Pontifícia Universidade Católica de Goiás Engenharia Civil. Professora: Mayara Moraes

Transcrição

1 Pontifícia Universidade Católica de Goiás Engenharia Civil Professora: Mayara Moraes

2 Tradicionalmente, a Hidrologia se ocupava basicamente da quantidade da água, e não da sua qualidade. Esta ótica está bem presente em grande parte dos livros de hidrologia aplicada. Entretanto, cada vez mais, é importante incluir um conhecimento mínimo de qualidade de água no estudo de hidrologia.

3 Há uma interligação entre qualidade e quantidade de água: Muitos problemas de qualidade estão associados à quantidade de água disponível para diluição de poluentes. Muitas fontes de poluentes surgem junto com a própria formação do escoamento. Hidrólogos não devem se dedicar apenas a questões de quantidade de água. Profissionais com uma visão mais abrangente são muito necessários.

4 Água Elemento vital para as atividades humanas e para a manutenção da vida. Para satisfazer as necessidades humanas e ambientais, é necessário que tenha certas características que variam com o seu uso. Análises clínicas: Tanto quanto possível isenta de sais e outras substâncias em solução ou suspensão. Navegação e geração de energia: Requisito de não ser excessivamente agressiva às estruturas. Pocessos biológicos, incluindo a manutenção dos ecossistemas, a alimentação humana e a dessedentação animal: Exigências intermediárias.

5 Alteração das características da água por quaisquer ações ou interferências, sejam elas ou não provocadas pelo homem: (Braga et al., 2005). Origem da palavra: Relacionada à condição estética da água, que parece suja quando a poluição pode ser percebida a olho nu.

6 Entretanto, a alteração da qualidade da água não se manifesta apenas em características estéticas. A água aparentemente limpa pode conter micro-organismos patogênicos e substâncias tóxicas.

7 Classificação quanto à facilidade com que se visualiza o ponto em que estão sendo lançados no corpo d água receptor: Cargas pontuais: Introduzidas por lançamentos facilmente identificáveis e individualizados, como os despejos de esgoto de uma indústria. Poluentes difusos: Lançados de forma distribuída (não é fácil identificar como são produzidos), como substâncias provenientes de áreas agrícolas, ou de drenagem pluvial urbana.

8 Aspectos fundamentais da qualidade da água são, normalmente, apresentados em termos de concentração de substâncias na água. A concentração é expressa como a massa da substância por volume de água, em mg/l, ou g/m³. C = massa volume

9 Exemplo: Ao acrescentar e dissolver 12 mg de sal em um litro de água pura, obtém-se água com uma concentração de 12 mg/l de sal.

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11 Na realidade, a mistura de um poluente lançado no rio com a água deste rio não é imediata. Ao longo de um trecho de comprimento L a jusante do ponto de lançamento, a água não pode ser considerada completamente misturada. Ex.: Confluência dos rios Amazonas e Negro águas fluem lado a lado por vários km até que suas águas se misturem. A rapidez com que um poluente se mistura à água do rio depende da turbulência, e a turbulência depende da velocidade e da quantidade de obstáculos e curvas.

12 Uma estimativa útil para um lançamento lateral em um rio pode ser obtida pela equação a seguir (Yotsukara, 1968 apud Chapra, 1997): L m = 8,52 U B 2 H L m = Distância a partir do ponto de lançamento para a qual pode se considerar que a mistura é completa (m); B = Largura média do rio (m); H = Profundidade média do rio (m); U = Velocidade da água (m/s).

13 Conceito ANA: Vazão de um rio necessária para diluir um efluente até que a concentração final da mistura seja inferior a um dado limite. C F = C R Q R + C A Q A Q R + Q A DADO

14 A carga ou fluxo de um poluente ou substância é dada pelo produto entre a vazão e a concentração. W = Q C ( g s ou kg s) Q F = Q R + Q A

15 Avaliação da qualidade da água: De acordo com algumas características físicas, químicas ou biológicas denominadas parâmetros de qualidade de água. Freqüentemente, mas não necessariamente, estes parâmetros são apresentados como concentração de certas substâncias presentes na água. Os valores destes parâmetros são importantes para a caracterização da água frente aos usos a que ela se destina. Por exemplo, para ser bebida a água não pode ter uma concentração excessiva de sais.

16 Principais parâmetros de qualidade de água: Temperatura Salinidade Oxigênio dissolvido (OD) ph DBO (poluentes orgânicos biodegradáveis) Concentração de coliformes fecais Concentração de metais pesados (Pb, Hg) Concentração de nutrientes para algas (N, P) Turbidez Concentração de sólidos Cor e odor Entre outros

17 A temperatura da água afeta algumas características físicas e químicas da água. Exemplo: solubilidade dos gases e densidade A temperatura também afeta o comportamento dos micro-organismos. Exemplo: velocidade com que os microorganismos degradam a matéria orgânica O efeito de quase todos os outros poluentes varia com a temperatura!!

18 As principais fontes de efluentes térmicos são as usinas termoelétricas, sejam elas nucleares ou a carvão.

19 Barragens com reservatórios profundos também podem despejar água com temperatura alterada em relação ao rio original. Tomada de água no fundo = água fria e sem oxigênio

20 Parâmetro importante na análise da poluição de um rio. Oxigênio necessário para manter as condições de vida dos seres que vivem na água. Concentrações de oxigênio dissolvido variáveis. Consumo de oxigênio pelos seres vivos, especialmente os organismos decompositores de matéria orgânica. Produção de oxigênio na água por fotossíntese de plantas e algas aquáticas ou por reareação, no contato com a atmosfera.

21 Entrada de oxigênio = reoxigenação A reoxigenação tem um limite, que é a concentração máxima de OD na água para uma dada temperatura (C OD-sat ). C OD-sat Temperatura C OD-sat Salinidade

22 Tabela: Condições de pressão atmosférica média ao nível do mar, com salinidade zero:

23 O OD tem papel fundamental na manutenção da vida aquática. Limite inferior de tolerância para peixes: 4 mg/l (referência) Valor real dependente da espécie. Certos peixes necessitam de concentrações de OD superiores para sobreviver, ou apresentar certos tipos de comportamento. Valores inferiores a 3mg/l tendem a ser prejudiciais para a maior parte dos vertebrados aquáticos.

24 Salmão: Depende de altíssimas concentrações de oxigênio dissolvido para sobreviver. Ideal: 9 mg/l Aceitável: entre 7-8 mg/l Fatal: inferior a 3.5 mg/l Dourado: Apresenta melhor crescimento e utilização de alimento quando cultivado em altas concentrações de oxigênio dissolvido, com valores superiores a 5 mg/l.

25 Expressa o grau de acidez ou alcalinidade da água (valores de 0 a 14): ph < 7: Águas ácidas ph > 7: Águas alcalinas O ph do meio (água) controla as reações químicas de muitos outros poluentes. Valores baixos de ph aceleram a decomposição de materiais potencialmente tóxicos. Valores altos de ph podem levar a um aumento na concentração de amônia, que é tóxica para os peixes.

26 Matéria orgânica presente na água: Decomposta por microorganismos que, em geral, consomem oxigênio no processo de decomposição. DBO = Demanda Bioquímica de Oxigênio: Representa o consumo potencial de oxigênio para decompor a matéria orgânica existente na água. Medida a partir de uma coleta de amostra que deve ser mantida a 20 C.

27 Medição da DBO: Tomar amostra com quantidade desconhecida de matéria organica consumidora de OD Medir a concentração inicial de OD Guardar amostra por 5 dias a 20 C, sem incidência de luz (para evitar fotossíntese) Medir a concentração final de OD Calcular a diferença entre as concentrações de OD Este tipo de medição padronizada resulta num valor conhecido como DBO 5,20 porque é realizada durante 5 dias a 20 C. OXÍMETRO

28 Inúmeros tipos de micro-organismos presentes nas águas: Alguns podem indicar presença de dejetos de origem animal. A água com micro-organismos de origem humana é potencialmente nociva, porque muitos tipos de doenças são transmitidas via a água. Testar a água para todos os micro-organismos potencialmente patogênicos: $$$! Mais comum: Verificação da presença ou concentração da bactéria Escherichia coli. Bactéria presente nos sistemas digestivos de animais de sangue quente Normalmente não é nociva, mas é usada como indicativo de contaminação com fezes humanas (ou de outros animais).

29 Presença e concentração de E.coli: Medida e expressa através da concentração de coliformes fecais em Número Mais Provável (NMP) por 100 ml de água NMP/100ml.

30 Poluentes ou parâmetros conservativos: Não reagem com o meio ou com outras substâncias, e não alteram a sua concentração por processos físicos, químicos e biológicos, exceto a mistura. Ex.: Sal. Poluentes ou parâmetros não conservativos: Se transformam em contato com o meio ou reagem com outras substâncias, alterando sua concentração ao longo do tempo. Ex.: Coliformes fecais, temperatura, DBO.

31 Conservativos Não conservativos

32 Os poluentes interagem com o meio e, além da diluição, podem alterar sua concentração por: Reações químicas Consumo na cadeia trófica Sedimentação (deposição no fundo) Trocas com a atmosfera Em geral, representam-se as transformações das substâncias com modelos simples como o decaimento de primeira ordem, em que a taxa de reação é linearmente proporcional à concentração. dc dt = kc Um dos exemplos mais interessantes é a interrelação entre OD e DBO em ambiente aquático.

33 DBO 5,20 : Se esperássemos mais tempo: Por que não esperar???

34 Tempo = $$$! Comportamento razoavelmente previsível a partir dos 5 dias Exponencial decrescente.

35 A diminuição da concentração de OD, significa que oxigênio está sendo consumido pela matéria orgânica que está se degradando (DBO). L = DBO remanescente Portanto, a DBO também está diminuindo, e tende a zero.

36 t = tempo k 1 = coeficiente de decaimento (com unidades de tempo -1 ) L = concentração de DBO L 0 = concentração de DBO no instante t=0 C = concentração de OD C 0 = concentração de OD no instante t=0

37 Quando é medida a DBO 5,20 de uma amostra de água, é calculada a diferença entre a concentração inicial de OD e a concentração de OD cinco dias depois. Para saber a quantidade total de OD que a matéria orgânica poderia ter consumido, se houvesse tempo para isso, é necessário estimar o valor de L 0, que é conhecida como DBO Última ou DBO Total.

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39 Valores típicos de k 1 podem ser encontrados a partir de medições de consumo de OD com duração maior do que 5 dias. Valores típicos de laboratório: entre 0,1 e 0,35 Valores práticos: entre 0,2 e 0,5 dias -1 Valores mais altos: efluentes não tratados Valores mais baixos para água relativamente limpa.

40 Alguns valores típicos de DBO total:

41 O oxigênio dissolvido na água de um rio vai sendo consumido pela decomposição da matéria orgânica. Por outro lado, a água é reoxigenada através da fotossíntese de plantas aquáticas e do contato com o ar atmosférico na superfície. Valores de OD dinâmicos! Característica importante dos rios: Capacidade de se recuperar do impacto causado por poluentes.

42 Considera-se um rio com água bastante limpa, em que a DBO é próxima de zero e a concentração de OD está próxima da saturação. Em um ponto, é lançado um efluente com alta concentração de DBO e concentração de OD próxima de zero. No ponto de lançamento do efluente poluído ocorre um aumento súbito da concentração de DBO e uma redução da concentração de OD. Estes valores vão voltando ao normal, com o tempo.

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44 RESOLUÇÃO DO CONAMA Nº 357, de 17 de março de 2005: Definição de classes de acordo com os usos da água e definição da qualidade da água mínima para cada uso. Estabelecimento de valores limites para alguns parâmetros de qualidade de água para cada classe.

45 Classe especial Águas destinadas ao abastecimento para o consumo humano, com desinfecção simples. Classe 1 Águas destinadas a: Recreação de contato primário (natação, vela...); Aqüicultura e atividades de pesca; Abastecimento para consumo humano após tratamento; Irrigação de hortaliças que são consumidas cruas; Irrigação de parques, jardins, campos de esportes e lazer, com os quais o público tem contato direto.

46 Classe 2 Águas destinadas a: Pesca amadora e recreação de contato secundário Irrigação de hortaliças que não são consumidas cruas e sem remoção de pele Irrigação de áreas de lazer de contato indireto do público. Classe 3 Águas destinadas à irrigação de culturas arbóreas ou cereais, ou à dessedentação de animais. Classe 4 Águas destinadas à navegação ou paisagismo.

47 Valores limites de alguns parâmetros de qualidade de água para diferentes classes, de acordo com a resolução CONAMA de 2005.