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Tópicos Especiais I – Laboratório de Engenharia Sanitária

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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM

ENGENHARIA AMBIENTAL

Departamento de Engenharia Sanitária

e do Meio Ambiente (DESMA) - UERJ

TÓPICOS ESPECIAIS I

LABORATÓRIO DE ENGENHARIA SANITÁRIA

Apostila – Parte 2

Profª DANIELE MAIA BILA

2007


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6. PARÂMETROS QUÍMICOS DE QUALIDADE DE ÁGUAS E ÁGUA S RESIDUÁRIAS

As características químicas de um a água residuária podem ser interpretadas através de

uma das duas classificações: matéria orgânica ou inorgânica.

6.1. pH:

Conceito: Potencial hidrogeniônico.Representa a concentração de íons hidrogênio H+

(em escala anti-logarítimica), dando uma indicação sobre a condição de acidez,

neutralidade ou alcalinidade da água.

É definido como o logaritmo negativo da concentração de hidrogênio:

+=H

pH1

log10

Forma do constituinte responsável: Sólidos dissolvidos, gases dissolvidos.

Origem Natural: Pode ser divido a dissolução de rochas, absorção de gases da

atmosfera, oxidação da matéria orgânica e fotossíntese.

Origem Antropogênica: Despejos domésticos (oxidação da matéria orgânica) e

industriais (exemplo: lavagem ácida de tanques).

Importância:

É importante me diversas etapas do tratamento da água (coagulação,

desinfecção, controle da corrossividade, remoção da dureza, digestão anaeróbia e

processos oxidativos);

• pH baixo: corrossividade e agressividade nas águas de

abastecimento;

• pH elevado: possibilidade de incrustações nas águas de

abastecimento;

Valores de pH afastados da neutralidade: podem afetar a vida aquática (ex.

peixes) e os microrganismos responsáveis pelo tratamento biológico dos esgotos.

Sendo recomendável a faixa de 6 a 9.

Utilização mais freqüente do parâmetro:

Caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas;

caracterização de águas residuárias brutas;

Controle da operação de estações de tratamento de águas (coagulação e

grau de incrustabilidade/corrossividade);

Controle da operação de estações de tratamento de esgotos (digestão

anaeróbia);

Caracterização de corpos d’água.

Unidade: -

Interpretação dos Resultados:


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A faixa de pH é de 0 a 14. Varia de 7 a 14; indica se uma água é ácida (pH

inferior a 7), neutra (pH igual a 7) ou alcalina (pH maior do que 7).

No Tratamento e abastecimento público de água:

Diferentes valores de pH estão associados a diferentes faixas de atuação

ótima de coagulantes;

Frequentemente o pH necessita ser corrigido antes e/ou depois da adição

de produtos químicos no tratamento;

No Tratamento de água residuárias:

4Valores de pH afastados da neutralidade tendem a afetar as taxas de

crescimento dos microrganismos.

Nos corpos d água:

4Valores elevados de pH podem estar associados à proliferação de

algas.

4Ver Padrões de Corpos d’água.

4Ácidos e/ou álcalis lançados no corpo receptor podem torná-lo

impróprio para o uso não somente para fins recreativos, como banho e navegação

(barco a vela, windsurfe, etc), mas também para a manutenção da vida aquática,

que demanda um pH da água em torno da neutralidade.

6.2. Alcalinidade :

Conceito: Quantidade de íons na água que reagirão para neutralizar os íons hidrogênio.

É uma medição da capacidade da água de neutralizar os ácidos (capacidade de resistir

às mudanças de pH: capacidade tampão). Os principais constituintes da alcalinidade são

os bicarbonatos (HCO3—), carbonatos (CO3

2—) e os hidróxidos (HO—) de elementos tais

como cálcio, magnésio, sódio, potássio e amônia. A distribuição entre as três formas na

água é função do pH.

Relaciona-se diretamente com o pH

Forma do constituinte responsável: Sólidos Dissolvidos

Origem Natural: dissolução de rochas e reação do CO2, resultante da atmosfera ou da

decomposição da matéria orgânica, com a água.

Origem Antropogênica: despejos industriais

Importância:

Não tem significado sanitário para a água potável, mas em elevadas

concentrações confere um gosto amargo para a água;


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Tem influência nos processos de tratamento da água: é uma determinação

importante, pois está relacionada com a coagulação, redução de dureza e

prevenção da corrosão em tubulações;

É uma determinação importante no tratamento de esgotos, quando há

evidências de quer a redução do pH pode afetar os microrganismos responsáveis

pela depuração.



caracterização de águas residuárias brutas;

Caracterização de águas residuárias brutas;

Controle da operação de estações de tratamento de águas (coagulação e

grau de incrustabilidade/corrossividade).

Unidade: mg L-1 de CaCO3


No tratamento e abastecimento público de água:

A alcalinidade, o pH e o teor de gás carbônico estão inter-relacionados.

4pH > 9,4: hidróxidos e carbonatos

4pH entre 8,3 e 9,4: carbonatos e bicarbonatos

4pH entre 4,4 e 8,3: apenas bicarbonatos

No tratamento de água residuárias:

4Processos oxidativos (como a nitrificação) tendem a consumir a

alcalinidade, a qual, caso atinjam baixos teores, pode dar concisões a valores

reduzidos de pH, afetando a própria taxa de crescimento dos microrganismos

responsáveis pela oxidação.

4A concentração da alcalinidade no efluente é importante onde o

tratamento químico é usado, na remoção biológica de nutrientes, e onde a amônia

deve ser removida pelo stripping com ar.

6.3. Dureza:

Conceito: Concentração de cátions multimetálicos em solução. Os cátions mais

frequentemente associados à dureza são os cátions divalentes Ca2+ e Mg2+. Em

condições de supersaturação, esses cátions reagem com ânions na água, formando

precipitados. Resulta da presença, principalmente, de sais alcalinos terrosos (cálcio e

magnésio), ou de outros metais divalentes, em menor intensidade. A dureza pode ser

classificada como dureza carbonato e dureza não carbonato, dependendo do ânion com

a qual ela está associada. A dureza correspondente à alcalinidade é denominada dureza


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carbonato, enquanto que as demais formas são caracterizadas como dureza não

carbonato. A dureza carbonato é sensível ao calor, precipitando-se em elevadas

temperaturas.

Forma do constituinte responsável: Sólidos Dissolvidos

Origem Natural: dissolução de minerais contendo cálcio e magnésio (ex. rochas

calcáreas)


Importância:

Não há evidências de que a dureza cause problemas sanitários, e alguns

estudos realizados em áreas com maior dureza indicaram uma menor incidência de

doenças cardíacas.

Em determinadas concentrações causa um sabor desagradável e pode ter

efeitos laxativos;

Reduz a formação de espumas, implicando num maior consumo de sabão.

Causa incrustações de sólidos (óxidos desses elementos) nas tubulações

de água quente, caldeiras e aquecedores (devido à maior precipitação em

temperaturas elevadas);

Unidade: mg L-1 de CaCO3

Utilização mais freqüente do parâmetro: Caracterização de águas de abastecimento

(inclusive industriais) brutas e tratadas.


No tratamento e abastecimento público de água:

4Dureza < 50 mg L-1 CaC03 : água mole

4Dureza entre 50 e 150 mg L-1 CaC03 : água com dureza moderada

4Dureza entre 150 e 300 mg L-1 CaC03 : água dura

4Dureza > 300 mg L-1 CaC03 : água muito dura

6.4. Ferro e Manganês:

Conceito: O ferro e o Manganês estão presentes nas formas insolúveis (Fe3+ e Mn4+)

numa grande quantidade de tipos de solos. Na ausência de oxigênio dissolvido (ex.

águas subterrâneas ou fundo de lagos), eles se apresentam na forma solúvel (Fe2+ e

Mn2+). Caso a água contendo as formas reduzidas seja exposta ao ar atmosférico (ex. na

torneira do consumidor), o ferro e o manganês voltam a se oxidar às suas formas

insolúveis (Fe3+ e Mn4+), o que pode causar cor na água, além de manchar roupas

durante a lavagem.

Forma do constituinte responsável: Sólidos em suspensão ou dissolvidos

Origem Natural: dissolução de compostos do solo.


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Importância:

Tem pouco significado sanitário nas concentrações usualmente encontradas

nas águas naturais;

Em pequenas concentrações causam problemas de cor na água;

Em certas concentrações, podem causar sabor e odor (mas, nessas

concentrações, o consumidor já rejeitou a água, devido à cor).

Causam coloração avermelhada à água, no caso do ferro, ou marrom, no

caso do manganês, manchando roupas e outros produtos industrializados;

Conferem sabor metálico à água;

As águas ferruginosas favorecem o desenvolvimento das ferrobactérias,

que causam maus odores e coloração à água e obstruem as canalizações.

Unidade: mg L-1


brutas e tratadas.


6.5. Cloreto:

Conceito: Todas as águas naturais, em maior ou menor escala, contêm íons resultantes

da dissolução de minerais. Os cloretos (Cl¯ ) são advindos da dissolução de sais (ex.:

cloreto de sódio).

Forma do constituinte responsável: Sólidos dissolvidos

Origem Natural: dissolução de minerais e intrusão de águas salinas.

Origem Antropogênica: despejos industriais e domésticos e águas utilizadas em

irrigação.

Importância:

Em determinadas concentrações imprime um sabor salgado à água ou

propriedades laxativas.

Unidade: mg L-1


brutas e tratadas;


Em termos de tratamento e abastecimento público de água:

4Ver Padrão de Potabilidade;

Em termos dos corpos d'água

4Ver Padrão de Corpos d’água


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6.6. Nitrogênio:

Conceito: Dentro do ciclo do nitrogênio na biosfera, este se alterna entre várias formas e

estados de oxidação. No meio aquático, o nitrogênio pode ser encontrado nas seguintes

formas: (a) nitrogênio molecular (N2), escapando da atmosfera, (b) nitrogênio orgânico

(ex. aminoácidos, proteínas) (dissolvido e em suspensão), (c) amônia (NH3), (d) nitrito

(NO2) e (e) nitrato (NO3

).

Forma do constituinte responsável: Sólidos em suspensão e dissolvidos

Origem Natural: constituintes de proteínas, clorofila e vários outros compostos biológicos.

Origem Antropogênica: despejos industriais e domésticos, excremento de animais e

fertilizantes.

Importância:

Junto com o fósforo, é o nutriente mais importante no crescimento biológico.

O nitrogênio na forma de nitrato está associado a doenças como a

metahemoglobinemia (síndrome do bebê azul);

O nitrogênio é um elemento indispensável para o crescimento de algas e,

quando em elevadas concentrações em lagos e represas, pode conduzir a um

crescimento exagerado desses organismos (processo denominado eutrofização);

O nitrogênio, nos processos bioquímicos de conversão da amônia a nitrito e

deste a nitrato, implica no consumo de oxigênio dissolvido do meio (o que pode

afetar a vida aquática);

O nitrogênio na forma de amônia livre é diretamente tóxico aos peixes;

O nitrogênio é um elemento indispensável para o crescimento dos

microrganismos responsáveis pelo tratamento de esgotos;

Os processos de conversão do nitrogênio têm implicações na operação das

estações de tratamento de esgotos;

Em um corpo d’água, a determinação da forma predominante do nitrogênio

pode fornecer informações sobre o estágio da poluição (poluição recente está

associada ao nitrogênio na forma orgânica ou de amônia, enquanto uma poluição

mais remota está associada ao nitrogênio na forma de nitrato).

Unidade: mg NH3-N L-1, mg NO3-N L-1, mg NO2

-N L-1



Caracterização de águas residuárias brutas e tratadas;



Em termos de tratamento e abastecimento público de água


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4Padrão de Potabilidade -nitrato

Em termos de tratamento de águas residuárias

4É necessário um adequado balanço C:N:P no esgoto para o

desenvolvimento dos microrganismos - geralmente, é utilizado: DBO5:N:P de

100:5:1- Padrão de Lançamento (amônia);

Em termos dos corpos d'água

4Padrão de Corpos d’água (amônia e nitrato)

Observações:

Nos esgotos domésticos brutos, as formas predominantes são: o nitrogênio

orgânico e a amônia. Estes dois juntos são determinados em laboratório pelo

método Kjeldahl, constituindo o assim chamado Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK).

Em suma, temos:

NTK= amônia + nitrogênio orgânico (forma predominante nos esgotos

domésticos);

NT = NTK + NO2 + NO3

(nitrogênio total).

A amônia existe em solução tanto na forma de íon (NH4+) como na forma

livre, não ionizado (NH3). A distribuição relativa assume a seguinte forma em

função dos valores de pH;

pH<8 : praticamente toda a amônia está na forma de NH4+;

pH=9,5 : aproximadamente 50% NH3 e 50% NH4+;

pH>11: praticamente toda a amônia está na forma de NH3.

Em cursos d’água ou em estações de tratamento, a amônia pode sofrer

transformações posteriores. No processo de nitrificação, a amônia é oxidada a

nitrito e este a nitrato. No processo de desnitrificação, os nitratos são reduzidos a

nitrogênio gasoso.

6.7. Fósforo:

Conceito: O fósforo na água apresenta-se principalmente nas formas de ortofosfato,

polifosfato e fósforo orgânico; Os ortofosfatos são diretamente disponíveis para o

metabolismo biológico sem necessidade de conversões a forma mais simples. As formas

em que os ortofosfatos se apresentam na água (PO43-, HPO4

2-, H2PO4-, H3PO4)

dependendo do pH, sendo a mais comum na faixa usual de pH o HPO42-. Os polifosfatos

são moléculas mais complexas com dois ou mais átomos de fósforo. O fósforo orgânico

é normalmente de menor importância.

Forma do constituinte responsável: Sólidos em suspensão e dissolvidos

Origem Natural: dissolução de compostos do solo e decomposição da matéria orgânica.


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Origem Antropogênica: despejos industriais e domésticos, detergentes, excremento de

animais e fertilizantes.

Importância:

O fósforo não apresenta problemas de ordem sanitária nas águas de

abastecimento;

O fósforo é um elemento indispensável para o crescimento de algas e,

quando em elevadas concentrações em lagos e repesas, pode conduzir a um

crescimento exagerado desses organismos (eutrofização);

O fósforo é um nutriente essencial para o crescimento dos microrganismos

responsáveis pela estabilização da matéria orgânica.

Unidade: mg L-1





No tratamento de águas residuárias: é necessário um adequado balanço

C:N:P no esgoto para o desenvolvimento de microrganismos; 100:5:1 (DBO:N:P).

Em lançamentos a montante de represas com problemas de eutrofização,

frequentemente se limita o P total em 1,0 mg L-1;

No corpos d´água: os seguintes valores de P total podem ser utilizados

como indicativos aproximados do estado de eutrofização de lagos (lagos tropicais

provavelmente aceitam concentrações superiores): (a) P < 0,01-0,02 mg L-1 – não

eutrófico; (b) P entre 0,01-0,02 e 0,05 mg L-1 – estágio intermediário; (c) P > 0,05

mg L-1 – eutrófico;

6.8. Oxigênio Dissolvido (OD):

Conceito:

O oxigênio dissolvido (OD). É de essencial importância para os organismos

aeróbios. Durante a estabilização da matéria orgânica, as bactérias fazem uso do

oxigênio nos processos respiratórios, podendo vir a causar uma redução da sua

concentração no meio. Dependendo da magnitude deste fenômeno, podem vir a

morrer diversos seres aquáticos, inclusive os peixes. Caso o oxigênio seja

totalmente consumido, têm-se as condições anaeróbias, com geração de maus

odores.

Peixes, bem como a maioria da fauna aquática do corpo receptor,

dependem do oxigênio dissolvido na água para o seu ciclo vital (metabolismo), daí

ser esse um dos mais relevantes parâmetros característicos da qualidade de um


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despejo. Assim, deve ser considerado como um agente poluente todas as

substâncias e/ou condições que, direta ou indiretamente, interfiram com a redução

da concentração do oxigênio dissolvido do corpo receptor.

Forma do constituinte responsável: gases dissolvidos.

Origem Natural: dissolução do oxigênio atmosférico e produção pelos organismos

fotossintéticos.

Origem Antropogênica: Introdução de aeração artificial.

Importância:

O oxigênio dissolvido é vital para os seres aquáticos aeróbios;

O oxigênio dissolvido é o principal parâmetro de caracterização dos efeitos

da poluição das águas por despejos orgânicos.

Unidade: mg L-1


Controle operacional de estações de tratamento de esgotos;



No tratamento de águas residuárias:

4É necessário um teor mínimo de oxigênio dissolvido (1 mg L-1) nos

reatores dos sistemas aeróbios;

Nos corpos d’água:

4A solubilidade do OD varia com altitude e temperatura. Ao nível do

mar, na temperatura de 20°C, a concentração de saturação é igual a 9,2 mg L-1;

4A decomposição da matéria orgânica por bactérias aeróbias é,

geralmente, acompanhada pelo consumo e redução do oxigênio dissolvido da

água;

4Valores de OD superiores à saturação são indicativos da presença de

algas (fotossíntese);

4Valores de OD bem inferiores à saturação são indicativos da presença

de matéria orgânica (provavelmente esgotos);

4Dependendo da capacidade de autodepuração do manancial, o teor

de oxigênio dissolvido pode alcançar valores muito baixos, ou zero, extinguindo-se

os organismos aquáticos aeróbios. Com OD em torno de 4-5 mg L-1 morrem os

peixes mais exigentes; com OD igual a 2 mg L-1 todos os peixes estão mortos; com

o OD igual a 2 mg L-1 tem–se condições de anaerobiose.

4A faixa crítica da concentração de OD é situada entre 3 e 4 mg L-1,

embora existam certas espécies de peixes (vida aquática superior) que se adaptam


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perfeitamente em nível de 1 mg L-1 de OD (enguias), enquanto que outras só

sobrevivem em águas com nível de OD superior a 5 mg L-1 (salmão).

6.9. Matéria Orgânica (MO):

Conceito: A matéria orgânica presente nos corpos d’água e nos esgotos é uma

característica de primordial importância, sendo a causadora do principal problema de

poluição das águas, o consumo do oxigênio dissolvido pelos microrganismos nos seus

processos metabólicos de utilização e estabilização da MO.

Os principais componentes orgânicos são os compostos de proteínas, os

carboidratos, a gordura, óleos e graxas, além da uréia, surfactantes, fenóis, pesticidas,

tensoativos, poluentes prioritários, compostos orgânicos voláteis e outros em menores

quantidades. Junto com esses compostos um grande número de moléculas orgânicas

sintéticas com complexas estruturas químicas também estão presentes, o número de tais

compostos químicos é crescente anualmente, mais e mais moléculas orgânicas estão

sendo sintetizados. A presença dessas substâncias tem, recentemente, complicado o

tratamento das águas residuarias, pois algumas dessas substâncias podem não ser ou

são pouco biodegradáveis. Muitos são persistentes.

A matéria carbonácea divide-se nas seguintes frações:

• Não biodegradáveis (em suspensão e dissolvidas) e

• Biodegradável (em suspensão e dissolvidas).

As matérias orgânicas biodegradável consistem em compostos orgânicos que

podem ser degradados por microrganismos em um intervalo curto de tempo. Nesta

categoria incluem-se usualmente amidos, gorduras, proteínas, açúcares, álcoois, ácidos

orgânicos, aldeídos e ésteres. Os compostos orgânicos não biodegradáveis, referidos

como recalcitrantes ou refratários, são aqueles resistentes à ação de microrganismos.

Há uma grande dificuldade na determinação laboratorial dos diversos

componentes da matéria orgânica nas águas residuárias, face à multiplicidade de formas

e compostos em que a mesma pode se apresentar. E sendo assim, utilizam-se

normalmente métodos indiretos para a quantificação da matéria orgânica, ou do seu

potencial poluidor, uma indicação do potencial do consumo do oxigênio dissolvido.

Porém, também existe método direto de determinação da MO. Esses métodos são

apresentados a seguir:

• Métodos indiretos - Medição do consumo de oxigênio: Demanda

Bioquímica de Oxigênio (DBO); Demanda Química de Oxigênio

(DQO);

• Método direto - Medição do carbono orgânico: Carbono Orgânico Total

– COT.


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Forma do constituinte responsável: Sólidos em suspensão e dissolvidos.

Origem Natural: Matéria orgânica vegetal e animal.

Origem Antropogênica: Despejos industriais e domésticos.

Importância:

A matéria orgânica da água é necessária aos seres heterótrofos, na sua

nutrição, e aos autótrofos, como fonte de sais nutrientes e gás carbônico. Em grandes

quantidades, no entanto, podem causar alguns problemas, como: cor, odor, turbidez e o

consumo do oxigênio dissolvido na água pelos microrganismos decompositores.

O consumo de oxigênio é um dos problemas mais sérios do aumento do teor

de matéria orgânica, pois provoca desequilíbrios ecológicos, podendo causar a extinção

dos organismos aeróbios.

A determinação da matéria orgânica, pelos métodos indiretos, é de

fundamental importância na caracterização do grau de poluição de um corpo d´água.

Unidade: mg L-1 ou mg O2 L-1.





Métodos indiretos de determinação:

(a) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)

O principal efeito ecológico da poluição orgânica em um curso d'água é o

decréscimo dos teores de OD. O fenômeno é o mesmo que ocorre no tratamento

biológico aeróbio, com um adequado fornecimento de oxigênio, os microrganismos

realizam processos metabólicos conduzindo à estabilização da matéria orgânica. Assim,

surgiu a idéia de se medir a "força" de poluição de um determinado despejo pelo

consumo de oxigênio que ele traria, ou seja, uma quantificação indireta da potencialidade

da geração de um impacto, e não a medição direta do impacto em si.

A DBO é um parâmetro que fornece a biodegradabilida de de um

efluente .

A DBO é uma medida que determina a quantidade de O 2 utilizado pelas

bactérias para oxidar toda matéria orgânica solúvel no tempo de duração do

ensaio (também são oxidados materiais inorgânicos, como sulfetos e íons Ferro).

É uma indicação indireta, portanto, do carbono orgâ nico biodegradável.

A estabilização completa demora, em termos práticos, vários dias (cerca de

20 dias ou mais para esgotos domésticos). Correspondendo à Demanda Ultima de

Oxigênio (DBOu ou DBO20). Entretanto, para evitar que o teste de laboratório fosse


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sujeito a uma grande demora, e para permitir a comparação de diversos resultados,

foram efetuadas algumas padronizações:

o Convencionou-se proceder à análise no 5º dia. Para esgotos

domésticos típicos, esse consumo do quinto dia pode ser

correlacionado como consumo total final (DBO20);

o Determinou-se que o teste fosse efetuado à temperatura de 20°C, já

que temperaturas diferentes interferem no metabolismo bacteriano,

alterando as relações entre a DBO de 5 dias e a DBO última.

Tem-se, desta forma, a DBO padrão , expressa por DB0520. Neste texto,

sempre que se referir à DBO simplesmente, está-se implicitamente referindo à DBO

padrão (DB0520).

As principais vantagens do teste da DBO, e ainda não igualadas por nenhum

outro teste de determinação de matéria orgânica, são relacionadas ao fato de que o teste

da DBO permite:

o A indicação aproximada da fração biodegradável do despejo;

o A indicação da taxa de degradação do despejo;

o A indicação da taxa de consumo de oxigênio em função do tempo;

o A determinação aproximada da quantidade de oxigênio requerido para

a estabilização biológica da matéria orgânica presente.

No entanto, apresenta as seguintes limitações:

o Podem-se encontrar baixos valores de DBO5 caso os microrganismos

responsáveis pela decomposição não estejam adaptados ao efluente;

o Os metais pesados e outras substâncias tóxicas podem matar ou inibir

os microrganismos;

o A relação DBO20/DBO5 varia em função do efluente;

o A relação DBO20/DBO5 varia, para um mesmo efluente, ao longo da

linha de tratamento da ETE;

o O teste demora 5 dias, não sendo útil para efeito de controle

operacional de uma estação de tratamento de esgotos ou efluentes

em geral.

Em laboratório, a medida de DBO consiste em adicionar pequenas

quantidades de esgoto ou microorganismos previamente adaptados a um determinado

efluente saturada com O2, deixar a solução em frasco fechado em uma estufa a 20°C

durante certo número de dias. Após esse período determina-se a quantidade de O2 que

restou. Durante esse período ocorre a proliferação de bactérias que consomem a matéria

orgânica (como fonte de carbono) e parte do O2 por respiração. Obtém-se assim, a

quantidade de O2 consumida naquele período de tempo.


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O consumo de oxigênio segue tipicamente o padrão mostrado na Figura 4.

Figura 4. Curva de consumo de oxigênio (demanda carbonácea)

Nitrificação no teste de DBO

Material não-carbobonáceo, tal como amônia, é produzido durante a hidrólise

de proteínas. Dois grupos de bactérias autotróficas são capazes de oxidar amônia a

nitrito e subseqüente a nitrato. Segundo as reações:

NH3 + 3/2O2 → HNO2 + H2O

HNO2 + 1/2O2 → HNO3

NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O

A demanda de oxigênio associada com a oxidação de amônia a nitrato é

chamada de demanda nitrogenada bioquímica de oxigênio (NBOD). O esboço da

demanda de oxigênio no teste de DBO para um efluente doméstico é mostrado nas

Figuras 5 e 6. A taxa reprodutiva das bactérias nitrificantes é lenta, isso normalmente

leva de 6 a 10 dias para alcançar um número significativo e mostrar uma demanda de

oxigênio. Entretanto, se um número suficiente de bactérias nitrificantes está inicialmente

presente, a interferência causada pela nitrificação pode ser significativa.

DBO padrão

DBO Total do 1° estágio (reação carbonácea)

Tempo (dias)

DBO (mg/L)

0 5 10 15

DBO5


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Figura 5. Esboço da demanda bioquímica de oxigênio carbonácea e nitrogenada.

Figura 6: Demanda bioquímica de oxigênio carbonácea e nitrogenada

b) Demanda Química de Oxigênio (DQO)

O ensaio de DQO mede o consumo de oxigênio ocorrido durante a oxidação

química da matéria orgânica. No caso, a oxidação é feita pela ação química do Cr2O72–

ou do MnO4– em meio fortemente ácido. O valor obtido é, portanto, uma indicação

indireta do teor de matéria orgânica presente.

Espécies inorgânicas reduzidas, como: Fe2+, Mg2+, S2-, entre outras, são

oxidadas quantitativamente nas condições do teste. Portanto, uma DQO inorgânica

também é detectada e dependerá muito da natureza do efluente.

A principal diferença com relação ao teste da DBO encontra-se claramente

presente na nomenclatura de ambos os testes. A DBO relaciona-se a uma oxidação

NBOD

CBOD

Quando uma suficiente número de bactérias nitrificantes, nitrificação pode ocorrer como mostrado pela curva pontilhada

Tempo (d)

DBO (mg L-1)


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bioquímica da matéria orgânica, realizada inteiramente por microrganismos. Já a DQO

corresponde a uma oxidação química da matéria orgânica, obtida através de um forte

oxidante em meio ácido.

As principais vantagens do teste da DQO são:

o O teste gasta apenas de 2 a 3 horas para ser realizado;

o O resultado do teste dá uma indicação do oxigênio requerido para a

estabilização da matéria orgânica;

o O teste não é afetado pela nitrificação, dando uma indicação da

oxidação apenas da matéria orgânica carbonácea (e não da

nitrogenada).

As principais limitações do teste da DQO são:

o No teste da DQO são oxidadas, tanto a fração biodegradável, quanto a

fração inerte do efluente. O teste superestima, portanto, o oxigênio a

ser consumido no tratamento biológico dos efluentes;

o O teste não fornece informações sobre a taxa de consumo da matéria

orgânica ao longo do tempo;

o Certos constituintes inorgânicos podem ser oxidados e interferir no

resultado.

Para esgotos domésticos brutos, a relação DQO/DBO5 varia em torno de 1,7

a 2,5. (DBO5/DQO = 0,4 - 0,6) Para efluentes industriais, no entanto, essa relação pode

variar amplamente. Dependendo da magnitude da relação, podem-se tirar conclusões

sobre a biodegradabilidade dos efluentes e do processo de tratamento a ser empregado:

• Relação DQO/DBO5 baixa:

o A fração biodegradável é elevada;

o Provável indicação para tratamento biológico.

• Relação DQO/DBO5 elevada:

o A fração inerte (não biodegradável) é elevada;

o 4Se a fração não biodegradável for importante em termos de poluição do corpo

receptor: provável indicação para tratamento físico-químico.

A relação DQO/DBO5 varia também à medida que o esgoto passa pelas diversas unidades

da estação de tratamento. A tendência para a relação é de aumentar, devido à redução paulatina

da fração biodegradável, ao passo que a fração inerte permanece aproximadamente inalterada.

Assim, o efluente final do tratamento biológico possui valores da relação DQO/DBO5 usualmente

superiores a 3,0.


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Podemos desta forma, concluir que num efluente real a medida da DQO

raramente coincidirá com a medida da DBO, pois na medida da DQO estarão contidas

substâncias biodegradáveis (acusadas no teste de DBO) e substâncias não-

biodegradáveis, pois, dadas as condições em que a medida da DQO é realizada,

podemos esperar que tanto as substâncias biodegradáveis quanto as não-

biodegradáveis sejam quimicamente oxidadas. Assim, temos que:

DQOTOTAL = DQOBD + DQONBD

Sendo que a DQOBD corresponde ao consumo de oxigênio pelas substâncias

biodegradáveis contidas no despejo enquanto que a DQONBD corresponde ao consumo

de oxigênio para a oxidação das substâncias não-biodegradáveis contidas no despejo.

c) Demanda Teórica de Oxigênio (DTO)

A Demanda Teórica de Oxigênio corresponde à quantid ade

estequiométrica de oxigênio necessária para oxidar completamente um dado

composto . Ela é também expressa em ppm (mg L-1) e, obviamente, corresponde a um

valor calculado, pois a DTO só pode ser efetivamente determinada se conhecermos a

composição química completa de todos os constituintes oxidáveis contidos no efluente.

Exemplo : Consideremos uma solução de glicose pura com 1000 mg L-1. Qual

a DTO desta solução?

CH2O + O2 → CO2 + H2O

30 32

DTO = 32/30 mg de O2 / mg de glicose x 1000 mg glicose/L de solução.

DTO = 1067 ppm

Assim podemos concluir que mesmo a glicose, quando lançada num corpo

receptor, se configura como um poluente, pois ela será degradada por ação biológica

(servirá como substrato para os microrganismos aeróbios/anaeróbios/facultativos,

naturalmente existentes no corpo receptor). Nessa atividade de metabolização do

substrato, os microrganismos vão retirar 1067 mg de oxigênio dissolvido das águas do

corpo receptor para cada 1000 mg de substrato.

É evidente que nas condições do teste da DQO não só substâncias orgânicas

são oxidadas, mas também outras, como sulfetos, sulfitos, nitritos, etc. A DQO

representa quase um limite superior da possibilidade de estabilização total de um

efluente.


18

DQO X DBO

A relação DQO/DBO pode trazer informações important es sobre a sua

natureza de um efluente.

Um efluente que possui uma relação alta DQO/DBO, ou seja, uma alta DQO e

baixa DBO pode ser um efluente de difícil degradabilidade, contendo substâncias

recalcitrantes. Isto significa que um tratamento biológico pode não enquadrar este

efluente dentro dos padrões estabelecidos para seu descarte, ou que será necessário

um longo tempo de residência nos reatores de um processo biológico ou ainda ser

necessária a implantação de um tratamento terciário. Muitos efluentes industriais se

encaixam neste perfil.

Quando possui uma baixa relação DQO/DBO, pode-se dizer que este efluente

é de maior degradabilidade, pois uma fração razoável deste efluente é naturalmente

biodegradável. Assim, muito provavelmente, um processo biológico poderá enquadrar

este efluente. Um efluente doméstico, por exemplo, que contém grande quantidade de

matéria orgânica biodegradável apresenta uma DBO de cerca de 50% da DQO.

Para alguns efluentes, é possível a correlação da DQO com a DBO. Isto pode

ser útil por que a DQO pode ser determinada em 3 horas, comparado com 5 dias da

DBO. Uma vez que a correlação seja estabelecida, as medidas de DQO podem ser

usadas como uma boa vantagem para o controle e operação da planta de tratamento.

Maior precisão: estima-se que o erro médio envolvid o nas medidas da

DQO seja da ordem de 10 % enquanto para as medidas da DBO o erro médio

estimado é superior a 20 %.

Maior rapidez para a realização do teste: por via q uímica, a medida da

DQO‚ em geral,é feita em 2 horas. O teste para a me dida do valor da DBO leva um

mínimo de 5 (DBO 5) dias a um máximo de 20 dias (DBO 20).

DBO5 - corresponde ao final da oxidação biológica da matéria carbonácea contida na amostra.

DBO20 - corresponde ao final da oxidação biológica da matéria nitrogenada contida na amostra.

Em geral, para esgotos domésticos a relação :

(DBO5 / DBO20 ) = 0,77

Necessidade de aclimatação dos microrganismos à cada despejo: devido às

diferentes características dos despejos, os microorganismos devem ser previamente

aclimatados ao referido despejo, isto é, têm que ser adaptados às condições específicas

do meio de cultura em que serão introduzidos.


19

O método da DQO, embora sendo um método indireto da medida do

conteúdo da matéria orgânica no despejo, é considerado como o mais adequado para o

monitoramento contínuo da qualidade de um despejo ou até mesmo da avaliação do

desempenho de uma unidade de tratamento de efluentes.

Efeito da nitrificação: no caso das medidas da DBO, particularmente em

amostras contendo altos teores de substâncias nitrogenadas (nitrogênio orgânico), ou

ainda na operação de unidades de tratamento biológico por via aeróbia com longos

tempos de residência (lagoas de estabilização, p. ex.) pode ocorrer o fenômeno de

nitrificação, o qual é definido como a oxidação das substâncias nitrogenadas contidas no

despejo:

NTOTAL= NORGÂNICO + NAMONIACAL + NNITRITO + NNITRATO Essa oxidação ocorre em duas etapas:

2 NH4+ + 8 O2 → 2 NO2

+ 2 H2O + 4 H+

2 NO2 + O2 → 2 NO2

Embora as reações de oxidação relativas a metabolização da matéria carbonácea e

nitrogenada ocorram de forma concomitante, o fenômeno de nitrificação só se evidencia mais ao

longo de uma aeração mais prolongada, já que as taxas de nitrificação são substancialmente

menores do que as taxas de oxidação da matéria carbonácea (em efluentes que possuem altas

concentrações de amônia utiliza-se um inibidor de nitrificação, 2-cloro-6-triclorometil, por

exemplo).

d) Carbono Orgânico Total (COT)

Neste teste, o carbono orgânico é medido diretamente , e não indiretamente através da

determinação do oxigênio consumido, como nos três testes acima. COT é um teste instrumental, e

tem se mostrado satisfatório em amostras com reduzidas quantidades de matéria orgânica. Tal é

o caso, principalmente, de corpos d'água. O teste do COT mede todo o carbono liberado na forma

de CO2.

Medição:

o A determinação do Carbono Orgânico Total é uma técnica que vem ganhando espaço e

confiabilidade. Neste método a matéria orgânica é totalmente oxidada e o CO2 produzido é

determinado por sensores, frequentemente de infravermelho.

o Há, basicamente, três tipos de equipamentos para a determinação do COT:

1. A amostra de efluente é injetada e conduzida a um forno de alta temperatura, 680 –

1250oC, sob atmosfera de O2. Toda matéria orgânica é oxidada a CO2 e


20

quantitativamente determinada por um sensor de infravermelho (o CO2 apresenta

uma forte absorção no infravermelho). Este tipo de equipamento fornece excelentes

resultados, pois praticamente toda substância orgânica é oxidada por este método.

2. A amostra passa por uma coluna contendo um catalisador oxidativo (óxido de

cobalto) a alta temperatura. O CO2 produzido é detectado por um sensor de

infravermelho.

3. Neste equipamento, as moléculas orgânicas são oxidadas por persulfato na

presença de radiação UV. O CO2 produzido é detectado por um sensor de

infravermelho. Este método não tem apresentado bons resultados para moléculas

complexas, como: taninos, ligninas, ácidos húmicos, entre outros.

O teor de carbono orgânico foi determinado por técnica instrumental, empregando-se um

analisador de COT.A. Todas as amostras foram previamente filtradas através de membranas com

diâmetro de poro igual a de 0,45µm, obtendo-se desta maneira, o teor de carbono orgânico

dissolvido.

Como pode ser visto, a DQO e a DBO fornecem resultados importantes, mas não muito

cofiáveis sob o ponto de vista da concentração do carbono dissolvido. Já as análises de COT são

excelentes para determinar a concentração de matéria orgânica em solução.

A relação DQO/COT fornece dados muito importantes a respeito da natureza de um

efluente, ou seja, esta relação pode variar muito de acordo com o tipo de efluente. Para esgoto

doméstico, uma relação de 2,3 é esperada, enquanto que para efluentes industriais já foi

observada uma relação de até 20.

Quanto maior a relação DQO/COT, maior a fração inorgânica no efluente, que é oxidável por

dicromato em meio ácido (um efluente que contém altas concentrações de sulfetos,

polisulfetos,sulfonatos, cloretos, amônia, etc.).

• Certos compostos orgânicos resistentes podem não ser oxidados, assim, a medida de COT

pode ser menor do que a quantidade presente na amostra.

• Acidificação e aeração da amostra antes da medida pode eliminar o carbono inorgânico.

7. PARÂMETROS BIOLÓGICOS DE QUALIDADE DE ÁGUAS E ÁG UAS RESIDUÁRIAS

Quanto à ocorrência nas águas, citam-se, além das bactérias, as algas, protozoários,

protozoários patogênicos, vírus, etc. Esses microorganismos junto com a enorme variedade das

bactérias têm significação sanitária imediata, posto que são considerados como agentes

específicos causadores de doenças transmissíveis por via hídrica. A identificação e contagem de

microrganismos nos corpos d’água é de particular interesse em relação aos aspectos de proteção

da saúde pública.


21

As bactérias encontradas na água podem ser, a grosso modo, agrupadas em três classes:

bactérias da água "natural", bactérias do solo e bactérias de origem intestinal ou do esgoto. Na

última classe, costuma-se incluir os microrganismos de mesma origem.

Os microrganismos desempenham diversas funções de fundamental importância,

principalmente as relacionadas com a transformação da matéria dentro dos ciclos biogeoquímicos.

Um outro aspecto de grande relevância em termos da qualidade biológica da água é o relativo à

possibilidade da transmissão de doenças.

A identificação mais usual da contaminação de esgotos nos corpos dágua é feita através de

Coliformes Fecais.

Os principais grupos de microorganismos encontrados nas águas superficiais e efluentes

são:

7.1. Bactérias

Existe uma variedade de bactérias que podem estar presentes no meio ambiente. Alguns

microrganismos podem ser de importância sua presença em efluentes e no ambiente aquático. As

bactérias coliformes são uma delas.

Coliformes : São indicadores da presença de microrganismos patogênicos na água; os coliformes

fecais existem em grande quantidade nas fezes humanas e, quando encontrados na água,

significa que houve um lançamento de esgotos domésticos, podendo conter microrganismos

patogênicos.

7.2. Algas

As algas desempenham um importante papel no ambiente aquático, sendo responsáveis

pela produção de grande parte do OD do meio. Em grandes quantidades, como resultado do

excesso de nutrientes (eutrofização), trazem alguns inconvenientes: sabor e odor; toxicidade;

turbidez e cor; formação de massas de MO que, ao serem decompostas, provocam a redução do

OD (com efeitos sobre a vida aquática); corrosão; interferência nos processos de tratamento da

água; aspecto estético desagradável. Efluentes domésticos e alguns efluentes industriais podem

conter altas concentrações de nutrientes, o descarte desses efluentes em lagos e águas de rios

de baixo fluxo pode acarretar na eutrofização desses corpos receptores.

Medição : Determinação da concentração de algas em águas superficiais envolve a coleta

da amostra por alguns métodos possíveis e a contagem microscopia.

7.3. Protozoários

Os protozoários de importância em efluentes incluem as amebas, flagelados e ciliados livre

nadantes. Os protozoários se alimentam de bactérias, e outros microrganismos microscópios e

são essenciais na operação de processos de tratamento biológico e na purificação de correntes,

porque eles mantêm um balanço natural entre os diferentes grupos de microrganismos. Alguns


22

protozoários também são patogênicos, tais como, Giárdia lamblia e o cryptosporidium, são de

grande problema para na água potável.

7. 4. Vírus

Os vírus que são excretados por seres humanos podem se tornar um grande problema de

saúde pública, pois podem disseminar algumas doenças entre a população humana, tal como a

hepatite.

7. 5. Organismos patogênicos

Os organismos patogênicos encontrados no esgoto podem ter sido excretados por seres

humanos infectados com doenças ou que são portadores de uma doença. As principais categorias

dos organismos patogênicos encontrados nos esgotos domésticos são bactérias, vírus,

protozoários e helmintos. Podem causar doenças do trato gastrintestinal, disenteria, diarréia e

cólera. São responsáveis pelo maior número de ocupação de leitos em hospitais dos países

pobres.

Uso de organismos indicadores

Por causa do número de organismos patogênicos presentes nos efluentes e águas poluídas,

e a dificuldade de isolar e identificar esses organismos, é comum usar um organismo indicador.

A determinação da potencialidade de uma água transmitir doenças pode ser efetuada de forma

indireta, através dos organismos indicadores de contaminação fecal, pertencentes principalmente

ao grupo de coliformes. Porém, outros microrganismos também tem sido propostos como

indicativo de poluição.

Os organismos mais comumente utilizados com tal finalidade são as bactérias do grupo

coliforme. Os principais indicadores de contaminação fecal comumente utilizados são: Coliformes

totais (CT), Coliformes fecais (CF), Estreptococos fecais (EF)

O Grupo de coliformes totais (CT) constitui-se em um grande grupo de bactérias que têm

sido isoladas de amostras de águas e solos poluídos e não poluídos, bem como de fezes de seres

humanos e outros animais de sangue quente. Tal grupo foi bastante usado no passado como

indicador, e continua a ser usado em algumas áreas, embora as dificuldades associadas com a

ocorrência de bactérias não fecais seja um problema. Não existe uma relação quantificável entre

CT e microrganismos patogênicos.

Os coliformes fecais (CF) são um grupo de bactérias indicadoras de organismos originários

do trato intestinal humano e outros animais. O teste para CF é feito a uma elevada temperatura,

na qual o crescimento de bactérias de origem não fecal é suprimido. A Escherichia coli é uma

bactéria pertencente a este grupo.

Os estreptococos fecais (EF) incluem várias espécies ou variedades de estreptococos,

tendo no intestino de seres humanos e outros animais o seu habitat usual. Como exemplos citam-


23

se os Streptococcus faecalis, os quais representam contaminação fecal humana, e Streptococcus

bovis e Streptococcus equinus, que representam bactérias indicadoras de bois e cavalos,

respectivamente.

Em virtude da impraticabilidade de se isolar e identificar diretamente as bactérias

patogênicas específicas, métodos indiretos para a sua quantificação foram desenvolvidos. Esses

métodos compreendem duas determinações:

Contagem bacteriana : é a contagem do número colônias de bactérias que se desenvolvem

em meio de Agar nutritivo após 24 h de incubação a 37°C (ou em outros meios de cultura,

temperaturas e períodos de incubação).

Índice de coliforme : consiste em se determinar a presença de bactérias de origem

caracteristicamente intestinal.

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

METCALF& EDDY. Wastewater Engineering – Treatment, Disposal and Reuse, 3rd edition,

McGraw-Hill, USA, 1991

von SPERLING, M., Introdução à Qualidade das Águas e ao Tratamento de Esgotos, DESA-

UFMG, Belo Horizonte, 1996

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