Aula 4 Química das Aguas parte 2

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Aula 4: Química das Águas
QUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTALQUÍMICA ANALÍTICA AMBIENTAL
- Parâmetros de qualidade das águas
Prof. Rafael SousaProf. Rafael Sousa
Departamento de Química – UFJF
1º período de 2013
- Parâmetros de qualidade das águas
- Aspectos analíticos relacionados à 
análise de águas
���� Contexto multidisciplinar da Química Ambiental
-- RelaçãoRelação entreentre poluiçãopoluição ee desenvolvimentodesenvolvimento sóciosócio--econômicoeconômico
���� Química analítica ambiental
-- EquipamentosEquipamentos portáteisportáteis
-- CaracterísticasCaracterísticas dasdas amostrasamostras
Recapitulando ...
-- CaracterísticasCaracterísticas dasdas amostrasamostras
�������� NecessidadeNecessidade dede realizarrealizar validaçõesvalidações
���� Química das águas
-- ImportânciaImportância dada águaágua
-- ExemplosExemplos dede substânciassubstâncias tóxicastóxicas nana águaágua
-- OsOs principaisprincipais processosprocessos químicosquímicos aquáticosaquáticos
O aporte de substâncias nos mananciais
���� Origina-se de várias FONTES:
- EfluentesEfluentes domésticosdomésticos ee industriaisindustriais
- EscoamentosEscoamentos superficialsuperficial urbanourbano ee agrícolaagrícola
DEPENDE do tipo de uso e ocupação do solo
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
CONTEXTO:
�� DEPENDE do tipo de uso e ocupação do solo
CadaCada umauma dessasdessas FONTESFONTES possuipossui característicascaracterísticas própriaspróprias quantoquanto
aosaos poluentespoluentes queque transportam,transportam, comocomo::
-- ContaminantesContaminantes orgânicosorgânicos (biodegradáveis)(biodegradáveis)
-- NutrientesNutrientes
-- BactériasBactérias
Mesmo separando os poluentes em grupos,
a diversidadediversidade dasdas indústriasindústrias existentes aumenta, ainda
mais, a variabilidade dos contaminantes aportados nos corpos de
água
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
CONTEXTO DA POLUIÇÃO DAS ÁGUAS:
Torna-se praticamente impossível a determinação sistemática de 
todos os poluentes que possam estar presentes nas águas 
superficiais, em tempo relativamente curto...
Existem Existem parâmetrosparâmetros de qualidade de qualidade 
de água, levando em conta de água, levando em conta 
os poluentes os poluentes mais representativosmais representativos
FísicosFísicos
Químicos Químicos 
MicrobiológicosMicrobiológicos
BioensaiosBioensaios ecotoxicológicosecotoxicológicos
Usados para a MONITORAÇÃO e FISCALIZAÇÃO Usados para a MONITORAÇÃO e FISCALIZAÇÃO ambiental com ambiental com 
base da legislação CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005base da legislação CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
Parâmetros de qualidade ���� Indicadores de qualidade das águas
�������� CETESBCETESB:: CompanhiaCompanhia dede TecnologiaTecnologia dede SaneamentoSaneamento AmbientalAmbiental
(Secretaria(Secretaria dede MeioMeio AmbienteAmbiente dede SP)SP)
-- http://www.cetesb.sp.gov.br/
�������� IGAMIGAM:: Instituto Mineiro de Gestão das Águasas
-- http://www.igam.mg.gov.br/
Os parâmetros de qualidadeOs parâmetros de qualidade
PARÂMETROSPARÂMETROS FÍSICOSFÍSICOS
Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez
TemperaturaTemperatura
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
TemperaturaTemperatura
-- SolubilidadeSolubilidade dede gasesgases comocomo oo OO22
O aumento da T diminui O aumento da T diminui -- Favorece processos aeróbicos Favorece processos aeróbicos 
� mau cheiro (produtos de degradação))
Medida e instrumentação bastante simplesMedida e instrumentação bastante simples
PARÂMETROSPARÂMETROS FÍSICOSFÍSICOS DEDE QUALIDADEQUALIDADE
Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez
CondutividadeCondutividade elétricaelétrica
ÉÉ ocasianadaocasianada pelaspelas substânciassubstâncias dissolvidasdissolvidas queque sese dissociamdissociam emem
cátionscátions ee ânionsânions emem funçãofunção dada temperaturatemperatura
�������� MuitosMuitos saissais encontradosencontrados nasnas águaságuas sãosão dede origemorigem antropogênicaantropogênica
-- DescargasDescargas industriaisindustriais
-- ConsumoConsumo dede salsal nasnas residênciasresidências
-- ExcreçõesExcreções dada populaçãopopulação ee animaisanimais
���� IDENTIFICAR MODIFICAÇÕES NA COMPOSIÇÃO DA ÁGUA 
PARÂMETROSPARÂMETROS FÍSICOSFÍSICOS DEDE QUALIDADEQUALIDADE
Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez
SólidosSólidos
CorrespondemCorrespondem aa partículaspartículas diversasdiversas,, sedimentáveissedimentáveis ouou nãonão ee queque
podempodem serser separadasseparadas porpor filtraçãofiltração
�� ImpurezasImpurezas nana águaágua contribuemcontribuem parapara oo aumentoaumento nana quantidadequantidade dede
sólidossólidos
AA MEDIÇÃOMEDIÇÃO DOSDOS SÓLIDOSSÓLIDOS NÃONÃO DISSOLVIDOSDISSOLVIDOS éé oo “peso”“peso” dosdos
sólidossólidos filtráveis,filtráveis, expressoexpresso emem mg/Lmg/L
PARÂMETROSPARÂMETROS FÍSICOSFÍSICOS DEDE QUALIDADEQUALIDADE
Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez
CorCor
NATURALNATURAL:: teorteor dede matériamatéria orgânicaorgânica decompostadecomposta ee íonsíons dede FeFe ee MnMn
ALTERADAALTERADA:: açõesações antropogênicasantropogênicas......
MEDIDAMEDIDA
-- BaseadaBaseada nana intensidadeintensidade dada corcor amarelaamarela
-- UtilizandoUtilizando umauma escalaescala dede corescores (Escala(Escala dede PlatinaPlatina--cobaltocobalto ouou
EscalaEscala APHAAPHA HazenHazen),), unidadeunidade mgmg PtPt/L/L
�� AnálisesAnálises visuaisvisuais ouou instrumentaisinstrumentais
�� PadronizadasPadronizadas pelapela ASTM D1209, Standard Test Method
for Color of Clear Liquids (Platinum-Cobalt Scale)
PARÂMETROSPARÂMETROS FÍSICOSFÍSICOS DEDE QUALIDADEQUALIDADE
Temperatura, condutividade elétrica, sólidos, cor e turbidez
TurbidezTurbidez
ÉÉ umauma medidamedida queque representarepresenta oo quantoquanto umauma amostraamostra dede águaágua
interfereinterfere nana luzluz queque passapassa porpor elaela
�� ÁguasÁguas turvasturvas desfavorecemdesfavorecem aa fotossíntesefotossíntese dede vegetaçõesvegetações
submersassubmersas (menos vegetação menos peixes)
�� ÁguasÁguas turvasturvas desfavorecemdesfavorecem aa fotossíntesefotossíntese dede vegetaçõesvegetações
submersassubmersas (menos vegetação � menos peixes)
MEDIDAMEDIDA
-- RealizadaRealizada nono TURBIDÍMETROTURBIDÍMETRO (método(método espectroscópico)espectroscópico)
-- UnidadeUnidade:: NTUNTU ((unidadeunidade nefelométricanefelométrica dede turbidezturbidez))
PARÂMETROS QUÍMICOSPARÂMETROS QUÍMICOS
Alcalinidade, dureza, pHAlcalinidade, dureza, pH
Oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda Oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda 
química de oxigênio (DQO)química de oxigênio (DQO)
Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)
Fósforo totalFósforo total
SurfactantesSurfactantes
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
SurfactantesSurfactantes
Óleos e graxasÓleos e graxas
CianetosCianetos
FenóisFenóis e demais contaminantes orgânicose demais contaminantes orgânicos
Ânions (cloretos, sulfetos)Ânions (cloretos, sulfetos)
Íons metálicos Íons metálicos (ferro, potássio, sódio, magnésio, manganês, alumínio, 
zinco, bário, cádmio, níquel, chumbo, cobre, cromo (III), cromo (VI), 
selênio, mercúrio) arsênio arsênio e boroboro
PARÂMETROSPARÂMETROS QUÍMICOSQUÍMICOS
Alcalinidade,Alcalinidade, dureza,dureza, pHpH
-- RelacionadosRelacionados comcom asas espéciesespécies COCO22,, COCO33 22--,, CaCa 22++,, MgMg 22++ ee HH++
(correlacionadas)
ÁguasÁguas maismais alcalinasalcalinas
�� geralmentegeralmente “dureza“dureza moderada”moderada” aa “muito“muito dura”dura”
�� poucapouca quantidadequantidadedede íonsíons HH++
-- DurezaDureza podepode serser expressaexpressa dede váriasvárias formasformas
( dureza de cálcio, dureza de magnésio, dureza total ([Ca 2+] + [Mg2+])
-- IMPORTÂNCIAIMPORTÂNCIA dessesdesses parâmetrosparâmetros
� SeresSeres vivosvivos necessitamnecessitam de água em pH próximo à neutralidade
� TTubulaçõesubulações dede águaágua (domésticas ou industriais) podem ser
entupidas (águas duras) ou ter elementos metálicos lixiviados
� NíveisNíveis forafora dosdos padrõespadrões
Água com saborsabor desagradáveldesagradável e pode ter efeitosefeitos laxativoslaxativos
PARÂMETROSPARÂMETROS QUÍMICOSQUÍMICOS
Alcalinidade,Alcalinidade, durezadureza,, pHpH
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
Dureza mg/L de CaCO3 Classificação da água 
<15 muito branda 
Ex de classificação da dureza total da água, expressa em quantidade de CaCO3
de 15 a 50 branda 
de 50 a 100 moderadamente branda 
de 100 a 200 dura 
>200 muito dura 
OxigênioOxigênio dissolvido,dissolvido, demandademanda bioquímicabioquímica dede oxigêniooxigênio (DBO),(DBO),
demandademanda químicaquímica dede oxigêniooxigênio (DQO)(DQO)
-- OxigênioOxigênio dissolvidodissolvido ee DBODBO�� AulaAula 33
-- DemandaDemanda químicaquímica dede oxigêniooxigênio
“É a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica
através de um agenteagente químicoquímico”
Os valoresvalores obtidosobtidos são geralmente maiores do que os da DBO e podem
ser conseguidosconseguidos emem menosmenos temptempo
Útil para detectar substâncias resistentes à degradação biológica
PRINCÍPIO DO MÉTODO:
- Redução do íon CrVI para CrIII na presença de H2SO4 (processo
de “digestão”)
- Excesso de dicromato é titulado com sulfato ferroso
� Resultado é expresso em “equivalenteequivalente dede oxigêniooxigênio”
- Série de nitrogênio (orgânico, amoniacal, nitrato e nitrito)
- Fósforo total
��AULAAULA 33 ......
�� 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 sufocamentosufocamento dede peixespeixes
�� MétodosMétodos sãosão variadosvariados ((espécieespécie)) ee podempodem serser clássicosclássicos ouou
instrumentaisinstrumentais
Ex: NR3 (orgânico + amoniacal: N total)� titulação Kjeldahl (NTK)
NO2-� complexação seguida de medida espectrofotométrica
NO3-� medida potenciométrica (eletrodo de íon seletivo)
(EC e IC também podem ser empregadas para NO(EC e IC também podem ser empregadas para NO22-- e NOe NO33--))
humanos mas pode ocasionar sufocamentosufocamento dede peixespeixes
SurfactantesSurfactantes
�� SãoSão osos constituintesconstituintes dosdos detergentesdetergentes
i)i) aniônicosaniônicos (R(R--SOSO33--)Na)Na++ iiii)) catiônicoscatiônicos (RMe(RMe33--NN++)Cl)Cl-- iiiiii)) nãonão iônicosiônicos
�� DiminuemDiminuem aa tensãotensão superficialsuperficial dada águaágua
geram espuma e deixam a “sujeira” em suspensão
� inconvenientes estético e para a biota
Determinação (surfactantes aniônicos)Determinação (surfactantes aniônicos)
11)) PREPAROPREPARO DEDE AMOSTRAAMOSTRA
- Extração líquido-líquido com acetato de etila em meio de bicarbonato de sódio e
cloreto de sódio
- Evaporação da fração extraída � dissolvida em metanol e água
22)) DETERMINAÇÃODETERMINAÇÃO ESPECTROFOTOMÉTRICAESPECTROFOTOMÉTRICA
- Misturar NaOH e H2SO4 em proporção de pH neutro a alcalino (fenolftaleína incolor)
- Adicionar clorofórmio e azul de metileno
- Extrair a fase orgânica e ler no espectrofotômetro (652 nm)
ÓleosÓleos ee graxasgraxas
(parâmetro(parâmetro OG)OG)
-- SubstânciasSubstâncias orgânicasorgânicas poucopouco encontradasencontradas emem águaságuas superficiaissuperficiais
DeterminaçãoDeterminação
-- MASMAS porpor seremserem poucopouco solúveissolúveis emem água,água, dificultamdificultam tantotanto oo
tratamentotratamento dede efluentesefluentes (processos(processos biológicos)biológicos) comocomo oo dada águaágua
dede abstaecimentoabstaecimento
�� DeterminaçãoDeterminação
SeletivaSeletiva aa umum conjuntoconjunto dede substânciassubstâncias comcom característicascaracterísticas
semelhantessemelhantes::
���� Acidificação da amostra (hidrólise dos analitos) e
separação por filtração
���� Extração dos analitos (filtro) com n-hexano em
Soxhlet
���� Evaporação do solvente seguida de medidamedida
gravimétricagravimétrica
FenóisFenóis ee demaisdemais contaminantescontaminantes orgânicosorgânicos
�� Exemplos:: diversosdiversos (Aula(Aula 33))
OcorremOcorrem emem consequênciaconsequência dede despejosdespejos industriaisindustriais
AlémAlém dede afetaremafetarem oo saborsabor dosdos peixespeixes ee dada água,água, podempodem causarcausar::
- lesões na pele- lesões na pele
- indisposições físicas de diversos tipos
ToxicidadeToxicidade
depende da espécie
� Determinação::
técnicastécnicas analíticasanalíticas dede separaçãoseparação
Mistura de Mistura de 
substânciassubstâncias
((amostraamostra))
Tempo
ÂnionsÂnions (cloretos,(cloretos, sulfetos)sulfetos)
-- ConstituemConstituem saissais presentespresentes nana águaágua
�� AumentoAumento nana concentraçãoconcentração
�� poluiçãopoluição domésticadoméstica (Cl(Cl--)) ee industrialindustrial
ÍonsÍons metálicosmetálicos (Al, Sb, Ba, Be, Cd, Pb, Co, Cu, Cr, Fe, Li, Mn, Hg, Ni,
Ag, Se, U, V, Zn) arsênioarsênio e boroboro
ÍonsÍons metálicosmetálicos (Al, Sb, Ba, Be, Cd, Pb, Co, Cu, Cr, Fe, Li, Mn, Hg, Ni,
Ag, Se, U, V, Zn) arsênioarsênio e boroboro
-- FontesFontes:: despejodespejo dede efluentesefluentes ee lixiviaçãolixiviação dede fertilizantesfertilizantes
-- ToxidadeToxidade:: dependedepende dada espécieespécie (Aula(Aula 33))
DeterminaçãoDeterminação:: -- cromatografiacromatografia dede trocatroca iônicaiônica
-- técnicastécnicas espectrométricasespectrométricas dede análiseanálise (metais)(metais)
PARÂMETROS MICROBIOLÓGICOS
�� ColiformesColiformes fecaisfecais ee totaistotais
- Bactérias encontradas principalmente nos intestinos de
animais de sangue quente
� não representam, porpor sisi sósó, perigo à saúde
- Dentre as cepas: Escherichia coli é de origem fecal
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
- Dentre as cepas: Escherichia coli é de origem fecal
�� EstreptococosEstreptococos totaistotais
-- BactériasBactérias patogênicaspatogênicas
-- ClassificadasClassificadas emem gruposgrupos (sinais(sinais clínicosclínicos ee sintomas)sintomas)
EscherichiaEscherichia colicoli
BIOENSAIOSBIOENSAIOS ECOTOXICOLÓGICOSECOTOXICOLÓGICOS (ENSAIOS DE TOXICIDADE)
DeterminaçãoDeterminação dodo potencialpotencial tóxicotóxico dede umum agenteagente químicoquímico ouou dede umauma
misturamistura
� Efeito poluentes: resposta de organismos vivos
MétodoMétodo
�������� OO crustáciocrustácio CeriodaphniaCeriodaphnia dubiadubia éé colocadocolocado emem contatocontato comcom
aa água contendo as substâncias emem avaliçãoavalição
�� OsOs efeitosefeitos observadosobservados definemdefinem oo graugrau dada toxicidadetoxicidade::
-- AgudaAguda ((00 aa 9696 horas)horas)
� observação principal é o efeito morte
-- CrônicaCrônica ((11//1010 dodo ciclociclo vitalvital atéaté aa totalidadetotalidade dada vidavida dodo
organismo)organismo)
� resposta causa mudanças comportamentais, 
alterações fisiológicas, reprodutivas, etc
ParaPara facilitarfacilitar aa interpretaçãointerpretação dasdas informaçõesinformações sobresobre aa
qualidadequalidade dada águaágua dede formaforma abrangenteabrangente ee útil,útil, ,, aa CETEBCETEB ee oo IGAMIGAM,,
adaptaramadaptaram ee desenvolveramdesenvolveram oo ÍndiceÍndice dede QualidadeQualidade dasdas ÁguasÁguas -- IQAIQA
OO IQAIQA incorporaincorpora novenove parâmetrosparâmetros consideradosconsiderados relevantesrelevantes
parapara aa avaliaçãoavaliação dada qualidadequalidade dasdas águaságuas::-- OxigênioOxigênio dissolvidodissolvido
-- ColiformesColiformes fecaisfecais
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS0
-- ColiformesColiformes fecaisfecais
-- pHpH
-- DemandaDemanda bioquímicabioquímica dede oxigêniooxigênio
-- NitratosNitratos
-- FosfatosFosfatos
-- VariaçãoVariação nana temperaturatemperatura
-- TurbidezTurbidez
-- ResíduosResíduos totaistotais
Cálculo do Cálculo do IQAIQA e aplicaçãoe aplicação
�� Produto ponderado de parâmetros de qualidadeProduto ponderado de parâmetros de qualidade
�� Variando de 0 a 100Variando de 0 a 100
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
IQA = Π qi wi
9
i=1
qi���� qualidade do parâmetro i
obtido através da curva média específica de qualidade (parâmetro
Utilizado para avaliar águas destinadas ao abastecimento públicoUtilizado para avaliar águas destinadas ao abastecimento público
obtido através da curva média específica de qualidade (parâmetro
gráfico) usado como referência
wi���� peso atribuído ao parâmetro
função de sua importância na qualidade, entre 0 e 1
Parâmetro Peso - wi
Oxigênio Dissolvido – OD (%OD Sat) 0,17
Coliformes fecais (NMP/100mL) 0,15
pH 0,12
Cálculo do IQA Cálculo do IQA –– “pesos” dos parâmetros“pesos” dos parâmetros
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
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
CálculoCálculo dodo IQAIQA –– “qualidade”“qualidade” dosdos parâmetrosparâmetros
ExemploExemplo::
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
Nível de 
Qualidade 
Faixa 
Excelente 90 < IQA ≤ 100 
Bom 70 < IQA ≤ 90 
Médio 50 < IQA ≤ 70 
INDICADORES DE QUALIDADE DAS ÁGUAS
Valores de referência do IQAValores de referência do IQA
Médio 50 < IQA ≤ 70 
Ruim 25 < IQA ≤ 50 
Muito Ruim 0 < IQA ≤ 25 
 
�� O IQA reflete a interferência por esgotos sanitários e outros O IQA reflete a interferência por esgotos sanitários e outros 
materiais orgânicos, nutrientes e sólidosmateriais orgânicos, nutrientes e sólidos
Exemplo de procedimentoExemplo de procedimento
Análise de água para determinação de “metais”
Filtração (0,45 Filtração (0,45 µmµm))
ColetaColeta
AcidificaçãoAcidificação
Acidificação (fração líquida)Acidificação (fração líquida)**
ResultadosResultados
**metais metais 
“dissolvidos“dissolvidos””
Digestão ou Análise diretaDigestão ou Análise direta
Acidificação (fração líquida)Acidificação (fração líquida)**
metais metais 
“totais”“totais”
Digestão (se necessária) pelo Método EPA 3015
1)1) Adicionar em frasco de digestãoAdicionar em frasco de digestão
- 45 mL de amostra
- 5 mL de HNO3 conc.
2)2) Agitar vagarosamente a misturaAgitar vagarosamente a mistura
Exemplo de procedimentoExemplo de procedimento
Análise de água para determinação de “metais”
3)3) Fechar o frasco e introduziFechar o frasco e introduzi--lo no rotorlo no rotor
4)4) Submeter a amostra ao seguinte programa de aquecimento:Submeter a amostra ao seguinte programa de aquecimento:
-- 10 10 minmin até 160 até 160 ooCC
-- 10 min até 165 10 min até 165 ooCC
5)5) Após o frasco resfriar, abriApós o frasco resfriar, abri--lo e, se necessário, realizar a diluição do digeridolo e, se necessário, realizar a diluição do digerido
6)6) Armazenar a amostra em frasco de plástico limpo e analisar a solução de Armazenar a amostra em frasco de plástico limpo e analisar a solução de 
amostra amostra 
REFERÊNCIAS CONSULTADAS
1 1 –– BAIRD, C., Química Ambiental, BAIRD, C., Química Ambiental, BookmanBookman, 2002, p. 483, 2002, p. 483--524.524.
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Gerais em 2004: Superficiais na Bacia do Rio Jequitinhonha em 2004. Belo Horizonte: Gerais em 2004: Superficiais na Bacia do Rio Jequitinhonha em 2004. Belo Horizonte: 
IGAM Monitoramento das Águas, 2004, 116p).IGAM Monitoramento das Águas, 2004, 116p).
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acessado 02acessado 02--0606--1313