Aula 3 - Qualidade Das Águas Químicos_1_Gabi (1)

8/18/2019 Aula 3 - Qualidade Das Águas Químicos_1_Gabi (1)

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Qualidade das Águas

Características físicas, químicas e biológicas deáguas de abastecimento e águas residuárias.

Importância sanitária e ambiental.

Padrões Químicos

Parte 1

IPH02050 – Tratamento de água e esgoto - Turma A

Prof. Luiz Fernando Cybis


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Físicos Químicos Biológicos

Sólidos

Cor

Turbidez

TemperaturaSabor e odor

Condutividade

pHAcidez e alcalinidadeDurezaOxigênio DissolvidoMatéria orgânicaDemanda bioquímica deoxigênioDemanda química de oxigênioNitrogênioFósforo

EnxofreMicropoluentes orgânicos einorgânicosOutros

Organismos indicadores:Coliformes

Organismos específicos:CianobactériasMicrofaunaetc.

Testes de toxidade:AgudaCrônica

Parâmetros


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Parâmetros químicos• pH

•

Acidez e alcalinidade• Dureza

• Ferro e Manganês

• Oxigênio Dissolvido

• Matéria orgânica

– Demanda bioquímica de oxigênio

– Demanda química de oxigênio

• Nitrogênio

• Fósforo

• Enxofre

• Micropoluentes orgânicos e inorgânicos

•

Outros


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pH – Potencial de Hidrogênio

pH É uma medida da concentração de íons hidrogênio na água. A

concentração pode variar em ordens de magnitude, por isto foi introduzido oconceito de pH,

][log10

H pH

sendo [H+] a concentração de íons hidrogênio em mols/L.O pH é uma medida crítica tanto em águas naturais como em

tratamento de água e esgotos. Processos biológicos de tratamento requeremfaixa de valores de pH bastante restritos de modo a possibilitar ometabolismo dos microrganismos envolvidos.

Calcular o pH da mistura de duas correntes de águas residuárias, ácida e alcalina,desconsiderando o efeito de tamponamento. Os efluentes apresentam as seguintes vazões e

pHs, respectivamente, 10 m3/hora e 5 unidades de pH, e 30 m3/hora e 10 unidades de pH.


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• Origem natural: dissolução de rochas, fotossíntese,

absorção de gases da atmosfera.

• Origem antropogênica: despejos domésticos e

industriais.

pH


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Expressa a concentração de ions hidrogênio de uma solução (log

negativo), dando uma indicação sobre a condição ácida, neutra ou

alcalina da água.

O valor do pH influi na distribuição das formas livre e ionizada de

diversos compostos químicos, contribuindo para um maior ou

menor grau de solubilidade e/ou toxicidade das substâncias.

pH


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Dureza causada por magnésio (Mg) pode ser reduzida com o

aumento do pH. Em pH 11 o Mg forma um precipitado

(Mg(OH)2) que é facilmente removido;

Alguns metais como Zn, Cu e Cr +3 podem ser precipitados em pH

superior a 7;

pH maior que 8,0 favorece a formação de NH3 que é tóxica para peixes em baixas concentrações.

pH


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pH

• Solução Ácida - pH < 7;

• Solução Neutra - pH = 7;

• Solução Alcalina pH > 7;

• pH – corrosividade eagressividade das águas;

• pH – incrustração.

• Fotossíntese: pH12H

2O + 6CO

2→ 6O

2+ 6H

2O + C

6H

12O

6.

• Respiração: pHC6H12O6 + 6 O2 → 6CO2 + 6H2O


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• Afeta o equilíbrio entre as espécies emprocessos anaeróbios;

• Afeta metabolismo das espécies no processoaeróbio de nitrificação e processo anóxico dedesnitrificação.

pH


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•

Pode ser determinado usando: – Medidor de pH (pHmetro);

– Adição de um indicador de pH:• Fenolftaleína: Incolor → Rosa (pH 8,2 - 10);

•

Verde de bromocresol: Azul → Amarelo (pH 3,8 - 5,4); – Papel de tornassol:

• Solução ácida: tornassol azul → vermelho

• Solução alcalina: tornassol vermelho → azul

–

Papel indicador:• pH determinado através da coloração do papel após contato com a

amostra.

pH


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Papel de tornassol

pH

Solução Alcalina

Solução Ácida


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Papel indicador

pH


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pH (padrões)

• Água: Recomenda-se que, no sistema de distribuição,o pH da água seja mantido na faixa de 6,0 a 9,5.

•

Esgoto: pH entre 5,0 a 9,0.

• Classes d’água:

• Todas as classes: pH: 6,0 a 9,0.


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arbono inorgânico total

CO2

+ H2O -> H

2CO

3-> HCO-

3-> CO2-

3

Acidez Alcalinidade


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Acidez

• Capacidade da água em resistir às mudançasde pH causadas por bases;

• Responsáveis pela presença de acidez:

– Sólidos e gases absorvido da atmosfera;

– Sólidos e gases da decomposição da matériaorgânica e de H2S (gás sulfídrico).

• Unidade de medida: mg/L CaCO3.


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AcidezA acidez das águas pode ser do tipo natural ou mineral.

A acidez natural ocorre devido à presença do ácido carbônico(H2CO3), formado pela reação da água com o dióxido de carbono(CO2) que pode ter sido absorvido da atmosfera por fenômenosde superfície ou ser resultado de processos de oxidação biológicada matéria orgânica. O ácido carbônico é um ácido fraco, quelogo após a sua formação (CO2 + H2O -> H2CO3) poderá sofrer dissociações formando íons, bicarbonato e carbonatoresponsáveis por outra característica que é a alcalinidade. Asformas predominantes destes íons estão fundamentalmente

relacionadas com o pH do meio, como pode ser visto na figuraanterior. Desta forma, águas com pH entre 4,5 e 8,0 podemapresentar acidez natural devido à presença de CO2 na forma deH2CO3. A acidez natural tem pequena significância do ponto de

vista sanitário pois nenhum efeito nocivo é atribuído ao CO2.


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A acidez mineral ocorre devida principalmente a

lançamento de despejos industriais. Para ilustrar, podemos citar oexemplo da drenagem de minas abandonadas que contémquantidades significativas de enxofre, sulfetos e piritas. Essesmateriais quando expostos ao ar (condições aeróbicas) são

convertidos através da ação de bactérias oxidantes de enxofre aácido sulfúrico (H2SO4) e sulfato (SO4), que são drenados até oscursos d'água próximos a mina. As águas que contém acidezmineral são usualmente tão desagradáveis que não existemregistros de problemas relacionados ao consumo humano. Porémsão de interesse sanitário devido as suas características corrosivas eao custo envolvido para remover ou controlar as substâncias que

promovam a corrosão. A acidez mineral ocorre em águas com pHabaixo de 4,5. A acidez da água é expressa em mg/l CaCO3..

Acidez


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Acidez

Íons hidrogênio presentes na amostra como resultadoda dissociação ou hidrólise de solutos, reagem com aadição de uma solução de hidróxido de sódio

padronizada (NaOH). A acidez, portanto, depende do pH do ponto final ou indicador usado nadeterminação. O resultado da titulação usandofenolftaleína como indicador (pH do ponto final = 8,3)

é tradicionalmente identificado como Acidez Total egeralmente expresso como mg CaCO3/L.


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Acidez (padrões)

• Água: nada consta.

• Esgoto: nada consta.

• Classes d’água: nada consta.


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Alcalinidade

• Indica a capacidade tampão de uma mistura decompostos químicos, impedindo mudançabrusca de pH;

• HCO3-, CO3- e OH;

• Unidade de medida: mg/L CaCO3.


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Alcalinidade

5 gotas HCl Controle 5 gotas NaOH

Sem solução tampão


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Alcalinidade

50 gotas HCl Controle 50 gotas NaOH

Com solução tampão


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É devida a presença de substâncias comumente encontradas

em águas naturais tais como bicarbonatos, carbonos e hidróxidos.Como visto na figura anterior, a forma bicarbonatada (HCO-3) irá predominar em águas com pH entre 6,5 e 10,3. A partir de pH 10,3 oíon dominante é o carbonato (CO2-3). Em águas não poluídas, onde o

pH em geral não excede a 8,3 a alcalinidade é devida principalmenteà presença de bicarbonatos. A alcalinidade da água é expressa emmg/l CaCO3.

A alcali ni dade da água usada par a abastecimento públi co é

importante porque afeta a quantidade de substâncias químicas a ser em adicionadas no processo de coagulação e no contr ole da

cor r osão dos sistemas de distr ibuição.

Alcalinidade


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AlcalinidadeÍons hidrolisados presentes na amostra, como resultado da dissociação ouhidrólise de solutos, reagem com a adição de uma solução de ácido sulfúrico

padronizado. A alcalinidade entretanto, depende do pH do ponto final datitulação. Utilizando-se a fenolftaleína como indicador na titulação, o ponto deviragem se situa num pH em torno de 8,3. Em vista disto, pode-se estabeleceras seguintes premissas:1. Se houver somente hidróxidos na amostra, todo ele terá sido dosado.

2. Se houver somente carbonato ou carbonato e bicarbonato, terá sidodosada a metade do carbonato presente.3. Se houver hidróxido e carbonatos terão sido dosados todo o hidróxido e

metade do carbonato.4. Se houver bicarbonato, não haverá alcalinidade à fenolftaleína.5. O indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila possui

zona de viragem num pH entre 4,5 - 5. A titulação com este indicador dá aalcalinidade total devida a hidróxido, carbonato e bicarbonato e seuresultado é geralmente expresso como mg CaCO3/L.


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Alcalinidade (padrões)

• Água: nada consta.




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DurezaCaracterística conferida à água pela presença de sais de metais

alcalino terrosos (cálcio, magnésio, etc.) e alguns outros metais, emmenor intensidade. Quando os metais estão ligados a carbonatos(CO3) ou bicarbonatos (HCO

-3) a dureza é denominada temporária

ou carbonatada, pois pode ser eliminada quase totalmente por processode fervura. Quando é devida a sulfatos alcalinos terrosos e cloretos é

denominada permanente ou não-carbonatada porque não é removida por aquecimento. A soma das duas espécies chama-se de dureza total. Não há evidências de que a dureza da água cause problemas sanitários,mas em determinadas concentrações, causa um sabor desagradável e pode ter efeitos laxativos. A dureza da água também reduz a formaçãode espuma no processo de lavagem, induzindo a um maior consumo desabão, podendo também, provocar incrustações nas tubulações de águaquente, caldeiras e aquecedores. Segundo o grau de dureza as águas podem ser classificadas em águas moles, moderadamente duras, duras e

muito duras.


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Interpretação dos resultados – Classificação

- Água mole ou branda < 50 mg/l CaCO3

- Água de dureza moderada = 50 a 150 mg/l CaCO3

- Água dura = 150 a 300 mg/l CaCO3

- Água muito dura > 300 mg/l CaCO3

Dureza


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DurezaO ácido Etilinodiaminotetracético - EDTA, forma

complexos solúveis quando adicionado em soluções contendo

certos cátions metálicos. Se uma pequena quantidade deindicador, como por exemplo o negro de Eriocromo T, for adicionado a uma solução aquosa contendo íons cálcio emagnésio em pH 10 ± 0,1, a solução ficará com coloraçãovermelho - vinho. O EDTA formará complexo com os íons o

cálcio e o magnésio. Quando todo o cálcio e magnésio tiver sido complexado, a solução passará de vermelha a azul,marcando o ponto final da titulação.

O magnésio deve estar presente para que haja um ponto final satisfatório. Para assegurar a presença domagnésio, é adicionada uma pequena quantidade Sal deMagnésio de EDTA na Solução Tampão. Este introduz umaquantidade satisfatória de magnésio na amostra, e é corrigido

no branco.


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Dureza (padrões)

• Água: Dureza < 500,0 mg/L




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Ferro e Manganês• O ferro e manganês são elementos muito abundantes na crosta terrestre e

apresentam comportamento químico semelhante.

• Nas águas superficiais aparecem nas formas insolúveis ou oxidadas (Fe3+ eMn4+) associados a moléculas orgânicas, enquanto nas águas subterrâneasaparecem em suas formas solúveis ou reduzidas (Fe2+ e Mn2+).

• Caso a água contendo as formas reduzidas seja exposta ao ar atmosférico(ex: na torneira do consumidor), o ferro e o manganês voltam a se oxidar às suas formas insolúveis (Fe3+ e Mn4+), o que pode causar cor na água,

além de manchar roupas durante a lavagem.

• Nas concentrações normalmente encontradas não apresenteminconvenientes à saúde humana, sendo inclusive essenciais à dietanutricional, embora, possam apresentar problemas de ordem estética ou

prejudicar determinados usos industriais da água.


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Ferro e ManganêsO Ferro contido na amostra, é reduzido ao estado ferroso pelo

aquecimento com ácido e hidroxilamina, e tratado com 1,10 -fenantrolina em pH 3,2 a 3,3. A reação ocorre com três moléculasde fenantrolina para cada um íon ferroso, formando um complexode coloração laranja avermelhado. A intensidade da coloração

independe do pH, porém, no pH entre 2,9 - 3,5 o desenvolvimentoda cor ao primeiro excesso de fenantrolina é mais rápido.

O Manganês pode também ser determinado por colorimetria, umavez que a oxidação ao estado de oxidação VII tenha ocorrido. Isto

pode ser atingido pela adição de persulfato de amônia (agenteoxidante). Cuidado deve ser tomado com a presença de cloretosna amostra (interferente).


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Ferro e Manganês (padrões)

• Água: Ferro 0,3 mg/L e Manganês 0,1 mg/L.• Esgoto: Ferro dissolvido 15,0 mg/L e Manganês

dissolvido 1,0 mg/L


• Classe 1 e 2: Ferro dissolvido 0,3 mg/L eManganês total 0,1 mg/L.

• Classe 3: Ferro dissolvido 5,0 mg/L e Manganêstotal 0,5 mg/L.

• Classe 4: nada consta.


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Matéria OrgânicaA matéria orgânica presente nos corpos d´água e nos esgotos é umacaracterística de primordial importância para a qualificação daágua, pois é a matéria orgânica, a causadora do principal problemade poluição das águas: o consumo do oxigênio dissolvido pelosmicroorganismos nos seus processos metabólicos de utilização eestabilização dessa matéria. Os principais componentes orgânicos

são os compostos de proteína, os carboidratos, a gordura e os óleos,além da uréia, surfactantes, fenóis, pesticidas entre outros. Essamatéria orgânica de origem vegetal ou animal pode estar naturalmente presente na água ou ser resultado de lançamento de

despejos domésticos e/ou industriais, podendo ainda estar na formade sólidos em suspensão ou dissolvidos de natureza biodegradávelou não.

M é i O â i


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Matéria OrgânicaEm um esgoto doméstico, cerca de 75% dos sólidos suspensos e 40% dossólidos dissolvidos tem natureza orgânica. Para fins práticos, define-se

moléculas orgânicas como todas aquelas que contêm carbono, exceto CO(monóxido de carbono), CO2 (dióxido de carbono), HCO3- (íon

bicarbonato), CO32 – (íon carbonato) e carbono elementar nas formas degrafite e diamante.A matéria orgânica é normalmente formada por uma composição dos

átomos dos elementos carbono, hidrogênio, e oxigênio. Em esgotos,nitrogênio e fósforo encontram-se também associados a matéria orgânica.Os principais grupos de compostos presentes como matéria orgânica emesgotos domésticos são:Proteínas: 40% a 60%;Carboidratos: 25% a 50%;Óleos e Graxas: 10%O principal constituinte da urina, a uréia, é um importante compostoorgânico contribuinte aos esgotos. Entretanto, a uréia é raramente

detectada uma vez que converte-se rapidamente em amônia.


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Matéria Orgânica

Em termos práticos, usualmente não há necessidadede se caracterizar a matéria orgânica em termos de

proteínas, gorduras, carboidratos, etc. Assim,adotam-se normalmente métodos indiretos para aquantificação da matéria orgânica, ou do seu potencial

poluidor através da medição da demanda (consumo)

de oxigênio registrada no processo de oxidação dessamatéria.


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Oxigênio Dissolvido (OD)• Vital para os seres aquáticos

• Principal parâmetro de avaliação dos efeitos poluidores na água.

• Parâmetro indicador da capacidade receptora dos cursos d’água.

• A quantidade máxima de concentração de OD na água é chamada deconcentração de saturação (mg/l O2) e depende da temperatura, salinidadee pressão atmosférica local.

Temperatura

(°C)

0 10 20 30

Doce (mg/L) 14,6 11,3 9,2 7,6

Salgada(mg/L) 11,3 9,0 7,4 6,1


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Nos copos d’água:

• OD > OD de saturação = presença de algas(fotossíntese)

• OD < OD de saturação = presença de matériaorgânica (esgotos)

OD entre 4,0 a 5,0 mg/L = morte de peixes mais exigentes

OD igual a 2,0 mg/L = morte de todos os peixes

OD igual a zero = condições de anaerobiose com produção de

maus odores

OD para corpos d’água = 4,0 mg/L

Oxigênio Dissolvido (OD)


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Oxigênio Dissolvido (padrões)

• Água: nada consta

• Esgoto: nada consta


• Classe 1: OD, em qualquer amostra, não inferior a6 mg/L O2;

• Classe 2: OD, em qualquer amostra: não inferior a

5 mg/L O2;• Classe 3: OD, em qualquer amostra: não inferior a

4 mg/L O2;• Classe 4: OD: superior a 2,0 mg/L O2 em qualquer

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