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1 PARÂMETROS DE QUALIDADE DE ÁGUA Agência Nacional de Águas - ANA Superintendência de Gestão da Rede Hidrometeorológica SGH Superintendente: Valdemar Guimarães Especialista: Maurrem Ramon Vieira

2 Parâmetros de Qualidade de Água

3 Parâmetros de qualidade de água O número de variáveis a ser utilizado no programa de monitoramento depende de seus objetivos. Considerando-se se a proposta apresentada por Chapman e Kimstach (Chapman, 2003), são definidos os seguintes grupos de variáveis para programas de monitoramento da qualidade da água. Variáveis gerais são variáveis que permitem obter uma avaliação preliminar da qualidade do corpo hídrico e que também podem dar uma indicação da necessidade de um monitoramento mais abrangente; Nutrientes são variáveis que permitem avaliar o nível trófico de ambientes lênticos e o potencial de contribuição dos ambientes lóticos para o processo de eutrofização dos primeiros, assim como permitem inferir sobre os processos de poluição dos corpos d água em razão do lançamento de esgotos e drenagem de áreas agrícolas;

4 Parâmetros de qualidade de água Matéria orgânica são as variáveis de qualidade que possibilitam determinar, de maneira direta ou indireta, a quantidade de matéria orgânica presente nos corpos d água, são importantes para a avaliação das condições dos corpos hídricos e também sobre processos de poluição decorrente do lançamento de efluentes com contaminantes orgânicos; Indicadores microbiológicos referem-se aos microrganismos associados à água, com potencial de risco para a saúde humana e em muitos casos estão associados a processos de poluição por excretas humanas ou animais, devido ao lançamento de águas residuárias nos corpos d água, ou então, devido à drenagem de áreas utilizadas para criação intensiva de animais; Indicadores biológicos são as variáveis que vão representar a diversidade, abundância, estabilidade e condições fisiológicas das populações de organismos aquáticos, que são dependentes das características físicas e químicas dos corpos hídricos;

5 Parâmetros de qualidade de água Variáveis substitutas referem-se às variáveis que podem representar um grupo específico de variáveis, ou então, podem indicar condições específicas sobre os corpos hídricos. Tais variáveis podem fazer parte de um dos grupos de variáveis apresentados anteriormente, mas em função da sua importância como variáveis sentinelas, são apresentadas em um grupo específico. Em um programa de monitoramento de qualidade de água, a escolha das variáveis a serem monitoradas também depende das características de ocupação e uso do solo da região de drenagem do corpo hídrico que se pretende avaliar, além do objetivo do programa de monitoramento, como já mencionado. Assim, os programas de monitoramento podem ser simples, com a utilização apenas de variáveis gerais e substitutas, ou então, complexos com a utilização de variáveis de outros grupos.

6 Parâmetros de Qualidade de Água Variáveis Gerais Temperatura ph Oxigênio Dissolvido Sólidos

7 Temperatura A temperatura é um fator que influencia praticamente todos os processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem na água. A unidade usual de temperatura para fins de monitoramento hidrológico é o grau Celsius o C. Os valores dos parâmetros ph, condutividade elétrica, DBO e oxigênio dissolvido são influenciados pela temperatura, sendo necessária a medição simultânea destes parâmetros com a temperatura da água. Todos os organismos aquáticos são adaptados para uma determinada faixa de temperatura e possuem uma temperatura preferencial. Eles conseguem suportar oscilações, especialmente aumentos da temperatura, somente até determinados limites, acima dos quais eles sofrem a morte térmica (organismos superiores) ou a inativação (microorganismos processo de pasteurização).

8 As variações de temperatura dos cursos d água são sazonais e acompanham as flutuações do clima durante o ano. No âmbito da faixa de temperatura usual em nossas águas superficiais (4 a 30 o C), um aumento da temperatura da água, em geral, têm como efeito (Branco, 1986): Temperatura Diminuição da densidade e da viscosidade da água, para temperaturas acima de 4 o C, facilitando a sedimentação de materiais em suspensão. Redução da solubilidade dos gases na água, entre eles o oxigênio, o CO 2 e a amônia. Evasão de substâncias orgânicas voláteis podendo causar maus odores. Aumento da velocidade das reações bioquímicas, aeróbias e anaeróbias, de degradação da matéria orgânica. Aumento da taxa de crescimento dos organismos aquáticos. Evasão de gases tóxicos H 2 S. Coagulação de proteínas que constituem a matéria viva. Aumento da toxicidade de substâncias dissolvidas na água, como rotenona.

9 Temperatura Devido à variação da densidade da água em função da temperatura verifica- se no verão, em ambientes lênticos com profundidades superiores a 20 metros e baixa velocidade de escoamento (fluxo laminar), são formadas camadas de água com diferentes temperaturas e com elevada estabilidade. No caso de lagos e reservatórios, a camada mais quente e mais próxima à superfície (com profundidade aproximada de 10 m) é chamada de epilímio, a camada intermediária, onde ocorre uma mudança brusca de temperatura, é chamada termóclina, camada de descontinuidade ou metalímio, e a camada inferior mais fria é denominada hipolímio.

10 Temperatura Enquanto houver uma suficiente diferença de temperatura estas camadas não se misturam. Sendo assim, desenvolve-se também dentro de lagos e reservatórios, com profundidades superiores a 20 m, uma diferença na composição das águas em cada região, em relação ao ph e à concentração de gases e de outras substâncias dissolvidas, influenciando o tipo dos organismos que se desenvolvem em cada região. Quando as temperaturas epilímio e do hipolímio se aproximam (geralmente no inverno), e sob ação dos ventos, pode ocorrer a ruptura destas camadas e a recirculação interna das águas. Nestes casos, nutrientes e substâncias orgânicas sedimentadas podem ser ressuspensas gerando grande demanda de oxigênio, podendo resultar em mortandade de peixas devido ao consumo total do oxigênio dissolvido. As medições de temperatura da água devem ser feitas sempre no local da coleta, juntamente com uma medida da temperatura do ar (à sombra).

11 ph As letras ph são a abreviação de potencial hidrogeniônico. O ph é um parâmetro adimensional e tem o valor calculado pelo negativo do logaritmo decimal da atividade ou concentração dos íons hidrogênio (H + ). Ácido Neutro Básico ph [H + ] O ph teórico da água pura é 7, denominado como ph neutro. Entretanto, o valor do ph de águas naturais normalmente difere do valor 7. Esta variação é devido à presença de outras substâncias, tais como: o ácido carbônico e demais substâncias do sistema carbonato, as substâncias húmicas, compostos provenientes de despejos industriais, etc.

12 ph Não contando com fatores excepcionais, o valor do ph de águas naturais oscila entre 6,5 e 8,5. Valores de ph na faixa de 6 a 9 são considerados compatíveis, a longo prazo, para a maioria dos organismos. Valores de ph acima ou abaixo destes limites são prejudiciais ou letais para a maioria dos organismos aquáticos, especialmente para os peixes. Alguns rios como o Negro e outros de coloração naturalmente escura podem apresentar naturalmente ph entre 4,0 e 6,0 devido à presença de substâncias húmicas. Valores de ph de rios acima de 10,0 ou abaixo de 4,0 indicam a contaminação por efluentes industriais ou a ocorrência de acidentes com vazamento de produtos químicos. Em lagos e reservatórios com elevada densidade de fitoplâncton, o ph pode atingir naturalmente valores acima de 9,0 durante o período de máxima insolação, devido à atividade fotossintética das algas, que removem o CO 2 alterando todo o sistema carbonato.

13 ph Nestas situações o aumento do ph (> 8,0) intensifica o processo de eutrofização, pois os fosfatos adsorvidos aos hidróxidos de ferro (III) e de alumínio, e depositados no sedimento de fundo dos lagos e reservatórios, são novamente liberados, enriquecendo as águas com nutrientes. A toxicidade do ph está relacionada, dentre outras coisas, à sua influência na composição química da água. O ph influencia na solubilidade das substâncias (sais metálicos), na predominância de determinadas espécies mais ou menos tóxicas e nos processos de adsorção/sedimentação dos metais e outras substâncias na água. Por exemplo: a concentração do íon amônio e da amônia é relacionada pela equação de equilíbrio: NH 3 + H + NH 4+.

14 ph Para valores de ph crescentes e temperaturas elevadas, o equilíbrio favorece (é deslocado) a formação da amônia (NH 3 ), a qual é fortemente tóxica para os peixes. Concentrações de 0,01 mg/l de amônia já produzem danos aos alevinos de peixes e a peixes mais sensíveis e concentrações de 0,2 mg/l de amônia são letais para os alevinos. Distribuição entre as formas de amônia ph < 8: Praticamente toda a amônia na forma NH 4+ ; ph = 9,5: 50% NH 3 e 50% NH 4+ ; ph > 11: Praticamente toda a amônia na forma NH 3. Valores de ph fora da faixa de 6,0 a 9,0, podem resultar na inibição parcial ou completa dos processos metabólicos (naturais) dos microorganismos envolvidos na estabilização da matéria orgânica, especialmente pelo processo anaeróbio.

15 Oxigênio Dissolvido O oxigênio na água, cuja unidade é mg/l, pode provir de duas fontes: endógena e exógena. A primeira, diz respeito ao oxigênio produzido através da fotossíntese dos organismos aquáticos fotossintetizantes. A segunda refere-se ao oxigênio atmosférico, transferido para água através da difusão. A taxa de introdução do oxigênio nas águas a partir da atmosfera depende do nível de turbulência da água, ou seja, a taxa de reaeração superficial em uma cascata é maior do que a de um rio de velocidade normal, que por sua vez apresenta taxa superior à de um lago ou reservatório. A solubilidade do oxigênio na água é regida pela Lei de Henry, que define a concentração de saturação de um gás na água, em função da temperatura e da pressão parcial. A solubilidade de oxigênio na água relaciona-se com sua pressão parcial através da expressão: C sat sat = K O2 O2 p O2

16 onde: Oxigênio Dissolvido C sat é a concentração de saturação do oxigênio; K O2 é a constante de solubilidade de oxigênio na água; e p O2 é a pressão parcial do oxigênio no ar (fração molar do oxigênio no ar (0,21) multiplicada pela pressão atmosférica local). A dependência da solubilidade do oxigênio com a temperatura esta embutida no valor da constante de solubilidade K O2, tendo em vista sua dependência da temperatura. De forma geral, a solubilidade dos gases na água diminui com o aumento da temperatura. Além disso, a presença de sais dissolvidos na água reduz a solubilidade do oxigênio.

17 Oxigênio Dissolvido Varias correlações empíricas foram desenvolvidas para determinação da concentração de saturação de oxigênio dissolvido em função da temperatura, dentre elas temos a expressão de Pöpel: C S (mg/l) = 14,652 4,1022x104,1022x10-1 T+7,9910x10-3 T2 7,7774x10-5 T3 S onde: T é a temperatura média anual em o C (pressão de 1atm). A expressão de Pöpel é relativa a uma pressão de 01 atm, ou seja, ao nível do mar. Como a pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude, a concentração de saturação do oxigênio também diminui com o aumento da altitude, ainda que a temperatura se mantenha constante.

18 Oxigênio Dissolvido Uma das expressões que relacionam a concentração de oxigênio com a altitude é a seguinte: f H = C S /C S = (1 H/9450) onde: C S é a concentração de saturação na altitude H, em metros; C S é a concentração de saturação ao nível do mar (P = 01 atm); e f H é o fator de correção da concentração de saturação pela altitude. Além da dependência da pressão e da temperatura, a solubilidade do oxigênio dissolvido é função da salinidade, conforme pode ser visualizada na tabela seguinte.

19 Oxigênio Dissolvido Através desta tabela podemos verificar que, à medida que a temperatura da água aumenta, a redução da solubilidade do oxigênio na água com o aumento da concentração de cloretos, diminui. Concentração de cloretos (mg/l) Diferença T ( o C) por 100 mg Oxigênio dissolvido (mg/l) de cloreto

20 Oxigênio Dissolvido O oxigênio é um gás de baixa solubilidade na água e se dissolve sem reagir com esta. Uma amostra de água, sem gases dissolvidos, quando entra em contato com o ar atmosférico começa a incorporar os gases presentes no ar, especialmente o oxigênio, através da reação: O 2(g) O 2(aq) Se houver tempo suficiente, esta reação se processará até que a concentração de O 2(aq), ou oxigênio dissolvido (OD), atinja um valor limite máximo C sat, denominado concentração de saturação. Em locais onde há muita turbulência ou em lagos e reservatórios onde há uma atividade fotossintética elevada é possível encontrar valores de oxigênio dissolvido acima do limite de saturação para aquela pressão atmosférica e temperatura.

21 Oxigênio Dissolvido Neste caso, a taxa de produção ou incorporação do oxigênio na água é maior que a taxa de difusão do excesso de oxigênio para a atmosfera. Contudo, assim que a produção ou a turbulência cessar, a concentração de oxigênio dissolvido tenderá para seu valor de saturação naquela temperatura e pressão específica. A variação da concentração de OD ocorre sazonalmente, ou mesmo em períodos de 24 h, em razão da temperatura e atividade biológica. Concentrações muito abaixo dos valores de saturação podem indicar atividade biológica intensa, principalmente em decorrência de carga orgânica elevada no corpo receptor. Em ambientes lóticos a baixa concentração de OD em um ponto não implica que a fonte de poluição esteja próxima, em geral ela ocorreu em um ponto à montante do local da coleta.

22 Oxigênio Dissolvido A poluição térmica também pode resultar em valores de OD abaixo do limite de saturação, neste caso, a fonte de poluição está próxima do local de coleta da amostra. Em lagos, devido a estratificação térmica e outros fatores, a concentração de OD varia com a profundidade, sendo maior na superfície e menor no fundo. A medida de OD deve sempre estar associada à temperatura e o resultado deve ser comparado com a concentração de saturação, que também é função da salinidade do corpo d água. Em ambientes lênticos estratificados, a ocorrência da quebra da estratificação pode resultar na mistura do corpo hídrico e a ressuspensão de matéria oxidável sedimentada. Nesses casos a concentração de OD pode diminuir atingindo valores críticos para muitos organismos aquáticos, o que não tem relação com processos antrópicos de poluição.

23 Oxigênio Dissolvido Qualquer massa d água isenta de matérias oxidáveis tem uma concentração de oxigênio dissolvido próxima da saturação. Quando uma carga poluidora é introduzida, uma quantidade de oxigênio é demandada para promover, principalmente, a oxidação da matéria orgânica, através de processos de digestão aeróbia realizada por microorganismos, especialmente bactérias aeróbias. Este processo é denominado de desoxigenação. Quando o oxigênio é consumido pelas bactérias cria-se um déficit em relação à concentração de saturação, este déficit provoca um fluxo difusivo de oxigênio do ar para o corpo d água. A taxa de difusão é função do défict de oxigênio e do grau de turbulência das águas. Além disso, as algas, através da fotossíntese, também contribuem para a oxigenação das águas naturais. Todo este processo é denominado de reoxigenação. Quando a taxa de desoxigenação, associada à poluição por matéria orgânica, for superior à taxa de reoxigenação a concentração de OD tenderá a diminuir.

24 Oxigênio Dissolvido O elevado calor específico da água e a sua baixa capacidade de solubilizar o oxigênio tornam o ambiente aquático extremamente vulnerável à poluição orgânica e térmica. Neste ambiente encontramos organismos aeróbios vivendo dentro de limites estreitos de concentração de oxigênio e com baixa capacidade de absorver flutuações na concentração deste gás. Alguns rios apresentam naturalmente em determinadas épocas do ano valores de oxigênio dissolvido relativamente baixos, sem que este comportamento possa ser atribuído à atividade antrópica. Este comportamento é verificado principalmente nos rios do Pantanal e na bacia Amazônica. Tendo em vista todos os fatores intervenientes nos valores de oxigênio dissolvido, sempre que possível sua determinação deve ser feita em campo utilizando sensores específicos.

25 Sólidos As águas naturais apresentam quantidades mais ou menos elevadas de sólidos, quantificados em termos de concetração, mg/l, provenientes das seguintes fontes: dissolução das rochas; decomposição da matéria orgânica (ácidos húmicos); carreamento natural de sedimentos; processos erosivos; e atividades humanas (despejos industriais e sanitários, agricultura, etc). A quantidade de sólidos nas águas é sazonal variando muito do período seco para o período chuvoso, dependendo, principalmente, do tipo do solo, da intensidade das chuvas, do tipo de uso e ocupação da bacia hidrográfica, e do tipo de cobertura vegetal.

26 Sólidos A presença de vegetação no entorno dos corpos d água, e especialmente em suas margens (mata ciliar), favorece a infiltração das águas das chuvas, reduzindo o volume de água que escoa superficialmente. Além disso, a estrutura radicular das plantas estabiliza o solo, estruturando-o o e conferindo-lhe maior resistência à desagregação, reduzindo a ocorrência de erosão. Estes fatores e a existência de áreas não impermeabilizadas nos aglomerados urbanos (parques e praças), que permitam a infiltração das águas de chuva, contribuem para redução do aporte de sedimentos (sólidos) nos corpos d água. As atividades de extração de areia para construção civil e de mineração (de ouro e de pedras preciosas) em rios, através de dragas e bateias, também são responsáveis pelo aporte de elevadas quantidades de sólidos nos corpos d água, resultando freqüentemente em seu assoreamento.

27 Sólidos Os sólidos são classificados em termos de seu tamanho basicamente em três categorias, quais sejam: dissolvidos (< 10-3 µm); coloidais (entre 10-3 e 1µm); e suspensos (> 1µm). Devido à dificuldade prática de separação entre os sólidos coloidais e os dissolvidos, consideram-se se dissolvidos (não filtráveis) aqueles que apresentam tamanho inferior a 0,45µm, ou seja, que não são retidos em uma membrana filtrante com abertura de 0,45µm, e suspensos (filtráveis) os sólidos que apresentam tamanho superior a 0,45µm. A soma dos sólidos suspensos com os dissolvidos é igual aos sólidos totais presentes na água. A concentração de sólidos suspensos é um parâmetro importante para a avaliação econômica dos projetos de reservatórios. Com à alteração do regime de escoamento do rio, grande parte dos sólidos em suspensão tenderá a se sedimentar reduzindo progressivamente o volume útil do reservatório.

28 Sólidos O lançamento de esgotos domésticos sem tratamento nos corpos d água, pode elevar muito a concentração de sólidos suspensos. A sedimentação das partículas sólidas acelera a precipitação (através do arraste) e soterra as partículas orgânicas em suspensão, que servem de alimento à fauna aquática. Concentrações elevadas de sólidos dissolvidos totais (SDT), (elevada condutividade) representam inconvenientes para o uso da água na irrigação. Teores de sais dissolvidos superiores a 500 mg/l já comprometem determinadas culturas. Águas com alto teor de sódio podem alterar a estrutura do solo, substituindo cátions polivalentes da estrutura de zeólitas, argilas e de outros alumino silicatos, através de reações de troca iônica, resultando na redução da permeabilidade do solo, com reflexos sobre a drenagem e influindo na salinidade do mesmo.

29 Sólidos A presença de substâncias húmicas dissolvidas nas águas levam ao desenvolvimento de cor nas mesmas e representa uma dificuldade adicional para seu tratamento nas estações de tratamento de água para abastecimento. Além disso, a desinfecção de águas coloridas não deve ser realizada com cloro devido à possibilidade de formação organoclorados, que são potencialmente cancerígenas. A presença de elevadas concentrações de sólidos suspensos na água bruta utilizada como manancial em estações de tratamento de água encarecem o processo, e sua presença na etapa de cloração reduz a eficiência da desifecção.

30 Parâmetros de Qualidade de Água Nutrientes Nitrogênio Fósforo

31 Nutrientes nitrogênio e fósforo O nitrogênio inorgânico provém principalmente da atividade de bactérias nitrificantes que, a partir da matéria orgânica vegetal ou animal, no solo ou na água, produzem nitratos. Os nitratos podem provir do próprio terreno, em regiões salitradas naturalmente ou adubadas quimicamente. Além disso, é conhecido o fato de várias algas cianofíceas terem a capacidade de fixar diretamente o nitrogênio do ar. O nitrogênio é essencial para os organismos vivos pois é um constituinte importante das proteínas, incluindo o material genético. As plantas e os microrganismos convertem o nitrogênio inorgânico em orgânico, o que o define como nutriente.

32 Nutrientes nitrogênio e fósforo A presença de nitrogênio é mais relevante em ambientes lênticos ou em ambientes lóticos que alimentam lênticos. Elevadas concentrações de compostos da série do nitrogênio pode ser um indicativo de poluição por matéria orgânica. O nitrogênio presente em despejos domésticos, em geral, está na forma orgânica, sendo convertido às formas amoniacal, nitrito e nitrato, à medida que a matéria orgânica vai sendo degradada pelos organismos aquáticos.

33 Nutrientes nitrogênio e fósforo Assim como o nitrogênio o fósforo também é um nutriente essencial para os organismos vivos, podendo estar presente nos corpos hídricos na forma dissolvida e particulada. O fósforo pode provir de rochas fosfáticas, apatitas e, ao que parece, pode ser originado no solo, por atividade de bactérias ainda pouco conhecidas, capazes de reduzir fosfatos a fosfitos, hipofosfitos e fosfina. Pode ser levado à água, ainda, por drenagem de terrenos quimicamente adubados. Entretanto, a principal fonte dos dois elementos é constituída pelos esgotos domésticos, que levam às águas compostos orgânicos complexos que, através da oxidação biológica, contribuem para formação de fosfatos e nitratos (Branco, 1986).

34 Nutrientes nitrogênio e fósforo Apesar da quantidade de nitrogênio exigido pela maioria dos organismos ser bem superior à de fósforo, com relação ao fenômeno da poluição o fósforo se apresenta como fator de maior importância, uma vez que, ainda que o suprimento de nitrogênio seja deficiente, este pode ser obtido a partir do ar atmosférico, sendo impossível exercer-se um controle sobre o teor presente nas águas. O fósforo, sendo fornecido somente pelos despejos, pode ser mais bem controlado na prevenção contra a poluição. Ligeiros aumentos do teor de nitratos e fosfatos em águas de rios e lagos levam, freqüentemente, a fenômenos de floração ou, de qualquer modo, à elevação do número de organismos de determinadas espécies.

35 Nutrientes nitrogênio e fósforo As algas obedecem a este comportamento também em relação ao enxofre, potássio, magnésio e outros elementos. O fato de, em águas naturais, somente a elevação do nitrogênio ou do fósforo produzirem o aumento do número de organismos, significa que essas águas contêm, normalmente, quantidades suficientes dos demais elementos. A eutrofização é definida como o aumento da concentração de nutrientes em um corpo d água, e pode resultar no aumento de sua produtividade. Este fenômeno pode provocar a deterioração da qualidade das águas devido à redução da penetração da luz solar, e à redução da concentração de oxigênio dissolvido, o qual é utilizado para decomposição das algas mortas por falta de luz. Este fenômeno ocorre principalmente em lagos e reservatórios, sendo menos comum em rios.

36 Parâmetros de Qualidade de Água Matéria Orgânica DBO DQO

37 Matéria Orgânica nas Águas A matéria orgânica é um nome genérico que engloba todos as substâncias compostas basicamente por carbono, hidrogênio, oxigênio. Estas substâncias estão presentes na organização de todos os seres vivos. Sendo assim, a matéria orgânica naturalmente está presente nas águas superficiais, devido à drenagem do solo e à produtividade primária das algas, que fixam o carbono inorgânico convertendo-o o em compostos orgânicos complexos. Além disso, a atuação do homem no planeta contribui bastante para o aporte de compostos orgânicos para as águas. Este aporte está relacionado com o lançamento de esgotos domésticos e industriais sem tratamento nos corpos d água. A matéria orgânica presente nas águas pode estar na forma dissolvida ou particulada.

38 Matéria Orgânica nas Águas A matéria orgânica dissolvida se distribui ao longo do volume do corpo d água e acompanha seu fluxo, até que a atividade dos organismos decompositores aeróbios, quando ainda existe oxigênio dissolvido, e anaeróbios, depois de exaurido todo o oxigênio, converta os compostos orgânicos complexos em gás carbônico, metano e outras substâncias orgânicas de baixo peso molecular. Já o comportamento da matéria orgânica particulada depende do regime de escoamento do corpo d água. Se o regime for turbulento, somente as partículas maiores irão sedimentar. Para velocidades de escoamento menores, partículas de menor tamanho tenderão a sedimentar. Em ambos os casos as partículas sedimentadas continuam a se movimentar, geralmente acompanhando o fluxo do corpo d água em velocidade bastante inferior.

39 Matéria Orgânica nas Águas A matéria orgânica sedimentada também é decomposta pela atividade bacteriana. Quando ainda existe oxigênio disponível no corpo d água, na interface entre o sedimento e a água, ocorre a decomposição aeróbia da matéria orgânica sedimentada, e o conseqüente consumo de oxigênio. Esta demanda de oxigênio é chamada de demanda bentônica. Nas camadas inferiores do sedimento, a decomposição da matéria orgânica é realizada exclusivamente por microorganismos anaeróbios, devido à ausência de oxigênio dissolvido. A fração da matéria orgânica total que é decomposta pela atividade dos organismos aeróbios e anaeróbios é denominada de matéria orgânica biodegradável. Já a fração que permanece inalterada, é denominada de matéria orgânica inerte ou não biodegradável.

40 Matéria Orgânica nas Águas A matéria orgânica pode chegar ao corpo d água de forma concentrada no espaço ou de forma difusa. A primeira é chamada de poluição pontual e é mais fácil de localizar, pois geralmente é associada à confluência de tubulações ou galerias de esgotos domésticos ou industriais. A segunda é chamada de poluição difusa e se caracteriza pelo aporte de pequenos volumes distribuídos ao longo de maiores extensões.

41 Impactos causados pelo aporte de matéria orgânica Apesar de ser naturalmente encontrada nas águas, a matéria orgânica, quando em excesso provoca grandes distúrbios nos ecossistemas aquáticos. Quando a matéria orgânica atinge um corpo d água, proveniente, por exemplo dos esgotos municipais, o primeiro fenômeno que se observa é o aumento da turbidez, decorrente da presença de partículas em suspensão e a formação de bancos de lodo decorrentes da sedimentação da matéria orgânica particulada. Paralelamente inicia-se a proliferação de bactérias aeróbias devido a grande disponibilidade de alimento (matéria orgânica) e de oxigênio. O processo metabólico das bactérias aeróbias resulta no consumo do oxigênio dissolvido, utilizado na oxidação da matéria orgânica. A medida em que as bactérias se multiplicam e a matéria orgânica é removida do corpo d água, a concentração de oxigênio diminui resultando no desaparecimento das espécies mais sensíveis, como os peixes.

42 Impactos causados pelo aporte de matéria orgânica Quando as concentrações de matéria orgânica são muitas elevadas, a atividade decompositora das bactérias aeróbias pode resultar no completo consumo do oxigênio dissolvido. Nesta situação ocorre uma redução na população destes organismos e começam a se proliferar bactérias anaeróbias. No metabolismo anaeróbio são gerados subprodutos que provocam a geração de maus odores. Quando a matéria orgânica começa a se tornar escassa, as populações de bactérias diminuem e a taxa de consumo de oxigênio torna-se inferior à taxa de introdução de oxigênio da atmosfera, resultando num aumento gradual de sua concentração. Com o aumento da concentração de oxigênio dissolvido voltam a aparecer peixes e outros organismos aeróbios. Ao conjunto de fenômenos que resultam na restauração do equilíbrio aquático dá-se o nome de processo de auto depuração. Este processo ocorre através de mecanismos inteiramente naturais.

43 Métodos de determinação da matéria orgânica - DBO A identificação dos compostos individuais que constituem a matéria orgânica natural das águas ou dos esgotos é de difícil solução analítica, pois, geralmente, são compostos de fórmulas complexas, de alto peso molecular, e estrutura variável, à medida que vão sendo degradados biologicamente. Sendo assim, a determinação da matéria orgânica nas águas é feita de forma agrupada, ou seja, as substâncias orgânicas são determinadas como um todo. Os métodos mais utilizados de análise e determinação da matéria orgânica são métodos indiretos, ou seja, eles determinam a concentração de matéria orgânica através da determinação da quantidade de oxigênio consumido na degradação biológica da matéria orgânica (DBO), ou através da quantidade de oxidante químico forte (dicromato de potássio) consumido na oxidação de toda a matéria oxidável presente na água (DQO).

44 Métodos de determinação da matéria orgânica - DBO A DBO, ou demanda bioquímica de oxigênio, mede a quantidade de oxigênio consumido para a oxidação biológica da matéria orgânica, e é expresso em mg O 2 /L. Neste processo, as bactérias presentes na água são as responsáveis pela decomposição da matéria orgânica e pelo conseqüente consumo de oxigênio dissolvido. A determinação da DBO é feita medindo-se a diferença entre a concentração de oxigênio na água no momento da coleta, e após um determinado tempo, em dias. Existem diversos tipos de DBO, os quais diferem entre si pela duração do processo de digestão aeróbia da matéria orgânica. A DBO 5 se refere a demanda biológica de oxigênio no 5 o dia de digestão. A DBO u, denominada DBO última, refere-se à demanda de oxigênio após a decomposição de toda a matéria orgânica biodegradável presente.

45 Métodos de determinação da matéria orgânica - DBO Geralmente são necessários 20 dias de digestão para que não seja mais observada alteração na concentração de oxigênio dissolvido. A temperatura na qual é realizado o teste de DBO é padronizada em 20 o C, tendo em vista que a temperatura, dentro de determinadas faixas, acelera o metabolismo das bactérias. A medida de DBO mais largamente utilizada como parâmetro de avaliação da carga orgânica poluidora é a DBO 5 20 o C. Apesar desta medida fornecer apenas uma estimativa da quantidade total de matéria orgânica presente na água, ela é muito utilizada devido ao tempo relativamente reduzido necessário para realização da análise. Os dados de DBO fornecem uma avaliação indireta da quantidade de matéria orgânica biodegradável presente na água. Contudo, podem ocorrer casos em que os resultados da DBO não correspondam à realidade.

46 Métodos de determinação da matéria orgânica - DBO Podem existir compostos orgânicos na água que, apesar de biodegradáveis, necessitam de um tempo de aclimatação para que se desenvolvam bactérias capazes de digeri-lo. A presença de metais pesados e de outras substâncias tóxicas pode inibir a ação das bactérias aeróbias resultando em valores irreais de DBO. As bactérias necessitam de determinadas substâncias, além do carbono, para que possam se alimentar e reproduzir, denominadas nutrientes. Os nutrientes exigidos em maior concentração são o nitrogênio e o fósforo. A ausência destes nutrientes em concentrações adequadas pode inibir a ação das bactérias, produzindo também um falso resultado na análise de DBO.

47 Métodos de determinação da matéria orgânica - DQO A DQO é uma análise que determina toda a matéria oxidável presente na água. Desta forma, tanto a matéria orgânica biodegradável, quanto aquela não biodegradável estão embutidas nos resultados da análise, assim como substâncias inorgânicas, como o Fe(II) o Mn(II) e outras passíveis de sofrerem oxidação. No teste de DQO a oxidação é realizada por um reagente químico oxidante forte, o dicromato de potássio (K 2 Cr 2 O 7 ) a quente (150 o C) e em meio ácido. Nestas condições, o dicromato reage com toda matéria orgânica presente no efluente produzindo CO 2 e água. Os resultados da análise de DQO também são expressos em mg O 2 /L. A duração da análise é de cerca de 03 horas e os resultados refletem com grande segurança todo o conteúdo de material oxidável presente na água. A determinação da DQO é feita medindo-se a quantidade de dicromato restante, após as 02 horas de digestão.

48 Métodos de determinação da matéria orgânica - DQO A diferença entre a quantidade inicial e a quantidade residual (não consumida) é igual a quantidade utilizada na oxidação dos compostos oxidáveis presentes no efluente. Na análise da matéria orgânica na água é conveniente a realização das duas análises, quais sejam, DQO e DBO 5.

49 Métodos de determinação da matéria orgânica DBO x DQO Vantagens Determinação simples Simula um processo natural no meio aquático Padronizado em todo o mundo e utilizado como variável em modelos e como parâmetro na legislação (DBO 5 20 o C) DBO Desvantagens Requer 5 dias para produzir o resultado É de precisão média pelo fato de ser um método biológico Está sujeito à ação de agentes tóxicos na água, resultando em um valor irreal, inferior àquele realmente presente na água Pode exigir a aclimatação da cultura de biodegradação Sensível à disponibilidade de nutrientes

50 Métodos de determinação da matéria orgânica DBO x DQO Vantagens Determinação simples Determinação rápida (3 horas) Maior precisão que a DBO Não é sujeito à ação de substâncias tóxicas Não exige aclimatação Está na legislação como parâmetro de controle DQO Desvantagens As condições agressivas de oxidação não distinguem a fração biodegradável da matéria orgânica Não simula o processo natural de degradação

51 Parâmetros de Qualidade de Água Indicadores Microbiológicos Coliformes Termotolerantes

52 Coliformes termotolerantes Os coliformes termotolerantes representam uma grande variedade de microrganismos que habitam o intestino dos animais de sangue quente. Assim a sua presença nos corpos hídricos indica possibilidade de contaminação por excretas humanos, seja pelo despejo de efluentes domésticos ou pela drenagem superficial. Podem ser encontrados em águas com altos teores de matéria orgânica, ou em solo e material vegetal em decomposição, sem necessariamente haver contaminação fecal. São utilizados como padrão para a qualidade microbiológica da água para balneabilidade, consumo humano, aquicultura. Tem a vantagem de possuírem métodos rápidos, simples e padronizados. Escherichia coli (água doce) e Enterococos (águas salinas) são melhores indicadores de contaminação fecal.

53 Parâmetros de Qualidade de Água Indicadores Biológicos

54 Clorofila a Eutrofização cultural ou antrópica - enriquecimento de nutrientes e matéria orgânica e sedimentos carreados da bacia hidrográfica levam a um aumento da produtividade primária dos corpos de água, em especial lagos e reservatórios. Excessiva proliferação de algas. Variável mas representativa em corpos de água lênticos. Avaliada através da extração e espectrofotometria ou fluorimetria. Podem ser avaliados outros pigmetos e a feoftina, que é um indicador da saúde do fitoplanctôn.

55 Densidade de Cianobactérias Eutrofização cultural ou antrópica - enriquecimento de nutrientes e matéria orgânica e sedimentos carreados da bacia hidrográfica levam a um aumento da produtividade primária dos corpos de água, em especial lagos e reservatórios. Observada a dominância de espécies de cianobactérias. Florações de cianobactérias são potencialmente tóxicas. Neurotóxicas, dermatotóxicas, citotóxicos, hepatotóxicos. A liberação das toxinas para o meio ambiente ainda precisa ser mais estudada. Podem liberar para a água neurotoxinas ou hepatoxinas que são extremamente tóxicas para os mamíferos. Na água para abastecimento público a concentração de toxinas deve ser monitorada, em especial as microcistinas. Avaliada por meio de contagem celular (celulas/ml) ou biovolume (mm 3 /ml). Para padrões de potabilidade são avaliadas as concentrações de toxinas.

56 Ensaios ecotoxicológicos Ensaios realizados para determinar o efeito deletério de agentes físicos ou químicos a diversos organismos aquáticos (Definição CONAMA n 357/ ). Organismos aquáticos, sob condições controladas e definidas de ph, oxigênio e temperatura são expostos a diferentes diluições de um efluente ou água bruta; sendo avaliado o efeito tóxico. População homogênea e de sensibilidade definida (bactérias, algas, microcrustáceos, peixes) Testes agudos (detectam os efeitos imediatos, geralmente irreparáveis) crônicos/sub-letais (danos que se mostram após um tempo maior de exposição). ou Valor da concentração efetiva é inversamente proporcional à toxicidade da amostra. Atualmente está sendo discutida uma regulamentação dos testes na Resolução CONAMA n 357/2005.

57 Parâmetros de Qualidade de Água Variáveis Substitutas Turbidez Condutividade Elétrica

58 Turbidez A turbidez das águas é causada pela dispersão dos raios luminosos devido à presença de partículas em suspensão, tais como: silte, partículas coloidais, microorganismos, óleo emulsificado, etc. A unidade de medida da turbidez é a NTU unidade nefelométrica de turbidez. Na determinação nefelométrica da turbidez a medida da quantidade de material sólido suspenso, é feita a partir da intensidade de luz dispersa num ângulo de 90 em relação a um feixe de luz incidente. As partículas em suspensão podem ser opacas ou transparentes, coloridas ou incolores. Quando as partículas são coloridas, podem absorver seletivamente ou refletir a luz, dando origem a uma cor aparente na água. Por exemplo: no caso da presença de grande quantidade de microorganismos clorofilados (algas) é desenvolvida a chamada turbidez verde. Nesse caso, a simples filtração é suficiente para revelar a natureza aparente dessa coloração.

59 Turbidez O efeito típico da turbidez produzida por partículas incolores caracteriza-se por uma redução relativamente uniforme da transmissão das radiações em todas as regiões do espectro, não interferindo na coloração. De forma geral qualquer aumento na concentração de sólidos em suspensão deve ser acompanhado de um aumento na turbidez e uma redução da transparência da água. A profundidade máxima de visibilidade Transparência é bastante influenciada pela turbidez, reduzindo muito com o aumento desta. A transparência é determinada utilizando o disco de Secchi e é muito utilizada em estudos liminológicos, posto que, as características da água na zona fótica são bem diferentes daquelas observadas nas regiões não alcançadas pela radiação solar, especialmente em termos das populações instaladas.

60 Turbidez O lançamento de esgotos domésticos sem tratamento nos corpos d água pode elevar a concentração de sólidos suspensos nas águas, assim como o lançamento de efluentes industriais, tais como: efluentes de mineradoras, efluentes de siderurgias, etc. A zona produtiva dos corpos d água é quase idêntica à profundidade de visibilidade da mesma. A presença de sólidos em suspensão, e conseqüentemente de turbidez, modifica as condições de iluminação das águas e o alcance da radiação luminosa, influenciando na fotossíntese e no crescimento das plantas aquáticas e do plâncton, especialmente em águas paradas ou com baixa velocidade de escoamento. A turbidez dos corpos d água varia de acordo com a época do ano. Na época das chuvas são registrados os valores máximos deste parâmetro, devido ao aporte de sedimentos carreados pelas chuvas.

61 Turbidez No período seco são registrados os valores mínimos de turbidez, já que nesta época as principais fontes de alimentação dos corpos d água superficial são as águas subterrâneas, as quais passam por um processo natural de filtração, aflorando com valores muito baixos de turbidez. A presença de turbidez elevada na água bruta dos mananciais utilizados como fonte de água para abastecimento, resulta em um consumo elevado de reagentes na etapa de floculação/sedimentação durante o tratamento da água nas ETA s, encarecendo o processo e o custo da água para o consumidor final. A determinação da turbidez pode ser realizada me campo, por equipamentos automáticos.

62 Condutividade Elétrica A condutividade elétrica mede a capacidade que a água tem de transmitir corrente elétrica e está diretamente relacionada à concentração de espécies iônicas dissolvidas, principalmente inorgânicas. Geralmente a condutividade é expressa em µs/cm ou ms/cm. A medida da condutividade elétrica pode ser relacionada com a concentração de Sólidos Dissolvidos Totais, em mg/l, o que facilita avaliar a qualidade do corpo hídrico, pois é uma medida direta. Normalmente, a condutividade elétrica de águas doces naturais é inferior a 500 µs/cm, sendo que valores superiores a estes podem indicar problemas de poluição. A utilização da variável condutividade elétrica em um programa de monitoramento é bastante recomendada, pois é uma medida muito simples e traz informações relevantes sobre a qualidade da água.

63 Condutividade Elétrica Um aspecto a ser observado é que a condutividade elétrica varia com a temperatura, sendo que a maioria dos equipamentos existentes possibilita fazer a correção automática para uma temperatura de referência, em geral 25 C. Os padrões utilizados na calibração dos condutivímetros são referenciados à temperatura de referência, ou seja, o valor de condutividade do padrão somente corresponde ao valor do rótulo na temperatura de referência. Sendo assim, a calibração dos condutivímetros deve ser realizada em termos da condutividade específica, pois esta corresponde a condutividade na temperatura de referência, independente da temperatura da água no momento da calibração.

64 OBRIGADO! Maurrem Ramon Vieira Especialista em Recursos Hídricos Agência Nacional de Águas Superintendência de Gestão da Rede Hidrometeorológica (61)