Aula_7 - hidrosfera

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Universidade Federal de Lavras 
Departamento de Química 
Prof. Fabiano Magalhães 
mgfabiano@yahoo.com.br 
Química Ambiental 
 Aula 7 
Hidrosfera 
 
HIDROSFERA 
INTRODUÇÃO 
 Distribuição da água na Terra 
• Constituinte inorgânico mais abundante na matéria viva; 
Teor de água 60% 
(massa) 
Teor de água 98% 
(massa) 
Água é fundamental para a manutenção da vida 
Distribuição da Água na Terra 
Estimativa 
1,36x1018 m3 de água na Terra 
Importante preservar os 
 recursos hídricos 
0,8% 
48% água subterrânea se encontra a 
1000 m de profundidade 
 Ciclo hidrológico 
Transpiração 
Precipitação 
Escoamento 
superficial 
Distribuição da Água na Terra 
 Ciclo Interno da Água 
Água e o Ser Humano 
Tratamento é 
eficiente? 
Água e o Ser Humano 
 Para quê usamos a água? 
 
• Abastecimento doméstico e industrial 
• Irrigação 
• Dessedentação de animais 
• Preservação da flora e fauna 
• Recreação e laser 
• Geração de energia elétrica 
• Navegação 
• Diluição e transporte de despejos 
• Harmonia paisagística 
 Utilização da água pelo ser humano 
• Países desenvolvidos: utilizam 
fontes subterrâneas de água; 
• USA: 39% do consumo humano da 
água é retirada do subssolo; 
• Dinamarca, Suíça, Itália, Áustria... 
 100%. 
Problemas? 
Água e o Ser Humano 
 Utilização da água pelo ser humano 
• Esgotamento da água doce subterrânea (acúmulo de água nos 
aqüíferos é lenta); 
• Contaminação do lençol freático e aqüíferos; 
• 33% da população mundial vivem em países que apresentam 
deficiência no suprimento de água; 
Problemas? 
• Estimativa que em 2025  66% população 
Água e o Ser Humano 
 Impurezas encontradas na água 
• Impurezas podem alterar a qualidade da água; 
• Características físicas, químicas e biológicas; 
Impurezas 
Suspensos 
Coloidais 
Dissolvidos 
Características 
físicas 
Sólidos Gases 
Características 
biológicas 
Ser vivo 
Animais 
Vegetais 
Características 
químicas 
Inorg. Org. 
Matéria em 
decomposição 
Impurezas Encontradas na Água 
 Parâmetros de Qualidade da Água 
 Parâmetros da Qualidade da água 
• Utilizados para caracterizar águas de abastecimento, residuárias, 
mananciais e corpos receptores. 
Parâmetros 
Físicos 
• Cor 
• Turbidez 
• Sabor e odor 
• Temperatura 
Químicos 
• pH 
• Alcalinidade 
• Acidez 
• Dureza 
• Fe, Mn, Cl-, N, P 
• Oxigênio Dissolvido 
• DQO e DBO 
Biológicos • Coliformes fecais... 
 Classificação dos recursos hídricos 
 A resolução normativa nº357 do CONAMA (2005) 
Estabelece a classificação das águas, segundo a sua utilização, 
definindo os parâmetros de qualidade a serem atendidos para cada 
classe. 
 Parâmetros de Qualidade da Água 
 Classificação dos recursos hídricos 
Água Classe Uso 
Doce 
Salinid. 
< 05% 
Especial 
- Para o abastecimento doméstico sem prévia ou com 
desinfecção simplificada 
1 
- Abastecimento doméstico após tratamento simplificado 
- Irrigação de frutas e hortaliças consumidas cruas 
- Recreação de contato primário (natação, esqui, etc) 
- Agricultura 
2 
Abastecimento doméstico após tratamento convencional 
- Proteção de comunidades aquáticas 
- Recreação de contato primário 
- Irrigação de frutas e hortaliças consumidas cruas 
- Agricultura 
3 
- Abastecimento doméstico após tratamento convencional 
- Irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras 
- Dessedentação de animais 
 Parâmetros de Qualidade da Água 
 Classificação dos recursos hídricos 
Água Classe Uso 
Doce 4 
- Navegação 
- Harmonia Paisagística 
- Usos menos existentes 
Salinas 
Salinid. 
> 30% 
 
5 
Recreação de contato primário 
- Proteção de comunidades aquáticas 
- Agricultura 
6 
- Navegação Comercial 
- Paisagismo 
- Recreação de contato secundário 
7 
- Recreação de contato primário 
- Proteção de comunidades aquáticas 
Agricultura 
8 
- Navegação comercial 
- Harmonia paisagística 
- Recreação de contato secundário 
 Parâmetros de Qualidade da Água 
15 
A Química de Oxidação-Redução 
em Águas Naturais 
16 
A Química em Águas Naturais 
 Oxigênio Dissolvido 
• Dissolução do O2 
• Principal agente oxidante em águas naturais; 
O2(g) O2(aq) 
17 
A Química em Águas Naturais 
 Teor de Oxigênio Dissolvido 
O2(g) O2(aq) 
Teor de O2 dissolvido diminui com 
o aumento da temperatura. 
Temperatura / 0C O2 dissolvido / 
mg L-1 
0 14,6 
5 12,8 
10 11,3 
15 10,2 
20 9,2 
25 8,6 
35 7,0 
100 0 
• Peixes necessitam de água com no mínimo 5 mg L-1 de O2(aq) 
• Poluição térmica 
18 
A Química em Águas Naturais 
 Decomposição Aeróbica da Matéria Orgânica 
• O2 dissolvido 
• Matéria orgânica 
• NH3, NH4
+ 
• S-2 ... 
+ 
CH2O(aq) + O2 → CO2(g) + H2O(l) 
4NH3(aq) + 9O2 → 6H2O(l) + 4NO3
-(aq) 
2NH4
+(aq) + 5O2 → 4H2O(l) + 2NO3
-(aq) 
S2-(aq) + 2O2 → SO4
2- 
CO2 + H2O 
NO2
- + NO3
- 
SO3
-2 + SO4
-2 
O2 é consumido 
 
O2 é reduzido à O
2- 
Redução no teor de 
O2 dissolvido
 
 
19 
DBO - Demanda Biológica de Oxigênio 
 Biodegradação da matéria orgânica - BOD5 (20ºC) 
DQO - Demanda Química de Oxigênio 
 Oxidação da matéria orgânica por Cr2O7
-2/H+ 
 Métodos indiretos: medida do consumo de oxigênio na 
oxidação da matéria orgânica 
A Química de Oxidação-Redução em Águas Naturais 
Matéria orgânica + Cr2O7
2- + H+ → H2O + CO2 + Cr
3+ 
Cr2O7
2- + 3Fe2+ + 8H+ → Cr3+ + 3Fe3+ + 4H2O 
 Como medir o teor de matéria orgânica??? 
 
20 
COT - Carbono Orgânico Total 
 Combustão da matéria orgânica - tubo de 
 combustão: detecção de CO2 por IV 
 Método direto 
A Química de Oxidação-Redução em Águas Naturais 
21 
A Química em Águas Naturais 
 Decomposição em Corpo Hídricos da Matéria Orgânica 
Lago 
Condições aeróbicas 
Condições anaeróbicas 
CO2 H2CO3 HCO3
- 
SO4
2- NO3
- Fe(OH)3 
CH4 H2S NH3 
NH4
+ Fe2+(aq) 
Alto teor 
de O2 
Baixo teor 
de O2 
Como estas sustâncias (C, S, N, Fe...) estão presentes 
nas águas naturais? 
P
ro
fu
n
d
id
a
d
e
 
22 
A Química em Águas Naturais 
 Compostos de enxofre 
• Enxofre está presente em moléculas orgânicas e bioinorgânicas. 
23 
A Química em Águas Naturais 
 Compostos de enxofre 
• Substâncias orgânicas com enxofre 
Decomposição anaeróbia 
CH4, 
H2S, 
CH3SCH3, (dimetilsulfeto) 
CH3SH (metatiol)... 
H2S + O2 → H2SO4 
• Bactérias anaeróbicas 
2SO4
2- + 3CH2O + 4H
+ → 2S + 3CO2 + 5H2O 
Ag. oxidante Mat. orgânica 
24 
A Química em Águas Naturais 
Drenagem Ácida de Minas – Fonte de Poluição 
• Após a extração, a pirita fica exposta ao ar e umidade 
• Exploração de minas com solos ricos em pirita (FeS2) 
• FeS2(aq) + O2(g) + H2O(l) → 2Fe2(SO4)3(aq) + 2H2SO4(aq) 
oxidação 
Pode lixiviar metais 
pesados Fe(OH)3(s) 
 diluição 
Ouro dos tolos 
25 
A Química em Águas Naturais 
 Compostos de Nitrogênio 
• Aumento da atividade agrícola 
• Aumento dos teores de NO3
- em rios, lagos, mar... 
• Escoamento de águas com NO3
- 
Crescimento excessivo de algas, microorganismos... 
eutrofização 
Mortandade de seres aquáticos 
Desequilíbrio do ecossistema 
26 
A Química em Águas Naturais 
27 
A Química de Oxidação-Redução em Águas Naturais 
 NO3
- em Água Potávele Alimentos 
• Pode causar metemoglobinemia (síndrome do bebê “azul”) 
• Bactérias em mamadeiras e estômago 
NO3
- + 2H+ + 2e- → NO2
- + H2O 
• Nitrito combina com a hemoglobina 
• Impede a troca gasosa (CO2/O2) 
• Insuficiência respiratória (bebê fica azul) 
28 
A Química de Oxidação-Redução em Águas Naturais 
 Nitrosaminas 
• Pesquisadores sugerem que o excesso de nitrato em água potável 
pode causar câncer de estômago 
Bactérias: NO3
- + 2H+ + 2e- → NO2
- + H2O 
Nitrito + amina → Nitrosaminas 
carcinogênica N-N=O 
R 
R 
29 
A Química de Oxidação-Redução em Águas Naturais 
 Nitrosaminas 
N-nitrosodimetilamina 
(NDMA) 
N-N=O 
H3C 
H3C 
• Reage com o DNA (câncer) 
• Cervejas (3000 ppt – anos 80) 
• Atualmente teor < 70 ppt 
• Bacon frito e salsicha (cura) 
• Queijos (cura) 
• Água potável (100 ppt)– contaminada 
pela atividade industrial (Canadá) 
• Indústrias poluidoras 
• Pneu 
• Curtumes 
• Pesticidas..... 
Legislações mais restritivas: 1 ppm de NO2
- e 9 ppt Nitrosaminas 
30 
 Águas Naturais Puras 
• Contém CO2 dissolvido em quantidades significativas 
• Íons HCO3
-, Ca2+, Mg2+,... 
• pH  7 
Sistema CO2/carbonato 
31 
A Química Ácido-Base em Águas Naturais 
 Sistema CO2/Carbonato 
CO2(g) + H2O(l) H2CO3(aq) 
Atmosfera e decomposição 
matéria orgânica 
H2CO3(aq) HCO3
-(aq) + H+(aq) 
• Lixiviação de rochas e sedimentos 
CaCO3(s) Ca
2+(aq) + CO3
-2(aq) 
CO3
-2(aq) + H2O HCO3
-(aq) + OH-(aq) 
32 
A Química em Águas Naturais 
 Sistema CO2/Carbonato 
Sistema natural: ar + água + rochas/sedimentos 
33 
A Química em Águas Naturais 
 Sistema CO2/Carbonato 
Aumento nas emissões de CO2 
atmosférico 
Elevou a acidez das águas 
superficiais dos oceanos no 
mundo 
pH reduzido em 0,1 
• Como o CO2 pode afetar a solubilidade do CaCO3? 
34 
A Química Ácido-Base em Águas Naturais 
 Solubilidade do CaCO3 levando em consideração a 
presença de CO2 solúvel 
SCaCO3 = 5,1x10
-4 mol L-1 na presença de CO2 
 
SCaCO3 = 9,9x10
-5 mol L-1 na ausência de CO2 
 
 5 x maior 
35 
A Química Ácido-Base em Águas Naturais 
 Concentração de outros íons em sistemas em equilíbrio aquoso 
na presença de CaCO3 e CO2 + CaCO3 
Íon CaCO3 CO2 + CaCO3 
[HCO3
-] 9,9 x 10-5 mol/L 1,0 x 10-3 mol/L 
[CO3
2-] ---- 8,8 x 10-6 mol/L 
[Ca2+] 9,9 x 10-5 mol/L 5,2 x 10-4 mol/L 
[OH-] 9,9 x 10-5 mol/L 1,8 x 10-6 mol/L 
[H+] 1,0 x 10-5 mol/L 5,6 x 10-9 mol/L 
pH 10,0 8,3 
A presença de CO2 + CaCO3 aumenta a solubilidade do carbonato e do 
CO2  conseqüentemente aumenta a [ ] dos respectivos íons em 
solução . 
36 
A Química Ácido-Base em Águas Naturais 
 Índice Dureza em Águas Naturais 
Dureza = [Ca2+] + [Mg2+] 
• Determinada pela titulação com EDTA 
• Apresentação do resultado: 
- Concentração de 0,0010 mol de Ca2+ + Mg2+ em um litro da amostra 
- Em relação a massa molar do CaCO3 = 100 gmol
-1 
Dureza 
1 mol de CaCO3 -------------------- 100 g CaCO3 
0,0010 mol -----------------------------X 
X = 0,1 g 
Dureza: mg L-1  100 mg L-1 
37 
A Química Ácido-Base em Águas Naturais 
 Índice Dureza em Águas Naturais 
Dureza mgL-1 CaCO3 Classificação 
< 50 Água mole 
50 a 150 Dureza moderada 
150 a 300 Água dura 
> 300 Água muito dura 
Controle da dureza da água é extremamente importante para 
indústrias 
O volume de 25 mL de uma amostra de água possui 0,8x10-4 mol de 
carbonato. Qual a dureza desta amostra? 
38 
A Química Ácido-Base em Águas Naturais 
 Índice Dureza em Águas Naturais 
• Extremamente importante para indústrias 
Bebidas 
 
Água Subterrânea 
 
Água Subterrânea 
• Lençol freático • Aqüífero 
Poros com 
água e ar 
Poros com 
água 
 Aqüífero Guarani 
• Maior reserva subterrânea de água doce do mundo. 
• Possui um volume de 55 mil km³ e profundidade máxima de ca. 1.800 m, 
• Pode fornecer água potável ao mundo por 200 anos 
Água Subterrânea 
 Principais aquíferos brasileiros 
Água Subterrânea 
 Características 
Água Subterrânea 
• Água “pura” - isenta de contaminantes 
• Pode ser usada para consumo 
 Importância 
• Consumo humano; 
• Abastecimento de rios, lagos, córregos... 
• Irrigação... 
 Cuidados 
Água Subterrânea 
• Preservação 
 
• Exploração – pode reduzir a reserva de água 
• Danos no solo: rebaixamento e trincas 
• Ribeirão Preto 
• Uso excessivo do Aquífero Guarani 
• Diminui cerca de 1 metro/ano o nível de água 
• Não irá suportar a demanda em 2015 
 
 Contaminação 
Água Subterrânea 
• Ocorre desde os anos 40 
 
• Preocupação com a qualidade das águas subterrâneas  1980 
• Muitos aqüíferos e lençóis freáticos já estavam contaminados 
• Tratamento é difícil e demanda altos investimentos 
Fontes de Contaminação 
 Principais 
Fontes de 
Contaminação 
 Fontes de Contaminação 
Lixões e aterros 
Fontes de Contaminação 
 Fontes de Contaminação 
Lençol freático 
Chorume (altamente tóxico) 
 - Produto da decomposição de matéria orgânica; 
- Líquido escuro; 
- Alto teor de carbono ( COT: 30-29.000 mg/L) 
- Metais pesados 
Lixão 
Fontes de Contaminação 
 
49 
• Exposto ao ambiente; 
• Proliferação de animais (doenças); 
• Chorume: contaminação de corpos d’água e lençol freático; 
• Contaminação do ar: gases 
• Atrai população de baixa renda: catadores de lixo - doenças 
 Lixão 
Brasil gera: 240 mil ton. 
resíduos/dia 
Cerca de 53 % municípios 
dispõem em lixões 
 Fontes de Contaminação 
Postos de 
abastecimento 
Aplicação de agrotóxicos e fertilizantes 
Fontes de Contaminação 
 Fontes de Contaminação 
Industrias de pequeno porte Fossa séptica 
Curtumes 
Granjas 
Cromo 
Nitratos, 
amônia, 
bactérias... 
Nitratos, bactérias, vírus, 
detergentes e produtos de 
limpeza doméstica 
Fontes de Contaminação 
 Tipos de contaminantes 
Água 
Orgânicos 
Biodegradáveis 
Não Biodegradáveis 
Inorgânicos 
NO3
-, SO4
2-, PO4
-3, Cl-, NH4OH, NaOH... 
Metais traço: Zn, Pb, Cd, Hg, Ag... 
 Tipos de contaminantes 
Água 
Particulado Partículas de rochas, comp. Inorgânicos insolúveis.... 
Microorganismos Bactérias, fungos, algas.... 
Outros Matéria vegetal, lixo urbano.... 
 Como tratar a água subterrânea? 
Água Subterrânea 
• Tratamento é caro; 
• Água é bombeada para a superfície; 
• Tratada e devolvida ao aqüífero (risco de nova contaminação); 
• Bolhas de contaminantes pouco solúveis e de alta densidade; 
• Tratamento deve ser contínuo. 
Tratamento de águas 
superficiais 
Água 
bruta 
Al3+ ou Fe3+ 
(precipitar colóides) 
Al(OH)3/ 
Fe(OH)3 / 
particulados 
 Etapas de purificação 
Água Subterrânea 
ar 
Na2CO3
 
(Red. a dureza) 
CaCO3 
Mg(OH)2 
CO2 
(correção pH) 
Desinfecção 
Cl2 ou ClO2 
solo 
Aqüífero contaminado 
Remover gases 
dissolvidos (H2S, 
organossulfurados, 
COV...) 
Aplicação 
 Etapas de purificação 
Água Subterrânea 
Decantação 
Al2(SO4)3(aq) + NaOH → Al(OH)3(s) + Na2SO4(aq) 
FeSO4(aq) + NaOH → Fe(OH)3(s) + Na2SO4(aq) 
floculante 
Sólido gelatinoso 
 Etapas de purificação 
Água Subterrânea 
Redução da dureza (Ca2+ e Mg2+) 
Na2CO3(aq) + 2Ca
2+(aq) → Ca2CO3(s) + 2Na
+(aq) 
Mg2+(aq) + 2OH- → Mg(OH)2(s) 
2PO4
3-(aq) + 3Ca2+(aq) → Ca3(PO4)2(s)Correção do pH 
CO2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq) 
H2CO3(aq) + OH
-(aq) → H2O(l) + HCO3
-(aq) 
 Etapas de purificação 
Água Subterrânea 
Desinfecção 
Remover bactérias, vírus, fungos. 
• Ozonização; 
• Radiação UV 
•Cloração; 
O3 → O2 + O 
O + H2O → H2O2 
O3 + H2O2 → HO3 + HOO
• 
HO3 → HO
• + O2 
 
 Etapas de purificação 
Água Subterrânea 
Ozonização 
 Etapas de purificação 
Água Subterrânea 
Radiação UV 
Modificação do código genético – morte ou incapacidade de reprodução 
 Etapas de purificação 
Água Subterrânea 
Cloração 
Cl2(g) + H2O(l) → HClO(aq) + H
+(aq) + Cl-(aq) 
germicida 
HClO + orgânicos → organoclorados 
CHCl3 
• Carcinogênico 
• Efeitos nocivos na reprodução 
• Problemas no desenvolvimento 
 Barreiras permeáveis reativas 
Água Subterrânea 
Ferro metálico como agente redutor 
Organoclorado 
 
Fe0 + RX + H+ → Fe2+ + RH + X- 
Metais pesados tóxicos 
 
Fe0 + Cr6+ → Fe3+ + Cr3+ 
Água Subterrânea 
Remediação natural 
• Biorremediação – micro-organismos; 
Atenuação natural de uma pluma de hidrocarbonetos de petróleo. 
Água Subterrânea 
• Investigando novas alternativas para tratamento de águas subterrâneas; 
• Evitar a contaminação das águas subterrâneas; 
• Disposição correta de resíduos (aterros sanitários, industriais...) 
• Tratamento adequado de resíduos 
• Manutenção de oleodutos, tanques em postos de gasolina... 
• Desenvolver agrotóxicos eficientes e biodegradáveis; 
• Uso controlado de fertilizantes 
• ..... 
 
 
65 
Imagens de Impacto 
 
66 
Lixão do Pacífico/Sopa de Plástico 
Imagens de Impacto 
 
67 
Lixão do Pacífico/Sopa de Plástico 
Imagens de Impacto 
 
68 
Lixão do Pacífico/Sopa de Plástico 
Imagens de Impacto 
 
69 
Lixão do Pacífico/Sopa de Plástico 
Imagens de Impacto