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Análise de qualidade da água da represa Hermínio Ometto no Município de Araras Araras, junho de 2015. Análise de qualidade da água da represa Hermínio Ometto no Município de Araras AUTORES Ana Alice Masson Evelyn Casseano Dos Santos Marilia Gabriela Ferreira Matheus Luis Crippa Profa. Larissa Fontana Araras, junho de 2015. Análise de qualidade da água da represa Hermínio Ometto no Município de Araras AUTORES Ana Alice Masson Evelyn Casseano Dos Santos Marilia Gabriela Ferreira Matheus Luis Crippa Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Componente Curricular – Desenvolvimento do TCC do Curso Técnico em Química, da ETEC Prefeito Alberto Feres. Araras, junho de 2015. DEDICATÓRIA À toda população ararense. AGRADECIMENTOS Agradecemos esta oportunidade primeiramente à Deus. À professora Larissa Fontana, nossa orientadora, por todo apoio que nos foi dado. À professora e coordenadora do curso Maria Stela Curtulo. À professora Erika Squissato que nos auxiliou nas práticas. E ao restante do corpo docente. Aos nossos pais, pelo amor, incentivo е apoio incondicional. E a todos que direta ou indiretamente fizeram parte da nossa formação. Nosso muito obrigado, pois sem vocês não poderíamos dizer que hoje somos Técnicos em Química! “Água que nasce na fonte serena do mundo E que abre um profundo grotão Água que faz inocente riacho e deságua na corrente do ribeirão Águas escuras dos rios que levam a fertilidade ao sertão Águas que banham aldeias e matam a sede da população Águas que movem moinhos são as mesmas águas que encharcam o chão E sempre voltam humildes pro fundo da terra” (Guilherme Arantes) RESUMO A água é um recurso fundamental para a existência da vida, na forma que nós conhecemos. Nosso planeta está inundado d’água; um volume de aproximadamente 1,4 bilhão de km 3 cobre cerca de 71% da superfície da Terra, porém a água doce, um recurso natural finito, cuja qualidade vem piorando devido ao aumento da população e à ausência de políticas públicas voltadas para a sua preservação. Desta forma, quais parâmetros são indicativos importantes para análise da qualidade da água para o consumo humano? Já que a população, seja ela urbana, rural, residente em periferia ou pequenas comunidades, tem direito a água potável de boa qualidade, livre de qualquer tipo de contaminação. A importância da qualidade da água é indiscutível e se ingerida sem prévio tratamento pode ocasionar diversos problemas na saúde humana, por isso o tratamento de água deve ser feito do modo correto, mas antes é necessário avaliação da água a ser tratada. Levando em conta que quanto maior o investimento em saneamento, maior é a economia em saúde, a análise da água deve ser feita periodicamente, portanto qual seria a classificação da represa Hermínio Ometto. Que segundo a resolução do CONAMA nº20 de 18 de junho de 1986, classificou os mananciais como sendo doces, salobras e salinas. Já se sabe que a represa Hermínio Ometto se encontra na categoria de águas doces, porém, não se sabe a sua classificação quanto ao seus usos preponderantes. PALAVRAS-CHAVE: Represa. Água. Qualidade. Saúde. Análise. Tratamento. SUMÁRIO Introdução ........................................................................................................................................... 10 Problemática ....................................................................................................................................... 11 Objetivo Geral ..................................................................................................................................... 11 Objetivos Específicos ........................................................................................................................... 11 Justificativa .......................................................................................................................................... 12 Revisão de Literatura ........................................................................................................................... 13 Capítulo 1 - A Química da Água ........................................................................................................... 13 A estrutura da água ............................................................................................................................. 14 Características Físicas da água ............................................................................................................ 14 Características Químicas da água ........................................................................................................ 14 Características Biológicas da água....................................................................................................... 15 Capítulo 2 - Água no Brasil .................................................................................................................. 16 Recurso Hídrico .................................................................................................................................... 16 Controle das águas superficiais ........................................................................................................... 17 Crise Hídrica ......................................................................................................................................... 17 Capítulo 3 - IQA - Índice de qualidade da água ................................................................................... 19 Oxigênio Dissolvido ............................................................................................................................. 21 Fósforo Total ........................................................................................................................................ 22 Demanda Bioquímica de Oxigênio ...................................................................................................... 23 Temperatura ........................................................................................................................................ 24 Coliformes Termotolerantes ............................................................................................................... 24 Resíduo Total ....................................................................................................................................... 25 Turbidez ...............................................................................................................................................25 Potencial Hidrogeniônico .................................................................................................................... 25 Nitrogênio Total................................................................................................................................... 26 Capítulo 4 - Tratamento de Água ........................................................................................................ 27 Tratamento Convencional ................................................................................................................... 27 Coagulação e Floculação ..................................................................................................................... 27 Reagentes Empregados e Suas Propriedades ..................................................................................... 28 Decantação .......................................................................................................................................... 29 Filtração ............................................................................................................................................... 30 Desinfecção.......................................................................................................................................... 31 Cloração ............................................................................................................................................... 32 Fluoretação .......................................................................................................................................... 33 Correção de pH .................................................................................................................................... 34 Materiais e Métodos ........................................................................................................................... 36 Resultados e Discussão........................................................................................................................ 37 Considerações Finais ........................................................................................................................... 39 Referências Bibliográficas ................................................................................................................... 40 10 INTRODUÇÃO A água é um recurso fundamental para a existência da vida, na forma que nós conhecemos. Foi na água que a vida floresceu, e seria difícil imaginar a existência de qualquer forma de vida na ausência deste recurso vital. Nosso planeta está inundado d’água; um volume de aproximadamente 1,4 bilhão de km 3 cobre cerca de 71% da superfície da Terra. Apesar disso, muitas localidades ainda não têm acesso a quantidades de água com características de potabilidade adequadas às necessidades do consumo humano (GRASSI, 2011). A água doce é um recurso natural finito, cuja qualidade vem piorando devido ao aumento da população e à ausência de políticas públicas voltadas para a sua preservação. Estima-se que aproximadamente doze milhões de pessoas morrem anualmente por problemas relacionados com a qualidade da água. No Brasil, esse problema não é diferente, uma vez que os registros do Sistema Único de Saúde (SUS) mostram que 80% das internações hospitalares do país são devidas a doenças de veiculação hídrica, ou seja, doenças que ocorrem devido à qualidade imprópria da água para consumo humano (MERTEN e MINELLA, 2002). A qualidade da água pode ser função das diversas substâncias que se encontram em seu meio e os parâmetros que mostram as características de uma água pode ser de ordem física, química e bacteriológica (MEDEIROS FILHO, 2009). Esses parâmetros são conhecidos como IQA (Índice de Qualidade da Água), e pretende-se utilizar esse padrão para que se conheça a qualidade da água no município de Araras – SP. Qual será a qualidade da água de Araras antes do tratamento? E depois? Desta forma, o objetivo deste estudo foi determinar qualidade da água do município de Araras - SP e verificar as condições em que essa água é levada ao tratamento. Posteriormente, comparando com o exigido pela legislação. 11 PROBLEMÁTICA Quais parâmetros são indicativos importantes para análise da qualidade da água para o consumo humano? OBJETIVO GERAL Realizar análise das águas da cidade de Araras- SP, utilizando alguns dos nove parâmetros do IQA (Índice de Qualidade das Águas) e avaliar a importância de se ter uma água com qualidade. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Apresentar a importância da água para a sociedade e o meio ambiente, apontando os principais problemas e possíveis soluções. Coletar amostras de água nas represas Hermínio Ometto. Comparar a amostra da represa com a água tratada na cidade. Realizar analise físico-química e microbiológica para verificação da qualidade da água, utilizando alguns parâmetros do IQA (Índice de Qualidade da Água). Comparar os resultados com valores de referencias estabelecidos pela legislação. 12 JUSTIFICATIVA A população, seja ela urbana, rural, residente em periferia ou pequenas comunidades, tem direito a água potável de boa qualidade, livre de qualquer tipo de contaminação (CARVALHO, 2014). Segundo Secretaria de Saúde e Meio Ambiente (CESAMA) Juiz de Fora - MG informações atualizadas do Banco Mundial, 10 milhões de mortes anuais no mundo estão associadas a doenças causadas pelo uso da Água Imprópria para o Consumo Humano. Para cada R$1,00 investido em saneamento básico, é economizado R$4,00 em Postos de Saúde com doenças ocasionadas pela falta de saneamento (CASTRO, 2014). Já as atividades de controle da qualidade da água para consumo humano competem aos responsáveis pela operação do sistema de abastecimento ou da solução alternativa de abastecimento, que devem assegurar que a água fornecida à população apresente qualidade compatível com os padrões estabelecidos na legislação. Todo processo operacionalizado para tornar a água potável e garantir que esta condição seja mantida até a chegada aos domicílios é de responsabilidade da empresa de abastecimento público. Para que este conceito fique claro, deve-se ter em mente que a água fornecida aos consumidores nada mais é do que um produto, que é obtido através de um processo de tratamento da água disponível na natureza. Este processo é composto de sucessivas etapas que tornam a água segura para o consumo humano, obedecendo aos padrões de potabilidade (OLIVEIRA, 2014). A importância da qualidade da água é indiscutível e se ingerida sem prévio tratamento pode ocasionar diversos problemas na saúde humana, por isso o tratamento de água deve ser feito do modo correto, mas antes é necessário avaliação da água a ser tratada. 13 REVISÃO DE LITERATURA Capitulo 1 - A Química da Água A Estrutura da Água No início a água foi considerada um dos quatro elementos formadores da natureza. Sua associação com os outros elementos primordiais (terra, fogo e ar) gerava características bem definidas para as substâncias que formava (frio, úmido, etc). Com o desenvolvimento do conhecimento científico, a água passou a ser entendida como uma substância cujas características se originavam a partir da associação de dois elementos: oxigênio e hidrogênio (KRUGER, 2015). Que na forma maiselementar de representação temos H2O. Esta composição foi descoberta em 1879, por Henry Cavendish, procedendo a queima de hidrogênio na presença de oxigênio (MEDEIROS FILHO, 2014). A água tem uma estrutura molecular simples. Ela é composta de um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio. Cada átomo de hidrogênio liga-se covalentemente ao átomo de oxigênio, compartilhando com ele um par de elétrons. O oxigênio também tem um par de elétrons não compartilhados. Assim, há quatro pares de elétrons em torno do átomo de oxigênio, dois deles envolvidos nas ligações covalentes com o hidrogênio e dois pares não compartilhados no outro lado do átomo de oxigênio. A água é uma molécula "polar", o que quer dizer que ela tem uma distribuição desigual da densidade de elétrons (GOMES; CLAVICO, 2005). Devido ao número de elétrons que cada átomo isolado de hidrogénio e oxigénio têm as ligações entre o átomo de oxigénio, central, e os átomos de hidrogénio, nas extremidades, apresentam uma estrutura angular (ângulo de 104,5o) (Figura 1). As ligações oxigênio- hidrogénio estão polarizadas, criando uma diferença de cargas na molécula: uma zona com carga negativa (zona superior na Figura 1) e outra com carga positiva (zona inferior na Figura 1), dando origem a um dipolo (TEIXEIRA, 2015). 14 Figura 1. Molécula de água (TEIXEIRA, 2015) Características Físicas Da Água As características físicas da água determinadas com frequência são cor, resíduos (sólidos), odor, temperatura, condutância especifica e turbidez. Todas essas propriedades influenciam ou representam a química da água. Por exemplo, os sólidos são formados por substâncias químicas em suspensão ou dissolvidos na água. Em termos de apresentação física são classificados em sólidos totais, filtráveis, não filtráveis ou voláteis. A condutância específica é uma medida do grau em que a água conduz corrente alternada e reflete a concentração total de um material iônico dissolvido (MANAHAN, 2013). Características Químicas da Água Exames químicos visam determinar os teores qualitativos e quantitativos de certas substâncias, que embora não sejam nocivas até determinados limites, devem ser conhecidas para aferir a perfeição ou a necessidade dos processos de tratamento, ou ainda, no caso de uma água desconhecida, alertar sobre a viabilidade de uso da água para fins domésticos. Pode-se citar: pH, dureza, compostos tóxicos (GUEDES, 2015). 15 Características Biológicas da Água Entre o material em suspensão na água inclui-se "parte viva" ou seja, os organismos presentes que também constituem impurezas . A avaliação da qualidade bacteriológica das águas é feita através da pesquisa de micro-organismos indicadores de contaminação fecal. Pode citar: bactérias do grupo coliforme (GUEDES, 2015). 16 Capítulo 2 - Água No Brasil Com uma área de 8.547.403,5 km 2 e cerca de 210 milhões de habitantes, o Brasil, é atualmente, o quinto país do mundo, tanto em extensão territorial como em população. O Brasil possui uma ampla diversificação climática, predominando os tipos equatorial úmido, tropical e subtropical úmidos, e semiárido sobre menos de 10% do território. Em termos pluviométricos, mais de 90% do território brasileiro recebe abundantes chuvas – entre mil e 3 mil mm/ano (REBOUÇAS, 2006). A disponibilidade hídrica do Brasil é de 177.900 m 3 /s, se for considerada somente a contribuição do território brasileiro, e de 251.00 m 3 /s, se for levada em conta toda a vazão da Bacia Amazônica, estimada em 202.000 m 3 /s. Esse potencial hídrico corresponde a 53% do total referente à América do Sul e a 12% do total mundial. Somente a Bacia Amazônica satisfaz 73% do potencial hídrico brasileiro (SETTI, 1996). São quatro as principais bacias hidrográficas brasileiras: Amazônica (3.889.489,6 Km 2 ), Prata ou Platina (1.393.115,6 Km 2 ), São Francisco (645.876,6 Km 2 ) e Tocantins (808.150,1 Km 2 ) (COSTA, 2007). Recurso Hídrico Considera-se uso do recurso hídrico qualquer atividade humana que, de algum modo, altere condições naturais das águas superficiais ou subterrâneas. Os usos podem ser consuntivos (captações urbanas, industriais, irrigação, rurais, minerações e garimpos) ou não consuntivos (geração de energia elétrica, navegação, pesca, piscicultura, proteção de vida aquática, turismo e recreação). A diferenciação entre uso consuntivo ou não consuntivo está ligada à possibilidade de usar toda a água, simultaneamente ou, em seguida, para outros fins, considerando tanto a quantidade como a qualidade da água (TELLES, 2013). Durante milênios a água foi considerada um recurso infinito. A generosidade da natureza fazia crer em inesgotáveis mananciais, abundantes e renováveis. Hoje, o mau uso, aliado à crescente demanda, vem preocupando especialistas e autoridades no assunto, pelo evidente decréscimo das reservas de água limpa em todo o planeta (COSTA, 2007). Segundo a ONU (Organização das Nações Unidas), através do Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA), 21 nações já sofrem com a falta de água e o consumo foi multiplicado por 6 (seis) no último século, enquanto a população mundial triplicou, como principal motivo se considera a agricultura irrigada. Apesar do maior 17 consumo 20% da população mundial não tem acesso a água potável, em 2025 dois terços da população mundial estarão sujeitos a problemas de abastecimento, correspondendo cerca de 2,8 bilhões de pessoas vivendo em regiões de seca crônica, estando o Nordeste do Brasil incluído (MACÊDO, 2001). “Na medida em que cresce a demanda de recursos hídricos no mundo, diminui a probabilidade do fornecimento de água doce em muitas regiões, como consequência da mudança climática”. Esse é o alerta lançado no último Relatório Mundial das Nações Unidas sobre o Desenvolvimento de Recursos Hídricos (WWDR4). O documento prevê a intensificação das disparidades econômicas ou regiões dentro dos países. Além disso, afirma que os mais pobre deverão sofrer grande parte das consequências desse processo (UNESCO, 2012). Controle Das Águas Superficiais Por suas dimensões o Brasil é um país em que é difícil o controle da qualidade das águas superficiais. Há uma heterogeneidade de redes de monitoramento que, em boa parte, é operada pelos estados, que adotam diferentes abordagens, parâmetros e frequência de coleta. No Brasil, o índice de qualidade da água (IQA) vem sendo adotado por décadas e é o principal indicador da qualidade da água no país. O IQA é composto por nove parâmetros. E foi desenvolvido para avaliar a qualidade da água, visando o abastecimento público e não deve, portanto, ser adotado para usos como recreação e preservação da vida aquática (TELLES, 2013). Um levantamento com a medição da qualidade da água em 96 rios, córregos e lagos de sete estados brasileiros, o mais amplo até hoje coordenado pela fundação SOS Mata Atlântica, revela que 40% apresentam qualidade ruim ou péssima. Os dados foram coletados entre março de 2013 e fevereiro de 2014 e incluem um levantamento inédito envolvendo as 32 subprefeituras da cidade de São Paulo, além de 15 pontos do Rio de Janeiro (SOS MATA ATLÂNTICA, 2014). Crise Hídrica O problema da escassez de água doce já é uma realidade em vários locais do planeta. Alguns dos aspectos dessa crise vêm sendo discutidos na área acadêmica e por autoridades 18 políticas e organizações não-governamentais, mas o grande públicoainda não percebeu a importância da questão (BRANDIMARTE, 2015). A falta de chuvas em 2013 e 2014 colocou todo o interior de São Paulo em uma situação crítica. Grandes represas operando no limite e muitas cidades correndo o risco de ficarem sem água para questões básicas. Mesmo que o volume de chuvas volte ao normal em um futuro próximo, novos hábitos deverão ser colocados em prática para que nunca falte água (SAEMA, 2015). 19 Capítulo 3 – IQA – Índice De Qualidade Da Água O Índice de Qualidade das Águas foi criado em 1970, nos Estados Unidos, pela National Sanitation Foundation. A partir de 1975 começou a ser utilizado pela CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo). Nas décadas seguintes, outros Estados brasileiros adotaram o IQA, que hoje é o principal índice de qualidade da água utilizado no país. O IQA foi desenvolvido para avaliar a qualidade da água bruta visando seu uso para o abastecimento público, após tratamento. Os parâmetros utilizados no cálculo do IQA são em sua maioria indicadores de contaminação causada pelo lançamento de esgotos domésticos (ANA, 2015). A criação do IQA baseou-se numa pesquisa de opinião junto a especialistas em qualidade de águas, que indicaram os parâmetros a serem avaliados, o peso relativo dos mesmos e a condição com que se apresenta cada parâmetro, segundo uma escala de valores "rating". Dos 35 parâmetros indicadores de qualidade de água inicialmente propostos, somente 9 foram selec ionados. Para estes, a critério de cada profissional, foram estabelecidas curvas de variação da qualidade das águas de acordo com o estado ou a condição de cada parâmetro. Estas curvas de variação, sintetizadas em um conjunto de curvas médias para cada par âmetro, bem como seu peso relativo correspondente (CETESB,2015). A avaliação da qualidade da água obtida pelo IQA apresenta limitações, já que este índice não analisa vários parâmetros importantes para o abastecimento público, tais como substâncias tóxicas (ex: metais pesados, pesticidas, compostos orgânicos), protozoários patogênicos e substâncias que interferem nas propriedades organolépticas da água (ANA, 2015). O IQA é composto por nove parâmetros, com seus respectivos pesos, que foram fixados em função da sua importância para a conformação global da qualidade da água. Tabela 1: Parâmetros de Qualidade da Água do IQA e respectivo peso. PARÂMETRO DE QUALIDADE DA ÁGUA PESO (w) Oxigênio dissolvido 0,17 Coliformes termotolerantes 0,15 Potencial hidrogeniônico - pH 0,12 Demanda Bioquímica de Oxigênio - DBO 5,20 0,10 Temperatura da água 0,10 20 Nitrogênio total 0,10 Fósforo total 0,10 Turbidez 0,08 Resíduo total 0,08 (fonte: ANA, 2015) Além de seu peso, cada parâmetro possui um valor de qualidade (q), obtido do respectivo gráfico de qualidade em função de sua concentração ou medida. Figura 2 - (Fonte: ANA – 2015) O cálculo do IQA é feito por meio do produtório ponderado dos nove parâmetros, segundo a seguinte fórmula: Onde: IQA = Índice de Qualidade das Águas. Um número entre 0 e 100; 21 qi = qualidade do i-ésimo parâmetro. Um número entre 0 e 100, obtido do respectivo gráfico de qualidade, em função de sua concentração ou medida (resultado da análise); wi = peso correspondente ao i-ésimo parâmetro fixado em função da sua importância para a conformação global da qualidade, isto é, um número entre 0 e 1, de forma que: sendo n o número de parâmetros que entram no cálculo do IQA (ANA, 2015). Após o cálculo do IQA que resultará em valores que podem varia de 0 a 100, faz-se necessário realizar a avaliação do nível de qualidade dos cursos de água ou dos pontos onde ocorreram as coletas. O nível de qualidade é obtido então através da adoção de uma escala numérica com intervalos/faixas (limite inferior e limite superior) para que seja então possível verificar o nível de qualidade do objeto de estudo(FRANCO, 2014) Oxigênio Dissolvido O oxigênio dissolvido é vital para a preservação da vida aquática, já que vários organismos (ex: peixes) precisam de oxigênio para respirar. As águas poluídas por esgotos apresentam baixa concentração de oxigênio dissolvido pois o mesmo é consumido no processo de decomposição da matéria orgânica. Por outro lado as águas limpas apresentam concentrações de oxigênio dissolvido mais elevadas, geralmente superiores a 5mg/L, exceto se houverem condições naturais que causem baixos valores deste parâmetro (ANA, 2015). 22 A ausência de oxigênio dissolvido na água dá espaço para o desenvolvimento de espécies anaeróbicas, que sobrevivem na ausência de oxigênio. O grande problema é que este tipo de bactéria decompõe a matéria orgânica em compostos mal cheirosos como aminas, amônias e sulfato de hidrogênio (H2S). O resultado é um odor ruim na água (SOUSA, 2015). Uma das causas mais frequentes de mortandade é a queda na concentração de oxigênio nos corpos d’água. O valor mínimo de oxigênio dissolvido (OD) para a preservação da vida aquática, estabelecido pela Resolução CONAMA 357/05(2) é de 5,0 mg/L, mas existe uma variação na tolerância de espécie para espécie. As carpas, por exemplo, conseguem suportar concentrações de OD de 3,0 mg/L, sendo que a carpa comum chega até mesmo a sobreviver por até 6 meses em águas frias e sem nenhum Oxigênio Dissolvido, (ANOXIA). Tais valores seriam fatais para as trutas, que necessitam de uma concentração maior de Oxigênio Dissolvido para sobreviverem, em torno de 8,0 mg/L de OD. O peixe Dourado sobrevive por até 22 horas em águas atóxicas a 20°C, enquanto que as larvas destes peixes são menos tolerantes que os adultos. Isto porque os valores letais dependem do estágio de vida dos organismos, sendo geralmente mais exigentes os estágios mais jovens (CETESB, 2015). Fósforo Total O fósforo aparece em águas naturais devidos, principalmente, às descargas de esgotos sanitários. A matéria orgânica fecal e os detergentes em pó empregados em larga escala domesticamente constituem a principal fonte. Alguns efluentes industriais, como os de indústrias de fertilizantes, pesticidas, químicas em geral, conservas alimentícias, abatedouros, frigoríficos e laticínios, apresentam fósforo em quantidades excessivas. As águas drenadas em áreas agrícolas e urbanas também podem provocar a presença excessiva de fósforo em águas naturais (CETESB, 2015). Os grandes reservatórios de fósforo são as rochas e outros depósitos formados durante as eras geológicas. Esses reservatórios, devido ao intemperismo, pouco a pouco fornecem o fósforo para os ecossistemas, onde é absorvido pelos vegetais e posteriormente transferido aos animais superiores e, por consequência, ao Homem, via cadeia alimentar. O retorno do fósforo ao meio ocorre pela ação de bactérias fosforizantes, atuando nas carcaças de animais mortos. O fósforo retorna ao meio na forma de composto solúvel, sendo, portanto facilmente carregado pela chuva para os lagos e rios e destes para os mares, de forma que o fundo do mar passa a ser um grande depósito de fósforo solúvel (ROSA, 2015). 23 O fósforo pode se apresentar nas águas sob três formas diferentes. Os fosfatos orgânicos são a forma em que o fósforo compõe moléculas orgânicas, como a de um detergente, por exemplo. Os ortofosfatos são representados pelos radicais, que se combinam com cátions formando sais inorgânicos nas águas e os polifosfatos, ou fosfatos condensados,polímeros de ortofosfatos. Esta terceira forma não é muito importante nos estudos de controle de qualidade das águas, porque sofre hidrólise, convertendo-se rapidamente em ortofosfatos nas águas naturais (CETESB, 2015). O fósforo é um importante nutriente para os processos biológicos e seu excesso pode causar a eutrofização das águas (ANA, 2015). A eutrofização é o aumento da concentração de nutrientes, especialmente fósforo e nitrogênio, nos ecossistemas aquáticos, que tem como consequência o aumento de suas produtividades (ESTEVES, 1988). Trata-se de um processo de multiplicação de algas, comum em corpos d'água sem tanta movimentação, como lagos e represas. Apesar de significar grande quantidade de matéria orgânica presente na água, ela pode trazer diversos malefícios ao homem e à própria natureza. A grande disponibilidade de nitrogênio (N) e fósforo (P) na água de lagos, represas ou lagoas fornece um ambiente totalmente favorável à grande e rápida multiplicação de algas. Quando o nível de eutrofização da água aumenta de tempos em tempos (em intervalos grandes de tempo), é considerado um processo natural. Mas quando ocorre em um período curto, cientistas consideram que se trata de uma causa antrópica, ou seja, ocorrida por influência humana (ECYCLE, 2010). Demanda bioquímica de oxigênio A DBO mede a quantidade de oxigênio necessária para degradar bioquimicamente a matéria orgânica presente na água. Quanto maior a DBO, pior é a qualidade da água (IBGE, 2004). É a quantidade de oxigênio utilizada na oxidação bioquímica da matéria orgânica, num determinado período de tempo, é expressa geralmente em miligramas de oxigênio por litro. A Demanda Bioquímica de Oxigênio é o parâmetro mais empregado para medir a poluição, a determinação de DBO é importante para verificar-se a quantidade de oxigênio necessária para estabilizar a matéria orgânica. Esta medida da quantidade de oxigênio consumido no processo biológico de oxidação da matéria orgânica permite chegar à conclusão: grandes quantidades de matéria orgânica utilizam grandes quantidades de oxigênio, assim, quanto maior o grau de poluição, maior a DBO (SOUZA, 2015). 24 Temperatura Determinada espécie animal ou cultura vegetal cresce melhor dentro de uma faixa de temperatura, e o mesmo vale para animais aquáticos. Geralmente reconhecemos três grupos de temperatura: água fria, água morna e água quente. Espécies de peixes de água quente crescem melhor à temperatura de 25ºC, mas se a temperatura ultrapassar os 32-35º C, o crescimento pode ser prejudicado. Outros organismos, como por exemplo, bactérias, fitoplâncton e plantas com raízes, e processos químicos e físicos que influenciam a qualidade do solo e da água também respondem favoravelmente ao aumento de temperatura. Microorganismos decompõem a matéria orgânica mais rápida a 30º do que a 25ºC. A taxa da maioria dos processos que afetam a qualidade da água e do solo dobra a cada aumento de 10ºC na temperatura. Mesmo nos trópicos, onde a temperatura é relativamente constante, pequenas diferenças nas temperaturas das estações podem influenciar o crescimento dos peixes (DAE, 2015). Coliformes termotolerantes As bactérias do grupo coliforme são consideradas os principais indicadores de contaminação fecal. O grupo coliforme é formado por um número de bactérias que inclui os gêneros Klebsiella, Escherichia, Serratia, Erwenia e Enterobactéria. Todas as bactérias coliformes são gram-negativas manchadas, de hastes não esporuladas que estão associadas com as fezes de animais de sangue quente e com o solo. As bactérias coliformes fecais reproduzem-se ativamente a 44,5 ºC e são capazes de fermentar o açúcar. O uso da bactéria coliforme fecal para indicar poluição sanitária mostra-se mais significativo que o uso da bactéria coliforme "total", porque as bactérias fecais estão restritas ao trato intestinal de animais de sangue quente. A determinação da concentração dos coliformes assume importância como parâmetro indicador da possibilidade da existência de microorganismos patogênicos, responsáveis pela transmissão de doenças de veiculação hídrica, tais como febre tifóide, febre paratifóide, disenteria bacilar e cólera. De modo geral, nas águas para abastecimento, o limite de Coliformes Fecais legalmente tolerável não deve ultrapassar 4.000 coliformes fecais em 100 ml de água em 80% das amostras colhidas em qualquer período do ano (DAE, 2015). 25 Resíduo total O resíduo total é a matéria que permanece após a evaporação, secagem ou calcinação da amostra de água durante um determinado tempo e temperatura. Quando os resíduos sólidos se depositam nos leitos dos corpos d’água podem causar seu assoreamento, que gera problemas para a navegação e pode aumentar o risco de enchentes. Além disso, podem causar danos à vida aquática pois ao se depositarem no leito eles destroem os organismos que vivem nos sedimentos e servem de alimento para outros organismos, além de danificar os locais de desova de peixes (ANA, 2015). Turbidez A turbidez é devida à presença de partículas em suspensão que impedem a passagem e reflexão da luz na água e é um importante parâmetro das condições adequadas para o consumo da água. A turbidez da água é devido à presença de sólidos em suspensão, tais como partículas inorgânicas (areia, silte, argila) e detritos orgânicos, tais como algas e bactérias, plâncton em geral etc. Alta turbidez reduz a fotossíntese de vegetação enraizada submersa e algas. Esse desenvolvimento reduzido de plantas pode, por sua vez, suprimir a produtividade de peixes. Logo, a turbidez pode influenciar nas comunidades biológicas aquáticas. Além disso, afeta adversamente os usos doméstico, industrial e recreacional de uma água (CETESB, 2015). Potencial Hidrogenionico (pH) A sua origem natural deve-se à dissolução de rochas, absorção de gases da atmosfera, à oxidação da matéria orgânica e à fotossíntese. A sua origem antropogênica deve-se aos despejos domésticos (degradação de matéria orgânica) ou industriais (lavagem ácida de tanques, por exemplo). Este parâmetro não apresenta riscos em termos de saúde pública, a menos que seu valor seja muito baixo ou muito alto, podendo provocar irritações nos olhos e na pele. Os valores afastados da neutralidade podem afetar a vida aquática. Os valores muito altos podem estar associados à proliferação de algas. A neutralidade ocorre com pH igual a 7,0. Valores abaixo disso causam condições ácidas e valores acima condições básicas (ALMEIDA, 2013). 26 O pH afeta o metabolismo de várias espécies aquáticas. A Resolução CONAMA 357 estabelece que para a proteção da vida aquática o pH deve estar entre 6 e 9. Alterações nos valores de pH também podem aumentar o efeito de substâncias químicas que são tóxicas para os organismos aquáticos, tais como os metais pesados (ANA,2015). Nitrogênio Total O nitrogênio pode ser encontrado nas águas nas formas de nitrogênio orgânico, amoniacal, nitrito e nitrato. As duas primeiras são formas reduzidas e as duas últimas, oxidadas. Pode-se associar as etapas de degradação da poluição orgânica por meio da relação entre as formas de nitrogênio. Nas zonas de autodepuração natural em rios, distinguem-se as presenças de nitrogênio orgânico na zona de degradação, amoniacal na zona de decomposição ativa, nitrito na zona de recuperação e nitrato na zona de águas limpas. Ou seja, se for coletada uma amostra de água de um rio poluído e as análises demonstrarem predominância das formas reduzidas significa que o foco de poluição se encontrapróximo; se prevalecerem o nitrito e o nitrato denota que as descargas de esgotos se encontram distantes (CETESB, 2015). O nitrato é um dos íons mais encontrados em águas naturais, geralmente ocorrendo em baixos teores nas águas superficiais, mas podendo atingir altas concentrações em águas profundas (ALABURDA; NISHIHARA, 2015). Os nitratos são tóxicos aos seres humanos, e em altas concentrações causa uma doença chamada metahemoglobinemia infantil, que é letal para crianças (ANA, 2015). 27 Capítulo 4 - Tratamento De Água O processo de tratamento de água é requerido para muitas atividades econômicas, como também, para tarefas do cotidiano, assim, a água que será consumida deve passar pelo processo de tratamento. Tal procedimento requer diversas etapas, que devidamente assistidas, garantem a qualidade da água. O tratamento de água pode tornar-se mais complexo e de elevado custo devido às impurezas advindas dos mananciais de coleta de água, como despejo de resíduos com alto teor de matéria orgânica. Para evidenciar a importância do estudo do tratamento de água, bem como, a estação de tratamento de água, realizou-se uma busca bibliográfica das etapas envolvidas no tratamento de água e as impurezas presentes na mesma. Logo, constatou-se que para obtenção da qualidade muitos indicadores de referência são necessários, como por exemplo, pH, cor e turbidez (FRANCISCO; POHLMANN; FERREIRA, 2011). Tratamento Convencional É o sistema de tratamento aplicado com a finalidade de torná-la potável. Seu controle se baseia principalmente na remoção da cor e da turbidez. Outras substâncias acabam sendo removidas nesse processo, como o ferro, manganês, substancias orgânicas, com a aplicação de pequenas modificações ou utilização de produtos químicos específicos. Os sistemas de tratamento completo são compostos por processos unitários (1 coagulação e floculação; 2 sedimentação; 3 filtração; 4 desinfecção; e 5 fluoretação ) descritos a seguir (PERREIRA; SILVEIRA, 2007). Coagulação e Floculação Em sistemas de tratamento de água, a finalidade dos processos de coagulação e floculação é transformar impurezas que se encontram em suspenção ou na forma coloidal. Presentes na água em partículas maiores, os chamados flocos serão removidos nas etapas posteriores do tratamento (sedimentação ou flotação e filtração) (PERREIRA; SILVEIRA, 2007). 28 Essas etapas são das mais delicadas do processo de tratamento convencional para abastecimento publico; qualquer falha poderá prejudicar não só a qualidade, como também o custo do produto a ser distribuído (PERREIRA; SILVEIRA, 2007). Inúmeros são os fatores que influência na eficiência do processo de coagulação. Dentre eles, destacam-se: A) Dosagem do agente coagulante; B) Tempo e gradiente de velocidade de mistura rápida; C) Auxiliares de coagulação; D) pH do meio e E) Dispersão do agente na mistura rápida (FRANCISCO; POHLMANN; FERREIRA, 2011). O pH e a dosagem do agente coagulante estão estreitamente ligados, já que cada produto químico empregado com a finalidade de promover a coagulação apresenta uma faixa ótima de pH e a simples elevação da dosagem não garante uma eficiência maior. Portanto, o devido controle dos processos envolvidos nessa etapa do tratamento, permite obter maiores eficiências com menor volume de produtos químicos (FRANCISCO; POHLMANN; FERREIRA, 2011). Reagentes Empregados E Suas Propriedades Para esse processo, são empregados os chamados coagulantes: sais de elementos que produzem hidróxidos gelatinosos, sendo os mais empregados o sulfato de alumínio Al(SO4)3 e o cloreto férrico FeCl2. Nesse processo são utilizados também os alcalinizantes, sendo os mais empregados o CaO, o hidróxido de cálcio Ca(OH)2 e o carbonato de sódio Na2CO3 (PERREIRA; SILVEIRA, 2007). Os coagulantes reagem com os alcalinizastes, produzindo os flocos. A superfície dos flocos é grande, permitindo assim adsorção das partículas não sedimentáveis. Produzindo íons trivalentes positivos, que atraem e neutralizam as cargas elétricas dos colóides e partículas não sedimentáveis que em geral são negativas (PERREIRA; SILVEIRA, 2007). A seguir tabela com os principais coagulantes e floculantes empregados no tratamento de água e suas funções: 29 Figura 3: Principais Coagulantes e agentes floculantes utilizados no Tratamento de Água (KURITA, 2010). Decantação A decantação é um fenômeno físico natural e corresponde a etapa de deposição das impurezas, aglutinadas em flocos no processo nas etapas anteriores do tratamento da água (coagulação e floculação), devido a ação da força (FRANCISCO; POHLMANN; FERREIRA, 2011). A implementação destas unidades é justificada em ETA’s nas quais a água submetida ao tratamento apresenta concentrações de sólidos (dissolvidos, coloidais e/ou suspensos) elevadas, como etapa preliminar ao processo de filtração. O projeto destas unidades deve considerar a taxa de aplicação superficial, que está diretamente relacionada com a velocidade de sedimentação das partículas suspensas (FRANCISCO; POHLMANN; FERREIRA, 2011). O processo de decantação ocorre num tipo de tanque chamado decantador. A eficiência dos decantadores depende de suas características, como a área, dispositivos de entrada e saída e profundidade, entre outras. O período teórico de detenção é obtido pela divisão do volume pela vazão da ETA (PERREIRA; SILVEIRA, 2007). 𝑡𝑑 = 𝑉 𝑄 Onde: td = tempo de detenção (horas); V = volume total de decantação (m 3 ) 30 Q = vazão de água aduzida a ETA (m 3 /h) O tempo de detenção nos decantadores convencionais varia de 1 a 3 horas. Filtração Filtrar é passar a água por um meio poroso no qual ficam retidas as impurezas. O sistema de filtração de uma ETA talvez seja a etapa mais importante, pois é ai que se verifica o polimento da água. Como meio poroso, pode-se utilizar inúmeros matérias, porém o mais utilizado é composto por areia, sustentada por camadas de seixos, colocados sobre um sistema de drenos (PERREIRA; SILVEIRA, 2007). No decorrer da filtração, ocorre a remoção das partículas em suspensão, das substancias coloidais, dos microrganismos e das substancias químicas (FRANCISCO; POHLMANN; FERREIRA, 2011). Para realizar a remoção de tais impurezas da água é necessário analisar o tipo de material que se deseja separar, como também, o tipo de filtro que será o mais adequado para tal processo. Deste modo, é possível verificar a velocidade com que a água passa pelo mesmo e denominar qual filtro será mais apropriado: o filtro lento ou o filtro rápido (FRANCISCO; POHLMANN; FERREIRA, 2011). Os filtros podem ser classificados da seguinte maneira: (PERREIRA; SILVEIRA, 2007). Material filtrante: A- De areia. B- De areia e carvão antracito. C- De terra diatomácea. Camadas filtrantes: A- Camadas de areia com granulometria diferentes superpostas. B- Camadas múltiplas – areia – carvão – granada. C- De carvão e areia granada misturados. Sentido de escoamento: A- Filtro de fluxo descendente (down-flow). B - Filtro de fluxo ascendente (up-flow). 31C - Filtro de escoamento nos dois sentidos (bi-flow). Velocidade de filtração: A- Lentos. B- Rápidos. Desinfecção Os processos de desinfecção têm como objetivo a destruição ou inativação de organismos patogênicos, capazes de produzir doenças, ou de outros organismos indesejáveis. Esses organismos podem sobreviver na água por várias semanas, em temperaturas próximas a 21ºC e, em alguns casos, por vários meses, em baixas temperaturas. A sobrevivência desses organismos na água depende, não só da temperatura, mas também de outros fatores ecológicos, fisiológicos e morfológicos, tais como: pH, turbidez, oxigênio, nutrientes, competição com outros organismos, resistência a substâncias tóxicas, habilidade na formação de esporos. A desinfecção não implica, necessariamente, a destruição completa de todas as formas vivas (esterilização), embora muitas vezes o processo de desinfecção seja levado até o ponto de esterilização (MEYER, 1994). Os fatores que influem na desinfecção e, portanto, no tipo de tratamento a ser empregado, podem ser resumidos em: • espécie e concentração do organismo a ser destruído; • espécie e concentração do desinfetante; • tempo de contato; • características químicas e físicas da água; • grau de dispersão do desinfetante na água (MEYER, 1994). 32 Cloração O cloro (Cl2) é o desinfetante mais utilizado para a desinfecção de água para consumo humano. O nome Cloro deriva da palavra grega “chloros”, que significa verde. É em condições normais um gás esverdeado, com um cheiro forte que irrita as mucosas (RIBEIRO, 2015). O poder desinfetante ou oxidante provem de ser altamente reativo e rapidamente matar germes e neutralizar substâncias tóxicas, O cloro oxida irreversivelmente os componentes das células (estruturas, proteínas, enzimas, DNA) (RIBEIRO, 2015). Adicionado à água o cloro gás reage de acordo com a seguinte reação: Cl2 + H20 ↔ HCl + HClO Com Hipoclorito de sódio a reacção é a seguinte: NaClO + H20 ↔ NaOH + HClO Com Hipoclorito de cálcio a reacção é a seguinte: Ca(ClO)2+ 2 H20 ↔ Ca(OH)2 + 2 HClO De todas as reacções com os diferentes tipos de cloro verificamos que todas elas produzem um produto igual, o ácido hipocloroso (HClO) que é o verdadeiro responsável pela desinfecção dá água. A efetividade da desinfecção com cloro tem uma forte dependência do pH. Em solução aquosa o ácido hipocloroso dissocia-se de acordo com a seguinte fórmula: HClO + H20 ↔ H30 + + ClO - Assim sendo, de acordo com o valor de pH, vamos ter mais ou menos ácido hipocloroso em solução. No gráfico seguinte, vemos a variação das diferentes substâncias em função do pH da água. (RIBEIRO, 2015) 33 Dissociação do cloro em função do valor de pH (RIBEIRO, 2015) Fluoretação Compostos de flúor adicionados à água de abastecimento previnem ou reduzem a incidência de cárie dentária. Isto é especialmente verdadeiro para crianças. Porém, fluoreto demais pode causar efeitos tóxicos ou adversos à saúde. Por causa disso, a adição de fluoreto na água destinada ao consumo humano é regulada por legislação específica (NOLL; OLIVEIRA, 2000). O Congresso Nacional, em 24 de maio de 1974, aprovou a Lei nº 6.050, sancionada posteriormente pelo Presidente da República, General Ernesto Geisel, que determina em seu Artigo 1º que os projetos destinados à construção ou ampliação de sistemas públicos de abastecimento de água, onde haja estação de tratamento, devem incluir previsões e planos relativos à fluoretação de água (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 2012). As propriedades preventivas do flúor foram descobertas a partir de investigações sobre o seu efeito tóxico no esmalte dentário em desenvolvimento, resultante da sua ingestão. 34 A constatação da fluorose dentária precedeu a adoção da fluoretação da água de abastecimento público como medida benéfica à saúde bucal. Mediante a observação de tais efeitos e o desejo de investigá-los, desencadeou-se uma série de estudos, que resultaram na descoberta da fluoretação da água de abastecimento público como medida de controle de cárie dentária (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 2012). Os compostos solúveis de flúor na água e alimentos quando ingeridos sofrem dissociação iônica em função do ácido clorídrico produzido no estômago. O íon fluoreto é absorvido, em sua maior parte, pela mucosa estomacal. Por intermédio do plasma sanguíneo o flúor circula por todo o organismo. Após três horas 70% é eliminado pela urina, 15% pelas fezes e 5% pelo suor. Apenas 10% do Flúor ingerido é assimilado pelo organismo. Essa pequena parte circula nos fluídos intra e extracelulares fixando-se nos tecido duros: ossos e dentes em formação. O flúor não se fixa em tecidos moles (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 2012). As técnicas de fluoretação variam de acordo com o sistema. Em Estações de Tratamento de Água é utilizado o tradicional cone de saturação. Em linha gerais, coloca-se o composto de flúor no cone invertido e é produzida uma corrente contínua de água, ascendente, que passa sem cessar através do sal. A solução produzida é captada na parte superior do cone invertido por um tubo horizontal de plástico perfurado que constitui a saída (NOLL; OLIVEIRA, 2000). Em poços, são usados os sistemas com hidroinjetor ou com cilindro. O sistema com hidroinjetor tem maior custo de instalação e manutenção porém permite variações de dosagens. O sistema com cilindro, com menor custo de instalação e manutenção, somente permite dosagens constantes, operando muito bem em poços com vazão elevada. Nos poços com vazões baixa (até cerca de 10 m3/hora) estão sendo adotados, com resultado muito bom, o sistema de mistura do composto de flúor com hipoclorito de sódio, sendo aplicação feita via hidroinjetor (barato) ou bomba dosadora (caro) (NOLL; OLIVEIRA, 2000). Correção de pH A correção de pH se configura como a última etapa do tratamento de água e é responsável pela adição de álcalis para ajustar o pH da água aos padrões recomendados pela Portaria 2914 (2011), caso seja necessário. Os produtos que podem ser utilizados nesse 35 processo são: cal virgem e hidratada, carbonato de sódio e hidróxido de sódio (BRAGA, 2014) . 36 MATERIAIS E MÉTODOS Foi realizada uma visita técnica no SAEMA, no dia 11 de maio de 2015, para melhor compreensão do tratamento da água. Foram coletadas as amostras de água no dia 27 de maio de 2015, em três pontos distintos da represa Hermínio Ometto. As análises físico-químicas e microbiológicas foram realizadas na mesma noite, utilizando as seguintes metodologias: Alcalinidade: Titulação com H2SO4 0,1N Acidez: Titulação com NaOH 0,02N Cloretos: Titulação com AgNO3 0,01N Dureza de Cálcio: Titulação com EDTA 0,01N Dureza Total : Titulação com EDTA 0,01N Oxigênio Dissolvido pelo método de Winkler pH: pHmetro STD (Sólidos totais dissolvidos): Condutivímetro Turbidez: Turbidímetro Coliformes Termotolerantes: Tubos múltiplos Temperatura: Termômetro 37 RESULTADOS E DISCUSSÃO As amostras foram coletadas nos pontos indicados na Figura 2. Figura 2: Represa Hermínio Ometto (GOOGLE MAPS, 2015)Após as análises os resultados obtidos foram: A B C 38 Observando os resultados considera-se que todos os fatores se complementam, sendo que o pH não é um problema desta água, já que os problemas surgem apenas no caso de uma variação, alcalina ou acida demais, sendo água analisada muito próxima à neutralidade. Foi identificada a presença de Coliformes Termotolerantes, isto ocorre por que a quantidade de matéria orgânica é diferente em cada um dos pontos e tende a variar, dependendo da localização da fauna existente nos arredores da represa. Os níveis de turbidez se encontram próximos, mas tendem a variar dependendo do clima, não houve precipitação nos sete dias anteriores a coleta. Em termos de dureza da água, a Legislação permite até 500mg/L para que essa água seja considerada potável, e as analises comprovaram que essa água é muito mole, ou seja, tende a formar muita espuma quando em contato com sabões. Mas em geral, a qualidade da água é boa, própria para o consumo humano, após o tratamento convencional. 39 CONSIDERAÇÕES FINAIS No inicio deste trabalho foi proposto discutir a importância de uma água de qualidade, e neste momento pode-se afirmar que o principal objetivo do tratamento é atender os padrões de potabilidade necessários e estabelecidos pela legislação, pois alterações físico-químicas e/ou biológicas têm sido associadas a diversos problemas de saúde. Desta forma, quanto maior o investimento em saneamento básico, maior é a economia em saúde, então a água, elemento mais importante para a vida, deve ser tratada para que reduza a taxa de doenças causadas pelo consumo de água contaminada, sendo a análise do manancial o melhor indicador para o tratamento mais eficiente, o qual deve ser feito, para melhorar a vida dos cidadãos. Então, após todo o estudo realizado conclui-se que a represa Hermínio Ometto é Classe II, está própria para consumo após prévio tratamento, e assim sendo muito importante para o abastecimento de água para a população ararense. 40 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GRASSI, M.T. As águas do planeta Terra. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, 2011. MERTEN, G. H.;MINELLA, J. P. Qualidade da água em bacias hidrográficas rurais: um desafio atual para a sobrevivência futura, 2002. MEDEIROS FILHO, C.F. Abastecimento de água. 2009. Disponível em http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Agua.html?submit=Voltar+ao+%CDndice Acesso em 23/10/2014. CARVALHO, V. F. Disponível em: http://www.sosma.org.br/projeto/rede-das-aguas/questao- da-agua/importancia-para-vida-e-distribuicao-planeta/ Acesso em: 23/10/2014. TERRA. As principais ameaças à qualidade da água no Brasil. 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