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Professora: Mayara Moraes Pontifícia Universidade Católica de Goiás Engenharia Civil • 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 in- cluir um conhecimento mínimo de qualida- de 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 desse- dentação 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 agrí- colas, 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. 𝐶 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 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 = 8,52 ∙ 𝑈 ∙ 𝐵2 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. 𝐶𝐹 = 𝐶𝑅 ∙ 𝑄𝑅 + 𝐶𝐴 ∙ 𝑄𝐴 𝑄𝑅 + 𝑄𝐴 DADO A carga ou fluxo de um poluente ou substância é dada pelo produto entre a vazão e a concentração. 𝑊 = 𝑄 ∙ 𝐶 ( 𝑔 𝑠 𝑜𝑢 𝑘𝑔 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 termo- elétricas, 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: Decompostapor 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 20C. • 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 20C, 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 20C. OXÍMETRO • 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: $$$! • Mais comum: Verificação da presença ou concentração da bactéria Escherichia coli. • Bactéria presente nos sistemas digestivos de animais de sangue quente • Normalmente não é nociva, mas é usada como indicativo de contaminação com fezes humanas (ou de outros animais). • Presença e concentração de E.coli: – Medida e expressa através da concentração de coliformes fecais em Número Mais Provável (NMP) por 100 ml de água NMP/100ml. • Poluentes ou parâmetros conservativos: – Não reagem com o meio ou com outras substâncias, e não alteram a sua concentração por processos físicos, químicos e biológicos, exceto a mistura. – Ex.: Sal. • Poluentes ou parâmetros não conservativos: – Se transformam em contato com o meio ou reagem com outras substâncias, alterando sua concentração ao longo do tempo. – Ex.: Coliformes fecais, temperatura, DBO. Conservativos Não conservativos • Os poluentes interagem com o meio e, além da diluição, podem alterar sua concentração por: – Reações químicas – Consumo na cadeia trófica – Sedimentação (deposição no fundo) – Trocas com a atmosfera • Em geral, representam-se as transformações das substâncias com modelos simples como o decaimento de primeira ordem, em que a taxa de reação é linearmente proporcional à concentração. 𝑑𝐶 𝑑𝑡 = −𝑘𝐶 • Um dos exemplos mais interessantes é a inter- relação entre OD e DBO em ambiente aquático. Se esperássemos mais tempo: DBO5,20: Por que não esperar??? • Tempo = $$$! • 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). Portanto, a DBO também está diminuindo, e tende a zero. L = DBO remanescente 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 co- mo 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: Capacida- de 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.
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