Aula 05 Indicadores de Qualidade degradação

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INDICADORES BIOQUÍMICOS DA 
QUALIDADE 
Estela de Oliveira Nunes 
2014 
Engenharia Sanitária e Ambiental 
QUALIDADE DAS ÁGUAS 
Monitoramento da Qualidade das Águas 
 
Esses são os 9 parâmetros que compõem o Índice da qualidade das águas (IQA): 
 
.Oxigênio dissolvido (OD) 
.Demanda bioquímica de oxigênio (DBO) 
.Coliformes fecais 
.Temperatura da água 
.pH da água 
. Nitrogênio total 
. Fósforo total 
. Sólidos totais 
. Turbidez 
 
Devem ser levados em consideração fatores importantes: 
 
. A qualidade das águas muda ao longo do ano; em função de fatores meteorológicos e da eventual 
sazonalidade de lançamentos poluidores e das vazões. 
. A medida que o rio avança, a qualidade melhora por duas causas: a capacidade de autodepuração dos 
próprios rios e a diluição dos contaminantes pelo recebimento de melhor qualidade de seus afluentes. Esta 
recuperação , entretanto, atinge apenas os níveis de qualidade aceitável ou boa. É muito difícil a 
recuperação ser total. 
 
 
Indicadores Globais de Matéria Orgânica 
 
- DBO 
 
- DQO 
 
- COT 
 
- Óleos e Graxas (compostos orgânicos 
hidrofóbicos) 
 corpo d´água ⇒ poluição ⇒ mortandade de peixes 
poluição ⇒ turbidez, cor, espuma, etc 
(ex.: rio) 
são estes os agentes causadores 
da morte dos peixes? 
“sujeira” oriunda dos esgotos de uma cidade ou fábrica 
esgotos patogênicos que matam os peixes? 
dificilmente uma bactéria que afeta a saúde do homem 
pode parasitar um peixe também (tempo/velocidade) 
indústrias ⇒ resíduos não patogênicos ⇒ peixes mortos 
substâncias tóxicas? 
esgotos geralmente não contém grandes quantidades 
destas substâncias 
substâncias orgânicas derivadas das atividades domésticas 
maiores constituintes: 
(restos de alimentos e materiais fecais) 
sem “venenos” 
esgotos de pequenas cidades 
sem indústrias tb matam peixes 
excesso de alimento * 
decomposição ⇒ realizada por microorganismos que se 
reproduzem com rapidez, atingindo números espantosos 
em poucas horas 
maior quantidade de matéria orgânica 
demanda bioquímica (DBO) ⇒ porque se realiza através de 
 atividade biológica ou bioquímica 
maior quantidade de oxigênio consumido 
matéria orgânica ⇒ responsável por uma demanda de oxigênio 
concentração de O2 dissolvido 
excesso ⇒ ruim (propriedades oxidativas) 
relativamente baixa 
(pequenas variações são muito importantes do 
ponto de vista ecológico) 
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O 
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- 
⇒ inibição desenvolvimento de microorganismos 
 anaeróbios (alguns responsáveis, por exemplo, 
 pela fixação de nitrogênio 
falta ⇒ processo respiratório 
O2 (g) O2 (aq) 
solubilidade de gases em água pode ser descrita pela lei de Henry 
solubilidade de um gás em um líquido é proporcional a 
pressão parcial do gás em contato com o líquido 
(temperatura constante) 
Matematicamente: 
[O2(aq)] = K PO2 
K = constante da Lei de Henry 
 (específica para um dado gás, temperatura e pressão) 
No caso do oxigênio, considerando-se como constituinte de 
21% da atmosfera (pela lei de Dalton): 
 ⇒ exerce uma pressão de 0,21 atm (considerando-se ar seco) 
[O2(aq)] = 1,3x10-3 x 0,21 
K ⇒ tabelado ⇒ p/250C = 1,3x10-3 mol L-1 atm-1 
 tem-se: 
 = 2,73x10-4 mol L-1 
 = 8,74 x10-3 g L-1 
 = 8,74 mg L-1 ⇒ 8,74 ppm 
correção devido a umidade do ar: 
subtração da pressão parcial da água da pressão total 
Pressão parcial da H2O (250C) = 0,0313 atm 
PO2 = (1,0000 atm – 0,0313 atm) x 0,21 ⇒ 0,203 atm 
[O2(aq)] = 8,46 ppm 
⇒ no equilíbrio a água não pode conter altos níveis de OD 
O2 solubilidade ≠ concentração de O2 dissolvido 
concentração máxima de OD no equilíbrio 
concentração fora do equilíbrio, limitada pela taxa de 
transferência de O2 (também envolve parâmetros cinéticos) 
Atmosfera: 78% N2, 21% O2 e 0,035% CO2 
diferentes solubilidades 
hipótese: atmosfera 100% destes gases 
1 Litro de água (250C) 
15,9 mL 
31,8 mL 
 831,4 mL * 
N2 ⇒ 
O2 ⇒ 
CO2 ⇒ 
CO2 
O2 
CH4 
H2 
N2 
NO 
3,4 x 10-2 
1,3 x 10-3 
1,3 x 10-3 
7,9 x 10-4 
6,5 x 10-4 
1,9 x 10-3 
K, mol L-1 atm-1 
constantes da Lei de Henry 
(250C) 
gás 
solubilidade de O2 em H2O depende: 
pressão parcial força iônica temperatura 
água fervendo 
altitude 
pressão 
∆T 
poluição térmica 
≈20% menos OD 
oceano 
peixes ⇒ 5 ppm 
saídas 
Água não esta sempre saturada de O2 
Organismos 
(consomem OD rapidamente) 
entradas 
difusão ⇒ aumenta com qualquer tipo de turbulência 
(ondas, ventos, quedas, etc) 
fotossíntese ⇒ muitos fatores 
(fonte de nutrientes, temperatura, luz, etc) 
respiração 
∆ temperatura 
óxido-redução ⇒ degradação, transformação MO 
limite para a taxa na qual o oxigênio é transferido 
através da interface ar-água 
cinética do transporte de massa, da turbulência, 
tamanho de bolha, temperatura, etc 
 taxa de reaeração superficial: 
rio com corredeiras e/ou cascatas > rio sem corredeiras >> represa 
 maior disponibilidade de OD 
regiões frias, ensolarada, turbulenta 
> vida ⇒ > OD 
 menor disponibilidade de OD 
regiões quentes, escuras, estagnadas 
 vida ⇒ respiração ⇒ sem fotossíntese ⇒ < OD 
variação entre 
dia e noite 
Demanda de oxigênio 
substância mais habitualmente oxidada pelo OD 
matéria orgânica de origem biológica 
(plantas mortas, restos de animais, etc) 
MO ⇒ carboidrato polimerizado (fórmula simplificada = CH2O) 
CH2O (aq) + O2 (aq) → CO2 (g) + H2O (aq) 
⇒ maneira similar p/ NH3 e outras substâncias 
poluente químico, esgoto, fertilizante, etc ⇒ agrava “stress” de OD 
(catálise enzimática) 
DBO ⇒ muito importante em qualquer estudo de 
avaliação de impacto de fonte poluentes 
estimativa da “força poluidora” de um resíduo 
 esgotos domésticos ⇒ DBO ≈ 300 – 500 mg/L 
(essencialmente 
matéria-orgânica e H2O) 
cada litro de esgoto lançado num rio 
 
consome de 300 a 500 mg de O2 dissolvido deste rio 
[OD] ≈ 9 mg/L ⇒ calculo de quantos litros de água serão 
necessários para satisfazer essa demanda 
 vazão do rio ⇒ capacidade de amortizar evento 
quantidade de oxigênio molecular necessária à estabilização 
da matéria orgânica carbonada decomposta aerobicamente 
por via biológica 
Demanda Bioquímica de Oxigênio -DBO 
A DBO é normalmente considerada como a quantidade de 
oxigênio consumido durante um determinado período de tempo, 
numa temperatura de incubação específica 
(OD antes e depois) 
 
Um período de tempo de 5 dias numa temperatura de incubação 
de 20°C é freqüentemente usado e referido como DBO5 
 (DBO20) 
bactérias 
saprófitas 
bactérias 
autotróficas 
5 dias ⇒ 60 – 70% 20 dias ⇒ 95 – 99% 
Fatores químicos, físicos e biológicos que determinam a DBO: 
 
I) Oxigênio Dissolvido; 
 
II) Microrganismo: deve existir um grupo misto de microrganismo 
(denominado de semente), que seja capaz de oxidar a matéria 
orgânica em água e gás carbônico; 
 (Questionável = útil somente para ↓ degradabilidade) 
III) Nutrientes: como nitrogênio, fósforo, enxofre, magnésio, ferro e 
cálcio são indispensáveis para garantia de microrganismo vivos 
durante todo o período de incubação; 
 
Criticas ⇒ condições ambientais de laboratórios não 
reproduzem aquelas dos corpos d’água (temperatura, luz 
solar, população biológica e movimentos das águas) 
(mas mesmo com criticas ⇒ considerado um parâmetro significativo 
para avaliação da carga orgânica lançada nos recursos hídricos) 
(diluição para garantir condições) 
 
DBO ⇒ excelente índice para indicar a eficiência de uma ETE 
(estação de tratamento de esgotos), quando se compara a DBO 
do esgoto bruto e do efluente final 
 
IV)Temperatura: qualquer reação bioquímica, tem como fator de 
importância a temperatura, que aumenta ou diminui a 
velocidade da reação de oxidação; 
V) pH: as reações que ocorrem na DBO, para garantia de 
sobrevivência dos microrganismos, tem como faixa ideal de pH 
de 6,5 a 8,5; 
VI) Tempo; 
VII) Tóxicos: A presença de mercúrio, cobre, zinco, cádmio, 
chumbo, cianetos, formaldeídos, influenciam no sistema 
enzimático dos microrganismos, podendo leva-los à morte; 
VIII) Viabilidade da amostra: 24 hs (sem excessão) 
 
Estado de Santa Catarina a LEI Nº 14.675/2009 substitui 
o Decreto Estadual n.º 14.250/81 
 padrão de emissão de esgotos diretamente nos corpos d'água 
exigidos: 
⇒ou uma DBO5,20 máxima de 60 mg/L 
⇒ou uma eficiência global mínima do processo de tratamento 
na remoção de DBO5,20 igual a 80%. 
 
Este último critério favorece aos efluentes industriais 
concentrados, que podem ser lançados com valores de 
DBO5 ainda altos, mesmo removida acima de 60%. 
 
Resolução CONAMA 357/05 revogada por Resolução 
CONAMA 430/2011 
 
Não fixa valores, deixando à critério das legislações estaduais. 
 
RESOLUÇÃO No 430/2011 
padrão de emissão de esgotos diretamente nos corpos d'água 
exigidos: 
⇒ou uma DBO5,20 máxima de 120 mg/L (esgoto sanitário) 
⇒ou uma eficiência global mínima do processo de tratamento 
na remoção de DBO5,20 igual a 60%. 
Este último critério favorece aos efluentes industriais 
concentrados, que podem ser lançados com valores de 
DBO5 ainda altos, mesmo removida acima de 60%. 
 
Concentrações e contribuições unitárias típicas de DBO5 
de efluentes industriais 
Tipo de Efluente 
Concentração DBO5 
(mg/L) 
 
 
Faixa Valor Típico 
Esgoto sanitário 
 110-400 220 
- 300 
Têxtil 250-600 
Laticínio - 
Abatedouro bovino 1.125 
Curtume (ao cromo) - 2.500 
Cervejaria 1.718 
Refrigerante - 1.188 
 - - 
 
Fontes: Braile e Cavalcanti eCETESB 
1.000-1.500 
Celulose branqueada 
Açúcar e álcool 25.000 
Concentrações e contribuições unitárias típicas de DBO5 de efluentes industriais 
DQO ⇒ quantidade de O2 necessária para a oxidação da matéria 
orgânica através de um agente químico 
Demanda Química de Oxigênio (DQO) 
⇒ se baseia no fato de alguns compostos orgânicos, são 
oxidados por agentes químicos oxidantes considerados fortes, 
como por exemplo, o K2Cr2O7 (dicromato de potássio) em meio 
ácido, sendo o resultado final desta oxidação o dióxido de 
carbono e água 
Cr2O72- + 14 H+ + 6e- → 2 Cr3+ + 7 H2O 
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O 
⇒ número de mols de O2 requeridos para a oxidação é 1,5 vezes 
(6/4) o número de mols do dicromato utilizado 
Processo ⇒ oxidação de matéria orgânica por uma 
mistura em ebulição de ácido crômico e ácido sulfúrico 
(dicromato de potássio em meio ácido); 
excesso de dicromato é titulado com Fe2+ 
 
⇒ podem ser utilizados várias substâncias químicas 
como oxidantes 
 
⇒ proporção de matéria orgânica a ser oxidada depende 
do oxidante, da estrutura dos compostos orgânicos 
presentes na amostra e do processo de manipulação 
dos reagentes e dos equipamentos 
 teste não é afetado pela nitrificação, dando indicação 
apenas da oxidação da matéria orgânica carbonácea e não 
da nitrogenada 
 processo não está sujeito a tantas variáveis, como no 
sistema biológico, e não requer tantos equipamentos 
 no processo de avaliação da DQO são oxidadas, tanto a 
fração biodegradável, quanto a fração inerte do efluente, o 
que leva a uma superestimação do oxigênio consumido 
 o teste não fornece informação sobre a taxa de 
consumo da matéria orgânica ao longo do tempo 
 certos constituintes inorgânicos podem ser oxidados 
e interferir no resultado 
 piridina, benzeno, amônia – não são oxidados 
Desvantagens: 
Vantagens: 
relação DQO/DBO ⇒ conclusões sobre a biodegradabilidade 
dos despejos/MO 
 
 
•Relação DQO/DBO baixa: a fração biodegradável é 
elevada, o que indica a utilização de tratamento 
biológico 
 
• Relação DQO/DBO elevada: a fração inerte, ou seja, 
não biodegradável é alta, não em termos de poluição 
do corpo hídrico receptor 
 
 
esgotos domésticos brutos ⇒ a relação DQO/DBO se enquadra 
na faixa de 1,7 a 2,4 
industriais ⇒ a relação varia numa faixa mais ampla 
jusante de fortes lançamentos de esgotos 
turbidez e a cor elevadas dificultam a penetração dos raios 
solares e apenas poucas espécies resistentes às condições 
severas de poluição conseguem sobreviver 
Este efeito pode "mascarar" a avaliação do grau de poluição 
de uma água, quando se toma por base apenas a [OD] 
água eutrofizada pode apresentar concentrações de 
oxigênio bem superiores a 10 mg/L, mesmo em 
temperaturas superiores a 20°C, 
Carbono Orgânico Total - COT 
COT → H2O + CO2 
2 etapas: COT = CT - CI 
-oxidação forte (catalisador + ácido) = CT 
- oxidação branda (↓T + ácido) = CI 
⇒Excelente ndicador de matéria orgânica no efluente; 
 
⇒ Pode-se estabelecer razão entre DQO/COT = 2 a 7 
 
⇒ Tempo de análise curto (minutos) 
Vantagens: 
 
Desvantagem: 
⇒ Alto custo 
Sólidos 
Sólidos Totais 
 - Secagem estufa 1050C – 2 horas 
 - Pps – Pi = ST 
 OBS: Compostos orgânicos voláteis podem ser eliminados como 
 parte da umidade. 
Sólidos Voláteis (indica MO) 
 - Após secagem – 2 horas a 5500C (calcinação) 
 - Ppc – Pps = SV 
 OBS: Alguns compostos inorgânicos podem ser transformados a 
 compostos gasosos interferindo no final da análise. 
Sólidos Fixos (cinzas) = ST – SV (compostos inorgânicos) 
 SV/ST = (fração orgânica %) 
Sólidos Dissolvidos e Sólidos em Suspensão 
 
 - Realizado no sobrenadante ou nos sólidos retidos de 
 uma amostra filtrada; 
 
 - Sobrenadante = STD e SDV 
 - Sólido = SST e SSV 
 
 OBS: SST/ST = fração sólidos em suspensão 
 
 → Sólidos Sedimentáveis: relacionado aos sólidos em suspensão 
 - Método Imhoff: 1L/1h = mL/L 
 
 OBS: Determinados para controlar o assoreamento dos 
 corpos hídricos. 
 
ÓLEOS E GRAXAS 
É definido como qualquer material recuperado como 
uma substância solúvel em solvente orgânico, incluindo 
compostos de enxofre, corantes orgânicos e clorofila 
Solventes: Éter de petróleo, 
 n-hexano, 
 Triclorofluoretano 
Indicadores Específicos 
⇒ Permitem identificar poluentes que possam ter efeitos 
 danosos ao meio ambiente. 
 
⇒ Permitem avaliar a eficiência de tratamentos específicos 
 para a remoção desses tipos de compostos. 
 
⇒ Permitem auxiliar na definição e caracterização de 
 uma amostra cega de efluente. 
 
► [Fenóis, Sulfetos, Série nitrogenada, Fosfatos, alguns 
 metais (Cromo,Cobre, Cianeto,Zinco...) ]. 
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