Aula 3: Química das Águas

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1 DISCIPLINA: QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTA Aula 3: Química das Águas Prof a. Lilian Silva 2012

2 TRATAMENTO DA ÁGUA As principais operações consistem na decantação, coagulação/floculação, filtração e desinfecção Estas operações têm como principais objetivos: - A remoção de material particulado, bactérias e algas; -Remoção da matéria orgânica dissolvida que confere cor à água; -Remoção ou destruição de organismos patogênicos tais como bactérias e vírus. Estas operações podem variar dependendo da fonte de água e igualmente dos padrões a serem alcançados

3 TRATAMENTO DA ÁGUA

4 TRATAMENTO DA ÁGUA Captação - A água que chega à Estação de Tratamento de Água é captada diretamente nos rios (águas superficiais) ou no subsolo (águas subterrâneas). Porém, a água captada apresenta várias impurezas/ sujidades como lamas, areias, lixos, micróbios e bactérias. Linha Líquida Gradagem - A água captada segue pelos canais até ao primeiro processo de tratamento: a gradagem. Neste tratamento são retirados da água os lixos de maior dimensão como folhas, ramos, embalagens, atc., que ficam retidos em grades por onde a água é forçada a passar. Decantação - É um processo de separação de partículas em suspensão na água. Estas partículas, sendo mais pesadas que a água, tenderão a depositar-se no fundo do decantador, clarificando a água e reduzindo em grande percentagem as impurezas. FIltração - A água passa por filtros de areia ou carvão ativado (e pedra), nos quais ficam retidas as pequenas partículas sólidas que ainda possam existir. Desinfeção - Nesta fase é adicionada uma grande quantidade de cloro para que a água não seja contaminada durante o transporte.

5 TRATAMENTO DA ÁGUA Figura 1 - Água superficial sendo tratada em uma ETA após a adição de uma agente para floculação de impurezas. (Floculação: Formação de flocos, em câmaras (floculadores) onde água é levemente agitada, permitindo a aglutinação de impurezas)

6 TRATAMENTO DA ÁGUA Linha Sólida Desidratação Mecânica de Lamas - As águas residuais resultantes de lavagem dos filtros, assim como as lamas provenientes do processo de decantação, são encaminhadas para a desidratação mecânica de lamas e transportadas para um destino final adequado.

7 TRATAMENTO DA ÁGUA Para assegurar que a água esteja livre de microorganismos patogênicos, ela deve passar por um processo de desinfecção. A cloração é o método de desinfecção mais comumente utilizado na maioria dos países. Quantidades suficientes de cloro, na forma do gás cloro ou ainda de hipoclorito, são adicionadas à água visando destruir ou inativar or organismos alvo. A cloração permanece como sendo um método confiável, de relativo baixo custo e de simplicidade de aplicação.

8 TRATAMENTO DA ÁGUA O cloro se apresenta na forma de gás, sob condições normais de pressão e temperatura. Este gás pode ser comprimido para ser estocado em cilindros, na forma líquida Como o cloro é um gás altamente tóxico,ele é normalmente dissolvido em água, sob pressão reduzida, e a solução concentrada resultante é aplicada a água que vai ser tratada O cloro também pode ser encontrado na forma sólida, como hipoclorito de cálcio, Ca(OCl) 2, ou ainda na forma de solução, como hipoclorito de sódio, NaOCl O gás cloro reage quase completamente com a água para formar o ácido hipocloroso: Cl 2 + H 2 O HOCl + H + + Cl - O ácido hipocloroso se dissocia, gerando os íons H+ e OCl-: HOCl H + + OCl -

9 TRATAMENTO DA ÁGUA Um dos problemas decorrentes do uso do cloro como agente de desinfecção está relacionado com sua capacidade em reagir com as substâncias orgânicas de ocorrência natural, que podem estar presentes na água. Estas reações produzem os trialometanos (THM), entre eles o clorofórmio, que é cancerígeno. Os THM não são removidos da água através do tratamento convencional, e desta forma, deve-se assegurar que a matéria orgânica deve estar ausente da água que vai ser sumetida a cloração.

10 TRATAMENTO DA ÁGUA A poluição de águas naturais por contaminantes tanto biológicos como químicos é um problema de âmbito mundial Poucas áreas povoadas, seja em países desenvolvidos ou não desenvolvidos, não sofrem de uma ou outra forma de poluição

11 TRATAMENTO DA ÁGUA Desinfecção da Água por Outros Métodos que não a cloração OZÔNIO Para livrar a água que está sendo purificada de bactérias e vírus nocivos, especialmente daqueles que se originam da matéria fecal humana e animal Purificação com um agente oxidante mais poderoso que o O 2 : O Ozônio O ozônio é algumas vezes usado como um desinfetante no lugar do cloro, particularmente na Europa Como o ozônio não pode ser armazenado ou transportado porque seu tempo de vida é muito curto Gerado in situ mediante um processo relativamente caro que envolve descargas elétricas ( volts) em ar seco

12 TRATAMENTO DA ÁGUA Figura 1 Um diagrama esquemático de um sistema de tratamento de água utilizando ozônio

13 TRATAMENTO DA ÁGUA Uma vez que a cloração da água pode levar á produção de compostos organoclorados tóxicos, tem crescido o interesse pelos processos utilizando ozônio para a desinfecção de águas contaminadas Ozônio é mais destrutivo para os vírus do que cloro Porém, a solubilidade de ozônio em água é relativamente baixa, o que limita o seu poder desinfectante Ozônio seja decomposto espontaneamente, durante o tratamento de água, por um complexo mecanismo que envolve: a geração de radicais hidroxila com velocidades da ordem de L.mol -1.s -1

14 TRATAMENTO DA ÁGUA Desvantagens na utilização de ozônio: a)devido ao curto tempo de vida do ozônio, a água purificada não tem uma proteção residual que evite contaminações futuras; Algum cloro deve ser adicionado para manter o poder desinfetante através do sistema de distribuição de água. b) A reação do ozônio em água com bromo leva à formação de compostos orgânicos, especificamente aqueles que contém o grupo carbonila Formaldeído e outros aldeídos de baixa massa molar e vários outros compostos, alguns deles tóxicos c) Ocorre reação com íon brometo em água para formar o íon bromato, BrO 3-, um agente carcinógeno, segundo testes realizados com animais BrO 3 - pode reagir subsequentemente com matéria orgânica para produzir compostos organobromados tóxicos

15 TRATAMENTO DA ÁGUA DIÓXIDO DE CLORO O gás dióxido de cloro, ClO 2., é usado de maneira similar em mais de 300 comunidades norte-americanas e em alguns milhares de cidades européias para desinfectar a água As moléculas de ClO 2. operam oxidando moléculas orgânicas por meio de um mecanismo que envolve a extração de elétrons ClO H + + 5e - Cl - + 2H 2 O Os cátions radicais orgânicos criados na semi-reação de oxidação subsequente reagem, posteriormente, tornando-se espécies mais completamente oxidadas

16 TRATAMENTO DA ÁGUA Vantagens na utilização de dióxido de cloro O dióxido de cloro não é um agente de cloração: geralmente não introduz átomos de cloro nas substâncias com as quais reage Oxida a matéria orgânica dissolvida, formando-se quantidades muito menores de subprodutos orgânicos tóxicos que quando é usado cloro molecular. Desvantagens na utilização de dióxido de cloro Como o ozônio, não pode ser estocado, já que é explosivo em concentrações elevadas: deve ser gerado in situ pela sua oxidação de sua forma reduzida, encontrada no sal clorito de sódio ClO 2 - ClO 2. + e - Algum dióxido de cloro é convertido nestes processos em íons ClO 2 - e ClO 3 - (clorato): a presença dessas espécies na água final tem causado problemas de saúde.

17 A ação germicida da luz se deve a decomposição severa do DNA dos microorganismos, o que impossibilita sua replicação, deixando as células inativas. TRATAMENTO DA ÁGUA LUZ ULTRAVIOLETA Usada para desinfetar e purificar a água Lâmpadas potentes a vapor de mercúrio, cujos átomos excitados emitem luz UV-C, com emissão a 254nm, são imersas no fluxo de água Cerca de dez segundos de irradiação são suficientes para eliminar os microorganismos tóxicos Vantagens na utilização de luz ultravioleta Podem ser utilizadas unidades menores para atender a pequenas populações, tanto em países desenvolvidos ou em desenvolvimento, de maneira que não se faz necessário o monitoramento contínuo dos sistemas químicos

18 TRATAMENTO DA ÁGUA Desvantagens na utilização de luz ultravioleta O uso de luz ultravioleta para purificar água é complicado devido à presença de ferro dissolvido e de substâncias húmicas, pois ambos absorvem a luz, reduzindo, assim, a quantidade disponível para desinfecção. Partículas pequenas de sólidos em suspensão na água inibem também a ação da luz UV, já que podem esconder ou absorver as bactérias, além de espalhar ou absorver a radiação.

19 TRATAMENTO DA ÁGUA Recentemente, foi desenvolvido na França um sistema de membranas que purifica a água sem necessidade de usar compostos químicos ou luz. A água é bombeada sob pressão através de finas membranas com poros de apenas cerca de 1 nanômetro de diâmetro: remoção de bactérias, vírus e todo material de origem orgânica capaz de dar suporte à reprodução das bactérias. Esses nanofiltros permitem a passagem de moléculas de água através do filtro, já que seu tamanho é de apenas alguns décimos de nanômetro, mas impedem a passagem de outras moléculas orgânicas e bioinôrganicas grandes, cujo diâmetro é muito maior que um nanômetro

20 TRATAMENTO DA ÁGUA Desinfecção da Água por cloração O agente mais comum empregado para purificação de água na América do Norte é o ácido hipocloroso, HOCl. Esse composto neutro e covalente mata microorganismos, passando facilmente através de suas membranas celulares. Além de ser efetiva, a desinfecção pelo método de cloração é relativamente barata. O uso de um pequeno excesso do produto pode fornecer água com um poder residual de desinfecção, durante seu armazenamento e fornecimento. Na América do Norte, a cloração é mais comum do que a ozonização, já que geralmente a água é em sua origem menos poluída do que na Europa

21 TRATAMENTO DA ÁGUA Como o ozônio, o HOCl não é estável na forma concentrada, não podendo, portanto, ser armazenado. Em instalações em grande escala (plantas municipais de tratamento de água) é gerado por dissolução de cloro molecular gasoso, Cl 2, em água: Cl 2(g) + H 2 O (aq) HOCl (aq) + H + + Cl - A valores moderados de ph: equilíbrio muito deslocado para a direita. No caso em que se permita que o ph da água de reação torne-se demasiadamente alto: ionização do ácido fraco HOCl formando íon hipoclorito, OCl -, que é capaz de penetrar as bactérias em virtude de sua carga elétrica. Nas aplicações de cloração em pequena escala, como em piscinas, a manipulação de cilindros de cloro é inconvenientemente perigosa. Com mais frequência, o HOCl é gerado a partir de Ca(OCl) 2, ou é fornecido na forma de uma solução aquosa de NaOCl.

22 TRATAMENTO DA ÁGUA Em água, ocorre uma reação ácido-base para converter a maior parte do OCl - em HOCl: OCl - + H 2 O HOCl + OH - Em locais como piscinas, é necessário um controle rigoroso do ph para evitar o deslocamento para a esquerda da posição de equilíbrio dessa reação, que ocorre quando se permite a prevalênica de condições muito alcalinas. Por outro lado, se a água é ácida, pode ocorrer a corrosão dos materiais de construção de piscina, de maneira que o ph é mantido usualmente próximo de 7 para impedir a corrosão A manutenção de um ph alcalino impede também a conversão da amônia dissolvida, NH 3, em cloraminas NH 2 Cl, NHCl 2 e, especialmente, em NCl 3, que é fortemente irritante para os olhos: NH 3 + 3HOCl NCl 3 + 3H 2 O

23 TRATAMENTO DA ÁGUA Desvantagens na utilização de cloração Produção concomitante de substâncias orgânicas cloradas, algumas das quais são tóxicas HOCl não é apenas um agente oxidante, mas também um agente de cloração Se a água contém fenol ou um derivado, o cloro substitui facilmente os átomos de hidrogênio do anel para dar lugar a fenóis clorados que têm gosto e odor ofensivos e são tóxicos Em algumas comunidades, troca-se o cloro por dióxido de cloro quando o suprimento de água bruta está contaminado temporariamente com fenóis

24 TRATAMENTO DA ÁGUA Um problema mais generalizado da cloração de água reside na produção de trialometanos (THMs): CHX 3 (X = cloro, bromo ou uma combinação de ambos) O composto de maior preocupação é o CHCl 3 : produzido quando o HOCl reage com a matéria orgânica dissolvida na água

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26 TRATAMENTO DA ÁGUA Rachel V. R. A. Rios, Lilian L. da Rocha, Tales G. Vieira, Rochel M. Lago and Rodinei Augusti, Chemistry Department, ICEx, Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brazil On-line monitoring by membrane introduction mass spectrometry of chlorination of organics in water. Mechanistic and kinetic aspects of chloroform formation, J. Mass Spectrom. 35, (2000)

27 TRATAMENTO DA ÁGUA Figure 2. MIMS-SIM profile for phenol consumption (m/z 94) and chloroform formation (m/z 83) during reaction with sodium hypochlorite in water.

28 TRATAMENTO DA ÁGUA Figure 5. MIMS SIM monitoring of phenol chlorination by hypochlorite solution: chlorophenol (m/z 128), dichloro (m/z 162), trichloro (m/z 196), tetrachloro (m/z 230), and pentachloro intermediate (m/z 264).

29 TRATAMENTO DA ÁGUA Scheme 1

30 TRATAMENTO DA ÁGUA O clorofórmio é suspeito de ser carcinógeno para o fígado humano, podendo também causar efeitos nocivos na reprodução e no desenvolvimento. Não está claro se o carcinógeno da água potável clorada é o próprio THM ou algum sub-produto não-volátil de maior massa molar, presente em concentrações ainda menores, mas cujos níveis poderiam presumivelmente ser proporcionais aos THM s. É importante destacar que a desinfecção da água é extremamente importante para a proteção da saúde pública e que salva muitas vidas Tanto o tifo como a cólera estavam disseminados na Europa e na América do Norte havia um século Foram quase completamente erradicados no mundo desenvolvido graças à cloração e a outros métodos de desinfecção da água servida, e à melhoria do saneamento em geral

31 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS Processos Oxidativos Avançados para Purificação de Água Os métodos convencionais de purificação de água frequentemente não são efetivos no tratamento de compostos orgânicos sintéticos, como organoclorados que se encontram dissolvidos em baixas concentrações Com a finalidade de purificar a água destes compostos orgânicos extraestáveis têm sido desenvolvidos e disseminados os Processos Oxidativos Avançados (POAs) Tais métodos visam a mineralizar os poluentes, isto é, convertê-los inteiramente em CO 2, H 2 O e ácidos minerais, como HCl

32 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS A maioria dos POAs são processos à temperatura ambiente que utilizam energia para produzir intermediários altamente reativos de elevado potencial de oxidação ou de redução Atacam e destroem os compostos-alvo A maioria dos POAs envolve a geração de quantidades significativas de radicais livres hidroxila, OH. Agente oxidante muito efetivo

33 Reação Redox Eº (EPH) / Volt, 25 C F 2 + 2e - 2F OH + H + + e - H 2 O 2,33 O 3 + 2H + + 2e - O 2 + H 2 O 2,07 H 2 O 2 + H + + 2e - H 3 O 2 + 1,76 MnO H + + 3e - MnO 2 + 2H 2 O 1,68 HClO 2 + 3H + + 4e - Cl - + 2H 2 O 1,57 MnO H + + 5e - Mn H 2 O 1,49 HOCl + H + + 2e - Cl - + H 2 O 1,49 Cl 2 + 2e - 2Cl - 1,36 HBrO + H + + 2e - Br - + H 2 O 1,33 O 3 + H 2 O + 2e - O 2 + 2OH - 1,24 ClO 2(g) + e - ClO 2-1,15 Br 2 + 2e - 2Br - 1,07 HIO + H + + 2e - I - + H 2 O 0,99 ClO 2(aq) + e - ClO 2-0,95 ClO + H 2 O + 2e - Cl - + 2OH - 0,90 H 2 O 2 + 2H + + 2e - 2H 2 O 0,87 ClO H 2 O + 4e - Cl - + 4OH - 0,78 BrO - + H 2 O + 2e - Br - + 2OH - 0,70 I 2 + 2e - 2I - 0,54 I e - 3I - 0,53 Tabela 1 Potenciais de redução. IO - + H 2 O + 2e - I - + 2OH - 0,49

34 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS A maioria usa a combinação de fortes espécies oxidantes (O 3 e H 2 O 2 ) com catalisadores (metais de transição ou fotocatalisadores) e/ou irradiação (p. ex.: ultravioleta (UV), ultra-som ou feixe de elétrons). Tabela 2 - Exemplos de sistemas típicos baseados em POAs. Sistemas Homogêneos Com Irradiação Sem Irradiação H 2 O 2 /UV H 2 O 2 /Fe 2+ (Fenton) Sistemas Heterogêneos Com Irradiação TiO 2 /UV O 3 /UV O 3 TiO 2 /H 2 O 2 / UV Feixe de elétrons Ultra-som (US) H 2 O 2 /US UV/US O 3 /HO - O 3 /H 2 O 2 Sem Irradiação Eletro- Fenton

35 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS Os radicais hidroxila são espécies extremamente reativas, podendo reagir com a maioria das substâncias orgânicas com uma constante de velocidade na ordem de 10 6 a 10 9 L.mol -1.s -1. Dependendo da natureza da espécie orgânica, três tipos de mecanismos podem ocorrer durante este ataque : - abstração de hidrogênio: OH + CH 3 COCH 3 CH 2 COCH 3 + H 2 O (1) - adição de OH: OH + C 6 H 6 C 6 H 6 OH (2) -transferência de elétron: OH + Fe 2+ HO - + Fe 3+ (3) O ataque do radical hidroxila inicia complexas reações em cascata que podem levar a mineralização do composto orgânico. As rotas exatas para estas reações não estão completamente claras.

36 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS Exemplos: -compostos clorados são primeiramente oxidados a intermediários (aldeídos ou ácidos carboxílicos) e finalmente a CO 2, H 2 O e cloretos; -enquanto compostos orgânicos nitrogenados normalmente se oxidam gerando nitratos ou N 2. Desde que a geração de radicais OH em solução é um processo relativamente caro, É mais econômico usar os POAs para tratar apenas os resíduos resistentes aos processos de tratamento convencional, mais baratos Apropriado integrar um POA a um pré-tratamento das águas residuais por algum outro processo para descartar em primeiro lugar os materiais que oxidam-se facilmente

37 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS Sistema H 2 O 2 /UV Para iniciar a produção de radicais hidroxila e começar, assim, as oxidações, é usada frequentemente luz ultravioleta (UV). Comumente, adiciona-se à água poluída H 2 O 2 : que é irradiado na solução com luz UV fornecida por uma fonte potente na faixa de nm. O H 2 O 2 absorve luz UV e usa a energia obtida desta maneira para clivar a ligação O-O H 2 O 2 + h 2 OH (1) A aplicação deste sistema pode ser apreciado em diversos trabalhos: -degradação de corantes; -tratamento de esgoto doméstico; -degradação de fármacos e herbicidas, entre outros.

38 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS Sistema H 2 O 2 /Fe +2 (Reagente de Fenton) A capacidade oxidante da mistura de H 2 O 2 com sais de Fe 2+ foi inicialmente observada por Fenton no final do século XIX. Após 40 anos, foi proposto que o radical hidroxila é a espécie oxidante neste sistema, sendo capaz de oxidar várias classes de compostos orgânicos em uma reação espontânea: Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + OH + OH - k 1 = 76 L.mol -1.s -1 (1) O radical hidroxila formado pode oxidar outro íon Fe 2+, na ausência de substrato: Fe 2+ + OH Fe 3+ + OH - k 2 = 3 x 10 8 L.mol -1.s -1 (2) A estequiometria da reação (adicionando prótons para formação da água) é dada por: 2 Fe 2+ + H 2 O H + 2 Fe H 2 O (3)

39 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS Devido a características como a realização da reação à temperatura e pressão ambientes, não há necessidade de reagentes ou equipamentos especiais e pode ser aplicado a uma grande variedade de alvos. Assim, um grande número de trabalhos tem demonstrado a aplicabilidade deste sistema como: -degradação de fenóis e clorofenóis; - tratamento de chorume, entre outras diversas aplicações.

40 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS Sistema TiO 2 /UV No sistema constituído pela interação de TiO 2 com a radiação UV ocorre um processo denominado oxidação fotocatalítica. Neste tipo de processo, um material semicondutor (TiO 2, CdS, ZnO, etc) em solução aquosa absorve radiação eletromagnética com energia suficiente para superar o band-gap e, assim, produzir elétrons na banda de condução (e BC ) e lacunas na banda de valência (h + BV). Dessa forma, o processo se inicia com a formação do par elétron-lacuna: TiO 2 + h e BC + h + BV (1) Estes elétrons podem reduzir oxigênio dissolvido gerando íon radical superóxido (O 2 - ) e as lacunas, por sua vez, são capazes de oxidar H 2 O ou HO -, produzindo os radicais hidroxila:

41 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS TiO 2 (h + ) + H 2 Oad TiO 2 + HO ad + H + (2) TiO 2 (h + ) + HO - ad TiO 2 + HO ad (3) Estas reações são importantes devido à elevada concentração de H 2 O ou HO - adsorvidos na superfície do catalisador. O substrato pode ser oxidado através de reações com os radicais hidroxila e também quando se encontrar adsorvido na superfície do catalisador, através de reações de transferência de elétrons: TiO 2 (h + ) + RX ad TiO 2 + RX ad + (4) Entre os semicondutores que têm sido utilizados em aplicações ambientais, o TiO 2 é geralmente preferido devido ao seu alto nível de fotossensibilidade, disponibilidade, baixa toxicidade, elevada estabilidade química e baixo custo.

42 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS Ozonização O ozônio (O 3 ) é um gás incolor, altamente corrosivo, tóxico e de odor pungente. É um poderoso agente oxidante que foi usado no tratamento de água pela primeira vez em 1893 na Holanda e é ainda um tratamento freqüentemente utilizado na Europa e nos Estados Unidos. Propõem-se que o ozônio seja decomposto espontaneamente, durante o tratamento de água, por um complexo mecanismo que envolve a geração de radicais hidroxila com velocidades da ordem de L.mol -1.s -1. Assim, durante o processo de ozonização em solução aquosa, a oxidação pode ocorrer por meio de dois mecanismos: - via direta, onde ocorre a oxidação direta do substrato pelo ozônio molecular (O 3 (aq)); - via indireta, onde a oxidação do substrato é feita por radicais hidroxila produzidos durante a decomposição do O 3.

43 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS Estes dois caminhos competem pelo substrato, sendo a oxidação direta mais lenta do que a indireta. Por outro lado, a concentração de O 3 é relativamente mais alta do que a de radical hidroxila. 1)sob condições ácidas a via de oxidação por O 3 é a preferencial 2) sob condições que favoreçam a formação de radicais livres, tais como irradiação com UV, adição de H 2 O 2 e elevação do ph, a via indireta será favorecida. A aplicação do ozônio no tratamento de efluentes é bastante difundida tanto para desinfecção quanto para oxidação como, por exemplo, no controle de odor e sabor, descoloração, eliminação de micro poluentes.

44 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS Monitoramento dos Processos Oxidativos Avançados O objetivo das reações de degradação não é apenas promover o desaparecimento dos substratos, mas sim alcançar a oxidação completa a CO 2 e H 2 O (mineralização). Para que seja assegurado que tanto os substratos quanto os produtos originados neste processo tenham sido degradados. No entanto, a mineralização pode não ser completamente alcançada na maior parte dos tratamentos. Isto torna necessária a realização de um monitoramento mais adequado dos processos.

45 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS A eficiência dos processos oxidativos pode ser monitorada com auxílio de várias análises Medidas da demanda química e demanda bioquímica de oxigênio (DQO e DBO), que medem o oxigênio necessário para oxidar a matéria orgânica e inorgânica contida na amostra, ou carbono orgânico total (COT), que informa o grau de mineralização ocorrido. Os ensaios de toxicidade podem ser feitos com organismos (p. ex.: Daphnia. Magna) para medir a eficiência do processo em relação aos efeitos nocivos que podem ser causados pelas substâncias remanescentes ou formadas durante o processo. As análises para caracterização das substâncias formadas no processo: espectroscopia no infravermelho, espectrofotometria ultra-violeta visível e espectrometria de massas, que também podem ser acopladas a técnicas de separação como cromatografias a gás e líquida de alta eficiência.

46 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. Dependem do tipo de uso e ocupação do solo Cada uma dessas fontes possui características próprias quanto aos poluentes que transportam, como os efluentes domésticos, que por exemplo, contêm: -contaminantes orgânicos biodegradáveis; -nutrientes; -bactérias. Além do mais, a grande diversidade das indústrias existentes contribui para aumentar a variabilidade dos contaminantes aportados nos corpos de água.

47 INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Devido às diferentes espécies aportadas, torna-se praticamente impossível a determinação sistemática de todos os poluentes que possam estar presentes nas águas superficiais, em tempo relativamente curto. CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental IGAM Instituto Mineiro de Gestão das Águas (Resolução CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005) Selecionaram parâmetros físicos, químicos e bioensaios ecotoxicológicos de qualidade de água, levando em conta os mais representativos Parâmetros Físicos: temperatura, condutividade elétrica, sólidos totais, sólidos dissolvidos, sólidos em suspensão, cor, turbidez, alcalinidade total, alcalinidade bicarbonato, dureza de cálcio, dureza de magnésio.

48 INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Parâmetros Químicos: ph, oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito), fósforo total, surfactantes aniônicos, óleos e graxas, cianetos, fenóis, cloretos, ferro, potássio, sódio, sulfetos, magnésio, manganês, alumínio, zinco, bário, cádmio, boro, arsênio, níquel, chumbo, cobre, cromo (III), cromo (VI), selênio, mercúrio. Parâmetros microbiológicos: coliformes fecais, coliformes totais e estreptococos totais. Bioensaios Ecotoxicológicos: ensaios de toxicidade aguda (0 a 96horas efeito morte é o mais observado) e crônica (1/10 do ciclo vital até a totalidade da vida do organismo) com Ceriodaphnia dubia, visando a aprimorar as informações referentes à toxicidade causada pelos lançamentos de substâncias tóxicas nos cursos de água.

49 INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Para facilitar a interpretação das informações sobre a qualidade da água de forma abrangente e útil, para especialistas ou não A partir de um estudos feito em 1970 pela National Sanitation Foundation dos Estados Unidos, a CETEB e o IGAM, adaptaram e desenvolveram o Índice de Qualidade das Águas - IQA Tal índice incorpora nove parâmetros considerados relevantes para a avaliação da qualidade das águas Tem como determinante principal a utilização das mesmas para abastecimento público IQA = Produto ponderado das Qualidades da Água, variando de 0 a 100

50 INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Parâmetro 9 IQA = qi wi 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 qi = qualidade do parâmetro i obtido através obtido através da curva média específica de qualidade wi = peso atribuído ao parâmetro, em função de sua importância na qualidade, entre 0 e 1 i=1

51 INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS 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

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53 QUALIDADE DAS ÁGUAS

54 Referências Bibliográficas 1 BAIRD, C., Química Ambiental, Bookman, 2002, p (Resolução CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005). Consultada em 04/12/ (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) Consultada em 03/12/ Consultada em 03/12/12