872276 Química Sanitária

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Eliana Aparecida Nonato Knupp – Química Sanitária
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pH
Acidez 
Alcalinidade
Dureza
Características químicas das águas
pH
O pH representa a atividade do íon hidrogênio na água, de forma logaritmizada, resultante inicialmente da dissociação da própria molécula da água e posteriormente acrescida pelo hidrogênio proveniente de outras fontes como efluentes industriais(ácidos sulfúrico, clorídrico, nítrico, etc), dissociação de ácidos orgânicos como o ácido acético, que resulta da “fase ácida” da decomposição anaeróbia da matéria orgânica, bem como outras substâncias que venham a apresentar reação ácida como solvente (água).
Características químicas das águas
pH
Características químicas das águas
H2O  H+ + OH-
Características químicas das águas
A influência do pH:
Efeitos diretos: ecossistemas aquáticos(fisiologia das diversas espécies).
Efeitos indiretos: a precipitação de elementos químicos tóxicos como metais pesados; outras condições podem exercer efeitos sobre as solubilidades de nutrientes.
As restrições de faixas de pH são estabelecidas para as diversas classes de águas naturais, de acordo com a legislação federal (Resolução n°20 do CONAMA).
Características químicas das águas
É um dos 9 parâmetros do IQA (Índice de Qualidade da Água).
Os critérios de proteção à vida aquática fixam o pH entre 6 e 9.
A desinfecção pelo cloro: dependente do pH. Em meio ácido, a dissociação do ácido hipocloroso formando hipoclorito é menor, sendo o processo mais eficiente, 
A própria distribuição da água final é afetada pelo pH. Sabe-se que as águas ácidas são corrosivas, ao passo que as alcalinas são incrustantes.
Características químicas das águas
O pH é padrão de potabilidade, devendo as águas para abastecimento público apresentar valores entre 6,5 e 8,5, de acordo com a Portaria 36 do Ministério da Saúde.
Padrão de emissão de esgotos e de efluentes líquidos industriais, tanto pela legislação federal (entre 6 e10) quanto pela estadual (entre 5 e 9 em corpos receptores e entre 6 e10 na rede pública).
Características químicas das águas
Determinação de pH
Métodos eletrométrico 
(eletrodo de pH ou pH-metro)
Características químicas das águas
Determinação de pH
*Método comparativo 
utilizando-se o papel 
indicador universal de pH 
Características químicas das águas
Correção de pH
Aumento de pH: os compostos mais utilizados são a soda cáustica (NaOH), a cal hidratada (Ca(OH)2) e a barrilha (Na2CO3) 
Soda cáustica apresenta como principal vantagem a sua elevada solubilidade, possibilitando uma operação mais simples do sistema de dosagens.
Características químicas das águas
Correção de pH
Diminuição de pH: normalmente empregam-se ácidos minerais, como o HCl e H2SO4. Normalmente o HCl comercial (muriático) é mais barato, além do que, quando se trata de um efluente industrial a ser lançado na rede pública de esgotos, a presença de sulfato é mais preocupante por poder ser reduzido a sulfeto em meio anaeróbio, trazendo problemas de odor, toxicidade e corrosividade.
Características químicas das águas
Acidez
Definição analítica
Capacidade de reagir quantitativamente com uma base forte até um valor definido de pH, devido à presença de ácidos fortes (ácidos minerais: clorídrico, sulfúrico, nítrico, etc.), ácidos fracos (orgânicos: ácido acético e inorgânicos: ácido carbônico) e sais que apresentam caráter ácido (sulfato de alumínio, cloreto férrico,cloreto de amônio).
Características químicas das águas
Acidez
Fontes de acidez nas águas
Natural: o gás carbônico é um componente habitual da acidez das águas naturais. O gás carbônico dissolvido na água representa o ácido carbônico, através do seguinte equilíbrio químico:
CO2+H2O↔H2CO3
Características químicas das águas
Acidez
Fontes de acidez nas águas
Características químicas das águas
Acidez
Importância nos estudos de controle de qualidade de águas
Estudos de corrosão: gás carbônico (presente em águas naturais) ou ácidos minerais (presentes em efluentes industriais).
O parâmetro “acidez” não se constitui, apesar de sua importância, em qualquer tipo de padrão, seja de potabilidade, de classificação das águas naturais ou de emissão de esgotos; o efeito da acidez é controla do legalmente pelo valor do pH.
Características químicas das águas
Alcalinidade
Definição analítica
Alcalinidade de uma amostra de água pode ser definida como sua capacidade de reagir quantitativamente com um ácido forte até um valor definido de pH.
Características químicas das águas
Alcalinidade
Fontes de alcalinidade nas águas
Sais do ácido carbônico, ou seja, bicarbonatos e carbonatos, e os hidróxidos.
Os bicarbonatos e, em menor extensão, os carbonatos, que são menos solúveis, dissolvem-se na água devido à sua passagem pelo solo. Se este solo for rico em calcáreo, o gás carbônico da água o solubiliza, transformando-o em bicarbonato, conforme a reação:
CO2+CaCO3+H2O↔Ca(HCO3)2
Características químicas das águas
Alcalinidade
Fontes de alcalinidade nas águas
pH >9,4 hidróxidos e carbonatos
8,3 < pH < 9,4 carbonatos e bicarbonatos
4,4 < pH < 8,3 apenas bicarbonatos
,
Características químicas das águas
Alcalinidade
Os carbonatos e hidróxidos podem aparecer em águas onde ocorrem florações de algas (eutrofizadas), sendo que em período de intensa insolação o saldo da fotossíntes e em relação à respiração é grande e a retirada de gás carbônico provoca elevação de pH para valores que chegam a atingir 10 unidades.
Características químicas das águas
Alcalinidade
Águas naturais: principal fonte decorre da descarga de efluentes de indústrias, onde se empregam bases fortes como soda cáustica e cal hidratada.
Águas tratadas: pode-se registrar a presença de alcalinidade de hidróxidos em águas abrandadas pela cal.
Não representa risco potencial à saúde pública, porém provoca alteração no paladar e a rejeição da água em concentrações inferiores àquelas que eventualmente pudessem trazer prejuízos mais sérios.
Características químicas das águas
Alcalinidade
Não é um parâmetro de padrão de potabilidade, ficando este e feito limitado pelo valor do pH.
Não é padrão de classificação de águas naturais nem de emissão de esgotos.
A alcalinidade das águas associa-se à dureza, sendo responsável pela precipitação de carbonatos principalmente em sistemas de águas quentes, provocando a formação de incrustações.
Características químicas das águas
Alcalinidade
Determinação da alcalinidade
A alcalinidade é devida principalmente aos carbonatos e bicarbonatos e, secundariamente, aos íons hidróxidos, silicatos, boratos, fosfatos e amônia.
Características químicas das águas
Alcalinidade
Determinação da alcalinidade
Características químicas das águas
Alcalinidade
Determinação da alcalinidade
Características químicas das águas
Dureza
Definição:
Dureza de uma água é a medida da sua capacidade de precipitar sabão,isto é, nas águas duras os sabões transformam-se em complexos insolúveis, não formando espuma até que o processo se esgote.
Características químicas das águas
Dureza
É causada pela presença de cálcio e magnésio, principalmente,além de outros cátions como ferro, manganês, estrôncio, zinco, alumínio, hidrogênio, etc, associados a ânions carbonato (mais propriamente bicarbonato, que é m ais solúvel) e sulfato, principalmente, além de outros ânions como nitrato, silicato e cloreto.
Principais compostos que conferem dureza às águas: bicarbonato de cálcio, bicarbonato de magnésio, sulfato de cálcio e sulfato de magnésio.
Características químicas das águas
Dureza
Fontes de dureza nas águas
A principal fonte de dureza nas águas é a sua passagem pelo solo (dissolução da rocha calcárea pelo gás carbônico da água), conforme as reações:
 
H2CO3+ CaCO3→ Ca (HCO3)2
H2CO3+ MgCO3→ Mg (HCO3)2
Características químicas das águas
Dureza
Para o abastecimento público de água, o problemase refere inicialmente ao consumo excessivo de sabão nas lavagens domésticas. Há também indícios da possibilidade de um aumento na incidência de cálculo renal em cidades abastecidas com águas duras, o que traduz um efetivo problema de saúde pública.
Características químicas das águas
Dureza
A Portaria n°2.914 de 12 de Dezembro de 2011 do Ministério da Saúde, limita a dureza em 500mg/L CaCO3 como padrão de potabilidade. Este padrão não é muito restritivo, pois uma água com 500mg/L de dureza é classificada como “muitodura” mas, por outro lado, uma restrição muito severa pode inviabilizar muitos abastecimentos públicos que utilizam água dura, por não disporem dos recursos necessários para a remoção da dureza ou abrandamento da água.
Características químicas das águas
Dureza
Nas águas naturais, a dureza é uma condição importante, por formar complexos com outros compostos, modificando seus efeitos sobre os constituintes daquele ecossistema. Por isso, a dureza é um parâmetro tradicionalmente utilizado no controle de bioensaios de avaliação de toxicidade de substâncias ou de efluentes.
Características químicas das águas
Dureza
Graus de dureza
Existem diversas escalas de dureza. Apresenta-se aqui uma escala de origem americana utilizada internacionalmente:
Concentração (mg/L)
Classificação
0-70
Muito branda
70 - 140
Branda
140-320
Semi-branda
320-530
Dura
>530
Muito dura
Características químicas das águas
Dureza
Determinação da dureza
A determinação da dureza pode ser feita por espectrofotometria de absorção atômica ou através de titulometria de complexação.
Características químicas das águas
Calcule o pH e o pOH das seguintes soluções de ácidos fortes:
a) 0,02 mol/L de HCIO4 
b) 1,3x10-4 mol/L de HN03
c) 2,4x10-8 mol/L de HN03
 
 Calcule o pH e o pOH das seguintes soluções de bases fortes:
 
a) 3,7x10-1 mol/L de NaOH 
b) 3,0x10-8 mol/L de KOH 
c) 0,10mol/L de Ba(OH)2
 
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Oxigênio Dissolvido e Matéria Orgânica em Águas
Oxigênio Dissolvido em Água
Fontes de oxigênio nas águas
O oxigênio se dissolve nas águas naturais proveniente da atmosfera, devido à diferença de pressão parcial. Este mecanismo é regido pela Lei de Henry, que define e a concentração de saturação de um gás na água, em função da temperatura:
..
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Oxigênio Dissolvido e Matéria Orgânica em Águas
CSAT=α.pgás
Onde α é uma constante que varia inversamente proporcional à temperatura
 pgás é a pressão exercida pelo gás sobre a superfície do líquido.
No caso do oxigênio,considerando-se como constituinte de 21% da atmosfera, pela lei de Dalton, exerce uma pressão de 0,21 atm. Para 20°C, por exemplo, α é igual a 43,9 e portanto a concentração de saturação de oxigênio em uma água superficial é igual a 43,9x0,21=9,2mg/L.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Oxigênio Dissolvido e Matéria Orgânica em Águas
Outra fonte importante de O2 nas águas é a fotossíntese de algas. Este fenômeno ocorre em maior extensão em águas poluídas ou, mais propriamente, em águas eutrofizadas,ou seja, aquelas em que a decomposição dos compostos orgânicos lançados levou à liberação de sais minerais no meio, especialmente os de nitrogênio e fósforo que são utilizados como nutrientes pelas algas.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Oxigênio Dissolvido e Matéria Orgânica em Águas
Importância nos estudos de controle de qualidade das águas
O oxigênio dissolvido é o elemento principal no metabolismo dos microrganismos aeróbios que habitam as águas naturais ou os reatores para tratamento biológico de esgotos.
Nas águas naturais, o oxigênio é indispensável também para outros seres vivos, especialmente os peixes, onde a maioria das espécies não resiste a concentrações de oxigênio dissolvido na água inferiores a 4,0 mg/L.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Oxigênio Dissolvido e Matéria Orgânica em Águas
Importância nos estudos de controle de qualidade das águas
É,portanto, um parâmetro de extrema relevância na legislação de classificação das águas naturais, bem como na composição de índices de qualidade de águas (IQAs).
Oxigênio é indispensável na análise da DBO, que representa o potencial de matéria orgânica biodegradável nas águas naturais ou em esgotos sanitários e muitos efluentes industriais
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Oxigênio Dissolvido e Matéria Orgânica em Águas
Determinação da concentração de oxigênio dissolvido em águas
Para a determinação da concentração de oxigênio dissolvido em águas são disponíveis o método eletrométrico e o método químico. O método mais utilizado é o eletrométrico,que emprega aparelhos chamados de oxímetros ou medidores de OD, em que a sonda do eletrodo possui uma membrana que adsorve seletivamente o oxigênio, tendo por base o seu raio de difusão molecular.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Matéria Orgânica em Águas
Fontes de matéria orgânica nas águas naturais
A principal fonte: descarga de esgotos sanitários. No Brasil,a grande maioria dos municípios não possui sistema de tratamento de esgotos.
Em um esgoto predominantemente doméstico, 75% dos sólidos em suspensão e 40% dos sólidos dissolvidos são de natureza orgânica.Estes compostos são constituídos principalmente de carbono, hidrogênio e oxigênio, além de outros elementos como nitrogênio,fósforo,enxofre,ferro,etc.
Características químicas das águas
Matéria Orgânica em Águas
Fontes de matéria orgânica nas águas naturais
Os principais grupos de substâncias orgânicas encontradas nos esgotos são carboidratos (25 a 50%) , proteínas (40 a 60%) e óleos e graxas (10%). Outros compostos orgânicos sintéticos são encontrados em menor quantidade como detergentes, pesticidas, fenóis,etc.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Demanda Bioquímica de Oxigênio
A DBO corresponde à fração biodegradável dos compostos presentes na amostra, que é mantida cinco dias a uma temperatura constante de 20°C. A medida da concentração de matéria orgânica biodegradável neste ensaio resulta indiretamente, através de dados de consumo de oxigênio ocorrido na amostra ou em suas diluições, durante o período de incubação. 
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Demanda Bioquímica de Oxigênio
Apesar de muito importante, a análise de DBO é demorada, necessitando-se de um prazo de 5 dias para a obtenção dos resultados. Pode-se também encontrar problemas de imprecisão, especialmente nos casos de efluentes industriais que não contêm microrganismos, em que são necessários a semeadura da amostra e o controle paralelo da demanda bioquímica de oxigênio da semente.Outra limitação da DBO é a de acusar apenas a fração biodegradável dos compostos orgânicos,uma vez que o processo é de natureza bioquímica.Este fato motivou o uso paralelo da demanda química de oxigênio,a DQO.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Demanda Bioquímica de Oxigênio
Apesar de muito importante, a análise de DBO é demorada, necessitando-se de um prazo de 5 dias para a obtenção dos resultados. Pode-se também encontrar problemas de imprecisão, especialmente nos casos de efluentes industriais que não contêm microrganismos, em que são necessários a semeadura da amostra e o controle paralelo da demanda bioquímica de oxigênio da semente.Outra limitação da DBO é a de acusar apenas a fração biodegradável dos compostos orgânicos,uma vez que o processo é de natureza bioquímica.Este fato motivou o uso paralelo da demanda química de oxigênio,a DQO.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
DemandaQuímica de Oxigênio
A demanda química de oxigênio consiste em uma técnica utilizada para a avaliação do potencial de matéria redutora de uma amostra, através de um processo de oxidação química em que se em prega o dicromato de potássio (K2Cr2O7). Neste processo, o carbono orgânico de um carboidrato, por exemplo, é convertido em gás carbônico e água.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Demanda Química de Oxigênio
A DQO é um parâmetro indispensável nos estudos de caracterização de esgotos sanitários e de efluentes industriais. A DQO é muito útil quando utilizada conjuntamente com a DBO para observar a biodegradabilidade de despejos. Sabe-se que o poder de oxidação do dicromato de potássio é maior do que o que resulta mediante a ação de microrganismos, exceto raríssimos casos como hidrocarbonetos aromáticos e piridina. Desta forma os resultados da DQO de uma amostra são superiores aos de DBO.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Demanda Química de Oxigênio
Como na DBO mede-se apenas a fração biodegradável, quanto mais este valor se aproximar da DQO significa que mais facilmente biodegradável será o efluente. É comum aplicar-se tratamentos biológicos para efluentes com relações DQO/DBO de 3/1, por exemplo; mas valores muito elevados dessa relação indicam grande possibilidades de insucesso, uma vez que a fração biodegradável torna-se pequena, tendo-se ainda o tratamento biológico prejudicado pelo efeito tóxicos obre os microrganismos exercido pela fração não biodegradável.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Demanda Química de Oxigênio
Outro uso importante que se faz da DQO é para a previsão das diluições das amostras na análise de DBO. Como o valor da DQO é superior, e pode ser obtido no mesmo dia da coleta, poderá ser utilizado para guiar asdiluições.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Carbono Orgânico Total
A análise de carbono orgânico total é aplicável especialmente para a determinação de pequenas concentrações de matéria orgânica. O teste é desenvolvido colocando-se uma quantidade conhecida de amostra em um forno a alta temperatura. O carbono orgânico é oxidado em CO2 na presença de um catalisador.O gás carbônico produzido é quantificado utilizando-se um analisador de infra-vermelho.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Carbono Orgânico Total
A análise de carbono orgânico total é aplicável especialmente para a determinação de pequenas concentrações de matéria orgânica. O teste é desenvolvido colocando-se uma quantidade conhecida de amostra em um forno a alta temperatura. O carbono orgânico é oxidado em CO2 na presença de um catalisador.O gás carbônico produzido é quantificado utilizando-se um analisador de infra-vermelho.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Carbono Orgânico Total
A acidificação e a aeração da amostra antes da análise eliminam erro devido à presença de carbono inorgânico. A análise pode ser desenvolvida muito rapidamente. Certos compostos orgânicos não são oxidados e a concentração de carbono orgânico medida é ligeiramente inferior à presente na amostra.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Carbono Orgânico Total
Remoção de matéria orgânica das águas
Os processos mais adequados para a remoção de matéria orgânica das águas residuárias, esgotos sanitários e efluentes industriais são, sem dúvida, os de natureza biológica.
Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Carbono Orgânico Total
Remoção de matéria orgânica das águas
Quando comparado são os processos físico-químicos, apresentam as grandes vantagens de resultarem em eficiências mais elevadas na remoção de DBO ou DQO, a um custo operacional mais baixo quando se compara ,por exemplo, o custo da energia elétrica para a aeração do sistema (processos biológicos aeróbios mecanizados) com o custo de produtos químicos necessários à floculação dos esgotos.
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Parâmetros que caracterizam a quantidade de matéria orgânica presente nas águas
Carbono Orgânico Total
Remoção de matéria orgânica das águas
Alguns efluentes industriais necessitam ser pré-tratados por processos físico-químicos para a remoção de componentes tóxicos (metais pesados, óleos e graxas, solventes orgânicos, etc), antes de serem submetidos ao tratamento biológico.