QUÍMICA AMBIENTAL
Química das Águas - parte 2
Aulas S05 e S06 :
- Parâmetros de qualidade das águas
- Purificação de águas poluídas
(Tratamento de água)
Prof. Rafael Sousa
Departamento de Química – UFJF
2º período de 2013
Recapitulando ...
 Química Ambiental - contexto multidisciplinar
- Relação entre poluição e desenvolvimento sócio-econômico
- Química analítica é uma ferramenta importante para a monitoração
ambiental
 Técnicas instrumentais devem ser preferidas
 Características das águas naturais (que não são puras)
- A água é um bem natural de alto valor agregado
- Vários exemplos de substâncias tóxicas na água
- Os diferentes processos químicos aquáticos podem ser influenciados
pela poluição ambiental
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
CONTEXTO:
O aporte de substâncias nos mananciais
 Origina-se de várias FONTES:
- Efluentes domésticos e industriais
- 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 DA POLUIÇÃO DAS ÁGUAS:
Mesmo separando os poluentes em grupos,
a diversidade das indústrias existentes aumenta, ainda
mais, a variabilidade dos contaminantes aportados nos corpos de
água
Torna-se praticamente impossível a determinação sistemática de
todos os poluentes que possam estar presentes nas águas
superficiais, em tempo relativamente curto...
Físicos
Existem parâmetros de qualidade
de água, levando em conta
os poluentes mais representativos
Químicos
Microbiológicos
Bioensaios ecotoxicológicos
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
Parâmetros de qualidade  Indicadores de qualidade das águas
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
Os parâmetros de qualidade
PARÂMETROS FÍSICOS
Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez
Temperatura
- Solubilidade de gases como o O2
O aumento da T diminui
- Favorece processos aeróbicos
 mau cheiro (produtos de degradação)
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
PARÂMETROS FÍSICOS DE QUALIDADE
Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez
Sólidos
Correspondem a partículas diversas, sedimentáveis ou não e que
podem ser separadas por filtração
sólidos
 Impurezas na água contribuem para o aumento na quantidade de
A MEDIÇÃO DOS SÓLIDOS NÃO DISSOLVIDOS é o “peso” dos
sólidos filtráveis, expresso em mg/L
PARÂMETROS FÍSICOS DE QUALIDADE
Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez
Cor
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 (menos vegetação  menos peixes)
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
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
PARÂMETROS QUÍMICOS
Alcalinidade, dureza, pH
- Relacionados com as espécies CO2, CO3 2-,
Ca 2+, Mg
(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+]
2+
e H+
+ [Mg2+])
- 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
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
PARÂMETROS QUÍMICOS
Alcalinidade, dureza, pH
Ex de classificação da dureza total da água, expressa em quantidade de CaCO3
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
Oxigênio dissolvido, demanda bioquímica
demanda química de oxigênio (DQO)
de
oxigênio
(DBO),
- Expressam o teor de oxigênio dissolvido e indicam os tipos
possíveis de poluentes
- Demanda bioquímica de oxigênio
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
“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
- 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
 NH3 é geralmente encontrada em baixas concentrações
 APESAR DA TOXICIDADE, não é persistente
 Em concentrações baixas não causa danos aos seres
humanos mas pode ocasionar sufocamento de peixes
Surfactantes
 São os constituintes dos detergentes
i) aniônicos (R-SO3-)Na+ i
i) catiônicos (RMe3-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
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 abastaecimento
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
Toxicidade
depende da espécie
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, Se, U, V, Zn), arsênio e boro
- Fontes: despejo de efluentes e lixiviação de fertilizantes
- Toxidade: depende da espécie (especiação química)
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
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
Escherichia coli
- Bactérias patogênicas
- Classificadas em grupos (sinais clínicos e sintomas)
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 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
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
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
Cálculo do IQA e aplicação
9
IQA =  qi wi
i=1
 Produto ponderado de parâmetros de qualidade
 Variando de 0 a 100
qi  qualidade do parâmetro i
obtido através da curva média específica de qualidade
gráfico) usado como referência
(parâmetro
wi  peso atribuído ao parâmetro
função de sua importância na qualidade, em função de uma tabela
Utilizado para avaliar águas destinadas ao abastecimento público
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
Cálculo do IQA – “pesos” dos parâmetros
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
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
Cálculo do IQA – “qualidade” dos parâmetros
Exemplo:
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
Valores de referência do IQA
Nível de
Qualidade
Excelente
Bom
Médio
Ruim
Muito Ruim
Faixa
90 < IQA  100
70 < IQA  90
50 < IQA  70
25 < IQA  50
0 < IQA  25
 O IQA reflete a interferência por esgotos sanitários e outros
materiais orgânicos, nutrientes e sólidos
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
 geram efluentes domésticos e industriais
- Também poluem a água e o solo ...
Existem PROCESSOS físicos, químicos e biológicos para tratar
ÁGUAS POLUÍDAS
 Águas usadas para abastecimento
 Efluentes
INTRODUÇÃO
A ÁGUA usada para ABASTECIMENTO
 A água para essa finalidade sempre deve ser tratada ?
 FONTES potáveis:
Processo de desinfecção
 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
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DA ÁGUA (ETA)
PROCESSO REALIZADO EM ETAPAS
1º- Coagulação/floculação
2º- Decantação
3º- Filtração
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
Estas operações podem sofrer variações dependendo da fonte de
água e dos padrões de qualidade a serem alcançados
A ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DA ÁGUA
Esquema simplificado de uma ETA *
(Linha líquida)
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
1- Captação
AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA
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- 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- Floculação/ coagulação
São formados “flocos” com as susbtâncias dispersas e um reagente floculante:
os contaminantes co-precipitam com o Al(OH)3, p. ex., na etapa de Decantação
 melhora os índices de turbidez (partículas > 10-4 mm), cor e sabor (partículas
menores que 10-4 mm)
AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA
Floculação/ coagulação
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
 melhora os índices de turbidez (partículas > 10-4 mm), cor e sabor (partículas
menores que 10-4 mm)
- Uso de agentes “floculantes”: Al2(SO4)3 , sais de ferro e polímeros
orgânicos
Necessidade de remoção de Mg2+: Al2 (SO4)3 + NaAlO2
Ex de reação em água levemente alcalina:
Al2(SO4)3 14,3 H2O + 3Ca(HCO3)2  2 Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 + 14,3H2O
 ANÁLISES PRÉVIAS são importantes para ajustar o pH , quando necessário
AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA
Esta etapa é realizada em câmaras (floculadores) onde
agitada, facilitando a aglutinação de impurezas
água é levemente
Água superficial sendo tratada em
uma ETA, após a adição de um agente
floculante
 Parte da purificação da água ocorre por meio de um processo de
“transferência de fase”
AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA
4- Decantação
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- 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
AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA
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”
(fluorsilicato de sódio ou ácido fluorsilícico)
 ANÁLISES DE CONTROLE
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)
AS ETAPAS DO TRATAMENTO DA ÁGUA
 Ficam resíduos (tanque decantação):
tratamento da Linha SÓLIDA
Desidratação de Lamas
“Sobram” resíduos provenientes dos processos de clarificação: lamas
 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:
Composição, em % média, de lamas de ETAs após tratamento
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
CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA:
DESINFECÇÃO COM CLORO
Reações químicas:
O gás cloro reage quase completamente com a água formando o
ácido hipocloroso:
Cl2 + H2O
HOCl + H+ + Cl-
Em pH mais alcalinos, o ácido hipocloroso se dissocia, gerando os
íons H+ e OCl-:
HOCl
H+ + OClESPÉCIES BACTERICIDAS DE “CLORO LIVRE”
O Cl2 reage também com outras espécies presentes na
água, antes de se converter em HOCl ou OCl-
“Problema”: o cloro reage com substâncias orgânicas presentes
na água produzindo trialometanos (THM): CHX3 (X = cloro, bromo ou
uma combinação de ambos)
CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA:
DESINFECÇÃO COM CLORO
 Problemas da desinfecção com cloro
 O composto de maior preocupação é o CHCl3: 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 E DIÓXIDO DE CLORO
 Outro problema da desinfecção com cloro
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
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,
propriamente
o
uso
do
ClO2
.
não
é
uma
cloração
Reação de obtenção
Obtenção a partir de clorito: ClO2-
ClO2
oxidação
.
+
e- (realizada in situ)
CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DA ÁGUA:
DESINFECÇÃO COM CLORO E DIÓXIDO DE CLORO
Desvantagens na utilização de dióxido de cloro
 Assim como o ozônio, não pode ser estocado (explosivo) sendo gerado
in situ
 “Pequenas” frações de dióxido de cloro são convertidas em íons ClO2e ClO3- cuja presença RESIDUAL na água final pode causar problemas
de saúde
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
Oxida a matéria orgânica formando quantidades muito menores
de subprodutos orgânicos tóxicos que quando é usado cloro molecular
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.