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Química das Águas - parte 2
Prof. Rafael Arromba de Sousa
Departamento de Química – UFJF
QUÍMICA AMBIENTAL – 2S 2017
- Parâmetros de qualidade das águas
Definições
Importância
Alguns 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 encontradas na água
Diferentes processos químicos ocorrem, naturalmente, nas águas 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 quanto aos poluentes que transportam, como:
- Contaminantes orgânicos (que deveriam ser biodegradáveis)
- Nutrientes (que podem causar eutrofização)
- Bactérias ...
- Relação com o tipo de uso e ocupação do solo
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
PRECEDENTES:
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Mesmo separando os poluentes em grupos,
a diversidade das indústrias existentes aumenta, ainda mais, a variabilidade dos contaminantes aportados nos corpos de água
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 ecotoxicológicos 5
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 ou ionizam 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 na quantidade 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” dos sólidos filtráveis, expresso em mg/L
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Temperatura, condutividade elétrica, sólidos,
cor e turbidez
Cor
NATURAL: teor de matéria orgânica decomposta e íons ( principalmente de Fe e Mn )
ALTERADA: ações antropogênicas ...
Fotocolorímetro da ALFAKIT
Turbidez
É 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
Temperatura, condutividade elétrica, sólidos,
cor e turbidez
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http://www.fazforte.com.br/blog/wp-content/uploads/2014/06/stockvault-the-boy132921.jpg,
acesado 22-08-17
http://cimentonacional.com.br/wp-content/uploads/2010/07/corregoi.jpg, acesado 22-08-17
2) PARÂMETROS MICROBIOLÓGICOS
Coliformes fecais e totais
-.Bactérias encontradas principalmente nos intestinos de animais 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 DE TOXICIDADE)
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
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http://cfb.unh.edu/cfbkey/html/Organisms/CClad
ocera/FDaphnidae/GCeriodaphnia/Ceriodaphnia
_dubia/ceriodaphniadubia.html;
acessado 13-09-16
3) BIOENSAIOS ECOTOXICOLÓGICOS (ENSAIOS DE TOXICIDADE)
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 a
totalidade da vida do organismo)
resposta causa mudanças comportamentais, alterações fisiológicas, reprodutivas, etc
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4) PARÂMETROS QUÍMICOS
1. Alcalinidade, dureza, pH
2. Oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO)
3. Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)
4. Fósforo total
5. Surfactantes
6. Óleos e graxas
7. Cianetos
8. Fenóis e demais contaminantes orgânicos
9. 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, pH
Oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO)
Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)
Fósforo total
Surfactantes
Óleos e graxas
Cianetos
Fenóis e demais contaminantes orgânicos
Ânions (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 formas
dureza de cálcio, dureza de magnésio e dureza total ([Ca 2+] + [Mg 2+])
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 laxativos 16
PARÂMETROS QUÍMICOS
Alcalinidade, dureza, pH
Método titulométrico
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
17 E a “nossa água” ?
PARÂMETROS QUÍMICOS
Alcalinidade, dureza, pH
Método titulométrico
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
18 Segundo os alunos do 1S-2017
Oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio* (DBO), demanda química de oxigênio* (DQO)
Expressam o TEOR DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO e *indicam os tipos 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 ser monitorados no laboratório)”
Demanda química de oxigênio, DQO “É a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica através 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 19
Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)
NH3 é geralmente encontrada em baixas concentrações ...
EMBORA SEJA TÓXICA, 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 e espectrometria)
Teores relativamente altos de espécies desta classe indicam poluição por efluentes industriais e/ou domésticos
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Fósforo total: medida pouco seletiva Usam-se métodos espectroscópicos (espectrofotometria e espectrometria)
Teores relativamente altos de espécies desta classe indicam poluição por efluentes industriais e/ou domésticos
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TAREFA
Pesquisar, em linhas gerais, como se determina o “P” empregando a
espectrofotometria e métodos espectrométricos de análise
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 detergentes i) aniônicos (R-SO3
-)Na+
i) catiônicos (RMe3-N+)Cl-
ii) não iônicos
Diminuem a tensão superficial da água geram 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 de efluentes (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 a qualidade da água de forma abrangente e útil, a CETEB e o IGAM adataram o Índice de Qualidade das Águas - IQA
O IQA incorpora nove parâmetros considerados relevantes para 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 = qi wi
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i=1
qi qualidade do parâmetro “i”
obtido através da curva média específica de qualidade (parâmetro
gráfico) 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 tratar ÁGUAS POLUÍDAS Águas usadas para abastecimento Efluentes em geral (esgotos)
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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 e Esgotos 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.
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