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Quimica Aplicada - Aulas
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QUIMICA APLICADA Profa Silvia 72% da superfície terrestre essencial a vida 65% em massa no ser humano Elevado calor especifico mantem estável relativamente a temperatura do planeta Pequenas variações de temperatura no meio aquático Exige gerenciamento adequado: manutenção e aumentar qualidade de vida IMPORTANTE PREOCUPAÇÃO ATUAL Custos e benefícios de cada ação praticada devem ser analisados consequência com impacto ambiental por falta de evidencias imediatas das consequencias geradas são cumulativasintensificam as respostas na natureza ÁGUA 97,2 % oceanos, 2,15% geleiras e 0,65% rios, lagos e atmosfera Heterogeneidade na distribuição de agua doce: 12 países concentram mais da metade das reservas mundiais de agua doce, incluindo o Brasil. No Brasil tem –se distribuição irregular : Amazônia concentra cerca de 70% menos de 10% da população SP: problemas de abastecimento vem da poluição rios Pinheiros e Tiete Necessita de abastecimento de outras procedências ÁGUA ONU: mantendo a forma atual de uso da agua prevê esgotamento do estoque agua: Crescimento populacional contaminação dos recursos: esgotos domésticos e industriais Falta de racionalização de água Desperdício 40% água tratada - SP 10 m3/segundo: abasteceria 3 milhões de pessoas A quantidade de agua diminuiu em 37% por habitante 80% das enfermidades no mundo são contraídas pela água ESGOTAMENTO DA ÁGUA POTÁVEL Representa 97,2% da totalidade da agua da Terra (147 km3); Devido ao alto teor do sal , ela é impropria para o consumo (500ppm); Dessalinização é uma alternativa Osmose Reversa Maior Usina fica em Jubail (Arabia Saudita): 800 000 m3 Corresponde 50% agua potável do país. AGUA DO MAR Países desenvolvidos chega a 300 litros por dia Representa uma parcela muito pequena da água total presente Proveniente da chuva Áreas urbanas ocorre impermeabilização do solo por meio de construções, pavimentaçãonão ocorre infiltração não ocorre chuva, afetando a disponibilidade de água Inundações Se aumentar a população aumenta a produção de poluentesão necessários recursos financeiros para garantir o fornecimento da água AGUA DOCE Medida pela quantidade de oxigênio dissolvida: 9 ppm Espécies aquáticas precisa de 5 ppm para sobreviverem Bactérias aeróbicas consomem oxigênio para oxidar matéria orgânica (material biodegradável)satisfazer necessidades energéticas A quantidade excessiva de material orgânico é prejudicial na água retira oxigênio da agua mantem a vida dos organismos vivos N, S, P, C carbonatos, sulfatos, nitratos Fontes de M.O. : esgoto, rejeitos industriais, fabricas de papel, efluentes líquidos. Bactérias Anaeróbicas: CH4, NH3, H2Spoluentes N, P : produção de algasimpedem a penetração da luzprejudica a fotossintese Esgoto domestico QUALIDADE DA AGUA Os efluentes de qualquer fonte poluidora só poderão ser lançados na água obedecendo ás seguintes condições: pH entre 5 e 9 Temperatura inferior a 400C Materiais sedimentáveis ate 1 mm/L Substâncias solúveis em hexano ate 100mg/L DBO 5 dias, 200C, no máximo de 60 mg/L Valores tabelados para alguns metais O conceito de POLUIÇÃO não é absoluto: deve ser analisado em conjunto com o uso pretendido da água. POLUIÇÃO: Acarreta desequilíbrio do ecossistema; CONTAMINAÇÃO: presença de micro-organismos e substâncias que sejam nocivos à saúde do homem; Formas de Poluição: Materia Orgânica; Organismos Patogênicos Nutrientes em excesso Materiais em Suspensão Radioatividade Defensivos agricolas e Fertilizantes Metais Poluição Térmica Plásticos POLUIÇÃO NO MEIO AQUATICO MATERIA ORGÂNICA Despejos de origem humana, agrícola ou industrial Decompõem pela ação dos micro-organismos consumo de oxigênio processo aeróbico Quando não há oxigênio dissolvido processo anaeróbico metano, H2S etc Despejo continuo de substancias orgânicas complexas (que não podem ser decompostas por micro-organismos) aumenta o nível de toxidez ao homem e aos organismos vivos presentes naquele meio Ex. detergentes, defensivos agricolas, petróleo e seus derivados etc POLUIÇÃO DOS MEIOS AQUATICOS Detergentes Formações de espumas Poluir locais adjacentes devido ao vento Dificulta a fotossíntese Destruição de organismos Defensivos agricolas: arrastados pela chuva, irrigação, erosão e podem atingir os aquíferos Petróleo: contaminação toxica dos microorganismos , impede a fotossíntese POLUIÇÃO DOS MEIOS AQUATICOS ORGANISMOS PATOGENICOS A presença na água é fonte de uma serie de doenças que causam efeito maléficos a saúde humana ONU : alto índice de pessoas com a saúde afetada pela ingestão de agua contaminada por eles; NUTRIENTES EM EXCESSO Despejos animais e humanos são ricos em fosforo e nitrogenioacarreta a proliferação rápida de algas prejudicam a utilização de agua para diversas finalidades, inclusive abastecimento publico POLUIÇÃO DOS MEIOS AQUATICOS MATERIAIS EM SUSPENSAO Causam a diminuição da penetração de luz, leva a diminuição da fotossintese Reduz a transparência da água, tornando a menos atrativa para praticas esportivas, dificulta a alimentação da vida aquatica e desequilibrio na cadeia alimentar RADIOATIVIDADE presença de substâncias radioativas proximas a sistemas aquaticos leva o contato das mesmas com os organismos aquaticos; A exposição descontrolada à radioatividade são danosas a todos os seres: câncer, afeta DNA humano, trazendo riscos para reprodução devido a deformações geneticas POLUIÇÃO DOS MEIOS AQUATICOS DEFENSIVOS AGRICOLAS Substâncias venenosas utilizadas no combate às pragas e organismos nocivos ao homem; Herbicidas: ervas daninhas Fungicidas: Usados contra fungos e parasitas Inseticidas: Insetos Quando usados de forma indevida, acumulam-se no solo e são ingeridos pelos animais através da vegetação Com chuvas : produtos quimicos da composição dos Pesticidas, infiltram-se no solo contaminando lençóis freáticos rios, lagos morte de seres vivos POLUIÇÃO DOS MEIOS AQUATICOS METAIS Lançados por atividades agricolas, industriais, mineração Polaridade da agua permite solubilização dos metais Independente da concentração sua presença é prejudicial Deficiência em zinco: anemias, nanismo, hiperpigmentação pele Deficiência em iodo: bocio Excesso de fluor: fluorose dental e óssea (dores, rigidez, limitação movimento) Deficiência de fluor: Cáries Mercurio: Anencefalia (ausência parcela do encéfalo, calota craniana) Dureza da água : cardiovasculares Chumbo: esclerose multipla Cadmio: hipertensão e arteriosclerose Amazônia: problema com mercuriogarimpo (separar ouro do minerio bruto) Contaminação das águas dos rios peixes envenenados são consumidos pelo homem problemas no sistema nervoso POLUIÇÃO DOS MEIOS AQUATICOS POLUIÇÃO TERMICA Adição de calor indesejado ao ambiente Pode levar tempo ate os efeitos tornarem-se visíveis Estações geradoras de eletricidade: condensador após a turbina (6°C a 17°C) Diminuição em reter oxigênio Alterações nos padrões reprodutivos, comportamento e crescimento ao longo da cadeia alimentardanos a longo prazo Alterações no metabolismo aumento da demanda de O2 Compromete a reprodução de certas espécies de peixes Movimentar para locais onde possa reproduzir Proliferação de doenças bacterianas redução drastica de algumas especies aquaticas POLUIÇÃO DOS MEIOS AQUATICOS Eutrofização Fenômeno causado pelo excesso de nutrientes (compostos químicos) ricos em fósforo ou nitrogênio) numa massa de água, provocando um aumento excessivo de algas; As principais fontes de eutrofização são as atividades humanas industriais, domésticas e agrícolas – por exemplo, os fertilizantes usados nas plantações ; Quando as algas morremalimento para micro-organismos decompositores demandam oxigênio, levando a redução dos mesmos; POLUIÇÃO DOS MEIOS AQUATICOS Torres de resfriamento Instalações que geram eletricidade utilizam essas torres Estima-se que uma usina de 1000MW necessite cerca de 5km2 de área de lagos para lidar com um aumento de 8°C na água utilizada Em acarreta em morte de peixes tanto pela passagem pelo sistema de resfriamento como ao se chocarem com as telas protetoras da tubulação de capitação da água; POLUIÇÃO DOS MEIOS AQUATICOS PLASTICOS Muito utilizado devido as suas propriedades como durabilidade, estabilidade e resistência a desintegração Estima-se um período de cem anos para sua desintegração No Pacifico constata-se uma camada de 1000km de extensão por 10m de profundida de plasticosmaior deposito do mundo Tem se encontrado plásticos nos estômagos de muitas espécies marinhas e aves Responsável pela morte de mais de um milhão de aves marinhas POLUIÇÃO DOS MEIOS AQUATICOS Agricultura O pre-requisito deve-se a cultura a ser irrigada Geral: A água deve ser Isenta de substâncias toxicas para vegetais e seres humanos Cuidados maiores para vegetais consumidos crus: isenta de micro-organismos patogênicos Controle de sais dissolvidos: Evitar riscos de interferência na atividade osmótica ou metabolismo das plantas ou aproveitamento de nutrientes Excessos de sais pode acarretar impermeabilização dos solos, dificultando a drenagem Irrigação consome grande quantidade de recursos de água docearrasta defensivos agrícolas e fertilizantes utilizados na agricultura Principais Uso da Água Recreação Pescas, banhos, esportes aquaticos Água Poluida, exalando odores desagradaveis ou que apresentem águas turvas ou corpos flutuantes tornam inconveniente para qualquer forma de recreação Navegação Requer condições necessárias: profundidade de leito, velocidade do curso d’água, vias isentas de substâncias agressivas às partes da embarcação que tem contato com água Principais Uso da Água Recepção de Despejos É pratica comum usar água para despejos de resíduos diversos; porem leis ambientais estabelecem a composição e respectivas concentrações das substâncias a serem lançadas. Deve-se considerar a vazão do cursocapacidade de diluição; e tratamento da água quando a diluição necessária não for atingida. Todas as condições necessárias à preservação da fauna e da flora devem ser mantidas mesmo nos locais de descarga. Principais Uso da Água Abastecimento Água potável Deve apresentar características sanitárias e toxicológicas adequadas Agua captada nos mananciais deve ser tratada antes de ser distribuída para consumo publica ETA: tem a cloração: remoção das substâncias organicas dissolvidas Principais Uso da Água Envolve processo Químicos e Físicos A seguir teremos as etapas de tratamento básico mais comum; ETAPAS DE TRATAMENTO DA ÁGUA 1. FILTRAÇÃO Filtração grosseira: passagem de agua sobre uma tela para retirada corpos flutuantes: galhos, plantas etc Dependendo dos componentes presentes faz-se uma pre-cloração para facilitação de metais e matéria orgânica 2. COAGULAÇÃO Adição de sulfato de aluminio e cal Transformar particulas finas em coloide: desestabiliza as particulas e aglutina-as Feitas em pontos de estrangulamento Al2 (SO4)3 → 2Al3+ + 3SO42- 2Al3+ + H2O → Al(OH)3 + 6H+ + 3SO42- ETAPAS DE TRATAMENTO DA ÁGUA 3. FLOCULAÇÃO Etapa de formação de floculos, partículas maiores com os sólidos ainda em suspensão Agua agitada fortemente por 30seg para aumentar a dispersão do coagulante e depois agita lentamente É influenciada pelo pH, temperatura e distribuição das partículas (importante a presença de floculos grandes) 4. DECANTAÇÃO Remoção dos floculos formados Não é adicionado produtos quimicos Os floculos são separados da água por ação da gravidade em tanques, depositando-se no fundo dos mesmos Flotação: adição de águas com microbolhas de ar ETAPAS DE TRATAMENTO DA ÁGUA 5. FILTRAÇÃO A agua decantada é encaminhada para unidades filtrantes O restante dos floculos que não foram removidos na etapa de decantação será retirado Filtro é constituído normalmente por areia, carvão ativo, cascalho, com uma ou mais camadas Necessita do controle do nível de água e vazão de entrada de água decantada para os filtros e saída de água filtrada. Etapa importante na remoção da turbidez da água e também de microrganismos patogênicos ETAPAS DE TRATAMENTO DA ÁGUA 6. DESINFECÇÃO Ação de um agente físico ou químico com finalidade de destruir microrganismos patogênicos Cloro (gasoso ou hipoclorito), ozônio, luz ultravioleta, íons de prata Teor de cloro residual mínimo: 0,2mg/L Para manutenção a caixa de água residencial deveria ser lavada 2x ao ano e mantê-la tampada. ETAPAS DE TRATAMENTO DA ÁGUA 7. FLUORETAÇÃO Adição de compostos com flúor: ac. Fluossilicico Libera fluoretoprevenção de cáries 0,6 a 0,8 mg/L 8. CORREÇÃO DO pH Adição de Ca(OH)2 pH =7 (6 - 9,5) Evita corrosão da canalização de distribuição ETAPAS DE TRATAMENTO DA ÁGUA O grau de exigência de qualidade depende da finalidade para a agua recuperada. Conjunto de parâmetros deve ser analisado: necessidade da região, e exploração de novos recursos hídricos Tem muitos problemas com recursos hídricos subterrâneos ou no caso de abastecimento que dependem da desalinização da agua marrecuperação de água é compensado. No Brasil há descaso sobre soluções da falta de abastecimento de água RECUPERAÇÃO DE RECURSOS HIDRICOS Reuso Planejado da água É a utilização da água por mais uma vez Na natureza ocorre espontaneamente; ou pelo homem de forma planejada Pode ser para fins potáveis ou não: recreação. Recarga de lençol freático, geração de energia, irrigação etc Faz parte da estratégia global de administração da qualidade da agua proposta pela ONU: Proteção a Saude publica Manutenção da Integridade dos Ecossistema Uso Sustentado da água O Esgoto tratado é visto como substituto do uso da água destinada para fins agricola e irrigação Poupa-se agua potavel para abastecimentos que que necessitem de qualidades menos exigentes. RECUPERAÇÃO DE RECURSOS HIDRICOS Pode ser direto ou indireto decorrentes de ações planejadas ou não Reuso Indireto não planejado: quando a água é descarregada ao meio ambiente e novamente utilizada a jusante de forma não intencional e não controlada; esta sujeita a ações naturais : diluição, autodepuração Reuso Indireto planejado: Ocorre quando os efluentes, depois de tratados são descarregado de forma planejada nos corpos de água superficiais ou subterrâneas para serem utilizados a jusante, de maneira controlada para atender algum uso. Pressupõem eventuais novas descargas de efluentes TIPOS DE REUSO Reuso Direto planejado: Ocorre quando os efluentes, depois de tratados são encaminhados diretamente de seu ponto de descarga até o local de reuso não sendo descarregados no meio ambiente Caso de maior ocorrência Destinado para uso em industria e irrigação TIPOS DE REUSO Irrigação Paisagística: parques, cemitério, campos de golfe, campus universitário, gramados residências etc Irrigação de campos para cultivo: plantas fibrosas e de grãos, plantas alimentícias, viveiros de plantas, proteção contra geadas Usos Industriais: refrigeração, alimentação de caldeiras, água de processamento, construção civil, lavagem de pisos, irrigações de áreas externas de industrias (jardins) Usos urbanos não potáveis : combate ao fogo, descarga de vasos sanitarios, sistemas de ar condicionado, lavagem de veiculos, ruas , sistemas decorativos aquaticos (fontes, chafarizes) APLICAÇÕES DA ÁGUA RECICLADA CARACTERISITCAS FISICAS Odor e Sabor As duas sensações se manifestam juntamente Dependem dos sais e gases dissolvidos Ser humano tem sensibilidade para poucos miligramas por litros de água (sais de ferro, cobre, manganês), H2S Ferro e o manganês favorecem o desenvolvimento de bactérias que causam maus odores e coloração à agua CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DA ÁGUA CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DA ÁGUA NaCl Salgado Na2SO4 Ligeiramente Salgado NaHCO3 Ligeiramente Salgado a doce Na2CO3 Amargo e Salgado CaCl2 Fortemente Amargo CaSO4 Ligeiramente Amargo MgSO4 Ligeiramente Amargo em saturação MgCl2 Amargo a doce CO2 Adstringente, picante Turbidez Medida da dificuldade do feixe de luz atravessar uma quantidade padrão de água solidos em suspensão (argila, colóides, matéria orgânica): turbidimetrousa –se um padrão quanto maior o espalhamento maior será a turbidez Esses sólidos podem ser retirados por filtração e decantação A cor é um interferente: absorve luz CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DA ÁGUA Temperatura Depende da localização e origem Temperatura das águas superficiais: acompanha a temperatura ambiente; águas subterrâneas acompanha a temperatura atmosférica Cor Causada por substancias dissolvidas Fe: arroxeada, Manganês: negra Medida da cor é feita comparando a padrões de solução platina-cobalto Materiais em suspensão influenciam na cor Para ser potável a agua não deve apresentar nenhuma cor CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DA ÁGUA Condutividade Eletrica Os sais dissolvidos na água estão ionizados e se comportam como eletrolitosconduzem eletricidade Os principais sais que contribuem para a condutividade da água :sais de potássio, sódio, cálcio, magnésio na forma de sulfatos, cloretos, carbonatos e bicarbonatos. Condutivimetro: relação direta da condutividade com os sais dissolvidos Através da medida de condutividade consegue determinar o teor de sólidos dissolvidos : 1000mg/litro (OMS) CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DA ÁGUA Amostra Condutividade típica aproximada a 25°C Água Tipo I (ultrapura) 0.055 μS/cm Água destilada 1.0 μS/cm Água Potável 50 μS/cm Água Mineral 200 μS/cm Água do Mar 53000 μS/cm pH Determinação da concentração H+: acidez da água pH neutro = 7 Constituinte Iônicos Ba: BaSO4 Perfurações de poços, produção de pigmentos, fogos de artifícios, vidros, defensivos agricolas 1,0mg/L: acima é muito tóxico: pressão sanguinea e sistema nervoso CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DA ÁGUA Cd: Queima de combustíveis fosseis, pigmentos, soldas, baterias, lubrificantes, defensivos , corrosão de tubos galvanizados Muito toxico: Disfunção renal, hipertensão, arteriosclerose, inibição de crescimento, câncer Limite: 0,001mg/L Ca: CaCO3, CaMg(CO3)2, Ca3(PO4)2 10 a 100mg/L CaCO3 : pouco soluvel em água Depende da quantidade de CO2 dissolvido, temperatura e pressão incrustações CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DA ÁGUA Pb: Presença pouco comum Atividades humanas: encanamento, soldas, plásticos, pigmentos, tintas Toxico e efeito acumulativo: saturnismo Dor de cabeça , irritabilidade, perda de memoria, problemas nos rins, pressão arterial Intoxicação aguda: inflamação gastrointestinal, vômito, diarreia Crianças: retardo mental e físico, perda da concentração e capacidade cognitiva 0,05mg/L CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DA ÁGUA Cloretos Presente abaixo 100mg/L Teores anômalos são indicadores de contaminação Cobre Corrosão de tubos de cobre ou latão, industrias de fundição, mineração, galvanoplastia Causa irritação, corrosão da mucosa, problemas hepáticos, renais, depressão. 0,5mg/L CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DA ÁGUA Fe 0,3mg/L (mais devido a sabor e cor) Se oxida facilmente com o oxigênio formando hidróxidos Precipita em louças azulejos, roupasmanchas Fluor Siderurgia, fundições, industria de esmaltados, vidro Eficiente na prevenção de cárie: 6ppm Quantidades maiores leva a fluorose dental e esqueletica CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DA ÁGUA Nitratos No sistema digestivo se transforma em nitrosaminas que são cancerígenas Interfere no transporte de oxigênio pela hemoglobinadanos neurologicos, faltas de ar e ate morte por asfixia 10mg/L Na A sua quantidade é um fator limitante no uso para agricultura: redução de sua fertilidade, redução do desenvolvimento vegetal, aumento da densidade do solo e redução da infiltração de agua Em aquiferos litorâneos , sua presença deve-se a intrusão do mar 200mg/L CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DA ÁGUA Mg: CaMg(CO3)2 (dolomita) Forma facilmente sais que dependendo cuja a solubilidade diminui com a temperatura formando incrustações, depósitos em caldeiras, trocadores de calor, intrusão marinha Dureza da água 1 – 40 mg/L águas subterrâneas: acima indica intrusões marinhas Ni 0,025mg/L Queima de combustiveis fósseis, fundição, galvanoplastia >11mgL em áreas de mineração Intoxicação, afetando nervos, coração e sistema respiratório CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DA ÁGUA RESOLUÇÃO 20 CONAMA Parâmetros Unidade Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4 Oxigênio Dissolvido mg/l >= 6,0 >= 5,0 >= 4,0 > 2,0 Coliformes Fecais nmp/100ml 200 1.000 4.000 - pH - Entre 6 e 9 Entre 6 e 9 Entre 6 e 9 Entre 6 e 9 DBO520 mg/l <= 3,0 <= 5,0 <= 10,0 - Nitrogênio Total mg/l - - - - Nitratos mg/l 10,0 10,0 10,0 - Fosfato Total mg/l 0,025 0,025 0,025 - Turbidez UNT <= 40 <= 40 <= 100 - Sólidos Totais mg/l 500 500 500 - DQO mg/l - - - - Condutividade umhos/cm - - - - Cádmio mg/l 0,001 0,001 0,01 - Chumbo mg/l 0,03 0,03 0,05 - Cobre mg/l 0,02 0,02 0,5 - Cromo (+3) mg/l 0,5 0,5 0,5 - Cromo (+6) mg/l 0,05 0,05 0,05 - Mercúrio ug/l 0,2 0,2 2,0 - Níquel mg/l 0,025 0,025 0,025 - Zinco mg/l 0,18 0,18 5,0 - 1 - Classe Especial - águas destinadas: ao abastecimento doméstico sem prévia ou com simples desinfecção. à preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas. Classe 1 - águas destinadas: ao abastecimento doméstico após tratamento simplificado; à proteção das comunidades aquáticas; à recreação de contato primário (natação, esqui aquático e mergulho); à irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se desenvolvam rentes ao Solo e que sejam ingeridas cruas sem remoção de película. à criação natural e/ou intensiva (aquicultura) de espécies destinadas á alimentação humana. . CLASSES DE ÁGUA CLASSES DE ÁGUA Classe 2 - águas destinadas: ao abastecimento doméstico, após tratamento convencional; à proteção das comunidades aquáticas; à recreação de contato primário (esqui aquático, natação e mergulho); à irrigação de hortaliças e plantas frutíferas; à criação natural e/ou intensiva (aquicultura) de espécies destinadas à alimentação humana. Classe 3 - águas destinadas: ao abastecimento doméstico, após tratamento convencional; à irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras; Classe 4 - águas destinadas: à navegação; à harmonia paisagística; aos usos menos exigentes CLASSES DE ÁGUA
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