Química das Águas - parte 2

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1 QUÍMICA AMBIENTAL Química das Águas - parte 2 - Parâmetros de qualidade das águas Definições Importância Métodos analíticos Prof. Rafael Sousa Departamento de Química UFJF 1º período de 2015

2 Recapitulando... Química Ambiental - contexto multidisciplinar Relação entre poluição e desenvolvimento sócio-econômico Tecnicamente as águas naturais não são puras (sais) A água é um bem natural de alto valor agregado água Vários tipos de substâncias tóxicas podem ser encontradas na Diferentes processos químicos ocorrem, naturalmente, nas águas e definem suas características 2

3 CURIOSIDADE Uso e Escassez da água Apenas as águas subterrâneas que se encontram a até cerca de 1000 m de profundidade podem ser aproveitadas economicamente. 3

4 CONTEXTO: INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS 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... DEPENDE também do tipo de uso e ocupação do solo 4

5 CONTEXTO... INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Mesmo separando os poluentes em grupos, a diversidade das indústrias existentes aumenta, ainda mais, a variabilidade dos contaminantes aportados nos corpos de água 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

6 INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Parâmetros de qualidade Indicadores de qualidade das águas 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) - IGAM: Instituto Mineiro de Gestão das Águas - 6

7 INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Os parâmetros de qualidade PARÂMETROS FÍSICOS Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez Temperatura Medida na fonte O aumento da T diminui a solubilidade de gases, como o O 2 - Favorece processos anaeróbicos - Mau cheiro (produtos de degradação) 7

8 PARÂMETROS FÍSICOS DE QUALIDADE Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez Condutividade elétrica É ocasianada pelas substâncias dissolvidas que se dissociam em cátions e ânions e cuja dissolução também é função da temperatura Muitos sais encontrados nas águas são de origem antropogênica - Descargas industriais - Consumo de sal nas residências - Excreções da população e animais MONITORAÇÃO IDENTIFICAR MODIFICAÇÕES NA COMPOSIÇÃO 8

9 PARÂMETROS FÍSICOS DE QUALIDADE Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez Sólidos Correspondem a partículas diversas, sedimentáveis ou não e que podem ser separadas por filtração sólidos Impurezas na água contribuem para o aumento na quantidade de A MEDIÇÃO DOS SÓLIDOS (não dissolvidos) é o peso dos sólidos filtráveis, expresso em mg/l 9

10 PARÂMETROS FÍSICOS DE QUALIDADE Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez Cor NATURAL: teor de ( principalmente de Fe e Mn ) matéria orgânica decomposta e íons ALTERADA: ações antropogênicas... 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) 10

11 INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS 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 11

12 INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS 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 12

13 Alcalinidade, dureza, ph PARÂMETROS QUÍMICOS - Relacionados com as espécies CO 2, CO 3 2-, Ca 2 +, Mg 2+ e H + (correlacionadas) 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 13

14 PARÂMETROS QUÍMICOS Alcalinidade, dureza, ph Ex de classificação da dureza total da água, expressa em quantidade de CaCO 3 Dureza mg/l de CaCO 3 Classificação da água <15 muito branda de 15 a 50 de 50 a 100 de 100 a 200 branda moderadamente branda dura >200 muito dura 14

15 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 15

16 Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito) NH 3 é geralmente encontrada em baixas concentrações APESAR DA TOXICIDADE, não é persistente Em concentrações baixas não causa danos aos seres humanos mas pode ocasionar sufocamento de peixes Fósforo total: medida pouco seletiva Usam-se métodos espectroscópicos Teores relativamente altos de espécies desta classe indicam poluição por efluentes industriais e/ou domésticos 16

17 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, Se, U, V, Zn), arsênio e boro - Fontes: despejo de efluentes e lixiviação de fertilizantes - Toxidade: depende do elemento e da forma (especiação química) 17

18 Surfactantes São os constituintes dos detergentes i) aniônicos (R-SO 3- )Na + i) catiônicos (RMe 3 -N + )Cl - ii) não iônicos Diminuem a tensão superficial da água geram espuma e deixam a sujeira em suspensão Óleos e graxas (parâmetro OG) inconvenientes estético e para a biota - 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 18

19 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 Toxicidade - Depende da substância 19

20 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 Escherichia coli - Classificadas em grupos (sinais clínicos e sintomas) 20

21 BIOENSAIOS ECOTOXICOLÓGICOS (ENSAIOS DE TOXICIDADE) Determinação do potencial tóxico de um agente químico ou de uma mistura Efeito poluentes - resposta sobre organismos vivos Método 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 1/1010 do ciclo vital até a totalidade da vida do organismo) resposta causa mudanças comportamentais, alterações fisiológicas, reprodutivas, etc 21

22 Nesse contexto, para facilitar a interpretação das informações sobre a qualidade da água de forma abrangente e útil, a CETEB e o IGAM, adaptaram e desenvolveram 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 22

23 ÍNDICE DE QUALIDADE DAS ÁGUAS - IQA Cálculo do IQA e aplicação 9 IQA = Π qi wi i=1 Produto ponderado de parâmetros de qualidade Valor varia de 0 a 100 qi qualidade do parâmetro i obtido através da curva média específica de qualidade gráfico) usado como referência (parâmetro wi peso atribuído ao parâmetro i função de sua importância na qualidade, em função de uma tabela Utilizado para avaliar águas destinadas ao abastecimento público 23

24 INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Cálculo do IQA qualidade dos parâmetros Exemplo: 24

25 INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Cálculo do IQA pesos dos parâmetros 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 NO 3 ) 0,10 Fosfatos (mg/l PO 4 ) 0,10 Variação na temperatura ( 0 C) 0,10 Turbidez (NTU) 0,08 Resíduos Totais (mg/l) 0,08 25

26 INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Valores de referência do IQA Nível de Faixa Qualidade 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 26

27 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 geram efluentes domésticos e industriais - poluem também a água e o solo... Existem PROCESSOS físicos, químicos e biológicos para tratar ÁGUAS POLUÍDAS Águas usadas para abastecimento Efluentes em geral 27

28 REFERÊNCIAS CONSULTADAS 1 BAIRD, C., Química Ambiental, Bookman, 2002, p (Qualidade das Águas Superficiais do Estado de Minas Gerais em 2004: Superficiais na Bacia do Rio Jequitinhonha em 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, acessado em acessado em Nascentes, C. C.; Costa, L. M. Química Ambiental. UFMG, acessado Pita, F. A. G. Armazenamento e tratamento de resíduos. Vol. II Tratamento de Águas Residuais Domésticas, Universidade de Coimbra, acessado

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