QUÍMICA AMBIENTAL

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Assistente editorial Rafael Henrique Lima Fulanetti
Produtoras editoriais Camilla Felix Cianelli Chaves
Laudemir Marinho dos Santos
Serviços editoriais Juliana Bojczuk Fermino
Kelli Priscila Pinto
Marília Cordeiro
Revisão de texto Edgar Costa e Silva
Diagramação Join Bureau
Capa Maurício S. de França
Adaptação para eBook Cinthia Guedes
ISBN 978-85-365-0998-3
DADOS INTERNACIONAIS DE CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO (CIP)
ANGÉLICA ILACQUA CRB-8/7057
Nowacki, Carolina de Cristo Bracht
Química ambiental : conceitos, processos e estudo dos impactos ao meio
ambiente / Carolina de Cristo Bracht Nowacki, Morgana Batista Alves
Rangel. – 1. ed. – São Paulo: Érica, 2014.
Bibliografia
ISBN 978-85-365-0998-3
1. Ensino – Métodos 2. Proteção ambiental 3. Química ambiental 4.
Química ambiental – Estudo e ensino I. Rangel, Morgana Batista Alves. II.
Título.
CDD-540.7
Índices para catálogo sistemático:
1. Química ambiental : Estudo e ensino 540.7
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1a edição
Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer meio ou
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autorais é crime estabelecido na lei n° 9.610/98 e punido pelo artigo 184 do
Código Penal.
CL 642426
Agradecimentos
Este livro foi escrito em um momento de grandes mudanças.
Mudanças que me ajudaram a compreender a misericórdia de Deus
para com minha vida. Portanto, meus agradecimentos devem-se,
principalmente, ao nosso Criador, o Senhor.
Também não posso deixar de agradecer à minha família, ao meu
marido André, que me apoiou de todas as maneiras possíveis e me
consolou nos momentos de angústia. Aos meus filhos Nicolas e
Manuela, que mesmo sem entender, suportaram minha ausência.
Por fim, agradeço à Editora Érica pela oportunidade de contribuir
um pouco mais com o conhecimento a cerca da Química Ambiental.
Carolina de Cristo Bracht Nowacki
À Editora Érica e a todos que contribuíram para a realização
deste projeto.
À minha família: à minha mãe Elisete Rangel, pelo apoio
incondicional e carinho; à minha querida avó Irene Regadas, pela
compreensão e contribuição valiosa na minha formação como
cidadã e profissional; ao meu pai, Michel Rangel, que me ensinou
que as dificuldades nos fortalecem; e à minha madrinha Rita
Chehuan, pelo apoio e incentivo.
Aos meus amigos, em especial minha querida amiga Viviane
Japiassú Viana, pela confiança, amizade sincera e por sempre me
lembrar de que o futuro é feito a partir de nossa constante dedi-
cação no presente. Ao amigo Francisco Silveira, sentiremos sua
falta.
Morgana Batista Alves Rangel
Sobre as autoras
Carolina de Cristo Bracht Nowacki possui graduação no
Programa Especial de Formação Pedagógica (Licenciatura em
Química) pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná (2008),
graduação em Química Industrial (2003) e mestrado em Gestão
Urbana pela Pontifícia Universidade Católica do Paraná – PUC-PR
(2008). É doutoranda em Gestão Urbana, na linha de Gestão e
Tecnologias Ambientais, e bolsista CAPES na PUC-PR. Atualmente
é professora de Química no Ensino Médio, com experiência na área
de desenvolvimento de materiais didáticos, e autora de livros didá-
ticos em Química para os Ensinos Fundamental e Médio.
Morgana Batista Alves Rangel é bióloga graduada pela
Universidade Santa Úrsula no Rio de Janeiro em bacharelado e
licenciatura, e é mestre em Conservação e Reabilitação de Águas
Interiores pela Universidade de Évora, em Portugal. Trabalhou em
projetos para o Instituto Nacional da Água português, em 2007. Em
2009, participou do livro Sustainable development: energy,
environment and natural disasters, publicado pela Fundação Luís de
Molina, de Évora. Na área de meio ambiente, atuou na elaboração
de estudos ambientais de meio biótico, em empreendimentos de
grande porte e laudos de perícia ambiental. É Auditora Líder ISO
14.001 e possui vasta experiência em licenciamento e gestão
ambiental. Atualmente, é analista ambiental e presta consultoria e
treinamentos sobre atividades potencialmente poluidoras. Também
possui amplos conhecimentos em ecologia, limnologia e
entomologia, uma de suas maiores paixões.
Sumário
Agradecimentos
Sobre as autoras
Apresentação
Capítulo 1 – Introdução à Química Ambiental
1.1 O que é a Química Ambiental?
1.2 Classificação dos impactos ambientais
1.3 Acidentes químicos e áreas contaminadas
1.3.1 Contaminação ambiental por metais pesados
1.3.1.1 Classificação dos metais
1.3.2 Contaminação ambiental por hidrocarbonetos
1.3.3 Acidentes químicos pelo mundo
1.3.4 Acidentes químicos no Brasil
1.4 Protocolo de Kyoto e seu impacto nas ações humanas
1.4.1 A origem do Protocolo de Kyoto
1.4.2 As conferências para o meio ambiente e o Protocolo
de Kyoto
Capítulo 2 – Química da Hidrosfera
2.1 Água
2.1.1 Ciclo da água
2.1.2 Parâmetros físico-químicos e biológicos
2.1.2.1 Radiação solar subaquática
2.1.2.2 Transparência da água
2.1.2.3 Turbidez
2.1.2.4 Cor aparente
2.1.2.5 Temperatura da água
2.1.2.6 Oxigênio dissolvido (OD)
2.1.2.7 Potencial hidrogeniônico (pH)
2.1.2.8 Alcalinidade
2.1.2.9 Dureza total
2.1.2.10 Condutividade elétrica
2.1.2.11 Sólidos
2.1.2.12 Demanda bioquímica de oxigênio e demanda
química de oxigênio
2.1.2.13 Compostos de fósforo
2.1.2.14 Compostos de nitrogênio
2.1.2.15 Coliformes totais e Escherichia coli
2.2 Poluição da água
2.3 Formas de tratamento da água e de esgotos
2.3.1 Sistemas de abastecimento e tratamento de água
2.3.1.1 Mananciais, captações e aduções
2.3.1.2 Captações
2.3.1.3 Aduções
2.3.1.4 Tratamento
2.3.2 Tratamento de esgoto
2.4 Resoluções que regulamentam o uso e o tratamento da
água
Capítulo 3 – Química da Atmosfera
3.1 Atmosfera
3.1.1 Atmosfera terrestre
3.1.2 As camadas da atmosfera
3.2 Poluição atmosférica
3.2.1 Classificação dos Poluentes
3.2.1.1 Classificação dos poluentes segundo as diferenças
nas características físicas ou químicas
3.2.1.2 Classificação baseada na origem dos poluentes
3.2.1.3 Classificação baseada no modo como os poluentes
chegam à atmosfera
3.2.1.4 Classificação baseada no estado legal dos
poluentes
3.2.1.5 Classificação baseada na toxicidade e frequência
de ocorrência
3.2.2 Medidas de controle da poluição atmosférica
3.2.3 Padrões de qualidade do ar
3.2.4 Principais poluentes atmosféricos
3.2.4.1 Material particulado
3.2.4.2 Monóxido de Carbono (CO)
3.2.4.3 Hidrocarbonetos
3.2.4.4 Óxidos de Nitrogênio (NO) e Dióxido de Nitrogênio
(NO2)
3.2.4.5 Ozônio (O3) e oxidantes fotoquímicos
3.2.4.6 Dióxido de Carbono (CO2)
3.2.4.7 Enxofre Reduzido Total (ERT)
3.2.4.8 Dióxido de Enxofre (SO2)
3.3 Camada de Ozônio
3.4 Efeito estufa
3.5 Chuva ácida
3.6 Aquecimento global
3.6.1 Principais problemas do aquecimento global no ar
atmosférico
Capítulo 4 – Química da Litosfera
4.1 Solo
4.1.1 Composição do solo
4.1.2 Formação do solo
4.1.3 Características do solo
4.1.4 Classificação do solo
4.2 Degradação e poluição do solo
4.2.1 Efeitos da poluição
4.2.2 Tipos de poluentes e degradação do solo
4.2.2.1 Erosão
4.2.2.2 Resíduos perigosos
4.2.2.3 Resíduos urbanos
4.2.2.4 Resíduos industriais
4.2.2.5 Resíduos de portos, aeroportos, terminais
rodoviários e ferroviários e postos de fronteiras
4.2.2.6 Salinização
4.3 Tratamento do solo e de resíduos
4.3.1 Limpeza pública
4.3.2 Coleta de resíduos
4.3.3 Aterros sanitários
4.3.4 Compostagem
4.3.5 Incineração
4.3.6 Controle de resíduos: 3Rs
4.4 Regulamentações sobre o uso e tratamento de solos
Capítulo 5 – Energias Alternativas e Eficiência Energética5.1 Energia e o meio ambiente
5.2 Fontes não renováveis de energia
5.2.1 Petróleo
5.2.2 Gás natural
5.2.3 Carvão mineral
5.2.4 Combustíveis nucleares
5.3 Fontes de energia alternativas
5.3.1 Energia hidrelétrica
5.3.2 Biomassa
5.3.3 Energia eólica
5.3.4 Energia solar
5.3.5 Energia geotérmica
5.3.6. Energia das ondas e energia das marés
5.3.7 Biodiesel
5.3.8 Hidrogênio
5.4 Histórico da crise energética
5.5 Utilização eficiente da energia
5.5.1 Utilização eficiente da eletricidade
5.5.2 Eficiência energética no setor de transportes
5.5.2.1 Biodiesel
5.5.2.2 Veículos elétricos e híbridos
Capítulo 6 – Nosso Cenário Futuro
6.1 Importância da química ambiental
6.2 A Química Verde como futuro dos passivos ambientais
6.3 Biotecnologia para a preservação ambiental
6.4 Biorremediação de ambientes terrestres e aquáticos
6.4.1 Aspectos da biorremediação
6.4.2 Tipos de biorremediação
6.4.3 Vantagens e limitações da biorremediação
6.5 Fitorremediação
6.5.1 Aspectos da fitorremediação
6.5.2 Técnicas da fitorremediação
6.6 Biofiltros
6.6.1 Aspectos dos biofiltros
6.6.2 Vantagens e desvantagens do uso de biofiltros
6.7 Monitoramento ambiental
6.7.1 Características do monitoramento ambiental
6.7.2 Implantação
6.7.3 Rede de monitoramento
Bibliografia
Apresentação
A Química Ambiental é uma ciência interdisciplinar que, em
conjunto com outras ciências como a Biologia, a Geologia, a
Ecologia e a Toxicologia, tem como principal objetivo entender a
química do ambiente com o intuito principal de melhorar a qualidade
de vida. A Química Orgânica, Inorgânica, Físico-Química e a
Bioquímica contribuem para transferir e integrar conhecimento sobre
os impactos dos compostos químicos sobre o ambiente.
A Química por si só estuda as transformações químicas. Quando
somamos o contexto ambiental, podemos defi nir a Química
Ambiental como a ciência que estuda as transformações químicas
que ocorrem no meio ambiente, bem como suas consequências. Os
processos químicos que ocorrem no meio ambiente podem ser de
ordem natural ou antrópica (provocada pelo próprio ser humano).
Neste livro observaremos essas modifi cações em três níveis: na
água, no ar e no solo.
Quando estudamos o meio ambiente, buscamos entender as
inter-relações do uso dos recursos naturais. No início, não havia
preocupação na geração de resíduos industriais, assim como não
havia controle destes. Com a geração de resíduos abusiva
decorrente da necessidade de crescimento e do aumento das
atividades produtivas, houve a necessidade de criar uma área
específica para a gestão desses resíduos. Consequentemente
aumentaram as exigências para o licenciamento ambiental, controle
e o tratamento de suas emissões atmosféricas, resíduos sólidos e
efluentes líquidos.
No Capítulo 1 estudaremos o conceito da Química Ambiental e
seus principais impactos. Também veremos que a falta de
conscientização ambiental na indústria química é capaz de gerar
danos por vezes irreparáveis à saúde humana e ao bem-estar do
meio ambiente. Porém, graças ao interesse dos governantes foi
possível acreditar que a poluição ambiental teria cura e, hoje, com
as diversas conferências ambientais, podemos ter perspectivas para
um futuro melhor.
O Capítulo 2 estudará a água e suas diferentes formas no ciclo
hidrológico, bem como o ciclo da água e seus parâmetros físico-
químicos e biológicos envolvidos. Veremos também as principais
formas de poluição e meios de tratamento para águas de
abastecimento e esgoto com base na legislação vigente.
O Capítulo 3 trata das camadas da atmosfera e dos principais
agentes poluidores. Também aborda as medidas de controle de
poluição do ar e quais parâmetros são importantes para verifi car a
qualidade do ar. Veremos ainda os principais poluentes atmosféricos
e seus efeitos a nível global.
No Capítulo 4 são apresentadas as características dos solos e
como ele é classifi cado; os efeitos da poluição por resíduos; além
da coleta, tecnologias e medidas preventivas para evitar a poluição.
Também estudaremos a base legal dos resíduos sólidos.
O Capítulo 5 tratará das alternativas às fontes não renováveis de
energia e quais opções viáveis existirão para evitar uma nova crise
energética. 12 Química Ambiental – Conceitos, Processos e Estudo
dos Impactos ao Meio Ambiente O Capítulo 6 nos trará uma visão
do que poderá ser feito em curto, médio e longo prazos para que
possamos corrigir os erros do passado em prol de uma melhor
qualidade de vida para todos nós, sem agredir o meio ambiente.
Todos os capítulos são encerrados com exercícios que provocam
a curiosidade e demandam pesquisas, levando o aluno a refl etir
sobre o conteúdo abordado e ampliar seus conhecimentos.
Esperamos que aproveite este livro como uma ferramenta de
aprendizagem e que auxilie a evolução acadêmica e a atuação profi
ssional.
As autoras
1
Introdução à Química Ambiental
1.1 O que é a Química Ambiental?
A Química Ambiental é uma área de conhecimento que surgiu a
partir da química clássica e ganhou reconhecimento nestas últimas
décadas. É considerada uma ciência interdisciplinar, já que envolve
diversas outras matérias como a ecologia, a geologia e a biologia.
Ela estuda as alterações químicas que ocorrem na natureza de
forma natural ou pela ação do homem (antrópica) e que podem
comprometer a saúde humana e o meio ambiente.
Desde o século XVII, no Reino Unido, existia uma grande
preocupação com a destruição do meio ambiente na extração do
carvão, com a publicação de alguns documentos se referindo a esse
fato. Já em 1872 foi publicado em um dos artigos da revista Nature
uma análise da qualidade do ar nas cidades de Londres e
Manchester em que foram apresentados os perigos das altas
concentrações de SO2.
Cabe dizer que a maioria dos problemas ambientais de origem
química que enfrentamos são causados pelo próprio homem, que
contribui para os processos de poluição. Tanto nas indústrias como
nas residências, existe a geração de efluentes e resíduos sólidos,
líquidos e gasosos, que acabam tendo seu destino final na
atmosfera, no solo e nas águas. Entretanto, este cenário está
mudando graças ao crescimento da conscientização da sociedade
sobre os danos causados pelas atividades humanas inadequadas.
Sendo assim, graças à química ambiental, diversos mecanismos
criados pelos químicos são capazes de controlar a concentração dos
mais diferentes produtos, criando sinergia com áreas correlatas
como a Toxicologia e Engenharia Ambiental.
1.2 Classificação dos impactos ambientais
Considera-se impacto ambiental qualquer alteração provocada
no meio ambiente por determinada ação ou atividade. O planeta
Terra atualmente tem apresentado diversos sinais de transição que
fazem com que o homem reveja seus conceitos sobre natureza.
Esta conscientização gera novos modelos, contribuindo para novos
comportamentos e definindo novas providências para evitar a
poluição ambiental, que pode ser definida como qualquer alteração
físico-química ou biológica que venha a desequilibrar um
ecossistema.
Um dos fatores que mais preocupam a sociedade diz respeito
aos problemas relacionados aos recursos hídricos, como o uso
indiscriminado da água e sua escassez, atualmente consideradas as
questões mais graves do século XXI.
Como já é sabido, a poluição atmosférica provém das atividades
que nós desenvolvemos, como a indústria, principal fonte geradora
de resíduos, que podem ser eliminados de três formas:
» na água: é um descarte de dejetos muito comum, pois se
trata de uma forma barata e cômoda de eliminar as
substâncias sem valor. Infelizmente, esses resíduos são
lançados nos corpos d’água que muitas vezes são utilizados
como fonte de água para abastecimento público;
» na atmosfera: a eliminação de poluentes na atmosfera
ocorre quando os resíduos estão no estado gasoso. Ou
seja, por meio da queima de substâncias que são
dispersadas através de chaminés sem tratamento;
» no solo: a eliminação de resíduosno solo pode ocorrer em
áreas isoladas previamente escolhidas, que quando
possuem tratamentos para evitar a poluição são chamadas
de aterros sanitários, e quando não, são chamadas de
lixões. As reações químicas produzidas pelo lixo, por
exemplo, o chorume, quando descartados em lixões ou
áreas sem tratamento podem contaminar solos e águas
subterrâneas causando a poluição orgânica. Outro tipo de
poluição capaz de afetar o solo e o lençol freático é a
poluição principalmente ocasionada por combustíveis
fósseis.
A seguir, apresentaremos as principais classificações dos
resíduos:
» resíduos tóxicos: considerados os mais perigosos, os
resíduos tóxicos podem provocar a morte, dependendo da
sua concentração. Geralmente são identificados
rapidamente, pois provocam diversas reações maléficas no
organismo. Entre os principais geradores desses poluentes
destacamos os poluentes industriais, como os resíduos de
cianetos, cromo, chumbo e fenóis;
» resíduos minerais: relativamente estáveis, os resíduos
minerais compreendem substâncias químicas de origem
mineral, mas que alteram as condições físico-químicas e
biológicas do meio ambiente, por exemplo, os resíduos das
refinarias de petróleo, das indústrias metalúrgicas e
principalmente das mineradoras.
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Figura 1.1 – Cerca de 800 milhões de pilhas comuns são produzidas no Brasil
por ano. Cada uma delas pode contaminar o solo por cerca de 50 anos. Apesar de
nem todos os tipos de pilhas e baterias apresentam o mesmo risco ambiental, a
falta de controle e o despejo inadequado é um erro comum com graves
consequências.
Florin Stana/Shutterstock.com
Figura 1.2 – Água poluída por mineração de cobre no lago Germânia, na
Romênia.
» resíduos orgânicos: seus principais representantes estão
presentes em nosso dia a dia, são os esgotos domésticos,
de frigoríficos, de laticínios etc. Esses resíduos são
representados pela matéria orgânica em decomposição
lançada no meio ambiente;
» resíduos mistos: têm características químicas diversas
associadas às de natureza biológica. Os resíduos mistos
são provenientes das lavanderias, indústrias têxteis, e das
indústrias de papel e borracha;
» resíduos atômicos: com isótopos radioativos, é o lixo
atômico capaz de emitir radiações ionizantes e
extremamente nocivas à saúde do homem, causando
efeitos que muitas vezes atravessam gerações e perduram
por longos períodos de tempo.
1.3 Acidentes químicos e áreas contaminadas
Uma área contaminada pode ser definida como um local ou
terreno onde há comprovadamente poluição ou contaminação
causada pela introdução de quaisquer substâncias ou resíduos que
possam ter sido depositados, armazenados, enterrados ou
infiltrados, seja de forma planejada, acidental ou até mesmo natural.
Os poluentes ou contaminantes podem concentrar-se em
subsuperfícies nos diferentes compartimentos do ambiente, como,
por exemplo, no solo, nos sedimentos, nas rochas, nos materiais
utilizados para aterrar os terrenos e nas águas subterrâneas, além
de estar presentes em paredes, pisos e nas estruturas de
construções.
A propagação desses poluentes ou contaminantes pode ser por
diferentes vias, como o ar, o próprio solo, as águas subterrâneas e
superficiais, e ainda alterando características naturais por onde
passa, deixando um rastro com impactos negativos e/ou riscos
sobre os bens a proteger, localizados na própria área ou em seus
arredores.
Segundo a Política Nacional do Meio Ambiente (lei nº 6.938/81),
são considerados bens a proteger:
» a saúde e o bem-estar da população;
» a fauna e a flora;
» a qualidade do solo, das águas e do ar;
» os interesses de proteção à natureza/paisagem;
» a ordenação territorial e planejamento regional e urbano;
» a segurança e ordem pública.
Dessa maneira, quando ocorre uma contaminação não
proposital, chamamos de acidente químico, que pode ser definido
como um evento inesperado ou provocado por ações antrópicas,
que afetam direta ou indiretamente a saúde pública, a segurança
das populações e até mesmo os próprios sistemas industriais, que
por consequência degradam o meio ambiente. Vazamentos de
petróleo, gás natural, gases industriais, explosões, incêndios
industriais, contaminações de produtos químicos e radioativos são
exemplos de acidentes químicos.
Analisando de uma forma global, substâncias químicas com
potenciais de risco de acidentes químicos podem ser classificadas
em função dos seguintes parâmetros:
» potencial tóxico;
» propriedades físico-químicas;
» variedade de aplicação;
» volume, quantidade e concentração dos reagentes, aditivos
e produtos utilizados durante o processamento industrial, o
armazenamento e o transporte.
Os símbolos de risco são pictogramas que seguem normas para
apresentação. São representadas em forma quadrada, impressos
em preto com fundo laranja-amarelo e obrigatoriamente utilizados
em rótulos ou informações de produtos químicos. Servem para nos
alertar dos riscos no manuseio do produto.
Esses símbolos seguem as normas da União Europeia, no Anexo
II das diretivas 67/548/EWG. Já no Brasil estão identificados na
Norma Brasileira (NBR) 7500 da Associação Brasileira de Normas
Técnicas – ABNT. Segundo elas, os símbolos e indicações de perigo
que devem ser utilizados são:
» corrosivo: o símbolo de um ácido ativo;