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Universidade Estadual do Maranhão
Engenharia de Produção
Ciências do Ambiente
Meio Aquático
Características e Poluição
Me. Elon Vieira Lima
2
Introdução
Hidrosfera
• São os oceanos, mares, lagos e rios que cobrem,
aproximadamente, 3/4 de sua superfície.
3
Introdução
Hidrosfera
• São os oceanos, mares, lagos e rios que cobrem,
aproximadamente, 3/4 de sua superfície.
4
Introdução
Importância da água
• A distribuição dos recursos hídricos pelo planeta
também não é homogênea. Em muitos pontos do
planeta já há escassez.
• A alteração da qualidade da água agrava o problema
da escassez desse recurso.
• 25 milhões de pessoas no mundo morrem por ano em
virtude de doenças transmitidas pela água (OMS).
5
Introdução
Importância da água
6
Introdução
Importância da água
• É o principal componente dos organismos vivos.
• Os seres vivos apresentam características específicas
conforme a umidade e a ocorrência de água em seu
habitat.
• Todas as formas de vida precisam dela e, se não tomarem a
quantidade necessária, elas morrem.
7
Introdução
Importância da água
• O corpo humano é
composto de cerca de
60% de água. Os
pulmões têm 90% de
água, o cérebro tem
70% e o sangue tem
mais de 80% de água.
8
9
Introdução
Importância da água
• As plantas têm ainda mais água do que os animais - a
maioria delas é composta de 90 a 95% de água. Elas
conseguem obtê-la por meio do orvalho, da irrigação e
da chuva.
• As plantas recebem a água através de suas raízes, e as
verdes a usam na fotossíntese. As plantas também
precisam de água para sua sustentação. A pressão do
processo de osmose - o movimento da água de fora
para dentro das células - conserva as paredes celulares
da planta
• As plantas absorvem a água do solo por meio da ação
capilar. Depois, a água se move pelas raízes através de
tubos chamados vasos de xilema. A água chega até as
folhas da planta e é eliminada por meio de pequenos
buracos chamados estômatos, que abrem quando a
planta precisa se refrescar (transpiração).
10
Introdução
A molécula da água
• A molécula de água é
composta por dois átomos
de hidrogênio e um de
oxigênio, formando um
ângulo de ligação de
105º.
• Essa assimetria atribui à
molécula uma
característica polar, ou
seja, comporta-se como
um dipolo, possuindo
cargas elétricas diferentes
em cada pólo.
• O dipolo da água pode ser
atraído tanto por
moléculas carregadas
positivamente quanto
negativamente. Esta
atração explica como a
água pode dissolver vários
compostos.
11
Introdução
A molécula da água
• Outra característica
importante é que as
moléculas da água formam
pontes de hidrogênio.
• As ligações de hidrogênio
podem também ajudar a reter
partículas bem pequenas
chamadas de colóides em
suspensão na água através da
atração de átomos de
hidrogênio, nitrogênio ou
oxigênio presentes na
molécula do soluto.
• Por ser um ótimo solvente
para muitos materiais, a água
é o meio de transporte básico
para nutrientes e resíduos nos
processos naturais.
12
Introdução
A molécula da água
Propriedade Efeitos e significância
Excelente solvente Transporte de nutrientes e
poluentes, tornando os
processos biológicos possíveis
em um meio aquoso.
Maior constante
dielétrica que qualquer
outro líquido comum
Alta solubilidade de substâncias
inorgânicas e sua ionização em
solução
Maior tensão superficial
que qualquer outro
líquido comum
Fator controlador na fisiologia;
governa os fenômenos de gota e
superfície
Transparente à luz
visível e de frações de
longos comprimentos de
onda de luz ultravioleta
Incolor, permitindo que a luz
necessária para a fotossíntese
alcance consideráveis
profundidades nos corpos
hídricos
Densidade máxima como
um líquido em 4º C
O gelo flutua; circulação vertical
restrita em corpos hídricos
estratificados
13
Introdução
A molécula da água
Propriedade Efeitos e significância
Maior calor de
evaporação que
qualquer outro material
Determina a transferência de
calor e de moléculas de água
entre a atmosfera e os corpos
d’água
Maior calor latente de
fusão que qualquer
outro líquido, exceto
amônia
A temperatura estabiliza no
ponto de fusão da água
Maior capacidade
calorífica que qualquer
outro líquido, exceto
amônia
Estabilização das temperaturas
dos organismos e regiões
geográficas
14
Introdução
Importância da água
• O homem tem usado a água não só para suprir suas
necessidades metabólicas, mas também para outros
fins:
– Abastecimento humano;
– Abastecimento industrial;
– Irrigação;
– Geração de energia elétrica;
– Navegação;
– Assimilação e transporte de poluentes;
– Preservação da flora e fauna;
– Aqüicultura; e
– Recreação.
15
16
17
18
19
Introdução
Ciclo da água
• É encontrada naturalmente nos 3 estados físicos.
• O ciclo da água é o movimento contínuo dela dentro e ao
redor da Terra, mudando constantemente de estado físico
20
Introdução
Ciclo da água
21
Introdução
Ciclo da água
22
Poluição das Águas
Intervenções humanas
• Desmatamento.
• Pavimentação = taxa de impermeabilização.
• Utilização de defensivos agrícolas.
• Despejos de esgotos e efluentes industriais.
• Eutrofização.
• Diminuição do teor de oxigênio dissolvido nos rios.
• Lançamento de substâncias tóxicas perigosas.
• Poluição atmosférica.
• Resíduos sólidos.
• Represamento das águas.
• Salinização da água subterrânea.
• Desperdício de água tratada.
23
Poluição das Águas
Intervenções humanas
• O desmatamento e a
retirada da cobertura
vegetal:
– A erosão do solo ;
– ASSOREAMENTO.
24
Poluição das Águas
Intervenções humanas
• Importantes alterações têm ocorrido nas fases desse ciclo
por causa de intervenções humanas, intencionais ou não.
25
26
Poluição das Águas
Fontes de poluição
• Poluição urbana e doméstica
– É provocada pela descarga de efluentes domésticos não
tratados na rede hidrográfica, fossas sépticas e lixeiras.
– Este tipo de poluição ao atingir o aqüífero origina um
aumento da mineralização, elevação da temperatura,
aparecimento de cor, sabor e odor desagradáveis.
• Poluição agrícola
– Os contaminantes potencialmente mais significativos
neste campo são os fertilizantes, pesticidas e
indiretamente as práticas de irrigação.
– A reciclagem e reutilização da água subterrânea para
irrigação provoca um aumento progressivo da
concentração de sais que, a longo prazo, a inutiliza para
este fim.
27
Poluição das Águas
Fontes de poluição
• Poluição industrial
– A produção industrial gera resíduos que, quando
despejados nos corpos d’água sem nenhum controle ou
tratamento, podem levar a sérios problemas de
contaminação dos mananciais.
– Dentre as indústrias poluentes destacam-se: as
alimentares, as metalúrgicas, as petroquímicas, as
nucleares, as mineiras, as farmacêuticas, as
eletroquímicas, as de fabricação de pesticidas e
inseticidas.
28
Poluição das Águas
Fontes de poluição
• Principais poluentes aquáticos:
– poluentes orgânicos biodegradáveis;
– poluentes orgânicos recalcitrantes ou refratários;
– metais;
– nutrientes;
– organismos patogênicos;
– sólidos em suspensão;
– calor; e
– radioatividade.
29
Poluição das Águas
Fontes de poluição
30
31
32
33
34
Poluição das Águas
Despejos e eutrofização
• A concentração de oxigênio
dissolvido na água ocorre em
função de:
– características do despejo;
– características do corpo de
água; e
– produção de oxigênio.
35
Poluição das Águas
Despejos e eutrofização
36
Poluição das Águas
Despejos e eutrofização
37
Poluição das Águas
Doenças vinculadas à água
• Às vezes, a água, que parece limpa, contém vírus,
bactérias e parasitas (microrganismos patogênicos),
que só podem ser vistos ao microscópio.
• Eles prejudicando a nossa saúde através de doenças:
– Coléra
– Hepatite
– Esquitossomose
– Febre paratifóide
– Amebíase
– Ascaridíase
– Ancilostomose
– Estrongiloidose
– Poliomielite
– Diarréias Infecciosas
38
Poluição das Águas
Contaminação induzida por bombeamento
39
Poluição das Águas
Contaminação induzida por bombeamento
• A intrusão salina é um fenômeno que ocorre em
regiões costeiras onde os aqüíferos estão em contacto
com a água do mar.
• Enquanto a água doce se escoa para o mar, a água
salgada, mais densa, tende a penetrar no aqüífero,
formando uma cunha sob a água doce.
• Este fenômeno pode acentuar-se e ser acelerado,
com conseqüências graves, quando, nas
proximidades da linha de costa, a extração de
grandes volumes de água doce subterrânea provoca o
avanço da água salgada no interior do aqüífero e a
conseqüente salinização da água dos poços ou dos
furos que nele captem.
40
Poluição das Águas
Desperdício
Indústria
20%
Doméstico
10%
Irrigação
70%
Fonte: World Respirces Institute, ONU.1999
Indústria
20%
Doméstico
10%
Irrigação
70%
Fonte: World Respirces Institute, ONU.1999
41
Poluição das Águas
Desperdício
42
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49
Química da Água
Introdução
• Para entender a poluição da água, é necessário primeiro
entender os fenômenos químicos que ocorrem na água.
50
Química da Água
Reações de oxidação e redução
• O oxigênio molecular dissolvido (O2) é o agente oxidante
mais importante em águas naturais.
• A concentração de oxigênio dissolvido em água é baixa, e,
por conseguinte, precária do ponto de vista ecológico.
• Por exemplo, os peixes necessitam de água que contenha
pelo menos 5 ppm de oxigênio dissolvido para manterem-se
vivos.
• A maior parte do oxigênio elementar vem da atmosfera, logo,
a habilidade de um corpo hídrico de se reoxigenar pelo
contato com a atmosfera é uma característica importante.
• O oxigênio é produzido por uma ação fotossintética das
algas, mas este processo não é um meio realmente eficiente
de oxigenação da água porque a maior parte do oxigênio
formado pela fotossíntese durante o dia é perdido durante a
noite quando as algas consomem o oxigênio como parte de
seus processos metabólicos.
51
Química da Água
Reações de oxidação e redução
• A solubilidade de gases na água são calculadas com a lei de Henry, que
estabelece que a solubilidade de um gás em um líquido é proporcional à
pressão parcial do gás em contato com o líquido.
• Para a reação:
A constante de Henry, KH, para o oxigênio a 25ºC é:
 
2
2 3
1,3 10
.
aq
H
O
O mol
K
P L atm

 
   
• Portanto, a solubilidade do oxigênio na água depende da temperatura da
água, da pressão parcial do oxigênio na atmosfera e do teor de sal na
água.
52
Química da Água
Reações de oxidação e redução
• Considera-se que águas de rios e lagos aquecidos
artificialmente experimentam uma poluição térmica porque
contêm menos oxigênio que as águas mais frias, devido à
diminuição na solubilidade dos gases com o aumento da
temperatura.
• Se processos de consumo de oxigênio estão ocorrendo na
água, o nível de oxigênio dissolvido pode rapidamente chegar
a zero a menos que algum mecanismo eficiente para a
reaeração da água esteja atuando.
• A água que é aerada através do fluxo de cursos d’água e rios
pouco profundos é continuamente reabastecida por oxigênio.
Porém, a água estagnada ou a que está situada próxima ao
fundo de um lago de grande profundidade está com
freqüência quase completamente sem oxigênio, devido a sua
reação com a matéria orgânica e a falta de qualquer
mecanismo que possibilite sua reposição com rapidez, já que
a difusão é um processo lento.
53
Química da Água
Demanda de oxigênio
• A substância mais habitualmente oxidada pelo oxigênio dissolvido
em água é a matéria orgânica (MO) de origem biológica.
• Por exemplo, em um esgoto sanitário estão presentes;
– Compostos de proteínas (40% a 60%);
– Carboidratos (25% a 50%);
– Gorduras e óleos (8% a 12%);
– Uréia, surfactantes, fenóis, pesticidas, metais e outros.
• Com o objetivo de simplificar, supõe-se que a MO seja em sua
totalidade carboidrato polimerizado, com uma fórmula empírica
aproximada de CH2O, a reação de oxidação seria:
       2 2 2 2aq aq g aq
carboidrato
CH O O CO H O  
• A capacidade da matéria orgânica presente em uma amostra de
água natural em consumir oxigênio é chamada de demanda
bioquímica de oxigênio, DBO.
54
Química da Água
Demanda de oxigênio
• As reações de oxidação são catalisadas pela ação de
microorganismos já presentes na água.
• A oxidação de MO em esgotos pode ser representado por:
• A DBO então retrata a quantidade de oxigênio requerida para
estabilizar, através de processos bioquímicos, a matéria
orgânica carbonácea.
• É uma indicação indireta do carbono orgânico biodegradável.
Matéria orgânica (COHNS)
O2
Bactérias
H2O
CO2
NH3
Outros
55
Química da Água
Demanda de oxigênio
• Como a estabilização completa da MO demora vários dias (cerca de
20 ou mais para esgotos domésticos), para a determinação
experimental da DBO em laboratório, convencionou-se:
– Proceder à análise no 5º dia;
– O teste deve ser efetuado à temperatura de 20ºC, uma vez que
diferentes temperaturas interferem na velocidade do metabolismo
bacteriano.
• Logo, a DBO padrão é expressada como DBO5
20.
• Experimentalmente:
– No dia da coleta, determina-se a concentração de OD
– Mantém-se a amostra mantida em frasco fechado e incubada a 20ºC
por 5 dias;
– Ao final, mede-se a nova concentração de OD
– A diferença entre o teor de OD no dia zero e no dia 5 representa o OD
consumido para a oxidação da MO
56
Química da Água
Demanda de oxigênio
Exemplo do conceito do DBO5
20
57
Química da Água
Demanda de oxigênio
• Uma determinação mais rápida da demanda de oxigênio pode
ser feita através de uma avaliação da demanda química de
oxigênio, DQO, de uma amostra de água.
• O íon dicromato, , na forma de um de seus sais, como o , é
dissolvido em ácido sulfúrico: o resultado é um poderoso
agente oxidante.
• A semi-reação de redução do dicromato durante a oxidação
da matéria orgânica é:
• A semi-reação em solução ácida é:
2 3
2 7 214 6 2 7
íon cromo IIIíon dicromato
Cr O H e Cr H O   
   
2 24 4 2O H e H O 
  
58
Química da Água
Demanda de oxigênio
• Assim, o número de moles de O2 requeridos para a oxidação é
1,5 vezes o número de moles do dicromato realmente usado.
• Como o dicromato oxida substâncias que não seriam oxidadas
pelo O2 na determinação da DBO, o valor da DQO de uma
amostra de água é, em regra geral, ligeiramente maior que o
valor de DBO.
59
Química da Água
Decomposição anaeróbica da MO
• Quando as bactérias apropriadas estão presentes, a MO
dissolvida na água decompõe-se sob condições anaeróbicas
(ausência de oxigênio).
• As condições anaeróbias ocorrem na natureza em águas
estagnadas.
• As bactérias atuam sobre o carbono e o modificam. Uma parte
do carbono é oxidada (para CO2) e a parte restante é reduzida
para (CH4): fermentação.
2 4 22 bactérias
MO METANO
CH O CH CO 
60
Química da Água
Decomposição anaeróbica da MO
• Ambientes anaeróbicos possuem condições redutoras.
• A camada superior de águas naturais geralmente contém
níveis de oxigênio dissolvido próximos à saturação, condição
que se deve tanto ao seu contato com o ar quanto à presença
do O2 produzido pela fotossíntese das algas.
• Logo, as condições das camadas superiores são aeróbicas, e,
portanto, as formas presentes são mais oxidadas.
• Perto do fundo ocorre depleção do oxigênio, dado que não
existe contato com o ar e que o O2 é consumido na
decomposição de material biológico. Sob tais condições
anaeróbicas, os elementos existem em suas formas mais
reduzidas.
61
Química da Água
Reações de oxidação e redução
62
Química da Água
Autodepuração da água
63
Química da Água
Autodepuração da água
• Região anterior ao lançamento de MO: região de águas
limpas, com elevada concentração de OD e vida aquática
superior;
• Zona de degradação: diminuição da concentração inicial de
OD, sedimentação de parte do material sólido e aspecto
indesejável; ainda existem peixes que afluem ao local em
busca de alimentos; quantidade elevada de bactérias e
fungos, mas poucas algas;
• Zona de decomposição ativa: a concentração de OD atinge o
valor mínimo, podendo inclusive tornar-se igual a zero; a
quantidade de bactérias e fungos diminui, havendo uma
redução de organismos anaeróbicos;
64
Química da Água
Autodepuração da água
• Zona de recuperação: ocorre um aumento na concentração de
OD, pois os mecanismos de reaeração predominam à
desoxigenação; redução na quantidade de bactérias e fungos
e aumento de organismos aeróbicos; tendência de
proliferação de algas devido a excesso de nutrientes;
• Zona de águas limpas: volta a apresentar condições
satisfatórias de OD e DBO e com relação à presença de
organismos aeróbios; pode ainda conter organismos
patogênicos.
65
Química da Água
Balanço de OD em corpos hídricos
66
Química da Água
Estratificação térmica em lagos
• Em determinadas épocas do ano, principalmente no verão, os
lagos apresentam uma distinção entre as temperaturas das
camadas superficiais e das camadas profundas: estratificação
térmica.
• O perfil vertical de temperatura divide os lagos em três
camadas:
– Epilímnio: A camada superior é a mais quente, mais
turbulenta e com temperatura aproximadamente uniforme;
– Hipolímnio: é a camada inferior que fica junto ao fundo do
lago, mais fria e com baixos níveis de turbulência.
– Metalímnio: A camada intermediária (metalímnio) possui uma
variação na temperatura.
• O plano imaginário que passa pelo ponto de máximo gradiente
no perfil vertical de temperatura é denominado de termoclina.
67
Química da Água
Estratificação térmica em lagos
68
Química da Água
Estratificação térmica em lagos
• Os principais fatores que interferem nos processos de mistura
em reservatórios e lagos e, portanto, na formação,
estabilidade e duração da estratificação térmica são:
– Transferência de calor pela interface ar-água;
– Mistura advectiva gerada pela movimentação das vazões
de entrada e saída; e
– Mistura provocada pela turbulência induzida pelo vento.
69
Química da Água
Reações ácido-base
• O fenômeno ácido-base na água envolve perda e ganho de
íons H+. Algumas espécies atuam como ácidos pela liberação
de íons H+, e outros se comportam como bases uma vez que
recebem estes íons H+;
• A química ácido-base de muitos sistemas naturais aquáticos
naturais é dominada pela interação do íon carbonato, CO3
2-,
uma base moderadamente forte, com o ácido fraco H2CO3,
ácido carbônico.
• O ácido carbônico resulta da dissolução na água do gás
atmosférico dióxido de carbono e da decomposição de matéria
orgânica na água.
     2 2 2 3g aq aq
CO H O H CO
70
Química da Água
Reações ácido-base
• As reações de ionização do ácido são:
• Portanto, o ácido carbônico está também em equilíbrio em
meio aquoso com os íons bicarbonato, e íon hidrogênio.
• A fonte predominante de íon carbonato são as rochas
calcárias, que são constituídas em grande parte por carbonato
de cálcio. Embora esse sal seja insolúvel, uma pequena
quantidade dele dissolve-se quando em contato com a água:
2 3 3
2
3 3
H CO H HCO
HCO H CO
 
  


2 2
2 3 3Ca CO Ca CO 

71
Química da Água
Reações ácido-base
• A fonte predominante de íon carbonato são as rochas
calcárias, que são constituídas em grande parte por carbonato
de cálcio, CaCO3. Embora esse sal seja insolúvel, uma
pequena quantidade dele dissolve-se quando em contato com
a água:
• A reação ácida do CO2 dissolvido e a reação básica do
carbonato dissolvido têm um efeito sinérgico uma sobre a
outra, o qual aumenta a solubilidade tanto do gás como do
sólido. Em outras palavras, a água que contém dióxido de
carbono dissolve mais facilmente o carbonato de cálcio.
2
3 2 3CO H O HCO OH  
 
72
Química da Água
Reações ácido-base
73
Química da Água
Reações ácido-base
74
Química da Água
Reações ácido-base
• Quando o pH aumenta, o equilíbrio se desloca favorecendo a
formação de H+;
• Quando o pH aumenta, o equilíbrio se desloca favorecendo a
formação de ácido carbônico e íon bicarbonato.
• Acima do pH = 10,3, o íon carbonato é a espécie dominante;
• Abaixo do pH = 6,3, o dióxido de carbono dissolvido é a
espécie dominante;
• Entre o pH = 6,3 e 10,3, a faixa mais característica das águas
naturais, o íon bicarbonato é a espécie dominante.
• A um pH menor que 4,3 somente existirá ácido carbônico
livre, isto é, dióxido de carbono dissolvido.
• Os carbonatos só passam a existir quando se extingue o ácido
carbônico, a pH ≥ 8,3.
75
Química da Água
Alcalinidade
• Representa a concentração real em água dos ânions básicos.
• É uma medida da capacidade de uma amostra de água para se
comportar como uma base nas reações com prótons (H+). Isto é, a
alcalinidade de um corpo de água é uma medida da capacidade de
um corpo de água de resistir a uma acidificação, ou seja, de
neutralizar ácidos.
• É definida como:
• A alcalinidade não tem significado sanitário, porém, é uma das
determinações mais importantes no tratamento de água, estando
relacionada com a coagulação, redução de dureza e o controle de
corrosão.
– A maior parte das substâncias utilizadas em tratamento de água
altera a alcalinidade.
2
3 32Alc HCO CO OH H   
                 
76
Química da Água
Alcalinidade
• Mede-se a alcalinidade titulando uma amostra de água com ácido e
determinando o equivalente de hidrogênio, sendo a alcalinidade
expressa em mg/L de CaCO3.
• Em função do pH, podem estar presentes os tipos de alcalinidade:
– Alcalinidade de hidróxidos e carbonatos: pH 11 – 9,4;
– Carbonatos e bicarbonatos: pH 9,4 – 8,3;
– Somente bicarbonatos: pH 8,3 – 4,6
– Ácidos minerais: pH < 4,6.
• Os indicadores utilizados para esta titulação são a fenoftaleína e o
metilorange.
• Fenoftaleína
– Dá uma coloração rosa à água a pH 8,3 ou maior.
– A quantidade de ácido consumida é chamada de alcalinidade a
fenoftaleína.
• Metilorange
– Dá uma coloração avermelhada ou alaranjada a um pH ao redor de 4,3.
– A quantidade de ácido consumido mede a alcalinidade total.
77
Química da Água
Acidez
• Analogamente, acidez é a capacidade de neutralização de
soluções alcalinas, ou seja, é a capacidade da água em resistir
às mudanças de pH em função da introdução de bases.
• Em geral a acidez está associada a presença de CO2 livre. A
presença de ácidos orgânicos é mais comum em águas
superficiais, enquanto que nas águas subterrâneas é menos
freqüente a ocorrência de ácidos em geral. Em algumas
ocasiões as águas subterrâneas poderão conter ácido sulfúrico
derivado da presença de sulfetos metálicos.
 2 3 32Acid H CO HCO H OH  
             
78
Química da Água
Dureza
• É a característica conferida à água pela presença de sais de metais
alcalino-terrosos (cálcio, magnésio, etc.) e alguns metais em menor
intensidade.
• Em termos gerais, a dureza é definida como:
• A água classificada como “dura” contém concentrações substanciais
de íons cálcio e magnésio. Por isso, a água calcária é “dura”.
• Os íons cálcio e magnésio formam sais insolúveis com os ânions dos
sabões, formando uma espécie de “nata” na água de lavagem.
• Também durante a fervura da água os carbonatos precipitam-se.
Este fenômeno prejudica o cozimento dos alimentos, provoca
"encardido" em panelas e é potencialmente perigoso para o
funcionamento de caldeiras ou outros equipamentos que trabalhem
ou funcionem com vapor d’água.
2 2
Dureza Ca Mg 
       
79
Qualidade da Água
• Devido às suas
propriedades de solvente
e à sua capacidade de
transportar partículas, a
água incorpora a si
diversas impurezas
• A qualidade de uma
determinada água é
função das condições
naturais e do uso e
ocupação do solo na
bacia hidrográfica.
80
Qualidade da Água
• O controle da qualidade da água está associado a um
planejamento global, no nível de toda a bacia hidrográfica.
• Qualidade existente X Qualidade desejável
• O estudo da qualidade é fundamental para se caracterizar as
consequências de uma determinada atividade poluidora
quanto para estabelecer os meios para que se satisfaça
determinado uso.
• Poluição das águas  Adição de substâncias ou de formas de
energia que, direta ou indiretamente, alterem a natureza do
corpo d’água de uma maneira tal que prejudique os legítimos
usos que dele são feitos.
81
Qualidade da Água
• De acordo com a Política Nacional do Meio Ambiente (Lei
6.938, de 31/08/81), poluição é a degradação da
qualidade ambiental resultante de atividades que
direta ou indiretamente:
– Prejudiquem a saúde, a segurança e o bem estar da
população;
– Criem condições adversas às atividades sociais e
econômicas;
– Afetem desfavoravelmente a biota;
– Afetem as condições estéticas ou sanitárias do meio
ambiente;
– Lancem matérias ou energia em desacordo com os padrões
ambientais estabelecidos.
82
Qualidade da Água
Usos de água e requisitos de qualidade
83
Qualidade da Água
Usos de água e requisitos de qualidade
84
Qualidade da Água
Processos de poluição e contaminação
85
Qualidade da Água
Árvore da qualidade total da água
86
Qualidade da Água
Indicadores físicos
• Cor
– É decorrente da sua capacidade de absorver certas radiações do
espectro do visível.
– Deve-se a substâncias de origem mineral e orgânicas dissolvidas,
no estado coloidal ou em suspensão.
• Cor aparente  devido à matéria em suspensão. Determinada
antes de centrifugação ou filtração.
• Cor real ou verdadeira  devida exclusivamente a substâncias
dissolvidas e em estado coloidal.
– A cor pode tornar o líquido indesejável para uso em indústrias de
produção de bebidas e de outros alimentos ou de fabricação de
louças e papéis, ou, ainda, em indústrias têxteis.
– Pode ser um indicativo do grau de poluição.
• De modo geral, água de cor elevada apresentam alta DBO.
87
Qualidade da Água
Indicadores físicos
• Cor
– A cor geralmente não tem significado sanitário, porém afeta
esteticamente a qualidade de uma água.
– Cores características:
• A água pura é ausente de cor.
• Em grandes profundidades, a água ganha cor azulada.
• A cor marrom-amarelada se deve à matéria orgânica.
• Coloração avermelhada debe-se ao ferro.
• Quando em alta alcalinidade e dureza, pode apresentar
coloração esverdeada.
• Esgotos industriais podem lançar despejos coloridos.
– Conforme sua origem, pode ser removida por coagulação e
filtração, ou por oxidação química.
88
Qualidade da Água
Indicadores físicos
• Turbidez
– É uma propriedade ótica da água que causa a dispersão e
absorção de um feixe de luz incidindo em uma amostra, em vez
de sua transmissão em linha reta.
– Essa propriedade de desviar raios luminosos, é decorrente da
presença de materiais em suspensão na água, finamente
divididos e/ou em estado coloidal, e de organismos
microscópicos.
• Naturalmente: processos de erosão (silte, argila e areia), matéria
orgânica, microorganismos e até pequenas bolhas de ar;
• Artificialmente: lançamento de despejos domésticos e
industriais.
– Dificulta a fotossíntese devido à redução em termos de
penetração de luz, logo, prejudicando fauna e flora.
89
Qualidade da Água
Indicadores físicos
• Turbidez
– Afeta esteticamente os corpos d’água ou ainda encarece e
dificulta os processos de tratamento para fins de abastecimento
público e industrial.
– A turbidez pode ser interpretada como uma medida indireta da
quantidade de sólidos em suspensão, e é, por exemplo,
particularmente útil no controle do tratamento de água potável.
– São determinados em aparelhos chamados de nefelômetros ou
turbidímetros, onde uma célula voltaica mede a quantidade de
luz dispersa através de uma amostra.
• A unidade de medida é a unidade nefelométrica de turbidez
(UNT) ou apenas conhecida como unidade de turbidez (UT).
90
Qualidade da Água
Indicadores físicos
• Sabor e odor
– São consideradas em conjunto pois são intimamente
relacionadas e facilmente confundidas.
– Reconhecem-se apenas quatro sabores: azedo, doce, amargo e
salino.
– Substâncias inorgânicas  produzem sabor geralmente sem
produzir odor.
– Substâncias orgânicas
• Podem produzir tanto sabor quanto odor.
• Praticamente todos os odores reconhecidos na água são de
origem orgânica, exceto o H2S.
– O sabor e odor sendo sensações organolépticas de avaliação
subjetiva, não são passíveis de medição direta por instrumentos.
91
Qualidade da Água
Indicadores físicos
• Sabor e odor
– Quando existem problemas de sabor e odor na água, a aeração
pode ser empregada para a remoção de compostos voláteis e
H2S ou pode ser necessária a aplicação de carvão ativado, com
ou sem aeração prévia.
• Temperatura
92
Qualidade da Água
Indicadores químicos
• pH
• Oxigênio Dissolvido
• Dióxido de Carbono Dissolvido
• Matéria Orgânica (DBO e DQO)
• Acidez
• Alcalinidade
• Dureza
93
Qualidade da Água
Indicadores químicos
• Sólidos
São caracterizados
como sólidos todas
as partículas
presentes em
suspensão ou em
solução,
sedimentáveis ou
não sedimentáveis,
orgânicas ou
minerais.
94
Qualidade da Água
Indicadores químicos
• Sólidos
• Totais - massa sólida obtida com a evaporação da parte líquida da
amostra a 103º a 105ºC, em mg/L;
• Minerais ou Fixos - resíduos sólidos retidos após calcinação dos
sólidos totais a 500ºC, em mg/L;
• Orgânicos ou Voláteis - parcela dos sólidos totais volatilizada no
processo de calcinação, em mg/L;
• Em Suspensão ou Filtráveis e Não-filtráveis - quantidade de sólidos
determinada com a secagem do material retirado por filtração da
amostra, através de micromalha, de 0,45 μm, em mg/L;
• Coloidais - fração dos sólidos composta de partículas com diâmetros
equivalentes da ordem de 10-3 a 0,45 μm;
• Dissolvidos - fração dos sólidos composta de partículas com
diâmetros equivalentes inferiores a 10-3 μm.
95
Qualidade da Água
Indicadores químicos
• Sólidos
– Sólidos sedimentáveis podem se depositar em leitos de rios
e reservatórios --- destruição de organismos e leitos de
desova de peixes, formação de depósitos que se
decompõem anaerobicamente, assoreamento de corpos de
água, agravamento de problemas de enchentes.
– A quantidade de sólidos influencia na cor e na turbidez.
96
Qualidade da Água
Indicadores químicos
• Condutividade elétrica
– A água pura é um meio isolante, porém sua capacidade de
solvência das substâncias, principalmente de sais, faz com
que as águas naturais tenham, em geral, alto poder de
condutividade elétrica.
– Esta condutividade depende do tipo de mineral dissolvido
bem como da sua concentração. O aumento da temperatura
também eleva a condutividade.
97
Qualidade da Água
Indicadores químicos
• Ferro e manganês
– São necessários em pequenas concentrações aos seres
vivos.
– O ferro, com certa freqüência, associado ao manganês,
confere à água sabor, ou melhor, sensação de adstringência
e coloração avermelhada, decorrente de sua precipitação.
– As águas ferruginosas mancham as roupas durante a
viagem, mancham os aparelhos sanitários e podem ficar
depositados nas tubulações.
– O manganês apresenta inconvenientes semelhantes aos do
ferro, porém é menos comum e sua coloração característica
é marrom.
98
Qualidade da Água
Indicadores químicos
• Cloreto
– Sua presença na água é resultante da dissolução de sais
com íons Cl-, por exemplo de cloreto de sódio.
– É característica da água do mar, cujo teor se aproxima dos
20000 ppm, entre eles o mais presente é o cloreto de sódio
(NaCl) com cerca de 70% deste teor.
– De um modo geral a presença de cloretos têm origem na
dissolução de minerais, contato com áreas de sal, mistura
com a água do mar e introdução de águas residuárias
domésticos ou industriais.
– Acelera processos de corrosão em tubulações.
– Em determinadas concentrações imprime um sabor salgado
à água.
99
Qualidade da Água
Indicadores químicos
• Corrosividade
– A tendência da água de corroer os metais pode ser devida à
presença de ácidos minerais (casos raros) ou pela existência
em solução de gases dissolvidos.
– De um modo geral, o oxigênio é fator de corrosão dos
produtos ferrosos; o gás sulfídrico, dos não-ferrosos; e o gás
carbônico, dos materiais à base de cimento.
100
Qualidade da Água
Indicadores químicos
• Nutrientes
– Os nutrientes são compostos, principalmente a base de
nitrogênio e fósforo que em determinadas concentrações
possibilitam o aparecimento e a proliferação de organismos
aquáticos  eutrofização (aumento na presença de algas e
plantas aquáticas)
– Os compostos de nitrogênio e fósforo ocorrem naturalmente
em pequenas concentrações. O aumento na concentrações
desses elementos nas águas se devem principalmente aos
esgotos de origem doméstica.
– O processo de eutrofização pode causar prejuízos
principalmente a usos da água como abastecimento público,
recreação e navegação.
101
Qualidade da Água
Indicadores químicos
• Nutrientes
102
Qualidade da Água
Indicadores químicos
• Nutrientes
– Quantidades excessivas de sulfatos dão sabor amargo água e
podem ser laxativos, principalmente em novos consumidores.
– O nitrogênio segue um ciclo, podendo estar presente em diversas
formas - amoniacal, nitritos, nitratos.
– Estes compostos ocorrem na água originários de esgotos
domésticos e industriais ou da drenagem de áreas fertilizadas.
– Podem ser usados como indicadores da "idade" da carga
poluidora (esgoto), dependendo do estágio em que se encontram.
– Teores elevados de nitratos são responsáveis pela incidência de
uma doença infantil chamada metemoglobinemia (ou cianose),
que provoca a descoloração da pele.
103
Qualidade da Água
104
Qualidade da Água
Principais parâmetros em uma análise
105
Qualidade da Água
106
Qualidade da Água
Índice de qualidade da água
• O Índice de Qualidade das Águas (IQA) incorpora 9
parâmetros considerados relevantes para a avaliação da
qualidade das águas, tendo como determinante principal a
utilização das mesmas para abastecimento público.
• A criação do IQA baseou-se na avaliação dos parâmetros, o
peso relativo dos mesmos e a condição com que se apresenta
cada parâmetro, segundo uma escala de valores "rating".
• Foram estabelecidas curvas de variação da qualidade das
águas de acordo com o estado ou a condição de cada
parâmetro. Estas curvas de variação, sintetizadas em um
conjunto de curvas médias para cada parâmetro, bem como
seu peso relativo correspondente
107
Qualidade da Água
Índice de qualidade da água
• O IQA é calculado pelo produto ponderado das qualidades de
água correspondentes aos parâmetros:
– Temperatura da amostra;
– pH;
– Oxigênio dissolvido;
– Demanda bioquímica de oxigênio (5 dias, 20ºC);
– Coliformes termotolerantes;
– Nitrogênio total;
– Fósforo total;
– Resíduo total; e
– Turbidez.
108
Qualidade da Água
Índice de qualidade da água
• A seguinte fórmula é utilizada:
– IQA : Índice de Qualidade das Águas, um número entre 0 e 100;
– qi : qualidade do i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 100,
obtido da respectiva "curva média de variação de qualidade", em
função de sua concentração ou medida e;
– wi : peso correspondente ao i-ésimo parâmetro, um número
entre 0 e 1, atribuído em função da sua importância para a
conformação global de qualidade, sendo que:
– n : número de parâmetros que entram no cálculo do IQA.
109
Qualidade da Água
Índice de qualidade da água
110
Qualidade da Água
Índice de qualidade da água
111
Qualidade da Água
Índice de qualidade da água
112
Qualidade da Água
Índice de qualidade da água
113
Qualidade da Água
Índice de qualidade da água
114
Qualidade da Água
Legislação de qualidade da água
• CONAMA 274/2000: Critérios de balneabilidade em águas
brasileiras.
• CONAMA 357/2005: Classificação dos corpos de água e
diretrizes ambientais para o seu enquadramento; e as
condições e padrões de lançamento de efluentes,
• PORTARIA 518 MS/2004: Procedimentos e responsabilidades
relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para
consumo humano e seu padrão de potabilidade.

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Ciências do Ambiente - Cap 2 - Meio aquático: Características e poluição

  • 1. Universidade Estadual do Maranhão Engenharia de Produção Ciências do Ambiente Meio Aquático Características e Poluição Me. Elon Vieira Lima
  • 2. 2 Introdução Hidrosfera • São os oceanos, mares, lagos e rios que cobrem, aproximadamente, 3/4 de sua superfície.
  • 3. 3 Introdução Hidrosfera • São os oceanos, mares, lagos e rios que cobrem, aproximadamente, 3/4 de sua superfície.
  • 4. 4 Introdução Importância da água • A distribuição dos recursos hídricos pelo planeta também não é homogênea. Em muitos pontos do planeta já há escassez. • A alteração da qualidade da água agrava o problema da escassez desse recurso. • 25 milhões de pessoas no mundo morrem por ano em virtude de doenças transmitidas pela água (OMS).
  • 6. 6 Introdução Importância da água • É o principal componente dos organismos vivos. • Os seres vivos apresentam características específicas conforme a umidade e a ocorrência de água em seu habitat. • Todas as formas de vida precisam dela e, se não tomarem a quantidade necessária, elas morrem.
  • 7. 7 Introdução Importância da água • O corpo humano é composto de cerca de 60% de água. Os pulmões têm 90% de água, o cérebro tem 70% e o sangue tem mais de 80% de água.
  • 8. 8
  • 9. 9 Introdução Importância da água • As plantas têm ainda mais água do que os animais - a maioria delas é composta de 90 a 95% de água. Elas conseguem obtê-la por meio do orvalho, da irrigação e da chuva. • As plantas recebem a água através de suas raízes, e as verdes a usam na fotossíntese. As plantas também precisam de água para sua sustentação. A pressão do processo de osmose - o movimento da água de fora para dentro das células - conserva as paredes celulares da planta • As plantas absorvem a água do solo por meio da ação capilar. Depois, a água se move pelas raízes através de tubos chamados vasos de xilema. A água chega até as folhas da planta e é eliminada por meio de pequenos buracos chamados estômatos, que abrem quando a planta precisa se refrescar (transpiração).
  • 10. 10 Introdução A molécula da água • A molécula de água é composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, formando um ângulo de ligação de 105º. • Essa assimetria atribui à molécula uma característica polar, ou seja, comporta-se como um dipolo, possuindo cargas elétricas diferentes em cada pólo. • O dipolo da água pode ser atraído tanto por moléculas carregadas positivamente quanto negativamente. Esta atração explica como a água pode dissolver vários compostos.
  • 11. 11 Introdução A molécula da água • Outra característica importante é que as moléculas da água formam pontes de hidrogênio. • As ligações de hidrogênio podem também ajudar a reter partículas bem pequenas chamadas de colóides em suspensão na água através da atração de átomos de hidrogênio, nitrogênio ou oxigênio presentes na molécula do soluto. • Por ser um ótimo solvente para muitos materiais, a água é o meio de transporte básico para nutrientes e resíduos nos processos naturais.
  • 12. 12 Introdução A molécula da água Propriedade Efeitos e significância Excelente solvente Transporte de nutrientes e poluentes, tornando os processos biológicos possíveis em um meio aquoso. Maior constante dielétrica que qualquer outro líquido comum Alta solubilidade de substâncias inorgânicas e sua ionização em solução Maior tensão superficial que qualquer outro líquido comum Fator controlador na fisiologia; governa os fenômenos de gota e superfície Transparente à luz visível e de frações de longos comprimentos de onda de luz ultravioleta Incolor, permitindo que a luz necessária para a fotossíntese alcance consideráveis profundidades nos corpos hídricos Densidade máxima como um líquido em 4º C O gelo flutua; circulação vertical restrita em corpos hídricos estratificados
  • 13. 13 Introdução A molécula da água Propriedade Efeitos e significância Maior calor de evaporação que qualquer outro material Determina a transferência de calor e de moléculas de água entre a atmosfera e os corpos d’água Maior calor latente de fusão que qualquer outro líquido, exceto amônia A temperatura estabiliza no ponto de fusão da água Maior capacidade calorífica que qualquer outro líquido, exceto amônia Estabilização das temperaturas dos organismos e regiões geográficas
  • 14. 14 Introdução Importância da água • O homem tem usado a água não só para suprir suas necessidades metabólicas, mas também para outros fins: – Abastecimento humano; – Abastecimento industrial; – Irrigação; – Geração de energia elétrica; – Navegação; – Assimilação e transporte de poluentes; – Preservação da flora e fauna; – Aqüicultura; e – Recreação.
  • 15. 15
  • 16. 16
  • 17. 17
  • 18. 18
  • 19. 19 Introdução Ciclo da água • É encontrada naturalmente nos 3 estados físicos. • O ciclo da água é o movimento contínuo dela dentro e ao redor da Terra, mudando constantemente de estado físico
  • 22. 22 Poluição das Águas Intervenções humanas • Desmatamento. • Pavimentação = taxa de impermeabilização. • Utilização de defensivos agrícolas. • Despejos de esgotos e efluentes industriais. • Eutrofização. • Diminuição do teor de oxigênio dissolvido nos rios. • Lançamento de substâncias tóxicas perigosas. • Poluição atmosférica. • Resíduos sólidos. • Represamento das águas. • Salinização da água subterrânea. • Desperdício de água tratada.
  • 23. 23 Poluição das Águas Intervenções humanas • O desmatamento e a retirada da cobertura vegetal: – A erosão do solo ; – ASSOREAMENTO.
  • 24. 24 Poluição das Águas Intervenções humanas • Importantes alterações têm ocorrido nas fases desse ciclo por causa de intervenções humanas, intencionais ou não.
  • 25. 25
  • 26. 26 Poluição das Águas Fontes de poluição • Poluição urbana e doméstica – É provocada pela descarga de efluentes domésticos não tratados na rede hidrográfica, fossas sépticas e lixeiras. – Este tipo de poluição ao atingir o aqüífero origina um aumento da mineralização, elevação da temperatura, aparecimento de cor, sabor e odor desagradáveis. • Poluição agrícola – Os contaminantes potencialmente mais significativos neste campo são os fertilizantes, pesticidas e indiretamente as práticas de irrigação. – A reciclagem e reutilização da água subterrânea para irrigação provoca um aumento progressivo da concentração de sais que, a longo prazo, a inutiliza para este fim.
  • 27. 27 Poluição das Águas Fontes de poluição • Poluição industrial – A produção industrial gera resíduos que, quando despejados nos corpos d’água sem nenhum controle ou tratamento, podem levar a sérios problemas de contaminação dos mananciais. – Dentre as indústrias poluentes destacam-se: as alimentares, as metalúrgicas, as petroquímicas, as nucleares, as mineiras, as farmacêuticas, as eletroquímicas, as de fabricação de pesticidas e inseticidas.
  • 28. 28 Poluição das Águas Fontes de poluição • Principais poluentes aquáticos: – poluentes orgânicos biodegradáveis; – poluentes orgânicos recalcitrantes ou refratários; – metais; – nutrientes; – organismos patogênicos; – sólidos em suspensão; – calor; e – radioatividade.
  • 30. 30
  • 31. 31
  • 32. 32
  • 33. 33
  • 34. 34 Poluição das Águas Despejos e eutrofização • A concentração de oxigênio dissolvido na água ocorre em função de: – características do despejo; – características do corpo de água; e – produção de oxigênio.
  • 37. 37 Poluição das Águas Doenças vinculadas à água • Às vezes, a água, que parece limpa, contém vírus, bactérias e parasitas (microrganismos patogênicos), que só podem ser vistos ao microscópio. • Eles prejudicando a nossa saúde através de doenças: – Coléra – Hepatite – Esquitossomose – Febre paratifóide – Amebíase – Ascaridíase – Ancilostomose – Estrongiloidose – Poliomielite – Diarréias Infecciosas
  • 38. 38 Poluição das Águas Contaminação induzida por bombeamento
  • 39. 39 Poluição das Águas Contaminação induzida por bombeamento • A intrusão salina é um fenômeno que ocorre em regiões costeiras onde os aqüíferos estão em contacto com a água do mar. • Enquanto a água doce se escoa para o mar, a água salgada, mais densa, tende a penetrar no aqüífero, formando uma cunha sob a água doce. • Este fenômeno pode acentuar-se e ser acelerado, com conseqüências graves, quando, nas proximidades da linha de costa, a extração de grandes volumes de água doce subterrânea provoca o avanço da água salgada no interior do aqüífero e a conseqüente salinização da água dos poços ou dos furos que nele captem.
  • 40. 40 Poluição das Águas Desperdício Indústria 20% Doméstico 10% Irrigação 70% Fonte: World Respirces Institute, ONU.1999 Indústria 20% Doméstico 10% Irrigação 70% Fonte: World Respirces Institute, ONU.1999
  • 42. 42
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  • 46. 46
  • 47. 47
  • 48. 48
  • 49. 49 Química da Água Introdução • Para entender a poluição da água, é necessário primeiro entender os fenômenos químicos que ocorrem na água.
  • 50. 50 Química da Água Reações de oxidação e redução • O oxigênio molecular dissolvido (O2) é o agente oxidante mais importante em águas naturais. • A concentração de oxigênio dissolvido em água é baixa, e, por conseguinte, precária do ponto de vista ecológico. • Por exemplo, os peixes necessitam de água que contenha pelo menos 5 ppm de oxigênio dissolvido para manterem-se vivos. • A maior parte do oxigênio elementar vem da atmosfera, logo, a habilidade de um corpo hídrico de se reoxigenar pelo contato com a atmosfera é uma característica importante. • O oxigênio é produzido por uma ação fotossintética das algas, mas este processo não é um meio realmente eficiente de oxigenação da água porque a maior parte do oxigênio formado pela fotossíntese durante o dia é perdido durante a noite quando as algas consomem o oxigênio como parte de seus processos metabólicos.
  • 51. 51 Química da Água Reações de oxidação e redução • A solubilidade de gases na água são calculadas com a lei de Henry, que estabelece que a solubilidade de um gás em um líquido é proporcional à pressão parcial do gás em contato com o líquido. • Para a reação: A constante de Henry, KH, para o oxigênio a 25ºC é:   2 2 3 1,3 10 . aq H O O mol K P L atm        • Portanto, a solubilidade do oxigênio na água depende da temperatura da água, da pressão parcial do oxigênio na atmosfera e do teor de sal na água.
  • 52. 52 Química da Água Reações de oxidação e redução • Considera-se que águas de rios e lagos aquecidos artificialmente experimentam uma poluição térmica porque contêm menos oxigênio que as águas mais frias, devido à diminuição na solubilidade dos gases com o aumento da temperatura. • Se processos de consumo de oxigênio estão ocorrendo na água, o nível de oxigênio dissolvido pode rapidamente chegar a zero a menos que algum mecanismo eficiente para a reaeração da água esteja atuando. • A água que é aerada através do fluxo de cursos d’água e rios pouco profundos é continuamente reabastecida por oxigênio. Porém, a água estagnada ou a que está situada próxima ao fundo de um lago de grande profundidade está com freqüência quase completamente sem oxigênio, devido a sua reação com a matéria orgânica e a falta de qualquer mecanismo que possibilite sua reposição com rapidez, já que a difusão é um processo lento.
  • 53. 53 Química da Água Demanda de oxigênio • A substância mais habitualmente oxidada pelo oxigênio dissolvido em água é a matéria orgânica (MO) de origem biológica. • Por exemplo, em um esgoto sanitário estão presentes; – Compostos de proteínas (40% a 60%); – Carboidratos (25% a 50%); – Gorduras e óleos (8% a 12%); – Uréia, surfactantes, fenóis, pesticidas, metais e outros. • Com o objetivo de simplificar, supõe-se que a MO seja em sua totalidade carboidrato polimerizado, com uma fórmula empírica aproximada de CH2O, a reação de oxidação seria:        2 2 2 2aq aq g aq carboidrato CH O O CO H O   • A capacidade da matéria orgânica presente em uma amostra de água natural em consumir oxigênio é chamada de demanda bioquímica de oxigênio, DBO.
  • 54. 54 Química da Água Demanda de oxigênio • As reações de oxidação são catalisadas pela ação de microorganismos já presentes na água. • A oxidação de MO em esgotos pode ser representado por: • A DBO então retrata a quantidade de oxigênio requerida para estabilizar, através de processos bioquímicos, a matéria orgânica carbonácea. • É uma indicação indireta do carbono orgânico biodegradável. Matéria orgânica (COHNS) O2 Bactérias H2O CO2 NH3 Outros
  • 55. 55 Química da Água Demanda de oxigênio • Como a estabilização completa da MO demora vários dias (cerca de 20 ou mais para esgotos domésticos), para a determinação experimental da DBO em laboratório, convencionou-se: – Proceder à análise no 5º dia; – O teste deve ser efetuado à temperatura de 20ºC, uma vez que diferentes temperaturas interferem na velocidade do metabolismo bacteriano. • Logo, a DBO padrão é expressada como DBO5 20. • Experimentalmente: – No dia da coleta, determina-se a concentração de OD – Mantém-se a amostra mantida em frasco fechado e incubada a 20ºC por 5 dias; – Ao final, mede-se a nova concentração de OD – A diferença entre o teor de OD no dia zero e no dia 5 representa o OD consumido para a oxidação da MO
  • 56. 56 Química da Água Demanda de oxigênio Exemplo do conceito do DBO5 20
  • 57. 57 Química da Água Demanda de oxigênio • Uma determinação mais rápida da demanda de oxigênio pode ser feita através de uma avaliação da demanda química de oxigênio, DQO, de uma amostra de água. • O íon dicromato, , na forma de um de seus sais, como o , é dissolvido em ácido sulfúrico: o resultado é um poderoso agente oxidante. • A semi-reação de redução do dicromato durante a oxidação da matéria orgânica é: • A semi-reação em solução ácida é: 2 3 2 7 214 6 2 7 íon cromo IIIíon dicromato Cr O H e Cr H O        2 24 4 2O H e H O    
  • 58. 58 Química da Água Demanda de oxigênio • Assim, o número de moles de O2 requeridos para a oxidação é 1,5 vezes o número de moles do dicromato realmente usado. • Como o dicromato oxida substâncias que não seriam oxidadas pelo O2 na determinação da DBO, o valor da DQO de uma amostra de água é, em regra geral, ligeiramente maior que o valor de DBO.
  • 59. 59 Química da Água Decomposição anaeróbica da MO • Quando as bactérias apropriadas estão presentes, a MO dissolvida na água decompõe-se sob condições anaeróbicas (ausência de oxigênio). • As condições anaeróbias ocorrem na natureza em águas estagnadas. • As bactérias atuam sobre o carbono e o modificam. Uma parte do carbono é oxidada (para CO2) e a parte restante é reduzida para (CH4): fermentação. 2 4 22 bactérias MO METANO CH O CH CO 
  • 60. 60 Química da Água Decomposição anaeróbica da MO • Ambientes anaeróbicos possuem condições redutoras. • A camada superior de águas naturais geralmente contém níveis de oxigênio dissolvido próximos à saturação, condição que se deve tanto ao seu contato com o ar quanto à presença do O2 produzido pela fotossíntese das algas. • Logo, as condições das camadas superiores são aeróbicas, e, portanto, as formas presentes são mais oxidadas. • Perto do fundo ocorre depleção do oxigênio, dado que não existe contato com o ar e que o O2 é consumido na decomposição de material biológico. Sob tais condições anaeróbicas, os elementos existem em suas formas mais reduzidas.
  • 61. 61 Química da Água Reações de oxidação e redução
  • 63. 63 Química da Água Autodepuração da água • Região anterior ao lançamento de MO: região de águas limpas, com elevada concentração de OD e vida aquática superior; • Zona de degradação: diminuição da concentração inicial de OD, sedimentação de parte do material sólido e aspecto indesejável; ainda existem peixes que afluem ao local em busca de alimentos; quantidade elevada de bactérias e fungos, mas poucas algas; • Zona de decomposição ativa: a concentração de OD atinge o valor mínimo, podendo inclusive tornar-se igual a zero; a quantidade de bactérias e fungos diminui, havendo uma redução de organismos anaeróbicos;
  • 64. 64 Química da Água Autodepuração da água • Zona de recuperação: ocorre um aumento na concentração de OD, pois os mecanismos de reaeração predominam à desoxigenação; redução na quantidade de bactérias e fungos e aumento de organismos aeróbicos; tendência de proliferação de algas devido a excesso de nutrientes; • Zona de águas limpas: volta a apresentar condições satisfatórias de OD e DBO e com relação à presença de organismos aeróbios; pode ainda conter organismos patogênicos.
  • 65. 65 Química da Água Balanço de OD em corpos hídricos
  • 66. 66 Química da Água Estratificação térmica em lagos • Em determinadas épocas do ano, principalmente no verão, os lagos apresentam uma distinção entre as temperaturas das camadas superficiais e das camadas profundas: estratificação térmica. • O perfil vertical de temperatura divide os lagos em três camadas: – Epilímnio: A camada superior é a mais quente, mais turbulenta e com temperatura aproximadamente uniforme; – Hipolímnio: é a camada inferior que fica junto ao fundo do lago, mais fria e com baixos níveis de turbulência. – Metalímnio: A camada intermediária (metalímnio) possui uma variação na temperatura. • O plano imaginário que passa pelo ponto de máximo gradiente no perfil vertical de temperatura é denominado de termoclina.
  • 68. 68 Química da Água Estratificação térmica em lagos • Os principais fatores que interferem nos processos de mistura em reservatórios e lagos e, portanto, na formação, estabilidade e duração da estratificação térmica são: – Transferência de calor pela interface ar-água; – Mistura advectiva gerada pela movimentação das vazões de entrada e saída; e – Mistura provocada pela turbulência induzida pelo vento.
  • 69. 69 Química da Água Reações ácido-base • O fenômeno ácido-base na água envolve perda e ganho de íons H+. Algumas espécies atuam como ácidos pela liberação de íons H+, e outros se comportam como bases uma vez que recebem estes íons H+; • A química ácido-base de muitos sistemas naturais aquáticos naturais é dominada pela interação do íon carbonato, CO3 2-, uma base moderadamente forte, com o ácido fraco H2CO3, ácido carbônico. • O ácido carbônico resulta da dissolução na água do gás atmosférico dióxido de carbono e da decomposição de matéria orgânica na água.      2 2 2 3g aq aq CO H O H CO
  • 70. 70 Química da Água Reações ácido-base • As reações de ionização do ácido são: • Portanto, o ácido carbônico está também em equilíbrio em meio aquoso com os íons bicarbonato, e íon hidrogênio. • A fonte predominante de íon carbonato são as rochas calcárias, que são constituídas em grande parte por carbonato de cálcio. Embora esse sal seja insolúvel, uma pequena quantidade dele dissolve-se quando em contato com a água: 2 3 3 2 3 3 H CO H HCO HCO H CO        2 2 2 3 3Ca CO Ca CO  
  • 71. 71 Química da Água Reações ácido-base • A fonte predominante de íon carbonato são as rochas calcárias, que são constituídas em grande parte por carbonato de cálcio, CaCO3. Embora esse sal seja insolúvel, uma pequena quantidade dele dissolve-se quando em contato com a água: • A reação ácida do CO2 dissolvido e a reação básica do carbonato dissolvido têm um efeito sinérgico uma sobre a outra, o qual aumenta a solubilidade tanto do gás como do sólido. Em outras palavras, a água que contém dióxido de carbono dissolve mais facilmente o carbonato de cálcio. 2 3 2 3CO H O HCO OH    
  • 74. 74 Química da Água Reações ácido-base • Quando o pH aumenta, o equilíbrio se desloca favorecendo a formação de H+; • Quando o pH aumenta, o equilíbrio se desloca favorecendo a formação de ácido carbônico e íon bicarbonato. • Acima do pH = 10,3, o íon carbonato é a espécie dominante; • Abaixo do pH = 6,3, o dióxido de carbono dissolvido é a espécie dominante; • Entre o pH = 6,3 e 10,3, a faixa mais característica das águas naturais, o íon bicarbonato é a espécie dominante. • A um pH menor que 4,3 somente existirá ácido carbônico livre, isto é, dióxido de carbono dissolvido. • Os carbonatos só passam a existir quando se extingue o ácido carbônico, a pH ≥ 8,3.
  • 75. 75 Química da Água Alcalinidade • Representa a concentração real em água dos ânions básicos. • É uma medida da capacidade de uma amostra de água para se comportar como uma base nas reações com prótons (H+). Isto é, a alcalinidade de um corpo de água é uma medida da capacidade de um corpo de água de resistir a uma acidificação, ou seja, de neutralizar ácidos. • É definida como: • A alcalinidade não tem significado sanitário, porém, é uma das determinações mais importantes no tratamento de água, estando relacionada com a coagulação, redução de dureza e o controle de corrosão. – A maior parte das substâncias utilizadas em tratamento de água altera a alcalinidade. 2 3 32Alc HCO CO OH H                     
  • 76. 76 Química da Água Alcalinidade • Mede-se a alcalinidade titulando uma amostra de água com ácido e determinando o equivalente de hidrogênio, sendo a alcalinidade expressa em mg/L de CaCO3. • Em função do pH, podem estar presentes os tipos de alcalinidade: – Alcalinidade de hidróxidos e carbonatos: pH 11 – 9,4; – Carbonatos e bicarbonatos: pH 9,4 – 8,3; – Somente bicarbonatos: pH 8,3 – 4,6 – Ácidos minerais: pH < 4,6. • Os indicadores utilizados para esta titulação são a fenoftaleína e o metilorange. • Fenoftaleína – Dá uma coloração rosa à água a pH 8,3 ou maior. – A quantidade de ácido consumida é chamada de alcalinidade a fenoftaleína. • Metilorange – Dá uma coloração avermelhada ou alaranjada a um pH ao redor de 4,3. – A quantidade de ácido consumido mede a alcalinidade total.
  • 77. 77 Química da Água Acidez • Analogamente, acidez é a capacidade de neutralização de soluções alcalinas, ou seja, é a capacidade da água em resistir às mudanças de pH em função da introdução de bases. • Em geral a acidez está associada a presença de CO2 livre. A presença de ácidos orgânicos é mais comum em águas superficiais, enquanto que nas águas subterrâneas é menos freqüente a ocorrência de ácidos em geral. Em algumas ocasiões as águas subterrâneas poderão conter ácido sulfúrico derivado da presença de sulfetos metálicos.  2 3 32Acid H CO HCO H OH                
  • 78. 78 Química da Água Dureza • É a característica conferida à água pela presença de sais de metais alcalino-terrosos (cálcio, magnésio, etc.) e alguns metais em menor intensidade. • Em termos gerais, a dureza é definida como: • A água classificada como “dura” contém concentrações substanciais de íons cálcio e magnésio. Por isso, a água calcária é “dura”. • Os íons cálcio e magnésio formam sais insolúveis com os ânions dos sabões, formando uma espécie de “nata” na água de lavagem. • Também durante a fervura da água os carbonatos precipitam-se. Este fenômeno prejudica o cozimento dos alimentos, provoca "encardido" em panelas e é potencialmente perigoso para o funcionamento de caldeiras ou outros equipamentos que trabalhem ou funcionem com vapor d’água. 2 2 Dureza Ca Mg         
  • 79. 79 Qualidade da Água • Devido às suas propriedades de solvente e à sua capacidade de transportar partículas, a água incorpora a si diversas impurezas • A qualidade de uma determinada água é função das condições naturais e do uso e ocupação do solo na bacia hidrográfica.
  • 80. 80 Qualidade da Água • O controle da qualidade da água está associado a um planejamento global, no nível de toda a bacia hidrográfica. • Qualidade existente X Qualidade desejável • O estudo da qualidade é fundamental para se caracterizar as consequências de uma determinada atividade poluidora quanto para estabelecer os meios para que se satisfaça determinado uso. • Poluição das águas  Adição de substâncias ou de formas de energia que, direta ou indiretamente, alterem a natureza do corpo d’água de uma maneira tal que prejudique os legítimos usos que dele são feitos.
  • 81. 81 Qualidade da Água • De acordo com a Política Nacional do Meio Ambiente (Lei 6.938, de 31/08/81), poluição é a degradação da qualidade ambiental resultante de atividades que direta ou indiretamente: – Prejudiquem a saúde, a segurança e o bem estar da população; – Criem condições adversas às atividades sociais e econômicas; – Afetem desfavoravelmente a biota; – Afetem as condições estéticas ou sanitárias do meio ambiente; – Lancem matérias ou energia em desacordo com os padrões ambientais estabelecidos.
  • 82. 82 Qualidade da Água Usos de água e requisitos de qualidade
  • 83. 83 Qualidade da Água Usos de água e requisitos de qualidade
  • 84. 84 Qualidade da Água Processos de poluição e contaminação
  • 85. 85 Qualidade da Água Árvore da qualidade total da água
  • 86. 86 Qualidade da Água Indicadores físicos • Cor – É decorrente da sua capacidade de absorver certas radiações do espectro do visível. – Deve-se a substâncias de origem mineral e orgânicas dissolvidas, no estado coloidal ou em suspensão. • Cor aparente  devido à matéria em suspensão. Determinada antes de centrifugação ou filtração. • Cor real ou verdadeira  devida exclusivamente a substâncias dissolvidas e em estado coloidal. – A cor pode tornar o líquido indesejável para uso em indústrias de produção de bebidas e de outros alimentos ou de fabricação de louças e papéis, ou, ainda, em indústrias têxteis. – Pode ser um indicativo do grau de poluição. • De modo geral, água de cor elevada apresentam alta DBO.
  • 87. 87 Qualidade da Água Indicadores físicos • Cor – A cor geralmente não tem significado sanitário, porém afeta esteticamente a qualidade de uma água. – Cores características: • A água pura é ausente de cor. • Em grandes profundidades, a água ganha cor azulada. • A cor marrom-amarelada se deve à matéria orgânica. • Coloração avermelhada debe-se ao ferro. • Quando em alta alcalinidade e dureza, pode apresentar coloração esverdeada. • Esgotos industriais podem lançar despejos coloridos. – Conforme sua origem, pode ser removida por coagulação e filtração, ou por oxidação química.
  • 88. 88 Qualidade da Água Indicadores físicos • Turbidez – É uma propriedade ótica da água que causa a dispersão e absorção de um feixe de luz incidindo em uma amostra, em vez de sua transmissão em linha reta. – Essa propriedade de desviar raios luminosos, é decorrente da presença de materiais em suspensão na água, finamente divididos e/ou em estado coloidal, e de organismos microscópicos. • Naturalmente: processos de erosão (silte, argila e areia), matéria orgânica, microorganismos e até pequenas bolhas de ar; • Artificialmente: lançamento de despejos domésticos e industriais. – Dificulta a fotossíntese devido à redução em termos de penetração de luz, logo, prejudicando fauna e flora.
  • 89. 89 Qualidade da Água Indicadores físicos • Turbidez – Afeta esteticamente os corpos d’água ou ainda encarece e dificulta os processos de tratamento para fins de abastecimento público e industrial. – A turbidez pode ser interpretada como uma medida indireta da quantidade de sólidos em suspensão, e é, por exemplo, particularmente útil no controle do tratamento de água potável. – São determinados em aparelhos chamados de nefelômetros ou turbidímetros, onde uma célula voltaica mede a quantidade de luz dispersa através de uma amostra. • A unidade de medida é a unidade nefelométrica de turbidez (UNT) ou apenas conhecida como unidade de turbidez (UT).
  • 90. 90 Qualidade da Água Indicadores físicos • Sabor e odor – São consideradas em conjunto pois são intimamente relacionadas e facilmente confundidas. – Reconhecem-se apenas quatro sabores: azedo, doce, amargo e salino. – Substâncias inorgânicas  produzem sabor geralmente sem produzir odor. – Substâncias orgânicas • Podem produzir tanto sabor quanto odor. • Praticamente todos os odores reconhecidos na água são de origem orgânica, exceto o H2S. – O sabor e odor sendo sensações organolépticas de avaliação subjetiva, não são passíveis de medição direta por instrumentos.
  • 91. 91 Qualidade da Água Indicadores físicos • Sabor e odor – Quando existem problemas de sabor e odor na água, a aeração pode ser empregada para a remoção de compostos voláteis e H2S ou pode ser necessária a aplicação de carvão ativado, com ou sem aeração prévia. • Temperatura
  • 92. 92 Qualidade da Água Indicadores químicos • pH • Oxigênio Dissolvido • Dióxido de Carbono Dissolvido • Matéria Orgânica (DBO e DQO) • Acidez • Alcalinidade • Dureza
  • 93. 93 Qualidade da Água Indicadores químicos • Sólidos São caracterizados como sólidos todas as partículas presentes em suspensão ou em solução, sedimentáveis ou não sedimentáveis, orgânicas ou minerais.
  • 94. 94 Qualidade da Água Indicadores químicos • Sólidos • Totais - massa sólida obtida com a evaporação da parte líquida da amostra a 103º a 105ºC, em mg/L; • Minerais ou Fixos - resíduos sólidos retidos após calcinação dos sólidos totais a 500ºC, em mg/L; • Orgânicos ou Voláteis - parcela dos sólidos totais volatilizada no processo de calcinação, em mg/L; • Em Suspensão ou Filtráveis e Não-filtráveis - quantidade de sólidos determinada com a secagem do material retirado por filtração da amostra, através de micromalha, de 0,45 μm, em mg/L; • Coloidais - fração dos sólidos composta de partículas com diâmetros equivalentes da ordem de 10-3 a 0,45 μm; • Dissolvidos - fração dos sólidos composta de partículas com diâmetros equivalentes inferiores a 10-3 μm.
  • 95. 95 Qualidade da Água Indicadores químicos • Sólidos – Sólidos sedimentáveis podem se depositar em leitos de rios e reservatórios --- destruição de organismos e leitos de desova de peixes, formação de depósitos que se decompõem anaerobicamente, assoreamento de corpos de água, agravamento de problemas de enchentes. – A quantidade de sólidos influencia na cor e na turbidez.
  • 96. 96 Qualidade da Água Indicadores químicos • Condutividade elétrica – A água pura é um meio isolante, porém sua capacidade de solvência das substâncias, principalmente de sais, faz com que as águas naturais tenham, em geral, alto poder de condutividade elétrica. – Esta condutividade depende do tipo de mineral dissolvido bem como da sua concentração. O aumento da temperatura também eleva a condutividade.
  • 97. 97 Qualidade da Água Indicadores químicos • Ferro e manganês – São necessários em pequenas concentrações aos seres vivos. – O ferro, com certa freqüência, associado ao manganês, confere à água sabor, ou melhor, sensação de adstringência e coloração avermelhada, decorrente de sua precipitação. – As águas ferruginosas mancham as roupas durante a viagem, mancham os aparelhos sanitários e podem ficar depositados nas tubulações. – O manganês apresenta inconvenientes semelhantes aos do ferro, porém é menos comum e sua coloração característica é marrom.
  • 98. 98 Qualidade da Água Indicadores químicos • Cloreto – Sua presença na água é resultante da dissolução de sais com íons Cl-, por exemplo de cloreto de sódio. – É característica da água do mar, cujo teor se aproxima dos 20000 ppm, entre eles o mais presente é o cloreto de sódio (NaCl) com cerca de 70% deste teor. – De um modo geral a presença de cloretos têm origem na dissolução de minerais, contato com áreas de sal, mistura com a água do mar e introdução de águas residuárias domésticos ou industriais. – Acelera processos de corrosão em tubulações. – Em determinadas concentrações imprime um sabor salgado à água.
  • 99. 99 Qualidade da Água Indicadores químicos • Corrosividade – A tendência da água de corroer os metais pode ser devida à presença de ácidos minerais (casos raros) ou pela existência em solução de gases dissolvidos. – De um modo geral, o oxigênio é fator de corrosão dos produtos ferrosos; o gás sulfídrico, dos não-ferrosos; e o gás carbônico, dos materiais à base de cimento.
  • 100. 100 Qualidade da Água Indicadores químicos • Nutrientes – Os nutrientes são compostos, principalmente a base de nitrogênio e fósforo que em determinadas concentrações possibilitam o aparecimento e a proliferação de organismos aquáticos  eutrofização (aumento na presença de algas e plantas aquáticas) – Os compostos de nitrogênio e fósforo ocorrem naturalmente em pequenas concentrações. O aumento na concentrações desses elementos nas águas se devem principalmente aos esgotos de origem doméstica. – O processo de eutrofização pode causar prejuízos principalmente a usos da água como abastecimento público, recreação e navegação.
  • 101. 101 Qualidade da Água Indicadores químicos • Nutrientes
  • 102. 102 Qualidade da Água Indicadores químicos • Nutrientes – Quantidades excessivas de sulfatos dão sabor amargo água e podem ser laxativos, principalmente em novos consumidores. – O nitrogênio segue um ciclo, podendo estar presente em diversas formas - amoniacal, nitritos, nitratos. – Estes compostos ocorrem na água originários de esgotos domésticos e industriais ou da drenagem de áreas fertilizadas. – Podem ser usados como indicadores da "idade" da carga poluidora (esgoto), dependendo do estágio em que se encontram. – Teores elevados de nitratos são responsáveis pela incidência de uma doença infantil chamada metemoglobinemia (ou cianose), que provoca a descoloração da pele.
  • 104. 104 Qualidade da Água Principais parâmetros em uma análise
  • 106. 106 Qualidade da Água Índice de qualidade da água • O Índice de Qualidade das Águas (IQA) incorpora 9 parâmetros considerados relevantes para a avaliação da qualidade das águas, tendo como determinante principal a utilização das mesmas para abastecimento público. • A criação do IQA baseou-se na avaliação dos parâmetros, o peso relativo dos mesmos e a condição com que se apresenta cada parâmetro, segundo uma escala de valores "rating". • Foram estabelecidas curvas de variação da qualidade das águas de acordo com o estado ou a condição de cada parâmetro. Estas curvas de variação, sintetizadas em um conjunto de curvas médias para cada parâmetro, bem como seu peso relativo correspondente
  • 107. 107 Qualidade da Água Índice de qualidade da água • O IQA é calculado pelo produto ponderado das qualidades de água correspondentes aos parâmetros: – Temperatura da amostra; – pH; – Oxigênio dissolvido; – Demanda bioquímica de oxigênio (5 dias, 20ºC); – Coliformes termotolerantes; – Nitrogênio total; – Fósforo total; – Resíduo total; e – Turbidez.
  • 108. 108 Qualidade da Água Índice de qualidade da água • A seguinte fórmula é utilizada: – IQA : Índice de Qualidade das Águas, um número entre 0 e 100; – qi : qualidade do i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 100, obtido da respectiva "curva média de variação de qualidade", em função de sua concentração ou medida e; – wi : peso correspondente ao i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 1, atribuído em função da sua importância para a conformação global de qualidade, sendo que: – n : número de parâmetros que entram no cálculo do IQA.
  • 109. 109 Qualidade da Água Índice de qualidade da água
  • 110. 110 Qualidade da Água Índice de qualidade da água
  • 111. 111 Qualidade da Água Índice de qualidade da água
  • 112. 112 Qualidade da Água Índice de qualidade da água
  • 113. 113 Qualidade da Água Índice de qualidade da água
  • 114. 114 Qualidade da Água Legislação de qualidade da água • CONAMA 274/2000: Critérios de balneabilidade em águas brasileiras. • CONAMA 357/2005: Classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento; e as condições e padrões de lançamento de efluentes, • PORTARIA 518 MS/2004: Procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade.