Química das Águas - parte 2 Prof. Rafael Sousa Departamento de Química – UFJF 2º período de 2013 QUÍMICA AMBIENTAL Aulas S05 e S06 : - Parâmetros de qualidade.

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1 Química das Águas - parte 2 Prof. Rafael Sousa Departamento de Química – UFJF 2º período de 2013 QUÍMICA AMBIENTAL Aulas S05 e S06 : - Parâmetros de qualidade das águas - Purificação de águas poluídas (Tratamento de água)

2 O aporte de substâncias nos mananciais  Origina-se de várias FONTES: Efluentes domésticos e industriais - Efluentes domésticos e industriais Escoamentos superficial urbano e agrícola - Escoamentos superficial urbano e agrícola   DEPENDE do tipo de uso e ocupação do solo Cada uma dessas FONTES possui características próprias quanto aos poluentes que transportam, como: - Contaminantes orgânicos (que deveriam ser biodegradáveis) - Nutrientes (que podem causar eutrofiação) - Bactérias... INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS CONTEXTO:

3 Mesmo separando os poluentes em grupos, diversidade das indústrias a diversidade das indústrias existentes aumenta, ainda mais, a variabilidade dos contaminantes aportados nos corpos de água INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Torna-se praticamente impossível a determinação sistemática de todos os poluentes que possam estar presentes nas águas superficiais, em tempo relativamente curto... CONTEXTO DA POLUIÇÃO DAS ÁGUAS: Existem parâmetros de qualidade de água, levando em conta os poluentes mais representativos FísicosQuímicosMicrobiológicos Bioensaios ecotoxicológicos

4 Usados para a MONITORAÇÃO e FISCALIZAÇÃO ambiental com base da legislação CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005  CETESB: Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (Secretaria de Meio Ambiente de SP) - - http://www.cetesb.sp.gov.br/ http://www.cetesb.sp.gov.br/  IGAM: as  IGAM: Instituto Mineiro de Gestão das Águas - - http://www.igam.mg.gov.br/ http://www.igam.mg.gov.br/ INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Parâmetros de qualidade  Indicadores de qualidade das águas

5 Os parâmetros de qualidade PARÂMETROS FÍSICOS Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidezTemperatura - Solubilidade de gases como o O 2 - Solubilidade de gases como o O 2 O aumento da T diminui - Favorece processos aeróbicos )  mau cheiro (produtos de degradação) INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

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

7 PARÂMETROS FÍSICOS DE QUALIDADE Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidezSólidos Correspondem a partículas diversas, sedimentáveis ou não e que podem ser separadas por filtração  Impurezas na água contribuem para o aumento na quantidade de sólidos A MEDIÇÃO DOS SÓLIDOS NÃO DISSOLVIDOS é o “peso” dos sólidos filtráveis, expresso em mg/L

8 PARÂMETROS FÍSICOS DE QUALIDADE Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidezCor NATURAL: teor de matéria orgânica decomposta e íons de Fe e Mn ALTERADA: ações antropogênicas... Turbidez É uma medida que representa o quanto uma amostra de água interfere na luz que passa por ela  Águas turvas desfavorecem a fotossíntese de vegetações submersas  Águas turvas desfavorecem a fotossíntese de vegetações submersas (menos vegetação  menos peixes)

9 PARÂMETROS QUÍMICOS Alcalinidade, dureza, pH Oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO) Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito) Fósforo total Surfactantes Óleos e graxas Cianetos Fenóis e demais contaminantes orgânicos Ânions (cloretos, sulfetos) Íons metálicos arsênio boro Íons metálicos (ferro, potássio, sódio, magnésio, manganês, alumínio, zinco, bário, cádmio, níquel, chumbo, cobre, cromo (III), cromo (VI), selênio, mercúrio), arsênio e boro INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

10 PARÂMETROS QUÍMICOS Alcalinidade, dureza, pH -Relacionados com as espécies CO 2, CO 3 2-, Ca 2+, Mg 2+ e H + -Relacionados com as espécies CO 2, CO 3 2-, Ca 2+, Mg 2+ e H + (correlacionadas) Águas mais alcalinas  geralmente “dureza moderada” a “muito dura”  pouca quantidade de íons H + -Dureza pode ser expressa de várias formas ( dureza de cálcio, dureza de magnésio, dureza total ([Ca 2+ ] + [Mg 2+ ]) -IMPORTÂNCIA desses parâmetros Seres vivos necessitam  Seres vivos necessitam de água em pH próximo à neutralidade Tubulações de água  Tubulações de água (domésticas ou industriais) podem ser entupidas (águas duras) ou ter elementos metálicos lixiviados... Níveis fora dos padrões  Níveis fora dos padrões sabor desagradávelefeitos laxativos Água com sabor desagradável e pode ter efeitos laxativos

11 PARÂMETROS QUÍMICOS Alcalinidade, dureza, pH INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Ex de classificação da dureza total da água, expressa em quantidade de CaCO 3

12 Oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO) -Expressam o teor de oxigênio dissolvido e indicam os tipos possíveis de poluentes de oxigênio -Demanda bioquímica de oxigênio processos bioquímicos É a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica por meio de processos bioquímicos, que podem ser monitorados no laboratório” - Demanda química de oxigênio agente químico “É a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica através de um agente químico” Útil para detectar substâncias resistentes à degradação biológica valores obtidos conseguidos em menos temp => Os valores obtidos são geralmente maiores do que os da DBO e podem ser conseguidos em menos tempo

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

14 Surfactantes  São os constituintes dos detergentes i) aniônicos (R-SO 3 - )Na + i i) aniônicos (R-SO 3 - )Na + i i) catiônicos (RMe 3 -N + )Cl - i ii) não iônicos  Diminuem a tensão superficial da água geram espuma e deixam a “sujeira” em suspensão inconvenientes estético e para a biota  inconvenientes estético e para a biota Óleos e graxas (parâmetro OG) (parâmetro OG) - Substâncias orgânicas pouco encontradas em águas superficiais - MAS por serem pouco solúveis em água, dificultam tanto o tratamento de efluentes (processos biológicos) como o da água de abastaecimento

15 Fenóis e demais contaminantes orgânicos Ocorrem em consequência de despejos industriais Além de afetarem o sabor dos peixes e da água, podem causar: - lesões na pele - indisposições físicas de diversos tiposToxicidade depende da espécie

16 Ânions (cloretos, sulfetos) - Constituem sais presentes na água  Aumento na concentração  poluição doméstica (Cl - ) e industrial Íons metálicos arsênio boro Íons metálicos (Al, Sb, Ba, Be, Cd, Pb, Co, Cu, Cr, Fe, Li, Mn, Hg, Ni, Ag, Se, U, V, Zn), arsênio e boro - Fontes: despejo de efluentes e lixiviação de fertilizantes - Toxidade: depende da espécie (especiação química)

17 PARÂMETROS MICROBIOLÓGICOS  Coliformes fecais e totais - Bactérias encontradas principalmente nos intestinos de animais de “sangue quente” por si só  não representam, por si só, perigo à saúde - Dentre as cepas: Escherichia coli é de origem fecal  Estreptococos totais - Bactérias patogênicas - Classificadas em grupos (sinais clínicos e sintomas) INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Escherichia coli

18 BIOENSAIOS ECOTOXICOLÓGICOS BIOENSAIOS ECOTOXICOLÓGICOS (ENSAIOS DE TOXICIDADE) Determinação do potencial tóxico de um agente químico ou de uma mistura  Efeito poluentes: resposta de organismos vivos Método  O crustácio Ceriodaphnia dubia é colocado em contato com a em avalição  O crustácio Ceriodaphnia dubia é colocado em contato com a água contendo as substâncias em avalição  Os efeitos observados definem o grau da toxicidade: - Aguda (0 a 96 horas)  observação principal é o efeito morte - Crônica (1/10 do ciclo vital até a totalidade da vida do organismo)  resposta causa mudanças comportamentais, alterações fisiológicas, reprodutivas, etc

19 Para facilitar a interpretação das informações sobre a qualidade da água de forma abrangente e útil,, a CETEB e o IGAM, adaptaram e desenvolveram o Índice de Qualidade das Águas - IQA O IQA incorpora nove parâmetros considerados relevantes para a avaliação da qualidade das águas: - Oxigênio dissolvido - Coliformes fecais - pH - Demanda bioquímica de oxigênio - Nitratos - Fosfatos - Variação na temperatura - Turbidez - Resíduos totais INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

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

21 ParâmetroPeso - wi Oxigênio Dissolvido – OD (%OD Sat)0,17 Coliformes fecais (NMP/100mL)0,15 pH0,12 Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO (mg/L)0,10 Nitratos (mg/L NO 3 )0,10 Fosfatos (mg/L PO 4 )0,10 Variação na temperatura ( 0 C)0,10 Turbidez (NTU)0,08 Resíduos Totais (mg/L)0,08 Cálculo do IQA – “pesos” dos parâmetros INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

22 Cálculo do IQA – “qualidade” dos parâmetros Exemplo: INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

23  O IQA reflete a interferência por esgotos sanitários e outros materiais orgânicos, nutrientes e sólidos INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS Valores de referência do IQA

24 Sendo a poluição das águas um fato “real”, tratamento de águas e efluentes Necessidade de tratamento de águas e efluentes – causa histórica O aumento da população e o desenvolvimento industrial  Poluem a água usada no abastecimento  geram efluentes domésticos e industriais Também poluem a água e o solo... - Também poluem a água e o solo... ÁGUAS POLUÍDAS Existem PROCESSOS físicos, químicos e biológicos para tratar ÁGUAS POLUÍDAS   Águas usadas para abastecimento   Efluentes

25 INTRODUÇÃO A ÁGUA usada para ABASTECIMENTO  A água para essa finalidade sempre deve ser tratada ? potáveis  FONTES potáveis: Processo de desinfecção nãopotáveis  FONTES não potáveis: Estação de Tratamento de Água (ETA) FONTES de água para abastecimento   Águas superficiais (geralmente menos “puras”) Expostas continuamente a vários tipos de poluentes   Águas subterrâneas FIGURA: http://www.grupoescolar.com/a/b/FA37F.jpg, acessada 10-06-13 http://www.grupoescolar.com/a/b/FA37F.jpg

26 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DA ÁGUA (ETA) PROCESSO REALIZADO EM ETAPAS Coagulação/floculação 1º- Coagulação/floculação Decantação 2º- Decantação Filtração 3º- Filtração Desinfecção 4º- Desinfecção Estas operações têm como principais objetivos: - A remoção de material particulado, bactérias e algas - Remoção da matéria orgânica dissolvida que confere cor à água -Remoção ou destruição de organismos patogênicos tais como bactérias e vírus -.Remoção ou destruição de organismos patogênicos tais como bactérias e vírus podem sofrer variações dependendo Estas operações podem sofrer variações dependendo da fonte de água e dos padrões de qualidade a serem alcançados

27 A ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DA ÁGUA Esquema simplificado de uma ETA * (Linha líquida) Linha sólida  A ETA também tem uma estação de tratamento de sólidos (Linha sólida) São tratados os resíduos gerados na Linha líquida (*) http://www.aguasdesantoandre.pt/layout.asp?area=9&subarea=25, acessado dia 05-06-13 http://www.aguasdesantoandre.pt/layout.asp?area=9&subarea=25

28 AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA 1- 1- Captação águas superficiaiságuas subterrâneas A água que chega à Estação de Tratamento de Água é captada diretamente nos rios (águas superficiais) ou no subsolo (águas subterrâneas)  LINHA LÍQUIDA 2- 2- Gradagem São retirados da água os resíduos de maior dimensão como folhas, ramos, embalagens, etc., que ficam retidos em grades por onde a água é forçada a passar  PROCESSOS DE CLARIFICAÇÃO 3- 3- Floculação/ coagulação São com as susbtâncias dispersas : São formados “flocos” com as susbtâncias dispersas e um reagente floculante: Al(OH) 3 Decantação os contaminantes co-precipitam com o Al(OH) 3, p. ex., na etapa de Decantação  os índices de  melhora os índices de turbidez (partículas > 10 -4 mm), cor e sabor (partículas menores que 10 -4 mm)

29 AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA Floculação/ coagulação São com as susbtâncias dispersas e um reagente floculante: São formados “flocos” com as susbtâncias dispersas e um reagente floculante: os contaminantes co-precipitam com o Al(OH) 3, p. exx., na etapa de Decantação  os índices de  melhora os índices de turbidez (partículas > 10 -4 mm), cor e sabor (partículas menores que 10 -4 mm) - Uso de agentes “floculantes”:, sais de ferro e polímeros - Uso de agentes “floculantes”: Al 2 (SO 4 ) 3, sais de ferro e polímeros orgânicos orgânicos Necessidade de remoção de Mg 2+ : + Necessidade de remoção de Mg 2+ : Al 2 (SO 4 ) 3 + NaAlO 2 Ex de reação em água levemente alcalina: Al 2 (SO 4 ) 3 14,3 H 2 O + 3Ca(HCO 3 ) 2  2 Al(OH) 3 + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 14,3H 2 O  ANÁLISES PRÉVIAS são importantes para ajustar o pH, quando necessário

30 Água superficial sendo tratada em uma ETA, após a adição de um agente floculante AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA Esta etapa é realizada em câmaras (floculadores) onde água é levemente agitada, facilitando a aglutinação de impurezas  Parte da purificação da água ocorre por meio de um processo de “transferência de fase”

31 AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA 4- 4- Decantação clarificando a água reduzindoimpurezas É um processo de separação física das partículas em suspensão, clarificando a água e reduzindo em grande porcentagem as impurezas  As partículas decantadas, mais “pesadas” que a água, ficam depositadas no fundo do decantador  Processo que dura, em média, 3 h 5- 5- Filtração A água passa por filtros de areia e/ou carvão ativado, nos quais ficam retidas as partículas pequenas (não decantadas) e uma infinidade de substâncias solúveis (adsorção no carvão)  melhora características como odor e sabor  PROCESSOS DE DESINFECÇÃO

32 AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA 6- ouou 6- Desinfeção (geralmente cloração ou ozonização ou radiação UV) É a eliminação de microorganismos não retidos nas etapas anteriores  Adição de “cloro” (gás ou solução de hipoclorito)  Fluoretação: adição de “flúor” ou (fluorsilicato de sódio ou ácido fluorsilícico)  ANÁLISES DE CONTROLE água (Portaria número 518 do Ministério da Saúde, de 25 de março de 2004) ETAPA FINAL: análises físico-químicas e microbiológicas para atestar a qualidade da água (Portaria número 518 do Ministério da Saúde, de 25 de março de 2004)ARMAZENAGEM DISTRIBUIÇÃO PARA AS RESIDÊNCIAS (podem ocorrer contaminações)

33  Ficam resíduos (tanque decantação): tratamento da Linha SÓLIDA Desidratação de Lamas “Sobram” resíduos provenientes dos processos de clarificação: lamas estabilização química estabilização microbiológica  São encaminhadas para a desidratação (estabilização química) e estabilização microbiológica devido à grande quantidade de água - A desidratação (secagem) pode ser feita de várias formas: evaporação em leitos, uso de filtros (tipo prensa), etc - A lama tratada é transportada para um destino final adequado, sendo possível o seu aproveitamento como adubo orgânico: o seu aproveitamento como adubo orgânico: Composição, em % média, de lamas de ETAs após tratamento AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA

34 CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA (DESINFECÇÃO)  A desinfecção ocorre para assegurar que a água esteja livre de microorganismos patogênicos  Os processos utilizados tem vantagens e desvantagens ! A cloração é o método de desinfecção mais comumente utilizado na maioria dos países Quantidades suficientes de “cloro” são adicionadas à água visando destruir ou inativar os organismos alvo É um método confiável, de relativo baixo custo, simplicidade operacional e cujo excesso, no tratamento, favorece a biosegurança no armazenamento e transporte da água tratada

35 Reações químicas: O gás cloro reage quase completamente com a água formando o ácido hipocloroso: Cl 2 + H 2 O HOCl + H + + Cl - Em pH mais alcalinos, o ácido hipocloroso se dissocia, gerando os íons H + e OCl - : HOCl H + + OCl - ESPÉCIES BACTERICIDAS DE “CLORO LIVRE” O Cl 2 reage também com outras espécies presentes na água, antes de se converter em HOCl ou OCl - CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA: DESINFECÇÃO COM CLORO “Problema”: o cloro reage com substâncias orgânicas presentes na água produzindo trialometanos (THM): “Problema”: o cloro reage com substâncias orgânicas presentes na água produzindo trialometanos (THM): CHX 3 (X = cloro, bromo ou uma combinação de ambos)

36  Problemas da desinfecção com cloro  O composto de maior preocupação é o CHCl 3 : clorofórmio Produto da reação do HOCl reage com matéria orgânica  Os THM não são removidos da água através do tratamento convencional  Deve-se assegurar que a matéria orgânica esteja ausente da água que vai ser submetida à cloração ! O risco de contrair doenças causadas por esses compostos é menor do que o de contrair doenças por organismos patogênicos ! CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA: DESINFECÇÃO COM CLORO

37 Se a água contém fenol ou um derivado, o cloro substitui facilmente os átomos de hidrogênio do anel para dar lugar a fenóis clorados que além do gosto e odor ofensivos, são tóxicos clorodióxido de cloro fenóis Troca-se o cloro por dióxido de cloro quando o suprimento de água bruta está contaminado temporariamente com fenóis, sendo usando especialmente nos EUA e Europa ENTRETANTO, o uso do ClO 2. não é uma cloração propriamente Reação de obtenção. Obtenção a partir de clorito: ClO 2 - ClO 2. + e - (realizada in situ) oxidação  Outro problema da desinfecção com cloro CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA: DESINFECÇÃO COM CLORO E DIÓXIDO DE CLORO

38 Vantagens na utilização de dióxido de cloro O dióxido de cloro não é um agente de cloração: geralmente não introduz átomos de cloro nas substâncias com as quais reage muito menores Oxida a matéria orgânica formando quantidades muito menores de subprodutos orgânicos tóxicos que quando é usado cloro molecular CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA: DESINFECÇÃO COM CLORO E DIÓXIDO DE CLORO Desvantagens na utilização de dióxido de cloro não pode ser estocado in situ  Assim como o ozônio, não pode ser estocado (explosivo) sendo gerado in situ  “Pequenas” frações de dióxido de cloro são convertidas em íons ClO 2 - e ClO 3 - cuja presença RESIDUAL na água final pode causar problemas de saúde

39 REFERÊNCIAS CONSULTADAS 1 – BAIRD, C., Química Ambiental, Bookman, 2002, p. 483-524. 2 - http://www.igam.mg.gov.br (Qualidade das Águas Superficiais do Estado de Minas Gerais em 2004: Superficiais na Bacia do Rio Jequitinhonha em 2004. Belo Horizonte: IGAM Monitoramento das Águas, 2004, 116p). http://www.igam.mg.gov.br 3- 3- Manual de Procedimentos e Técnicas Laboratoriais Voltado para Análises de Águas e Esgotos Sanitário e Industrial. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 2004. 4- http://www.emite.com.br/orbeco/611_a.html, acessado em 30-05-13. http://www.emite.com.br/orbeco/611_a.html 5- http://www.quimis.com.br/produtos.php?cat=5&sub=2&prod=21, http://www.quimis.com.br/produtos.php?cat=5&sub=2&prod=21 acessado em 30-05-13. acessado em 30-05-13. 6- Nascentes, C. C.; Costa, L. M. Química Ambiental. UFMG, 2011. 7-, 7- http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/coliformes/coliformes.php,http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/coliformes/coliformes.php acessado 02-06-13 acessado 02-06-13 8– 8– Pita, F. A. G. Armazenamento e tratamento de resíduos. Vol. II – Tratamento de Águas Residuais Domésticas, Universidade de Coimbra, 2002. 9- 9- http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/aguas.pdf, acessado 13-11-12.http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/aguas.pdf

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