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Química das Águas - parte 2 Prof. Rafael Arromba de Sousa Departamento de Química UFJF QUÍMICA AMBIENTAL 2S 2017 - Parâmetros de qualidade das águas Definições Importância Alguns métodos analíticos

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Química das Águas - parte 2

Prof. Rafael Arromba de Sousa

Departamento de Química – UFJF

QUÍMICA AMBIENTAL – 2S 2017

- Parâmetros de qualidade das águas

Definições

Importância

Alguns métodos analíticos

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Num cenário global, a Química Ambiental

Associa a poluição com o desenvolvimento sócio-econômico

ÁGUA...

Tecnicamente, as águas naturais não são puras (sais)

A água é um bem natural de alto valor agregado

Vários tipos de substâncias tóxicas podem ser encontradas na água

Diferentes processos químicos ocorrem, naturalmente, nas águas e definem suas características

pH, cor, presença de sais e matéria orgânica dissolvida

Recapitulando ...

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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/

IGAM: Instituto Mineiro de Gestão das Águas

- http://www.igam.mg.gov.br/

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

Parâmetros de qualidade: propriedades/características da água Verificar a qualidade e adequação para o uso

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O APORTE de substâncias nos mananciais

Origina-se de várias FONTES:

- Efluentes domésticos e industriais

- Escoamentos superficial urbano e agrícola

Cada uma dessas FONTES possui características próprias quanto aos poluentes que transportam, como:

- Contaminantes orgânicos (que deveriam ser biodegradáveis)

- Nutrientes (que podem causar eutrofização)

- Bactérias ...

- Relação com o tipo de uso e ocupação do solo

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

PRECEDENTES:

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Mesmo separando os poluentes em grupos,

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...

Existem parâmetros de qualidade de água, levando em conta

os POLUENTES mais REPRESENTATIVOS

Físicos

Químicos

Microbiológicos

Bioensaios ecotoxicológicos 5

PRECEDENTES:

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Os Parâmetros de Qualidade: Classificação

1) PARÂMETROS FÍSICOS

Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez

Temperatura

Medida na fonte

- O aumento da T diminui a solubilidade de gases**, como o O2

- Favorece processos anaeróbicos

Mau cheiro (produtos de degradação)

** VIDE “Material de Apoio” para mais informações

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

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PARÂMETROS FÍSICOS DE QUALIDADE

Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez

É ocasianada pelas substâncias dissolvidas que se dissociam ou ionizam e cuja dissolução/ ionização também é função da temperatura

Muitos sais encontrados nas águas são de origem antropogênica

- Descargas industriais

- Consumo de sal nas residências

- Fluidos biológicos da população e animais

MONITORAÇÃO IDENTIFICAR MODIFICAÇÕES NA COMPOSIÇÃO

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PARÂMETROS FÍSICOS DE QUALIDADE

Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez

Impurezas na água contribuem para o aumento na quantidade de sólidos

Corresponde às diversas partículas, sedimentáveis ou não e que podem ser separadas por FILTRAÇÃO

A MEDIÇÃO DOS SÓLIDOS (não dissolvidos) é o “peso” dos sólidos filtráveis, expresso em mg/L

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Temperatura, condutividade elétrica, sólidos,

cor e turbidez

Cor

NATURAL: teor de matéria orgânica decomposta e íons ( principalmente de Fe e Mn )

ALTERADA: ações antropogênicas ...

Fotocolorímetro da ALFAKIT

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

(menos vegetação menos peixes) 9

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2) PARÂMETROS MICROBIOLÓGICOS

Coliformes fecais e totais

-.Bactérias encontradas principalmente nos intestinos de animais de “sangue quente”

Não representam, por si só, perigo à saúde

- Dentre as cepas: Escherichia coli é de origem fecal

Estreptococos totais

- Bactérias patogênicas

- Classificadas em grupos diferentes (sinais clínicos e sintomas)

Escherichia coli

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3) BIOENSAIOS ECOTOXICOLÓGICOS (ENSAIOS DE TOXICIDADE)

Determinação do potencial tóxico de um agente químico ou de uma mistura

Efeito (resposta) de poluentes sobre organismos vivos

Métodos

O crustácio Ceriodaphnia dubia é colocado em contato com a água contendo as substâncias em avalição

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http://cfb.unh.edu/cfbkey/html/Organisms/CClad

ocera/FDaphnidae/GCeriodaphnia/Ceriodaphnia

_dubia/ceriodaphniadubia.html;

acessado 13-09-16

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3) BIOENSAIOS ECOTOXICOLÓGICOS (ENSAIOS DE TOXICIDADE)

Determinação do potencial tóxico de um agente químico ou de uma mistura

Efeito (resposta) de poluentes sobre organismos vivos

Métodos

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 (efeito de 0 a 96 horas)

observação principal é o efeito morte

Crônica (efeito de 1/10 do ciclo vital até a

totalidade da vida do organismo)

resposta causa mudanças comportamentais, alterações fisiológicas, reprodutivas, etc

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4) PARÂMETROS QUÍMICOS

1. Alcalinidade, dureza, pH

2. Oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO)

3. Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)

4. Fósforo total

5. Surfactantes

6. Óleos e graxas

7. Cianetos

8. Fenóis e demais contaminantes orgânicos

9. Ânions (cloretos, sulfetos)

10. 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

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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 (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

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PARÂMETROS QUÍMICOS

Alcalinidade, dureza, pH

Relacionados com as espécies CO2, CO32-, Ca2+, Mg2+ e H+

p. ex. 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 e dureza total ([Ca 2+] + [Mg 2+])

IMPORTÂNCIA desses parâmetros Seres vivos necessitam de água em pH próximo à neutralidade

Tubulações de água (domésticas ou industriais) podem ser entupidas (águas duras) ou ter elementos metálicos lixiviados ...

Níveis fora dos padrões

Água com sabor desagradável e pode ter efeitos laxativos 16

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PARÂMETROS QUÍMICOS

Alcalinidade, dureza, pH

Método titulométrico

Dureza mg/L de CaCO3 Classificação da água

<15 muito branda

de 15 a 50 branda

de 50 a 100 moderadamente branda

de 100 a 200 dura

>200 muito dura

Ex de classificação da dureza total da água, expressa em quantidade de CaCO3

17 E a “nossa água” ?

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PARÂMETROS QUÍMICOS

Alcalinidade, dureza, pH

Método titulométrico

Dureza mg/L de CaCO3 Classificação da água

<15 muito branda

de 15 a 50 branda

de 50 a 100 moderadamente branda

de 100 a 200 dura

>200 muito dura

Ex de classificação da dureza total da água, expressa em quantidade de CaCO3

18 Segundo os alunos do 1S-2017

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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

Demanda bioquímica de oxigênio, DBO

“É a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica por meio de processos bioquímicos (e que podem ser monitorados no laboratório)”

Demanda química de oxigênio, DQO “É a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica através de um agente químico”

Útil para detectar substâncias resistentes à degradação biológica

=> Os valores obtidos são geralmente maiores do que os da DBO e podem ser conseguidos em menos tempo 19

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Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)

NH3 é geralmente encontrada em baixas concentrações ...

EMBORA SEJA TÓXICA, não é persistente Em concentrações baixas não causa danos aos seres

humanos mas pode ocasionar sufocamento de peixes

Já as demais espécies...

Fósforo total: medida pouco seletiva Usam-se métodos espectroscópicos (espectrofotometria e espectrometria)

Teores relativamente altos de espécies desta classe indicam poluição por efluentes industriais e/ou domésticos

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Fósforo total: medida pouco seletiva Usam-se métodos espectroscópicos (espectrofotometria e espectrometria)

Teores relativamente altos de espécies desta classe indicam poluição por efluentes industriais e/ou domésticos

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TAREFA

Pesquisar, em linhas gerais, como se determina o “P” empregando a

espectrofotometria e métodos espectrométricos de análise

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Ânions (cloretos, sulfetos)

- Constituem sais presentes na água

Aumento na concentração

poluição doméstica (Cl-) e industrial

Íons metálicos (Al, Sb, Ba, Be, Cd, Pb, Co, Cu, Cr, Fe, Li, Mn, Hg, Ni, Ag, U, V e Zn), arsênio, selênio e boro

- Toxidade: depende do elemento e da forma química (especiação química)

- Fontes: despejo de efluentes e lixiviação de fertilizantes

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FERTILIZANTES – Dica de leitura !

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Surfactantes

Óleos e graxas

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Fenóis e demais contaminantes orgânicos

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Surfactantes

São os constituintes dos detergentes i) aniônicos (R-SO3

-)Na+

i) catiônicos (RMe3-N+)Cl-

ii) não iônicos

Diminuem a tensão superficial da água geram espuma e deixam a “sujeira” em suspensão

inconvenientes estéticos e para a biota

Óleos e graxas

(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 abastecimento

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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 tipos

Grau de toxicidade

- Depende da substância (e da quantidade) ...

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para facilitar a interpretação das informações sobre a qualidade da água de forma abrangente e útil, a CETEB e o IGAM adataram 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

Nesse contexto,

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Cálculo do IQA e aplicação

Utilizado para avaliar águas destinadas ao abastecimento público

Produto ponderado de parâmetros de qualidade

Valor varia de 0 a 100

ÍNDICE DE QUALIDADE DAS ÁGUAS - IQA

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 “i”

função de sua importância na qualidade, em função de uma tabela

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Cálculo do IQA – “qualidade” dos parâmetros

Exemplo:

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

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Parâmetro Peso - wi

Oxigênio Dissolvido – OD (%OD Sat) 0,17

Coliformes fecais (NMP/100mL) 0,15

pH 0,12

Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO (mg/L) 0,10

Nitratos (mg/L NO3) 0,10

Fosfatos (mg/L PO4) 0,10

Variação na temperatura (0C) 0,10

Turbidez (NTU) 0,08

Resíduos Totais (mg/L) 0,08

Cálculo do IQA – “pesos” dos parâmetros

INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

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Nível de Qualidade

Faixa

Excelente 90 < IQA 100 Bom 70 < IQA 90

Médio 50 < IQA 70 Ruim 25 < IQA 50

Muito Ruim 0 < IQA 25

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

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Sendo a poluição das águas um fato “real”,

Necessidade de tratamento de águas e efluentes (causa histórica)

O aumento da população e o desenvolvimento industrial Poluem a água usada no abastecimento

Poluem também o solo ...

Existem PROCESSOS físicos, químicos e biológicos para tratar ÁGUAS POLUÍDAS Águas usadas para abastecimento Efluentes em geral (esgotos)

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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). 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. 5- http://www.quimis.com.br/produtos.php?cat=5&sub=2&prod=21, acessado em 30-05-13. 6- Nascentes, C. C.; Costa, L. M. Química Ambiental. UFMG, 2011. 7- http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/coliformes/coliformes.php, acessado 02-06-13 8– Pita, F. A. G. Armazenamento e tratamento de resíduos. Vol. II – Tratamento de Águas Residuais Domésticas, Universidade de Coimbra, 2002. 9- http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/01/aguas.pdf, acessado 13-11-12.

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