SURSAN, Rio de Janeiro, 1967.

9)

MINISTRIO DA SADE. Portaria 36: Padres de Potabilidade. 1990.

10)MORITA, D.M.; GARCIA Jr., A.D. Metodologia Analtica Bsica para guas.

Em: Apostila do curso Gerenciamento de Recursos Hdricos, Fundao Centro

Tecnolgico de Hidrulica, 1993.

11)ROCHA, A.A., Efeitos dos Poluentes Encontrados nos Efluentes de uma

Galvanoplastia. REVISTA DAE n 130 (42): 89-93, 1982.

12)ROCHA, A.A., Poluio, Proteo e Usos Mltiplos de Represas. So Paulo,

CETESB, 1977.

13)SALGADO, M.J.M. Influncia dos Metais Pesados nas guas Interiores.

Trabalho da Disciplina Hidrobiologia II, Faculdade de Sade Pblica da USP,

1980.

14)SAWYER, C.N. & McCARTY, P.L., Chemistry for Environmental Engineers. 3rd

ed. New York. Mc Graw-Hill Book Company, 1978.


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Questes de mltipla escolha Aula 8

1) A presena de ferro solvel em guas para abastecimento pblico associa-se

principalmente a que caracterstica fsica:a) Corb) Turbidezc) Odord) Slidos volteise) temperatura

2) A principal fonte de ferro em guas naturais :a) Solo

b) Decomposio de matria orgnica naturalc) Efluentes industriais

d) Drenagens de rea agrcolase) Esgotos sanitrios

3) So tipos de indstrias associadas ao lanamento de cromo em guas naturaisa) Petroqumica e galvanoplastia

b) Farmacutica e curtumec) Galvanoplastia e curtumed) Celulose e galvanoplastiae) Farmacutica e celulose

4) O mtodo mais usual para a determinao da concentrao de ferro total em guas

envolve:a) Oxidao e titulao de formao de complexos

b) Precipitao e gravimetriac) Reduo e espectrofotometria UV-visveld) Oxidao e espectrofotometria de absoro atmicae) Precipitao e digesto qumica

5) Os diversos metais pesados podem ser determinados em guas, mesmo em baixasconcentraes e com bons nveis de preciso atravs de:

a) Cromatografia lquidab) Espectrofotometria de absoro atmica com forno de grafitec) Espectrmetro de massad) Cromatografia gasosae) Titulometria de ionizao

6) Os metais pesados podem ser removidos de efluentes industriais, como as guas delavagem de galvanoplastias, com maior eficincia atravs de:

a) Agentes oxidantesb) Precipitao qumicac) Troca-inicad) Floculao qumica

e) Processo biolgico aerbio7) O principal problema decorrente da presena de metais pesados em guas naturais :


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a) Corrosividade da guab) Contaminao qumicac) Baixa solubilidade em meio alcalinod) Elevao da cor e da turbidez da guae) Aumento do pH

8) Com relao descarga de efluentes industriais contendo metais pesados nossistemas de esgotos sanitrios:

a) Pode trazer prejuzo apenas para a rede coletora, dificultando a sua operaob) Pode trazer prejuzo apenas para a rede coletora e para o sistema de tratamento por

processo biolgicoc) Pode trazer prejuzo apenas para o tratamento biolgico, podendo inibir

completamente o processod) Pode trazer prejuzo apenas para a disposio final do lodo seco, proveniente do

tratamento biolgico, por encontrar-se contaminadoe) Pode trazer prejuzo para a operao da rede coletora, para o tratamento biolgico e

para a disposio final do lodo seco

9) Com relao presena de ferro no tratamento biolgico de esgotos:a) Traz inibio, podendo levar o sistema ao colapso, mesmo em dosagens

relativamente baixas, tanto quando se utiliza processo aerbio ou anaerbiob) Provoca consumo excessivo de oxignio em reatores aerbios, demandado para a

sua oxidaoc) Inibe fortemente o tratamento anaerbio, mesmo em dosagens relativamente baixasd) Atua como nutriente e elemento agregador de flocos, grnulos e biofilmes, tanto em

reatores aerbios quanto anaerbiose) A presena de ferro no traz qualquer influncia, positiva ou negativa, em relao ao

tratamento biolgico de esgotos

10) Constitui-se em importante fonte de contaminao de guas naturais por mercrio,em diversas regies do Brasil:

a) O uso na extrao de ouro por amalgamaob) O uso em indstrias de tintas e pigmentosc) O uso em indstrias txteisd) O uso em curtumese) O uso em indstrias de materiais plsticos


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QUADRO DE RESPOSTAS AULA 8

N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ABCDE

Valor 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

fasciculo 8 - ferro e manganes e metais pesados

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