Química das Águas - parte 2

Prof. Rafael Arromba de SousaDepartamento de Química – UFJF

QUÍMICA AMBIENTAL – 1S 2017

- Parâmetros de qualidade das águasDefinições

ImportânciaAlguns métodos analíticos

� Num cenário global, a Química Ambiental

Associa a poluição com o desenvolvimento sócio-econômico

ÁGUA...� Tecnicamente, as águas naturais não são puras (sais)

� A água é um bem natural de alto valor agregado

� Vários tipos de substâncias tóxicas podem ser encontradasna água

� Diferentes processos químicos ocorrem, naturalmente, naságuas e definem suas características

pH, cor, presença de sais e matéria orgânica dissolvida

Recapitulando ...

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

� CETESB: Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental(Secretaria de Meio Ambiente de SP)

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

� IGAM: Instituto Mineiro de Gestão das Águas

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

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

Parâmetros de qualidade: propriedades/características da água � Verificar a qualidade e adequação para o uso

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O APORTE de substâncias nos mananciais

� Origina-se de várias FONTES:- Efluentes domésticos e industriais- Escoamentos superficial urbano e agrícola

Cada uma dessas FONTES possui características próprias quantoaos poluentes que transportam, como:

- Contaminantes orgânicos (que deveriam ser biodegradáveis)

- Nutrientes (que podem causar eutrofização)

- Bactérias ...

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

PRECEDENTES:

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� DEPENDE também do tipo de uso e ocupação do solo

Mesmo separando os poluentes em grupos,

a diversidade das indústrias existentes aumenta, aindamais, a variabilidade dos contaminantes aportados nos corpos deágua

INDICADORES DE QUALIDADE 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 parâmetros de qualidade de água, levando em conta

os POLUENTES mais REPRESENTATIVOS

Físicos

Químicos

Microbiológicos

Bioensaios ecotoxicológicos5

PRECEDENTES:

Os Parâmetros de Qualidade: Classificação

1) PARÂMETROS FÍSICOS

Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez

Temperatura

Medida na fonte

- O aumento da T diminui a solubilidade de gases**, como o O2

- Favorece processos anaeróbicos

- Mau cheiro (produtos de degradação)

** VIDE “Material de Apoio” para mais informações

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

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PARÂMETROS FÍSICOS DE QUALIDADE

Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez

É ocasianada pelas substâncias dissolvidas que se dissociam ouionizam e cuja dissolução/ ionização também é função da temperatura

� Muitos sais encontrados nas águas são de origem antropogênica

- Descargas industriais

- Consumo de sal nas residências

- Fluidos biológicos da população e animais

MONITORAÇÃO � IDENTIFICAR MODIFICAÇÕES NA COMPOSIÇÃO

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PARÂMETROS FÍSICOS DE QUALIDADE

Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez

� Impurezas na água contribuem para o aumento naquantidade de sólidos

Corresponde às diversas partículas, sedimentáveis ou não e que podem ser separadas por FILTRAÇÃO

A MEDIÇÃO DOS SÓLIDOS (não dissolvidos) é o “peso” dossólidos filtráveis, expresso em mg/L

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Temperatura, condutividade elétrica, sólidos,

cor e turbidez

CorNATURAL: teor de matéria orgânica decomposta e íons

( principalmente de Fe e Mn )

ALTERADA: ações antropogênicas ...

Fotocolorímetro da ALFAKIT

TurbidezÉ uma medida que representa o quanto uma amostra de água

interfere na luz que passa por ela

� Águas turvas desfavorecem a

fotossíntese de vegetações submersas

(menos vegetação � menos peixes) 9

2) PARÂMETROS MICROBIOLÓGICOS

� Coliformes fecais e totais

-.Bactérias encontradas principalmente nos intestinos deanimais de “sangue quente”

� Não representam, por si só, perigo à saúde

- Dentre as cepas: Escherichia coli é de origem fecal

� Estreptococos totais

- Bactérias patogênicas

- Classificadas em grupos diferentes (sinais clínicos e sintomas)

Escherichia coli

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3) BIOENSAIOS ECOTOXICOLÓGICOS (ENSAIOS DETOXICIDADE)

Determinação do potencial tóxico de um agente químico ou de umamistura

� Efeito (resposta) de poluentes sobre organismos vivos

Métodos� O crustácio Ceriodaphnia dubia é colocado em contato com

a água contendo as substâncias em avalição

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http://cfb.unh.edu/cfbkey/html/Organisms/CCladocera/FDaphnidae/GCeriodaphnia/Ceriodaphnia_dubia/ceriodaphniadubia.html; acessado 13-09-16

3) BIOENSAIOS ECOTOXICOLÓGICOS (ENSAIOS DETOXICIDADE)

Determinação do potencial tóxico de um agente químico ou de uma mistura� Efeito (resposta) de poluentes sobre organismos vivos

Métodos� O crustácio Ceriodaphnia dubia é colocado em contato com a água

contendo as substâncias em avalição

� Os efeitos observados definem o grau da toxicidade:Aguda (efeito de 0 a 96 horas)� observação principal é o efeito morte

Crônica (efeito de 1/10 do ciclo vital até atotalidade da vida do organismo)

� resposta causa mudanças comportamentais, alterações fisiológicas, reprodutivas, etc

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4) PARÂMETROS QUÍMICOS

1. Alcalinidade, dureza, pH2. Oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO)3. Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)4. Fósforo total5. Surfactantes6. Óleos e graxas7. Cianetos8. Fenóis e demais contaminantes orgânicos9. Ânions (cloretos, sulfetos)10. Íons metálicos (ferro, potássio, sódio, magnésio, manganês, alumínio, zinco, bário, cádmio, níquel, chumbo, cobre, cromo (III), cromo (VI), selênio, mercúrio), arsênio e boro

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

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PARÂMETROS QUÍMICOS

Alcalinidade, dureza, pHOxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO)Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)Fósforo totalSurfactantesÓleos e graxasCianetosFenóis e demais contaminantes orgânicosÂnions (cloretos, sulfetos)Íons metálicos (ferro, potássio, sódio, magnésio, manganês, alumínio, zinco, bário, cádmio, níquel, chumbo, cobre, cromo (III), cromo (VI), selênio, mercúrio), arsênio e boro

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

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PARÂMETROS QUÍMICOS

Alcalinidade, dureza, pH

� Relacionados com as espécies CO2, CO32-, Ca2+, Mg2+ e H+

p. ex. Águas mais alcalinas� geralmente “dureza moderada” a “muito dura”

� pouca quantidade de íons H+

� Dureza pode ser expressa de várias formasdureza de cálcio, dureza de magnésio e dureza total ([Ca2+] + [Mg2+])

IMPORTÂNCIA desses parâmetros� Seres vivos necessitam de água em pH próximo à neutralidade� Tubulações de água (domésticas ou industriais) podem ser entupidas(águas duras) ou ter elementos metálicos lixiviados ...� Níveis fora dos padrões

Água com sabor desagradável e pode ter efeitos laxativos15

PARÂMETROS QUÍMICOS

Alcalinidade, dureza, pH

Dureza mg/L de CaCO3 Classificação da água <15 muito branda

de 15 a 50 branda

de 50 a 100 moderadamente branda

de 100 a 200 dura

>200 muito dura

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

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Oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio* (DBO),demanda química de oxigênio* (DQO)

Expressam o TEOR DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO e *indicam ostipos possíveis de poluentes

� Demanda bioquímica de oxigênio, DBO“É a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria

orgânica por meio de processos bioquímicos (e que podem sermonitorados no laboratório)”

� Demanda química de oxigênio, DQO“É a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânicaatravés de um agente químico”

Útil para detectar substâncias resistentes à degradação biológica

=> Os valores obtidos são geralmente maiores do que os da DBO e podem ser conseguidos em menos tempo 17

Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)

� NH3 é geralmente encontrada em baixas concentrações ...

� EMBORA SEJATÓXICA, não é persistente� Em concentrações baixas não causa danos aos seres

humanos mas pode ocasionar sufocamento de peixes

� Já as demais espécies...

Fósforo total: medida pouco seletiva

Usam-se métodos espectroscópicos (espectrofotometria eespectrometria)

� Teores relativamente altos de espécies desta classe indicampoluição por efluentes industriais e/ou domésticos

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Ânions (cloretos, sulfetos)

- Constituem sais presentes na água

� Aumento na concentração� poluição doméstica (Cl-) e industrial

Íons metálicos (Al, Sb, Ba, Be, Cd, Pb, Co, Cu, Cr, Fe, Li, Mn, Hg, Ni,Ag, U, V e Zn), arsênio, selênio e boro

- Toxidade: depende do elemento e da forma química(especiação química)

- Fontes: despejo de efluentes e lixiviação de fertilizantes

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FERTILIZANTES – Dica de leitura !

Surfactantes

Óleos e graxas

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Fenóis e demais contaminantes orgânicos

Surfactantes

� São os constituintes dos detergentesi) aniônicos (R-SO3

-)Na+

i) catiônicos (RMe3-N+)Cl-

ii) não iônicos

� Diminuem a tensão superficial da águageram espuma e deixam a “sujeira” em suspensão

� inconvenientes estéticos e para a biota

Óleos e graxas(parâmetro “OG”)

- Substâncias orgânicas pouco encontradas em águas superficiais

- MAS por serem pouco solúveis em água, dificultam tanto o tratamento deefluentes (processos biológicos) como o da água de abastecimento

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Fenóis e demais contaminantes orgânicos

Ocorrem em consequência de despejos industriais

Além de afetarem o sabor dos peixes e da água, podem causar:

- Lesões na pele- Indisposições físicas de diversos tipos

Grau de toxicidade

- Depende da substância (e da quantidade) ...

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para facilitar a interpretação das informações sobre aqualidade da água de forma abrangente e útil, a CETEB e o IGAMadataram o Índice de Qualidade das Águas - IQA

O IQA incorpora nove parâmetros considerados relevantespara a avaliação da qualidade das águas:

- Oxigênio dissolvido

- Coliformes fecais

- pH

- Demanda bioquímica de oxigênio

- Nitratos

- Fosfatos

- Variação na temperatura

- Turbidez

- Resíduos totais

Nesse contexto,

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Cálculo do IQA e aplicação

Utilizado para avaliar águas destinadas ao abastecimento público

� Produto ponderado de parâmetros de qualidade

� Valor varia de 0 a 100

ÍNDICE DE QUALIDADE DAS ÁGUAS - IQA

IQA = Π qi wi9

i=1

qi � qualidade do parâmetro “i”

obtido através da curva média específica de qualidade (parâmetrográfico) usado como referência

wi � peso atribuído ao parâmetro “i”

função de sua importância na qualidade, em função de uma tabela

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Cálculo do IQA – “qualidade” dos parâmetros

Exemplo:

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

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Parâmetro Peso - wi

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

Coliformes fecais (NMP/100mL) 0,15

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

Cálculo do IQA – “pesos” dos parâmetros

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

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Nível de Qualidade

Faixa

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

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

Muito Ruim 0 < IQA ≤ 25

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

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

Valores de referência do IQA

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Sendo a poluição das águas um fato “real”,

Necessidade de tratamento de águas e efluentes (causa histórica)

O aumento da população e o desenvolvimento industrial

� Poluem a água usada no abastecimento

� Poluem também o solo ...

Existem PROCESSOS físicos, químicos e biológicos para tratarÁGUAS POLUÍDAS

� Águas usadas para abastecimento

� Efluentes em geral (esgotos)29

REFERÊNCIAS CONSULTADAS

1 – BAIRD, C., Química Ambiental, Bookman, 2002, p. 483-524.

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

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

4- http://www.emite.com.br/orbeco/611_a.html, acessado em 30-05-13.

5- http://www.quimis.com.br/produtos.php?cat=5&sub=2&prod=21, acessado em 30-05-13.

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

7- http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/coliformes/coliformes.php, acessado 02-06-13

8– Pita, F. A. G. Armazenamento e tratamento de resíduos. Vol. II – Tratamento de Águas Residuais Domésticas, Universidade de Coimbra, 2002.

9- http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/aguas.pdf, acessado 13-11-12. 30