Pontifícia Universidade Católica de Goiás
Engenharia Civil
Professora: Mayara Moraes
• Tradicionalmente, a Hidrologia se ocupava
basicamente da quantidade da água, e não da
sua qualidade.
• Esta ótica está bem presente em grande parte
dos livros de hidrologia aplicada.
• Entretanto, cada vez mais, é importante incluir um conhecimento mínimo de qualidade de água no estudo de hidrologia.
• Há uma interligação entre qualidade e
quantidade de água:
– Muitos problemas de qualidade estão associados
à quantidade de água disponível para diluição de
poluentes.
• Muitas fontes de poluentes surgem junto com
a própria formação do escoamento.
• Hidrólogos não devem se dedicar apenas a
questões de quantidade de água.
– Profissionais com uma visão mais abrangente
são muito necessários.
• Água – Elemento vital para as atividades
humanas e para a manutenção da vida.
– Para satisfazer as necessidades humanas e
ambientais, é necessário que tenha certas
características que variam com o seu uso.
• Análises clínicas: Tanto quanto possível isenta de sais e
outras substâncias em solução ou suspensão.
• Navegação e geração de energia: Requisito de não ser
excessivamente agressiva às estruturas.
• Pocessos biológicos, incluindo a manutenção dos
ecossistemas, a alimentação humana e a dessedentação animal: Exigências intermediárias.
“Alteração das características
da água por quaisquer
ações ou interferências,
sejam elas ou não
provocadas pelo homem:
(Braga et al., 2005).
Origem da palavra:
Relacionada à condição
estética da água, que parece
suja quando a poluição pode
ser percebida a olho nu.
• Entretanto, a alteração
da qualidade da água
não se manifesta
apenas em
características estéticas.
• A água aparentemente
limpa pode conter
micro-organismos
patogênicos e
substâncias tóxicas.
• Classificação quanto à facilidade com que se
visualiza o ponto em que estão sendo
lançados no corpo d’água receptor:
– Cargas pontuais: Introduzidas por lançamentos
facilmente identificáveis e individualizados, como
os despejos de esgoto de uma indústria.
– Poluentes difusos: Lançados de forma distribuída
(não é fácil identificar como são produzidos),
como substâncias provenientes de áreas agrícolas, ou de drenagem pluvial urbana.
• Aspectos fundamentais da qualidade da água
são, normalmente, apresentados em termos
de concentração de substâncias na água.
– A concentração é expressa como a massa da
substância por volume de água, em mg/l, ou
g/m³.
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎
𝐶=
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
Exemplo:
Ao acrescentar e dissolver 12 mg de sal em um
litro de água pura, obtém-se água com uma
concentração de 12 mg/l de sal.
• Na realidade, a mistura de um poluente lançado
no rio com a água deste rio não é imediata.
– Ao longo de um trecho de comprimento “L” a jusante
do ponto de lançamento, a água não pode ser
considerada completamente misturada.
– Ex.: Confluência dos rios Amazonas e Negro – águas
fluem lado a lado por vários km até que suas águas se
misturem.
• A rapidez com que um poluente se mistura à
água do rio depende da turbulência, e a
turbulência depende da velocidade e da
quantidade de obstáculos e curvas.
• Uma estimativa útil para um lançamento lateral
em um rio pode ser obtida pela equação a seguir
(Yotsukara, 1968 apud Chapra, 1997):
𝐿𝑚
𝐵2
= 8,52 ∙ 𝑈 ∙
𝐻
– Lm = Distância a partir do ponto de lançamento para a
qual pode se considerar que a mistura é completa (m);
– B = Largura média do rio (m);
– H = Profundidade média do rio (m);
– U = Velocidade da água (m/s).
Conceito ANA:
Vazão de um rio necessária para diluir um
efluente até que a concentração final da mistura
seja inferior a um dado limite.
𝐶𝑅 ∙ 𝑄𝑅 + 𝐶𝐴 ∙ 𝑄𝐴
𝐶𝐹 =
𝑄𝑅 + 𝑄𝐴
DADO
A carga ou fluxo de um poluente ou
substância é dada pelo produto entre a
vazão e a concentração.
𝑔
𝑘𝑔
𝑊 = 𝑄 ∙ 𝐶 ( 𝑠 𝑜𝑢
𝑠)
𝑸𝑭 = 𝑸𝑹 + 𝑸𝑨
• Avaliação da qualidade da água:
– De acordo com algumas características físicas,
químicas ou biológicas denominadas parâmetros
de qualidade de água.
• Freqüentemente, mas não necessariamente, estes
parâmetros são apresentados como concentração de
certas substâncias presentes na água.
– Os valores destes parâmetros são importantes
para a caracterização da água frente aos usos a
que ela se destina.
• Por exemplo, para ser bebida a água não pode ter
uma concentração excessiva de sais.
• Principais parâmetros de qualidade de água:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Temperatura
Salinidade
Oxigênio dissolvido (OD)
pH
DBO (poluentes orgânicos biodegradáveis)
Concentração de coliformes fecais
Concentração de metais pesados (Pb, Hg)
Concentração de nutrientes para algas (N, P)
Turbidez
Concentração de sólidos
Cor e odor
Entre outros
• A temperatura da água afeta algumas
características físicas e químicas da água.
– Exemplo: solubilidade dos gases e densidade
• A temperatura também afeta o
comportamento dos micro-organismos.
– Exemplo: velocidade com que os microorganismos
degradam a matéria orgânica
• O efeito de quase todos os outros poluentes
varia com a temperatura!!
As principais fontes de
efluentes térmicos são
as usinas termoelétricas, sejam elas
nucleares ou a carvão.
Barragens com reservatórios profundos também
podem despejar água com temperatura alterada
em relação ao rio original.
Tomada de água no fundo = água fria e sem
oxigênio
• Parâmetro importante na análise da poluição de
um rio.
– Oxigênio necessário para manter as condições de vida
dos seres que vivem na água.
• Concentrações de oxigênio dissolvido variáveis.
– Consumo de oxigênio pelos seres vivos, especialmente
os organismos decompositores de matéria orgânica.
– Produção de oxigênio na água por fotossíntese de
plantas e algas aquáticas ou por reareação, no
contato com a atmosfera.
• Entrada de oxigênio = reoxigenação
– A reoxigenação tem um limite, que é a
concentração máxima de OD na água para uma
dada temperatura (COD-sat).
 COD-sat  Temperatura
 COD-sat  Salinidade
Tabela: Condições de pressão atmosférica média
ao nível do mar, com salinidade zero:
• O OD tem papel fundamental na manutenção
da vida aquática.
• Limite inferior de tolerância para peixes: 4
mg/l (referência)
– Valor real dependente da espécie.
• Certos peixes necessitam de concentrações de OD
superiores para sobreviver, ou apresentar certos tipos
de comportamento.
– Valores inferiores a 3mg/l tendem a ser
prejudiciais para a maior parte dos vertebrados
aquáticos.
• Salmão:
– Depende de altíssimas
concentrações de oxigênio
dissolvido para sobreviver.
• Ideal: 9 mg/l
• Aceitável: entre 7-8 mg/l
• Fatal: inferior a 3.5 mg/l
• Dourado:
– Apresenta melhor crescimento
e utilização de alimento
quando cultivado em altas
concentrações de oxigênio
dissolvido, com valores
superiores a 5 mg/l .
• Expressa o grau de acidez ou alcalinidade da
água (valores de 0 a 14):
– pH < 7: Águas ácidas
– pH > 7: Águas alcalinas
• O pH do meio (água) controla as reações
químicas de muitos outros poluentes.
– Valores baixos de pH aceleram a decomposição de
materiais potencialmente tóxicos.
– Valores altos de pH podem levar a um aumento
na concentração de amônia, que é tóxica para
os peixes.
• Matéria orgânica presente na água:
Decomposta por microorganismos que, em
geral, consomem oxigênio no processo de
decomposição.
• DBO = Demanda Bioquímica de Oxigênio:
– Representa o consumo potencial de oxigênio para
decompor a matéria orgânica existente na água.
– Medida a partir de uma coleta de amostra que
deve ser mantida a 20C.
OXÍMETRO
• Medição da DBO:
– Tomar amostra com quantidade
desconhecida de matéria organica
consumidora de OD
– Medir a concentração inicial de OD
– Guardar amostra por 5 dias a 20C, sem incidência de luz
(para evitar fotossíntese)
– Medir a concentração final de OD
– Calcular a diferença entre as concentrações de OD
Este tipo de medição padronizada resulta num valor
conhecido como DBO5,20 porque é realizada
durante 5 dias a 20C.
• Inúmeros tipos de micro-organismos presentes
nas águas:
– Alguns podem indicar presença de dejetos de origem
animal.
• A água com micro-organismos de origem humana é
potencialmente nociva, porque muitos tipos de doenças são
transmitidas via a água.
• Testar a água para todos os micro-organismos
potencialmente patogênicos: $$$!
• Mais comum: Verificação da presença ou concentração
da bactéria Escherichia coli.
• Bactéria presente nos sistemas digestivos de animais de sangue
quente
• Normalmente não é nociva, mas é usada como indicativo de
contaminação com fezes humanas (ou de outros animais).
• Presença e concentração de
E.coli:
– Medida e expressa através da
concentração de coliformes
fecais em Número Mais Provável
(NMP) por 100 ml de água
NMP/100ml.
• Poluentes ou parâmetros conservativos:
– Não reagem com o meio ou com outras
substâncias, e não alteram a sua concentração por
processos físicos, químicos e biológicos, exceto a
mistura.
– Ex.: Sal.
• Poluentes ou parâmetros não conservativos:
– Se transformam em contato com o meio ou
reagem com outras substâncias, alterando sua
concentração ao longo do tempo.
– Ex.: Coliformes fecais, temperatura, DBO.
Conservativos
Não conservativos
• Os poluentes interagem com o meio e, além da
diluição, podem alterar sua concentração por:
–
–
–
–
Reações químicas
Consumo na cadeia trófica
Sedimentação (deposição no fundo)
Trocas com a atmosfera
• Em geral, representam-se as transformações das
substâncias com modelos simples como o decaimento
de primeira ordem, em que a taxa de reação é
linearmente proporcional à concentração.
𝑑𝐶
= −𝑘𝐶
𝑑𝑡
• Um dos exemplos mais interessantes é a interrelação entre OD e DBO em ambiente aquático.
DBO5,20:
Se esperássemos mais tempo:
Por que não esperar???
• Tempo = $$$!
• Comportamento razoavelmente previsível a
partir dos 5 dias – Exponencial decrescente.
A diminuição da concentração de OD, significa que
oxigênio está sendo consumido pela matéria
orgânica que está se degradando (DBO).
L = DBO
remanescente
Portanto, a DBO também está diminuindo,
e tende a zero.
t = tempo
k1 = coeficiente de decaimento (com unidades de tempo-1)
L = concentração de DBO
L0 = concentração de DBO no instante t=0
C = concentração de OD
C0 = concentração de OD no instante t=0
• Quando é medida a DBO5,20 de uma amostra
de água, é calculada a diferença entre a
concentração inicial de OD e a concentração
de OD cinco dias depois.
• Para saber a quantidade total de OD que a
matéria orgânica poderia ter consumido, se
houvesse tempo para isso, é necessário
estimar o valor de L0, que é conhecida como DBO Última ou DBO Total.
• Valores típicos de k1 podem ser encontrados a
partir de medições de consumo de OD com
duração maior do que 5 dias.
• Valores típicos de laboratório: entre 0,1 e 0,35
• Valores práticos: entre 0,2 e 0,5 dias-1
– Valores mais altos: efluentes não tratados
– Valores mais baixos para água relativamente
limpa.
Alguns valores típicos de DBO total:
• O oxigênio dissolvido na água de um rio vai
sendo consumido pela decomposição da
matéria orgânica.
• Por outro lado, a água é reoxigenada através
da fotossíntese de plantas aquáticas e do
contato com o ar atmosférico na superfície.
– Valores de OD dinâmicos!
• Característica importante dos rios: Capacidade de se recuperar do impacto causado por
poluentes.
• Considera-se um rio com água bastante limpa,
em que a DBO é próxima de zero e a
concentração de OD está próxima da saturação.
• Em um ponto, é lançado um efluente com alta
concentração de DBO e concentração de OD
próxima de zero.
• No ponto de lançamento do efluente poluído
ocorre um aumento súbito da concentração de
DBO e uma redução da concentração de OD.
– Estes valores vão voltando ao normal, com o tempo.
• RESOLUÇÃO DO CONAMA Nº 357, de 17 de
março de 2005:
– Definição de classes de acordo com os usos da
água e definição da qualidade da água mínima
para cada uso.
– Estabelecimento de valores limites para alguns
parâmetros de qualidade de água para cada
classe.
• Classe especial
– Águas destinadas ao abastecimento para o
consumo humano, com desinfecção simples.
• Classe 1
– Águas destinadas a:
• Recreação de contato primário (natação, vela...);
• Aqüicultura e atividades de pesca;
• Abastecimento para consumo humano após
tratamento;
• Irrigação de hortaliças que são consumidas cruas;
• Irrigação de parques, jardins, campos de esportes
e lazer, com os quais o público tem contato direto.
• Classe 2
– Águas destinadas a:
• Pesca amadora e recreação de contato secundário
• Irrigação de hortaliças que não são consumidas cruas e sem
remoção de pele
• Irrigação de áreas de lazer de contato indireto do público.
• Classe 3
– Águas destinadas à irrigação de culturas arbóreas ou
cereais, ou à dessedentação de animais.
• Classe 4
– Águas destinadas à navegação ou paisagismo.
Valores limites de alguns parâmetros de
qualidade de água para diferentes classes, de
acordo com a resolução CONAMA de 2005.