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2012 SiStemaS de tratamento de efluenteS líquidoS Prof.ª Catia Rosana Lange Copyright © UNIASSELVI 2012 Elaboração: Prof.ª Catia Rosana Lange Revisão, Diagramação e Produção: Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri UNIASSELVI – Indaial. Impresso por: 363.73 L245s Lange, Catia Rosana Sistemas de tratamento de efluentes líquidos / Catia Rosana Lange. Indaial : Uniasselvi, 2012. 181 p. : il. ISBN 978-85-7830-534-5 1. Poluição; 2. Água - tratamento. I. Centro Universitário Leonardo da Vinci. III apreSentação Prezados Acadêmicos! Estamos iniciando a disciplina de Sistemas de Tratamento de Efluentes Líquidos. Este Livro aborda desde conhecimentos básicos sobre água até os sistemas que compõem as Estações de Tratamento de Efluentes, a disposição final dos lodos e a reutilização das águas. Sabe-se que os esgotos são constituídos de uma elevada parcela de água (99,9%) e uma parcela muito pequena de impurezas (0,1%), que são consideradas sólidas. Quando efetuamos os tratamentos, são estas impurezas que desejamos retirar, que, após efetuados todos os procedimentos, resulta no lodo. Este assunto é de grande importância para o futuro da água no planeta e, embora seja tão importante, ainda se conhece pouco a respeito, no Brasil. Este Livro é dividido em três unidades, que buscam apresentar os principais aspectos referentes aos Sistemas de Tratamentos de Efluentes Líquidos. A primeira Unidade abordará o tema água e o seu tratamento, de maneira que poderemos estudar a água, suas fontes de poluição e as maneiras de tratamento para torná-la potável. Na segunda Unidade, estudaremos a caracterização dos esgotos e os seus sistemas de tratamento. Finalmente, na terceira Unidade, veremos os sistemas de tratamento dos efluentes líquidos, o tratamento e a disposição de lodos, o reúso de águas e a remoção dos micropoluentes presentes na água, para que esta possa ser descartada ou reutilizada. Carl Sagan nos brinda com o seguinte pensamento: Estamos perturbando nosso pobre planeta de maneiras sérias e contraditórias. Com nossa inteligência e tecnologia, devemos valorizar vantagens a curto prazo, poluindo a atmosfera, o solo e a água ou proteger os complexos sistemas de sustentação de vida de nosso planeta? A Terra é um mundo pequeno e frágil... necessita ser tratada com carinho! Pense nisso e aproveite bem esta disciplina! Prof.ª Catia Rosana Lange IV Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novidades em nosso material. Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagramação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo. Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilidade de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assunto em questão. Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa continuar seus estudos com um material de qualidade. Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de Desempenho de Estudantes – ENADE. Bons estudos! NOTA V VI VII UNIDADE 1 – A ÁGUA E SEU TRATAMENTO ............................................................................... 1 TÓPICO 1 – A ÁGUA .............................................................................................................................. 3 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 3 2 A ÁGUA .................................................................................................................................................. 3 2.1 ÁGUA NO BRASIL ......................................................................................................................... 6 3 QUALIDADE DA ÁGUA .................................................................................................................... 8 3.1 INDICADORES DE QUALIDADE QUÍMICA DA ÁGUA ....................................................... 10 4 CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS ....................................................................................................... 12 5 PADRÃO DE POTABILIDADE ......................................................................................................... 15 RESUMO DO TÓPICO 1........................................................................................................................ 18 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 19 TÓPICO 2 – POLUIÇÃO E CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS ..................................................... 21 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 21 2 TIPOS DE POLUIÇÃO ........................................................................................................................ 21 3 FONTES DE POLUIÇÃO E SEUS EFEITOS ................................................................................... 22 3.1 FONTE DE POLUIÇÃO INDUSTRIAL ........................................................................................ 25 3.2 FONTE DE POLUIÇÃO AGROPECUÁRIA ................................................................................ 26 3.3 FONTE DE POLUIÇÃO DOMÉSTICA ........................................................................................ 26 3.3.1 Definição de esgoto sanitário ................................................................................................ 28 LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................... 32 RESUMO DO TÓPICO 2........................................................................................................................ 36 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 37 TÓPICO 3 – TRATAMENTO DAS ÁGUAS ....................................................................................... 39 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 39 2 PROCESSOS DE TRATAMENTO DAS ÁGUAS ........................................................................... 39 2.1 ETAPAS DO TRATAMENTO DE ÁGUAS ................................................................................... 41 2.1.1 Pré-oxidação ............................................................................................................................ 41 2.1.2 Coagulação/Floculação.......................................................................................................... 42 2.1.3 Decantação ............................................................................................................................... 43 2.1.4 Filtração .................................................................................................................................... 43 2.1.5 Desinfecção .............................................................................................................................. 43 2.1.6 Fluoretação .............................................................................................................................. 44 2.1.7 Correção de pH (ajuste final) ................................................................................................ 44 2.1.8 Remoção da dureza ................................................................................................................ 45 2.1.9 Aeração ..................................................................................................................................... 45 2.1.10 Remoção de ferro e manganês ............................................................................................ 45 2.1.11 Remoção de sabor e odor ..................................................................................................... 45 2.1.12 Controle de corrosão ............................................................................................................ 46 RESUMO DO TÓPICO 3........................................................................................................................ 49 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 50 Sumário VIII UNIDADE 2 – SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTOS .................................................... 51 TÓPICO 1 – CARACTERIZAÇÃO DOS ESGOTOS ........................................................................ 53 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 53 2 CARACTERÍSTICAS QUANTITATIVAS ....................................................................................... 53 3 CARACTERÍSTICAS QUALITATIVAS ........................................................................................... 54 4 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS .......................................................................................................... 56 4.1 TEMPERATURA .............................................................................................................................. 56 4.2 TURBIDEZ E COR ........................................................................................................................... 57 4.3 TEOR DE SÓLIDOS ......................................................................................................................... 57 4.4 ODOR ................................................................................................................................................ 58 4.5 VAZÃO .............................................................................................................................................. 59 5 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS .................................................................................................... 59 6 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS ............................................................................................... 61 7 AVALIAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS ....................................................................................... 62 RESUMO DO TÓPICO 1........................................................................................................................ 65 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 66 TÓPICO 2 – SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTOS ........................................................ 67 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 67 2 PROCESSOS FÍSICOS ........................................................................................................................ 68 2.1 GRADEAMENTO ............................................................................................................................ 69 2.2 PENEIRAMENTO............................................................................................................................ 69 2.3 CAIXAS DE AREIA ......................................................................................................................... 70 2.4 SEPARAÇÃO DE ÓLEOS E GORDURAS.................................................................................... 70 2.5 SEDIMENTAÇÃO/DECANTAÇÃO ............................................................................................. 71 2.6 FILTRAÇÃO ..................................................................................................................................... 73 2.7 FLOTAÇÃO ...................................................................................................................................... 74 3 PROCESSOS BIOLÓGICOS .............................................................................................................. 75 3.1 SISTEMAS AERÓBIOS .................................................................................................................... 76 3.1.1 Lagoas aeróbias fotossintéticas ............................................................................................. 76 3.1.2 Lodos ativados ........................................................................................................................ 76 3.1.3 Controle operativo em reatores biológicos ......................................................................... 83 3.1.4 Processos facultativos ............................................................................................................ 87 3.1.4.1 Biocontactores ............................................................................................................. 87 3.1.4.2 Biodiscos ....................................................................................................................... 87 3.1.4.3 Filtro biológico ............................................................................................................ 88 3.2 SISTEMAS ANAERÓBIOS ............................................................................................................. 89 3.2.1 Classificação dos sistemas anaeróbios ................................................................................. 90 3.2.2 Influência de Fatores Ambientais na Atividade dos Microrganismos ........................... 95 3.2.3 Parâmetros de Controle de Processo ................................................................................... 96 4 PROCESSOS QUÍMICOS ................................................................................................................... 99 4.1 CLARIFICAÇÃO QUÍMICA DOS EFLUENTES ........................................................................ 99 4.2 OXIDAÇÃO DE CIANETOS .......................................................................................................... 101 4.3 REDUÇÃO DO CROMO HEXAVALENTE ................................................................................. 101 5 ESCOLHA DO TIPO DE TRATAMENTO ....................................................................................... 102 LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................... 106 RESUMO DO TÓPICO 2........................................................................................................................108 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 109 IX UNIDADE 3 – SISTEMAS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS ........................... 111 TÓPICO 1 – SISTEMAS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS ............................... 113 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 113 2 TRATAMENTO PRELIMINAR ......................................................................................................... 113 2.1 DETERMINAÇÃO DA VAZÃO COM CALHA PARSHALL ................................................... 116 3 TRATAMENTO PRIMÁRIO .............................................................................................................. 119 3.1 SEDIMENTAÇÃO PRIMÁRIA ...................................................................................................... 119 3.2 FLOTAÇÃO ...................................................................................................................................... 120 3.3 COAGULAÇÃO............................................................................................................................... 120 3.4 TANQUE IMHOFF .......................................................................................................................... 121 3.5 DIGESTÃO, SECAGEM E DISPOSIÇÃO DOS LODOS ............................................................. 121 4 TRATAMENTO SECUNDÁRIO ........................................................................................................ 121 4.1 SISTEMAS ANAERÓBIOS ............................................................................................................. 123 4.2 SISTEMAS AERÓBIOS .................................................................................................................... 123 5 TRATAMENTO TERCIÁRIO OU AVANÇADO ............................................................................ 124 5.1 FILTRAÇÃO ..................................................................................................................................... 124 5.2 CLORAÇÃO ..................................................................................................................................... 125 5.3 OZONIZAÇÃO ................................................................................................................................ 126 5.3.1 Características do ozônio ....................................................................................................... 126 5.4 ELETRODIÁLISE ............................................................................................................................. 127 5.5 OSMOSE REVERSA ........................................................................................................................ 128 5.6 TROCA IÔNICA .............................................................................................................................. 129 5.7 CARVÃO ATIVADO ....................................................................................................................... 131 LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................... 133 RESUMO DO TÓPICO 1........................................................................................................................ 138 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 139 TÓPICO 2 – TRATAMENTO E DISPOSIÇÃO DE LODOS ........................................................... 141 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 141 2 CONSTITUIÇÃO DO LODO ............................................................................................................. 141 3 ADENSAMENTO DE LODO ............................................................................................................. 142 4 DIGESTÃO DO LODO ....................................................................................................................... 142 5 DESAGUAMENTO DO LODO ......................................................................................................... 143 5.1 SECAGEM NATURAL .................................................................................................................... 143 5.1.1 Leitos de Secagem ................................................................................................................... 143 5.1.2 Lagoas de Lodo ....................................................................................................................... 145 5.2 SECAGEM MECÂNICA ................................................................................................................. 145 5.2.1 Filtro-Prensa ............................................................................................................................ 145 5.2.2 Prensa Desaguadora ............................................................................................................... 147 5.2.3 Centrífugas de Lodo ............................................................................................................... 148 6 SECAGEM DE LODO .......................................................................................................................... 150 7 DISPOSIÇÃO FINAL DE LODO ...................................................................................................... 151 7.1 DISPOSIÇÃO DE LODO EM ATERROS SANITÁRIOS OU INDUSTRIAIS ......................... 151 7.2 INCINERAÇÃO ............................................................................................................................... 152 7.3 APLICAÇÃO NA AGRICULTURA E EM FLORESTAS ............................................................ 152 RESUMO DO TÓPICO 2........................................................................................................................ 153 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 154 TÓPICO 3 – REÚSO DA ÁGUA ........................................................................................................... 155 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 155 2 O REÚSO DA ÁGUA COMO TECNOLOGIA SUSTENTÁVEL ................................................ 155 X 3 IMPORTÂNCIA DE REÚSO .............................................................................................................. 158 4 TIPOS DE REÚSO ................................................................................................................................ 159 4.1 REÚSO INDIRETO NÃO PLANEJADO ...................................................................................... 159 4.2 REÚSO INDIRETO PLANEJADO ................................................................................................. 159 4.3 REÚSO DIRETO PLANEJADO ..................................................................................................... 159 4.4 RECICLAGEM DA ÁGUA ............................................................................................................. 159 5 REÚSO URBANO ................................................................................................................................. 160 6 REÚSO AGRÍCOLA ............................................................................................................................. 161 7 REÚSO INDUSTRIAL .........................................................................................................................162 8 APROVEITAMENTO DA ÁGUA DA CHUVA .............................................................................. 163 RESUMO DO TÓPICO 3........................................................................................................................ 166 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 167 TÓPICO 4 – REMOÇÃO DE MICROPOLUENTES ......................................................................... 169 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 169 2 DESINFECÇÃO COM CLORO.......................................................................................................... 169 2.1 CLORO .............................................................................................................................................. 169 2.2 DIÓXIDO DE CLORO ..................................................................................................................... 169 2.3 HIPOCLORITO DE CÁLCIO ......................................................................................................... 171 2.4 HIPOCLORITO DE SÓDIO ............................................................................................................ 171 3 DESINFECÇÃO COM RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA ................................................................ 171 4 DESINFECÇÃO POR OZONIZAÇÃO ............................................................................................. 172 RESUMO DO TÓPICO 4........................................................................................................................ 174 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................. 175 REFERÊNCIAS ......................................................................................................................................... 177 1 UNIDADE 1 A ÁGUA E SEU TRATAMENTO OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir do estudo desta unidade, o(a) acadêmico(a) estará apto(a) a: • conhecer as fontes de água existentes no planeta; • identificar os itens de controle de qualidade das águas; • conhecer a classificação das águas de acordo com o CONAMA; • reconhecer as fontes de poluição das águas; • entender o funcionamento de uma Estação de Tratamento de Águas. Esta primeira unidade está dividida em três tópicos. No final de cada tópico, você encontrará atividades que contribuirão para sua reflexão e análise dos estudos já realizados. TÓPICO 1 – A ÁGUA TÓPICO 2 – POLUIÇÃO E CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS TÓPICO 3 – TRATAMENTO DAS ÁGUAS 2 3 TÓPICO 1 UNIDADE 1 A ÁGUA 1 INTRODUÇÃO Neste momento, iniciamos o estudo dos recursos naturais, mais precisamente a água, que está presente em todo o planeta e ocupa cerca de 70% da superfície da Terra. A água pode ser encontrada nos três estados: sólido, líquido e gasoso. Sabemos também que milhões de pessoas morrem anualmente vítimas de doenças relacionadas à ingestão de água contaminada e da falta de saneamento. Para o estudo desta disciplina, conhecer algumas características da água é de fundamental importância. Características químicas, biológicas, parâmetros e demais informações são de grande relevância, pois não se pode cuidar daquilo que não se conhece. Para tanto, estudaremos, a partir deste tópico, alguns conceitos referentes à água para que possamos entender, no decorrer da disciplina, a importância do tratamento dos efluentes líquidos que são lançados nos mais diversos corpos receptores. 2 A ÁGUA É do conhecimento de todos que a água é um elemento essencial para a vida em nosso planeta, da mesma forma que é a substância encontrada em maior abundância na Terra. É uma substância vital presente na natureza e constitui parte importante de todas as matérias do ambiente natural. De acordo com Telles e Costa (2007, p. 1) “a água é imprescindível como recurso natural renovável, sendo de suma importância para o desenvolvimento dos ecossistemas e, por consequência, considerada um fator vital para toda a população terrestre”. Dessa forma, ela possui um valor econômico que reflete diretamente nas condições socioeconômicas das diversas populações mundiais. UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEU TRATAMENTO 4 A quantidade de água existente no planeta gira em torno de 1.386 milhão de km3, distribuídos de acordo com o quadro a seguir: Os maiores consumidores da água disponível no planeta são a agricultura e as indústrias, que consomem, aproximadamente, 92% da água doce, restando, para uso doméstico, somente 8%. Localização Área (106km2) Volume (106km2) Porcentagem volumétrica da água total (%) Oceanos 361,3 1338 96,5 Água subterrânea 134,8 23,4 1,7 Umidade do solo 0,016 0,0012 0,05 Calotas polares 16,2 24,1 1,74 Geleiras 0,22 0,041 0,003 Lagos 2,06 0,176 0,013 Pântanos 2,7 0,011 0,0008 Rios 14,88 0,002 0,0002 Biomassa 0,001 0,0001 0,003 Vapor da atmosfera 0,013 0,001 0,04 Total 532 1386 100 QUADRO 1 – DISTRIBUIÇÃO PORCENTUAL DA MASSA DE ÁGUA NO PLANETA FONTE: Adaptado de: Braga et al. (2005, p. 73) Caro(a) acadêmico(a), de acordo com as informações do quadro anterior, a quantidade disponível para o consumo humano no planeta é da ordem de 4.149.200 km3. ATENCAO Caro(a) acadêmico(a), você sabe quantos litros de água deveria consumir por dia? Farias (2005, p. 383) propõe que uma pessoa deve consumir em torno de 50 litros de água por dia, e que esta é uma meta mínima universal de garantia de acesso à água. O quadro a seguir apresenta como utilizar estes 50 litros de água. TÓPICO 1 | A ÁGUA 5 TIPO DE UTILIZAÇÃO LITROS POR PESSOA POR DIA Água para beber 5 Água para saneamento pessoal 20 Água para banho 15 Água para preparação de comida 10 TOTAL 50 FONTE: FARIAS (2005, p. 383) QUADRO 2 – QUANTIDADE DE ÁGUA BÁSICA PARA AS NECESSIDADES HUMANAS DOMÉSTICAS A água é um recurso natural renovável finito, essencial à sobrevivência dos seres vivos. A água, além de ser excelente solvente, daí a denominação de solvente universal, é usada pelo homem para abastecimento público, uso industrial, irrigação, dessedentação de animais, conservação da fauna e flora, recreação, estética, pesca, geração de energia, transportes e diluição e depuração de despejos. (LEME, 2008, p. 17). “Dessedentação de animais” é o ato de matar a sede dos animais. FONTE: Disponível em: <http://www.achando.info/index.php?query=Dessedenta%E7%E3o+de+ animais&action=search>. Acesso em: 14 fev. 2012. ATENCAO Por ter tantas aplicações diferentes, a água deve ter o aspecto e a qualidade de acordo com suas necessidades específicas. Esta é uma preocupação que ocorre desde os primórdios da civilização. Um comentário importante relacionado à água e aos rios é encontrado em um trecho do manifesto do Chefe Seattle ao então presidente dos Estados Unidos da América em 1855: A límpida água que percorre os regatos e rios não é apenas água, mas o sangue de nossos ancestrais. Se vos vendermos a terra, tereis de lembrar a vossos filhos que ela é sagrada, e que qualquer reflexo espectral sobre a superfície dos lagos evoca eventos e fases da vida de meu povo. O marulhar das águas é a voz dos nossos ancestrais. Os rios são nossos irmãos, eles nos saciam a sede. Levam as nossas canoas e alimentam nossas crianças. Se vendermos nossa terra a vós, deveis vos lembrar e ensinar a vossas crianças que os rios são nossos irmãos, vossos irmãos também, e deveis a partir de então dispensar aos rios a mesma espécie de afeição que dispensais a um irmão. (LEME, 2008, p. 18). UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEU TRATAMENTO 6 O homem tem se preocupado e seesforçado para evitar a poluição dos recursos hídricos. O primeiro povo a se preocupar com o esgoto doméstico gerado nas cidades foi o povo grego. Este povo desenvolveu uma estrutura que levava o esgoto através de drenos e canais para fora da cidade e, então, era disposto nas áreas agrícolas, servindo de adubo para as lavouras. 2.1 ÁGUA NO BRASIL O território brasileiro é considerado o quinto no mundo em extensão territorial, possui uma área de 8.547.403 km2, ocupando 20,8% do território das Américas e 47,7% da América do Sul, de acordo com dados do IBGE. Ainda de acordo com dados do IBGE, em 2010, a população brasileira totalizava aproximadamente 192 milhões de habitantes. O Brasil se destaca no cenário mundial pela grande descarga de água doce nos seus rios, cuja produção hídrica é de 177.900 m3/s. Quando somada aos 73.100 m3/s da Amazônia internacional, representa 53% da produção de água doce do continente Sul-Americano (334.000 m3/s) e 12% do total mundial (1.488.000 m3/s). (TELLES; COSTA, 2007, p. 6). O quadro a seguir apresenta o panorama das bacias hidrográficas brasileiras. Bacias Hidrográficas Área (km2) Principais afluentes Potencial hídrico Bacia Amazônica 3.889.489,6 7000 23 mil km navegáveis e grande potencial hidrelétrico. Bacia do Prata 1.393.115,6 Formada pelos rios Paraná, Paraguai e Uruguai. Rio Paraná = o maior potencial hidrelétrico do país. Rio Uruguai = potencial hidrelétrico. Rio Paraguai = navegação. Bacia do São Francisco 645.876,6 São Francisco Única fonte de água da região semiárida do Nordeste brasileiro. Potencial hidrelétrico razoável. 2 mil km navegáveis. Bacia do Tocantins 808.150,1 Tocantins Potencial hidrelétrico. QUADRO 3 – BACIAS HIDROGRÁFICAS BRASILEIRAS FONTE: Telles; Costa (2007, p. 8) Conforme visto no quadro anterior, são quatro as principais bacias hidrográficas brasileiras: Amazônica, Prata ou Platina, São Francisco e Tocantins. TÓPICO 1 | A ÁGUA 7 Comparação de disponibilidades hídricas por países Países com maior disponibilidade de água Quantidade (m3/habitante) 1° Guiana Francesa 812,121 2° Islândia 609,319 3° Suriname 292,566 4° Congo 275,679 5° Brasil 48,314 Países com menor disponibilidade de água Quantidade (m3/habitante) 1° Kuwait 10 2° Faixa de Gaza (território palestino) 52 3° Emirados Árabes Unidos 58 4° Ilhas Bahamas 66 QUADRO 4 – COMPARAÇÃO DE DISPONIBLIDADE DE ÁGUA POR PAÍSES FONTE: Telles; Costa (2007, p. 8) Por muitos anos a água foi considerada um recurso infinito. Era comum crer em inesgotáveis mananciais, abundantes e renováveis. Atualmente, o mau uso aliado a um crescente desenvolvimento humano e à demanda vêm preocupando cada vez mais especialistas, pois é visível o decréscimo das reservas de águas limpas em todo o mundo. O uso da água não se resume às necessidades biológicas, mas serve ao meio ambiente, à geração de energia, ao saneamento básico, à agricultura, pecuária, indústrias diversas, navegação e tantas outras aplicações. FONTE: Adaptado de: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAABaUcAK/qualidade-reuso-agua- na-agropecuaria>. Acesso em: 14 fev. 2012. 2.2 CONSUMO DE ÁGUA Mesmo possuindo grandes bacias hidrográficas, que totalizam cerca de 80% de nossa produção hídrica, cobrindo 72% do território brasileiro, [...], o Brasil sofre com escassez de água, devido à má distribuição da densidade populacional dominante, que cresce exageradamente e concentra-se em áreas de pouca disponibilidade hídrica, [...]. Como exemplo, pode-se citar a Região Metropolitana de São Paulo, onde atualmente se verificam sérios problemas de quantidade de água a ser distribuída, devido à sua alta concentração populacional, destacando- se também a grande degradação da qualidade destas águas. (TELLES; COSTA, 2010, p. 10). No quadro a seguir, podemos observar uma comparação de disponibilidade de água em diferentes países: UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEU TRATAMENTO 8 De acordo com o quadro a seguir, é possível observar a evolução do consumo de água ao longo do tempo em âmbito mundial. Além disso, é possível verificar que o uso agrícola é, de longe, o maior e também o que tem crescido mais, requerendo absoluto controle, assim como incentivos para a implantação de tecnologias sustentáveis nos sistemas de irrigação. Tipos de Uso Evolução ao longo do tempo 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020* Doméstico - - - 30 250 500 850 Industrial 30 45 100 350 750 1.350 1.900 Agrícola 500 705 1.000 1.580 2.400 3.600 4.300 Total 530 750 1.100 1.960 3.400 5.450 7.050 Obs.: (-) sem dados (*) previsão QUADRO 5 – EVOLUÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA EM ÂMBITO MUNDIAL (km3/ano) FONTE: Telles; Costa (2007, p. 15) A evolução vista no quadro anterior nos sugere urgentes atitudes para garantir às gerações futuras o abastecimento de água para finalidades básicas. 3 QUALIDADE DA ÁGUA Além dos problemas relacionados à quantidade de água, tais como: escassez, estiagens e cheias, há também aqueles relacionados à qualidade da água. A contaminação de mananciais impede, por exemplo, seu uso para abastecimento humano. A alteração da qualidade da água agrava o problema da escassez desse recurso. (BRAGA, et al., 2005, p. 74). A organização Mundial de Saúde (OMS) estima que 25 milhões de pessoas no mundo morrem por ano devido a doenças transmitidas pela água, como cólera e diarreia. A OMS indica que, nos países em desenvolvimento, 70% da população rural e 25% da população urbana não dispõem de abastecimento adequado de água potável. FONTE: Disponível em: <http://www.cdcc.usp.br/ciencia/artigos/art_32/atualidades.html>. Acesso em: 14 fev. 2012. A caracterização da água é obtida através de diversos parâmetros que representam suas características físicas, químicas e biológicas. • Cor: é resultante da existência de substâncias em solução como Ferro, Manganês, matéria orgânica, algas ou demais substâncias. • Turbidez: é a presença de material em suspensão. TÓPICO 1 | A ÁGUA 9 • Temperatura: este é um parâmetro que interfere nas propriedades da água. No pH, por exemplo. • Sabor e odor: podem ser resultantes de causas naturais, como vegetais em decomposição, bactérias, fungos etc. e artificiais, como esgotos domésticos e industriais. INDICADOR DESCRIÇÃO pH Potencial hidrogeniônico, mede o quanto ácido ou alcalino é o potencial da água. Alcalinidade Causada por sais alcalinos, principalmente Na e Ca. Dureza Resulta da presença de materiais alcalino terrosos (Ca e Mg) ou de outros materiais bivalentes. Causa sabor desagradável e efeito laxativo. Provoca incrustações nas tubulações. Cloretos Causam sabor salgado e efeitos laxativos. Ferro e Manganês Proporcionam coloração avermelhada à água, conferem sabor e propiciam o desenvolvimento de ferrobactérias que causam odor desagradável, coloração e incrustações. Nitrogênio e Fósforo Causa eutrofização da água. Fluoretos Quando em concentrações adequadas combatem as cáries, porém em excesso, causam a fluorose dentária (manchas escuras nos dentes). Oxigênio dissolvido Indispensável aos organismos aeróbios. Matéria Orgânica (DBO – DQO) Necessária aos organismos heterótrofos, porém em concentrações elevadas causa problemas como odor, sabor, cor, turbidez além de consumir o oxigênio dissolvido. Demais compostos inorgânicos e orgânicos Vários são tóxicos aos organismos vivos. FONTE: A autora QUADRO 6 – INDICADORES DE QUALIDADE QUÍMICA DA ÁGUA IMPORTANT E Eutrofização: É um fenômeno que ocorre em águas, provocado pelo excesso de nutrientes como o Nitrogênio, que causa a proliferação excessiva de algas que, quando entram em decomposição, fazem aumentar o número de microrganismos. Este aumento de microrganismos faz com que ocorra a deterioração de águas de rios, lagos etc. UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEUTRATAMENTO 10 3.1 INDICADORES DE QUALIDADE QUÍMICA DA ÁGUA É muito importante saber que, para medir a concentração de poluição orgânica existente nas águas (residuárias ou não), o parâmetro mais usado é o ensaio de DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio). A DQO (Demanda Química de Oxigênio) também é utilizada para medir a concentração de matéria orgânica na água. Para entender melhor, vejamos o que diz Soares (2000, p. 12) sobre a DQO e a DBO: • Demanda Química de Oxigênio (DQO): é a quantidade de oxigênio necessária para oxidar quimicamente toda a matéria orgânica, levando-a a CO2 e H2O. O método baseia-se na oxidação da matéria orgânica por dicromato de potássio em meio ácido (com ácido sulfúrico), contendo sulfato de prata como catalisador, e ebulição por duas horas. • Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO): é a quantidade de oxigênio necessária para oxidar biologicamente a matéria orgânica, degradada no período de tempo (t), sob condições padrão (T = 20 °C). Tanto quanto os indicadores de qualidade química, os indicadores de qualidade biológica da água também devem ser observados, conforme você poderá observar no quadro 4: INDICADOR DESCRIÇÃO Coliformes São indicadores de microrganismos patogênicos na água: coliformes totais e fecais. Algas As algas são responsáveis por grande parte do oxigênio dissolvido na água. São responsáveis pelo processo de eutrofização. FONTE: A autora QUADRO 7 – INDICADORES DE QUALIDADE BIOLÓGICA DA ÁGUA É importante saber que os coliformes fecais são microrganismos presentes nas fezes humanas e que os coliformes totais estão presentes nas fezes humanas e dos animais. A qualidade de uma água está diretamente ligada ao seu uso. Desta forma, quando se faz a análise da água, deve-se associar tal uso aos requisitos mínimos exigidos para cada tipo de aplicação. FONTE: Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAABaUcAK/qualidade-reuso- agua-na-agropecuaria>. Acesso em: 14 fev. 2012. No quadro a seguir, podemos analisar algumas aplicações: TÓPICO 1 | A ÁGUA 11 Uso geral Uso específico Qualidade requerida Abastecimento de água doméstico - - Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde. - Isenta de organismos prejudiciais à saúde. - Adequada para serviços domésticos. - Baixa agressividade e dureza. - Esteticamente agradável (baixa turbidez, cor, sabor e odor; ausência de microrganismos). Abastecimento Industrial Água é incorporada ao produto (ex.: alimento, bebidas, remédios). - Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde. - Isenta de organismos prejudiciais à saúde. - Esteticamente agradável (baixa turbidez, cor, sabor e odor). Água entra em contato com o produto. - Variável com o produto. Água não entra em contato com o produto (ex.: refrigeração e caldeiras). - Baixa dureza. - Baixa agressividade. Irrigação Hortaliças, produtos ingeridos crus ou com casca. - Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde. - Isenta de organismos prejudiciais à saúde. - Salinidade não excessiva. Demais plantações. - Isenta de substâncias químicas prejudiciais ao solo e às plantações. - Salinidade não excessiva. Dessedentação de animais - - Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde dos animais. - Isenta de organismos prejudiciais à saúde dos animais. Preservação da flora e fauna - - Variável com os requisitos ambientais da flora e da fauna que se deseja preservar. Recreação e lazer Contato primário (contato direto com o meio líquido; ex.: natação, esqui, surfe). - Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde. - Isenta de organismos prejudiciais à saúde. - Baixos teores de sólidos em suspensão, óleos e graxas. Contato secundário (não há contato direto com o meio líquido; ex.: navegação de lazer, pesca, lazer contemplativo). - Aparência agradável. Geração de energia Usinas hidrelétricas. - Baixa agressividade. Usinas nucleares ou termelétricas (ex.: torres de resfriamento). - Baixa dureza. QUADRO 8 – ASSOCIAÇÃO ENTRE OS USOS DA ÁGUA E OS REQUISITOS DE QUALIDADE UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEU TRATAMENTO 12 Transporte - - Baixa presença de material grosseiro que possa por em risco as embarcações. Diluição de despejos - - É de grande importância conhecer as classificações das águas. O CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE – CONAMA, na RESOLUÇÃO CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005, classifica as águas do território nacional em treze classes, distribuídas entre águas doces, salobras e salinas. FONTE: Telles; Costa (2007, p. 26) “Os padrões de qualidade para as diversas finalidades da água devem ser embasados em suporte legal, através de legislações que estabeleçam e convencionem os requisitos em função do uso previsto para a água”. (TELLES; COSTA, 2007 apud NEZ, 2010, p. 30). 4 CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS Art. 2º Para efeito desta Resolução são adotadas as seguintes definições: I- águas doces: águas com salinidade igual ou inferior a 0,5‰; II- águas salobras: águas com salinidade superior a 0,5‰ e inferior a 30‰; III- águas salinas: águas com salinidade igual ou superior a 30‰; [...] Art.3º As águas doces, salobras e salinas do Território Nacional são classificadas, segundo a qualidade requerida para os seus usos preponderantes, em treze classes de qualidade. Parágrafo único. As águas de melhor qualidade podem ser aproveitadas em uso menos exigente, desde que este não prejudique a qualidade da água, atendidos outros requisitos pertinentes. Art. 4º As águas doces são classificadas em: I - classe especial: águas destinadas: a) ao abastecimento para consumo humano, com desinfecção; TÓPICO 1 | A ÁGUA 13 b) à preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas; e, c) à preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação de proteção integral. II - classe 1: águas que podem ser destinadas: a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento simplificado; b) à proteção das comunidades aquáticas; c) à recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e mergulho, conforme Resolução CONAMA nº 274, de 2000; d) à irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se desenvolvam rentes ao solo e que sejam ingeridas cruas sem remoção de película; e e) à proteção das comunidades aquáticas em Terras Indígenas. III - classe 2: águas que podem ser destinadas: a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional; b) à proteção das comunidades aquáticas; c) à recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e mergulho, conforme Resolução CONAMA nº 274, de 2000; d) à irrigação de hortaliças, plantas frutíferas e de parques, jardins, campos de esporte e lazer, com os quais o público possa vir a ter contato direto; e e) à aquicultura e à atividade de pesca. IV - classe 3: águas que podem ser destinadas: a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional ou avançado; b) à irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras; c) à pesca amadora; d) à recreação de contato secundário; e UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEU TRATAMENTO 14 e) à dessedentação de animais. V - classe 4: águas que podem ser destinadas: a) à navegação; e b) à harmonia paisagística. Art. 5º As águas salinas são assim classificadas: I - classe especial: águas destinadas: a) à preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação de proteção integral; e b) à preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas. II - classe 1: águas que podem ser destinadas: a) à recreação de contato primário, conforme Resolução CONAMA nº 274, de 2000; b) à proteção das comunidades aquáticas; e c) à aquicultura e à atividade de pesca.III - classe 2: águas que podem ser destinadas: a) à pesca amadora; e b) à recreação de contato secundário. IV - classe 3: águas que podem ser destinadas: a) à navegação; e b) à harmonia paisagística. Art. 6º As águas salobras são assim classificadas: I - classe especial: águas destinadas: a) à preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação de proteção integral; e TÓPICO 1 | A ÁGUA 15 b) à preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas. II - classe 1: águas que podem ser destinadas: a) à recreação de contato primário, conforme Resolução CONAMA nº 274, de 2000; b) à proteção das comunidades aquáticas; c) à aquicultura e à atividade de pesca; d) ao abastecimento para consumo humano após tratamento convencional ou avançado; e e) à irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se desenvolvam rentes ao solo e que sejam ingeridas cruas sem remoção de película, e à irrigação de parques, jardins, campos de esporte e lazer, com os quais o público possa vir a ter contato direto. III - classe 2: águas que podem ser destinadas: a) à pesca amadora; e b) à recreação de contato secundário. IV - classe 3: águas que podem ser destinadas: a) à navegação; e b) à harmonia paisagística. FONTE: CONAMA. Resolução nº 357, de 17 de março de 2005. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Disponível em: <http://www.crq4.org.br/downloads/resolucao357.pdf>. Acesso em: 15 fev. 2012. 5 PADRÃO DE POTABILIDADE Caro(a) acadêmico(a), a água potável é aquela que conhecemos como água pura, ou seja, que podemos beber. Para que possa ser bebida, ela deve ser incolor (não possuir cor), insípida (não possuir sabor) e ser inodora (não possuir cheiro). Também deve estar isenta de microrganismos e de outros materiais considerados tóxicos. Porém, é importante que contenha sais minerais em quantidades suficientes para beneficiar a saúde. UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEU TRATAMENTO 16 A água potável pode ser encontrada pura na natureza, porém em pequenas quantidades, e esse recurso não é infinito. Para ser considerada potável, ou seja, própria para consumo humano, a água deve apresentar os seguintes parâmetros: • pH entre 6,5 e 8,5; • coliformes fecais: ausência em 100 ml de amostra; • cloro residual livre: concentração mínima de 0,2 mg/l em qualquer ponto da rede distribuidora. Quando um ser humano passa a consumir água sem tratamento, ou seja, sem que esteja dentro dos padrões de potabilidade, algumas doenças podem ser desenvolvidas devido à presença de organismos nocivos. No quadro a seguir, podemos observar algumas dessas doenças: Quando não encontramos água pura para consumo humano disponível na natureza, faz-se necessário o seu tratamento. Na figura a seguir, pode-se observar um esquema de Tratamento de Água para abastecimento público. Doenças Agente causador Cólera Vibrio cholerae Disenteria bacilar Shiggella sp. Febre tifoide Salmonella typhi Hepatite infecciosa Vírus da Hepatite do tipo A Febre paratifoide Salmonella paratyphil A, B e C. Gastroenterite Outros tipos de Salmonella, Shiggella, Proteus sp. Diarreia infantil Tipos enteropatogênicos de Escherichia coli Leptospirose Leptospirose sp. QUADRO 9 – PRINCIPAIS DOENÇAS RELACIONADAS À INGESTÃO DE ÁGUA CONTAMINADA E SEUS AGENTES CAUSADORES FONTE: D’Águila et al. (2000, p. 793) TÓPICO 1 | A ÁGUA 17 FONTE: Disponível em: <http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Agua/Agua7.php>. Acesso em: 3 ago. 2011. FIGURA 1 – ESQUEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO 18 Caro(a) acadêmico(a)! Neste primeiro tópico, você estudou os seguintes aspectos: • A água é a substância encontrada em maior abundância na Terra e é indispensável para a vida no planeta. • A quantidade de água sobre o planeta é em torno de 1.370 km3, distribuída em 97,4% nos oceanos, 2,3% nas geleiras polares e glaciais e águas subterrâneas profundas, 0,29% em águas subterrâneas de baixa profundidade e 0,01% em rios e lagos. • As principais bacias hidrográficas brasileiras são: Amazônica, Prata, São Francisco e Tocantins. • Os parâmetros que representam as características físicas, químicas e biológicas das águas são: cor, turbidez, temperatura, sabor e odor. • Os indicadores de qualidade química são: pH, alcalinidade, dureza, cloretos, Ferro e Manganês, Nitrogênio, Fósforo, fluoretos, Oxigênio dissolvido, matéria orgânica e outros compostos inorgânicos e orgânicos. • A qualidade da água está diretamente ligada ao seu uso final. • Os conceitos de DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) e DQO (Demanda Química de Oxigênio). • A classificação das águas, de acordo com a Resolução do CONAMA, no que diz respeito às diferentes classes de águas no Território Nacional. • Os padrões de potabilidade da água para consumo humano. RESUMO DO TÓPICO 1 19 Olá! Chegamos ao final deste primeiro tópico. Para reforçar seus conhecimentos, sugiro que você busque em livros, revistas, sites ou demais fontes de informação assuntos referentes à água no planeta e escreva um texto a partir do que encontrou. AUTOATIVIDADE 20 21 TÓPICO 2 POLUIÇÃO E CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS UNIDADE 1 1 INTRODUÇÃO Podemos considerar um curso de água poluído quando a sua composição, o seu estado ou a qualidade das águas é modificada por ações antrópicas diretas ou indiretas, ou seja, aquelas realizadas pelo homem. Estas ações podem ter diferentes fontes: industrial, agropecuária ou doméstica, e causar efeitos diversos à água. O aumento da população, o aumento das atividades agrícolas e o desenvolvimento industrial são as principais causas de lançamento de resíduos líquidos no solo, nos rios, lagos e mares, destruindo a natureza e desequilibrando os ecossistemas. Neste tópico, você estudará a poluição das águas e suas fontes poluidoras. 2 TIPOS DE POLUIÇÃO Sabemos que as consequências da poluição são de grande gravidade, porém, nem todas as substâncias poluidoras são conhecidas pelo homem. Souza (2004, p. 56) diz que o principal fator de poluição dos recursos hídricos resulta de lançamentos de resíduos provenientes de atividades industriais, comerciais ou residenciais, consistentes de substâncias orgânicas ou minerais, naturais ou sintéticas, algumas das quais são mais ou menos biodegradáveis, e outras tóxicas para a flora e a fauna aquáticas assim como para o homem. Lançadas em lagos, rios e mares em quantidade superior à capacidade natural de sua autodepuração, apresentam, segundo Cabral (apud SOUZA, 2004, p. 56), aspectos de: UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEU TRATAMENTO 22 Toxidez de numerosos compostos sintéticos, que alteram profundamente as funções vitais dos organismos aquáticos, podendo afetar a multiplicação celular, a reprodução etc.; radioatividade, que causa graves danos, inclusive alterações genéticas nos organismos aquáticos e no homem que os consumir; biodegradabilidade nula ou insuficiente, que se caracteriza por substâncias resistentes à ação dos organismos que as decompõem; como não são eliminadas (ou são eliminadas muito lentamente) do meio receptor pela autodepuração, seu teor pode sofrer um rápido aumento; eutrofização, que é a devida ao enriquecimento excessivo das águas por sais nutritivos, p. ex., nitratos, fosfatos, oriundos de detergentes, decorrentes de terras agrícolas ou de despejos industriais e urbanos; degradação das qualidades organolíticas das águas, pois os dejetos despejados dão à água gosto e cheiro desagradável, o que vem a repercutir nas qualidades alimentares dos organismos aquáticos, como, p. ex., os peixes, que se podem tornar inconsumíveis; temperatura, umavez que os dejetos de águas quentes oriundas de esgotos e de câmaras de resfriamento industrial modificam o regime térmico das águas, afetando a fauna e a flora aquática. As impurezas da água podem estar na forma dissolvida ou em suspensão. A água possui cinco tipos básicos de contaminantes naturais, como podemos observar no quadro a seguir: Contaminantes naturais da água Sólidos em suspensão Silte, ferro precipitado, coloides etc. Sais dissolvidos Contaminantes iônicos, tais como: sódio, cálcio, sulfato etc. Materiais orgânicos dissolvidos Trihalometanos, ácidos húmicos e outros contaminantes não iônicos. Microrganismos Bactérias, vírus, cistos de protozoários, algas, fungos etc. Gases dissolvidos Sulfeto de hidrogênio, metano etc. QUADRO 10 – CONTAMINANTES NATURAIS DA ÁGUA FONTE: Telles; Costa (2007, p. 27) Quando se analisa a qualidade da água, é muito importante reconhecer dois tópicos: os sólidos (todos os contaminantes da água, exceto os gases dissolvidos) e os organismos presentes na água (reino vegetal, reino animal, protistas e monera). 3 FONTES DE POLUIÇÃO E SEUS EFEITOS A água pode alterar o seu grau de pureza de acordo com os diferentes componentes que a ela são adicionados. De acordo com Sperling (apud TELLES; COSTA, 2007, p. 35), “entende-se por poluição da água a adição de substâncias ou de formas de energia que, direta ou indiretamente, alterem a natureza do corpo d’água de uma maneira tal que prejudique os legítimos usos que dele são feitos”. TÓPICO 2 | POLUIÇÃO E CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS 23 “O controle da poluição da água é de suma importância e varia de acordo com o uso a que ela é destinada, devendo-se analisar as principais fontes poluidoras juntamente com os seus efeitos degradantes”. (TELLES; COSTA, 2010, p. 37). No quadro a seguir, é possível observar os principais agentes poluidores das águas, conforme os seus usos: Poluentes Principais parâmetros Fonte Possível efeito po- luidor Esgotos Drenagem Superficial Domésticos Industriais Reutilizados Urbana Agricultura e pastagens Sólidos em suspensão Sólidos em suspensão totais xxx ~ xx x - Problemas estéticos. - Depósitos de Iodo. - Adsorção de po- luentes. - Proteção de patogê- nicos. Matéria orgânica biodegradável Demanda bioquímica de oxigênio xxx ~ xx x - Consumo de oxi- gênio. - Mortandade de peixes. - Condições sépticas. Nutrientes Nitrogênio Fósforo xxx ~ xx x - Crescimento excessi- vo de algas. - Toxicidade aos peixes. - Doença em recém- -nascidos. - Poluição da água subterrânea. Patogênicos Coliformes xxx xx x - Doença de veicula- ção hídrica Matéria orgânica não biodegradável Pesticidas, alguns detergentes e outros ~ xx - Toxicidade. - Espumas (deter- gentes). - Redução da transfe- rência de oxigênio. - Não biodegradabi- lidade. - Maus odores. Metais pesados Elementos específicos (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn etc.) ~ - Toxicidade. - Inibição do trata- mento biológico dos esgotos. - Problemas na dispo- sição do lodo. - Contaminação da água subterrânea. Sólidos inorgânicos dissolvidos Sólidos dissolvidos totais Condutividade elétrica xx x - Salinidade excessiva. - Prejuízo às planta- ções. - Toxicidade às plan- tas. - Problemas de per- meabilidade de solo. x: pouco xx: médio xxx: muito ~: variável em branco: usualmente não importantes QUADRO 11 – PRINCIPAIS AGENTES POLUIDORES DAS ÁGUAS FONTE: Telles; Costa (2007, p. 36) UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEU TRATAMENTO 24 O crescimento das cidades, seu aumento populacional e a característica do ser humano aglomera-se em localidades próximas a fontes de água auxiliou na poluição e na contaminação dos recursos hídricos. As fontes de poluição podem ter várias origens, dentre elas os resíduos urbanos, os resíduos industriais e os rurais, que são despejados de forma voluntária ou involuntária nos corpos receptores – rios e lagos. Assim, ao mesmo tempo em que os cursos de água são fonte de abastecimento, o homem também o utiliza como veículo de escoamento de águas residuárias, seja de fonte doméstica, industrial ou rural. Os principais efeitos causados pela poluição e contaminação nos recursos hídricos, segundo Leme (2008, p. 26), são: • redução do padrão de qualidade da água usada para o abastecimento da população, na irrigação, na indústria, na criação de peixes e outros usos; • destruição da fauna e flora aquática, resultando na redução do poder diluidor e autodepurador dos rios; • redução do potencial hidráulico; • redução das atividades esportivas e de lazer; • redução do potencial de assentamentos urbanos e industriais; • perigo à saúde pública, resultando no aumento das doenças veiculadas pela água; • exigência de tratamento mais sofisticado e de custo mais elevado para garantir o padrão de potabilidade da água. De acordo com cada fonte de poluição, diferentes danos podem ser causados à água. O quadro cinco aponta estes efeitos: TÓPICO 2 | POLUIÇÃO E CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS 25 FONTES DE POLUIÇÃO E CONTAMINAÇÃO PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO TIPOS DE ESGOTOS OU EFLUENTES DANOS E CONSEQUÊNCIAS Sólidos em suspen- são Sólidos totais em sus- pensão (SST) Domésticos Industriais - Problemas estéticos. - Depósitos de lodo. - Adsorção de poluentes. - Proteção de patógenos. Sólidos flutuantes Óleos e graxas Domésticos Industriais - Problemas estéticos. Matéria orgânica Demanda bioquímica de oxigênio (DBO) Domésticos Industriais - Consumo de oxigênio. - Mortalidade de peixes. - Condições sépticas. Patogênicos Coliformes Domésticos - Doenças de veiculação hídrica. Nutrientes Nitrogênio Fósforo Domésticos Industriais - Doença em recém-nascidos. - Crescimento de algas. - Toxicidade em peixes. Compostos não bio- degradáveis Agrotóxicos Detergentes Agrícolas Industriais - Toxicidade, espumas. - Redução de oxigênio. - Não biodegradabilidade. - Emissão de odor. Metais pesados Arsênio, cádmio, cro- mo, mercúrio, zinco e outros Industriais - Toxicidade. - Inibição do tratamento bio- lógico. - Problemas de disposição de lodo no solo. - Contaminação da água sub- terrânea. Sólidos inorgânicos dissolvidos Totais de sólidos dis- solvidos (STD) Condutividade elétrica Reutilizados - Salinidade no solo. - Toxicidade às plantas. - Problemas com a permeabili- dade (em razão do sódio). QUADRO 12 – EFEITO DOS DIFERENTES TIPOS DE POLUIÇÃO E CONTAMINAÇÃO FONTE: Leme (2008, p. 27-28). A poluição das águas pode ser acidental ou ocasionada por diferentes fontes, sejam elas industriais, agropecuárias ou domésticas. 3.1 FONTE DE POLUIÇÃO INDUSTRIAL As indústrias dos mais diversos setores podem ser consideradas as maiores fontes de poluição das águas. A água é utilizada em grande quantidade e em muitos processos de fabricação como, por exemplo, solventes, tinturarias, lavações diversas, resfriamento de máquinas etc. Porém, após o uso industrial, a água não é mais considerada própria para outras aplicações. Neste caso, ela passa a ser considerada poluída. UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEU TRATAMENTO 26 Se esta água for lançada, sem nenhum tipo de tratamento, diretamente nos corpos receptores, provocará grandes prejuízos e alterações nos ecossistemas, causando mortes de animais e espécies vegetais. É importante também observar que, se esta água for lançada no solo, contaminará as águas subterrâneas, provocando problemas de saúde pública, pois estas águas possuem poder de renovação muito lento. 3.2 FONTE DE POLUIÇÃO AGROPECUÁRIA O uso de fertilizantes e pesticidas na agricultura, além de contaminar os solos, também poderácausar danos às águas, tanto superficiais quanto subterrâneas. A chuva e a água de irrigação conduzem os produtos tóxicos utilizados na agricultura para rios, lagos e para o subsolo, nos quais percorrerá caminhos até contaminar as águas subterrâneas, degradando-as. Também a pecuária e a avicultura são fontes de contaminação de águas. Os mais variados tipos de resíduos lançados nos rios, sem tratamento prévio, podem causar contaminações. Estes resíduos podem ser: dejetos, restos de ração, sangue, vísceras, substâncias utilizadas para a lavação das instalações. Além da contaminação das águas, estes resíduos sem tratamento adequado causam também odores característicos e desagradáveis. 3.3 FONTE DE POLUIÇÃO DOMÉSTICA Em áreas bastante povoadas, a poluição doméstica é bastante considerada. Os esgotos domésticos são ricos em matéria orgânica e microrganismos e estas águas, muitas vezes, são lançadas sem nenhum tratamento em rios e lagos, o que constitui grave ameaça à saúde pública. Também o lixo produzido em grandes cidades e depositado em locais incorretos pode gerar a poluição das águas. Este lixo, ao receber água da chuva, libera substâncias tóxicas que podem infiltrar-se no solo, atingindo as águas subterrâneas e contaminando-as, conforme pode ser observado na figura a seguir. TÓPICO 2 | POLUIÇÃO E CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS 27 FONTE: Disponível em: <http://www.daebauru.com.br/site2006/material/imagens/ contamina-01.jpg>. Acesso em: 11 jun. 2011 FIGURA 2 – POLUIÇÃO DOMÉSTICA De acordo com o site <www.portalsaofrancisco.com.br>: A poluição química das águas dos países industrializados atingiu um nível tão elevado, que por todo o lado se observa uma degradação da qualidade das águas. O lançamento de resíduos nos rios não é um fenômeno novo, mas até há pouco tempo eles eram capazes de se defender pelos seus próprios meios, graças à ação de microorganismos que se alimentavam desses materiais. Mas a quantidade de resíduos industriais, agrícolas e domésticos aumentou de tal forma que os microorganismos dos rios já não conseguem depurar as suas águas, que passaram, assim, a conter substâncias não degradadas. Estas grandes quantidades de resíduos não degradados vão para o mar, a que se juntam os detritos das zonas costeiras e as muitas toneladas de petróleo lançadas anualmente pelos petroleiros. Cada vez mais, as águas subterrâneas estão mais poluídas e menos potáveis. Como sua recuperação é lenta, uma vez contaminadas, estas águas permanecem desta forma por muito tempo, pois não contêm microorganismos específicos para a degradação das substâncias tóxicas. A poluição das águas é cada dia mais preocupante, pois recai sobre a saúde da humanidade e deve ser tratada com seriedade por todos os países. UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEU TRATAMENTO 28 UNI Caro acadêmico, há uma diferença entre poluição e contaminação. A poluição altera as características naturais de um ambiente. A contaminação além de alterar as características naturais de um ambiente, apresenta fatores tóxicos e patogênicos. Por exemplo: contaminação química por metal pesado, ou por bactérias patogênicas. 3.3.1 Definição de esgoto sanitário De acordo com a NBR 9648 (1986, p. 1), esgoto sanitário é o “despejo líquido constituído de esgotos doméstico e industrial, água de infiltração e a contribuição pluvial parasitária”. Para Mello (2007, p. 4), esgoto doméstico é o despejo líquido resultante do: uso da água para higiene e necessidades fisiológicas humanas; esgoto industrial é o despejo líquido resultante dos processos industriais, respeitados os padrões de lançamento estabelecidos; água de infiltração é toda água proveniente do subsolo, indesejável ao sistema separador e que penetra nas canalizações; contribuição pluvial parasitária é a parcela do deflúvio superficial inevitavelmente absorvida pela rede de esgoto sanitário. O quadro a seguir apresenta a composição simplificada dos esgotos domésticos. Tipos de substâncias Origem Observações Sabões Lavagem de louças e roupas - Detergentes (podem ser ou não biodegradáveis) Lavagem de louças e roupas A maioria dos detergentes contém o nutriente fósforo na forma de polifosfato. Cloreto de sódio Cozinhas e na urina humana Cada ser humano elimina pela urina cerca de 7 a 15 gramas/dia. Fosfatos Detergentes e na urina humana Cada ser humano elimina pela urina cerca de 1,5 grama/dia. Sulfatos Urina humana Carbonatos Urina humana QUADRO 13 – COMPOSIÇÃO DOS ESGOTOS DOMÉSTICOS TÓPICO 2 | POLUIÇÃO E CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS 29 Ureia, amoníaco e ácido úrico Urina humana Cada ser humano elimina pela urina cerca de 14 a 42 gramas/dia. Gorduras Cozinhas e fezes humanas Substâncias córneas, ligamentos da carne e fibras vegetais não digeridas Fezes humanas Vão se constituir na porção de matéria orgânica em decomposição, encontrada nos esgotos. Porções de amido (glicogênio, glicose) e de proteicos (aminoácidos, proteínas, albumina) Fezes humanas Idem Urobilina, pigmentos hepáticos etc. Urina humana Idem Mucos, células de descamação epitelial Fezes humanas Idem Vermes, bactérias, vírus, leveduras etc. Fezes humanas Idem Outros materiais e substâncias: areia, plásticos, cabelos, sementes, fetos, madeira, absorventes femininos etc. Areia: infiltrações nas redes de coleta, banhos em cidades litorâneas, parcela de águas pluviais etc. Demais substâncias são indevidamente lançadas nos vasos sanitários. - FONTE: Telles; Costa (2007, p. 42) As características físicas, químicas e biológicas do esgoto doméstico podem ser analisadas no quadro a seguir: Parâmetro Descrição Características Físicas Temperatura - Ligeiramente superior à da água de abastecimento. - Variação conforme as estações do ano (mais estável que a temperatura do ar). - Influência na atividade microbiana. - Influência na solubilidade dos gases. - Influência na viscosidade do líquido. Cor - Esgoto fresco: ligeiramente cinza. - Esgoto séptico: de cinza-escuro a preto. QUADRO 14 – PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO ESGOTO DOMÉSTICO UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEU TRATAMENTO 30 Odor - Esgoto fresco: odor oleoso, relativamente desagradável. - Esgoto séptico: odor fétido (desagradável), devido ao gás sulfídrico e a outros gases da decomposição. - Despejos industriais: odores característicos. Turbidez - Causada por uma grande variedade de sólidos em suspensão. - Esgotos mais frescos ou mais concentrados: geralmente apresentam maior turbidez. Características Químicas Sólidos Totais Em suspensão - fixos - voláteis Dissolvidos Fixos - Voláteis Sedimentáveis Orgânicos e inorgânicos; suspensos e dissolvidos; sedimentáveis. - Fração dos sólidos orgânicos e inorgânicos que não são filtráveis (não dissolvidos). - Componentes minerais não incineráveis, inertes, dos sólidos em suspensão. - Componentes orgânicos dos sólidos em suspensão. - Fração dos sólidos orgânicos e inorgânicos filtráveis. - Componentes orgânicos dos sólidos dissolvidos. - Fração dos sólidos orgânicos e inorgânicos que sedimenta em uma hora no cone Imhoff. Indicação aproximada da sedimentação em um tanque de sedimentação. Matéria Orgânica Determinação indireta DBO5 DQO DBO última Determinação direta - COT Mistura heterogênea de diversos compostos orgânicos. Principais componentes: proteínas, carboidratos e lipídeos. - Demanda Bioquímica de Oxigênio. Medida aos 5 dias, após incubação a 20°C. Está associada à fração biodegradável dos componentes orgânicos carbonáceos. É uma medida do oxigênio consumido após 5 dias pelos microrganismos na estabilização bioquímica da matéria orgânica. - Demanda Química de Oxigênio. Representa a quantidadede oxigênio requerida para estabilizar quimicamente a matéria orgânica carbonácea. Utiliza fortes agentes oxidantes em condições ácidas. - Demanda Última de Oxigênio. Representa o consumo total de oxigênio, ao final de vários dias. Requerido pelos microrganismos para a estabilização bioquímica da matéria orgânica. - Carbono Orgânico Total. É uma medida direta da matéria orgânica carbonácea. É determinada através da conversão do carbono orgânico a gás carbônico. Nitrogênio Total Nitrogênio Orgânico Amônia Nitrito Nitrato O nitrogênio total inclui o nitrogênio orgânico, amônia, nitrito e nitrato. É um nutriente indispensável para o desenvolvimento dos microrganismos no tratamento biológico. O nitrogênio orgânico e a amônia compreendem o denominado Nitrogênio Total (NTK). - Nitrogênio na forma de proteínas, aminoácidos e ureia. - Produzida como primeiro estágio da decomposição do nitrogênio orgânico. - Estágio final da oxidação da amônia. Praticamente ausente no esgoto bruto. - Produto final da oxidação da amônia. Praticamente ausente no esgoto bruto. TÓPICO 2 | POLUIÇÃO E CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS 31 Fósforo Fósforo orgânico Fósforo inorgânico O fósforo total existe na forma orgânica e inorgânica. Nutriente indispensável no tratamento biológico. - Combinado à matéria orgânica. - Ortofosfato e polifosfatos. pH Indicador das características ácidas ou básicas do esgoto. Uma solução é neutra em pH 7. Os processos de oxidação biológica normalmente tendem a reduzir o pH. Alcalinidade Indicador da capacidade tampão do meio (resistência às variações do pH). Devida à presença de bicarbonato, carbonato e íon hidroxila (OH-). Cloretos Provenientes da água de abastecimento e dos dejetos humanos. Óleos e graxas Fração da matéria orgânica solúvel em hexanos. Nos esgotos domésticos, as fontes são óleos e gorduras utilizados nas comidas, esgotos de oficinas mecânicas e de postos de gasolina. Principais microrganismos presentes nos esgotos Bactérias Organismos protistas unicelulares. Apresentam-se em várias formas e tamanhos. São os principais responsáveis pela estabilização da matéria orgânica. Algumas são patogênicas, causando, principalmente, doenças intestinais. Fungos Organismos aeróbios, multicelulares, não fotossintéticos, heterotróficos. De grande importância na decomposição da matéria orgânica. Podem crescer em condições de baixo pH. Protozoários Organismos unicelulares sem parede celular. A maioria é aeróbia ou facultativa. Alimenta-se de bactérias, algas e outros microrganismos. São essenciais no tratamento biológico para a manutenção de um equilíbrio entre os diversos grupos. Alguns são patogênicos. Vírus Organismos parasitas, formados por material genético (DNA ou RNA) e uma carapaça proteica. Causam doenças e podem ser de difícil remoção no tratamento da água ou do esgoto. Helmintos Animais superiores. Ovos de helmintos presentes no esgoto podem causar doenças. FONTE: Telles; Costa (2007, p.3 8-39) NOTA Para conhecer mais sobre a poluição das águas, leia Poluição das Águas: poluição dos rios. O texto está disponível em: <http://br.geocities.com/econtato/pol_aguas. html>. UNIDADE 1 | A ÁGUA E SEU TRATAMENTO 32 LEITURA COMPLEMENTAR Poluição da água subterrânea Inúmeras atividades do homem introduzem no meio ambiente substâncias ou características físicas que ali não existiam antes, ou que existiam em quantidades diferentes. A este processo chamamos de poluição. Assim como as atividades desenvolvidas pela humanidade são muito variáveis, também o são as formas e níveis de poluição. Estas mudanças de características do meio físico poderão refletir de formas diferentes sobre a biota local, podendo ser prejudicial a algumas espécies e não a outras. De qualquer forma, considerando as interdependências das várias espécies, estas modificações levam sempre a desequilíbrios ecológicos. Resta saber quão intenso é este desequilíbrio e se é possível ser assimilado sem consequências catastróficas. Recentemente, a grande imprensa noticiou que, em países europeus, o uso intensivo de defensivos agrícolas levou a uma diminuição dos microorganismos e insetos do solo a ponto de estar retardando a reciclagem das fezes animais. De modo geral, os depósitos de água subterrânea são bem mais resistentes aos processos poluidores dos que os de água superficial, pois a camada de solo sobrejacente atua como filtro físico e químico. A facilidade de um poluente atingir a água subterrânea dependerá dos seguintes fatores: a) Tipo de aquífero: Os aquíferos freáticos são mais vulneráveis do que os confinados ou semiconfinados. Aquíferos porosos são mais resistentes dos que os fissurais e, entre estes, os mais vulneráveis são os cársticos. b) Profundidade do nível estático: (espessura da zona de aeração) Como esta zona atua como um reator físico-químico, sua espessura tem papel importante. Espessuras maiores permitirão maior tempo de filtragem, além do que aumentarão o tempo de exposição do poluente aos agentes oxidantes e adsorventes presentes na zona de aeração. c) Permeabilidade da zona de aeração e do aquífero: A permeabilidade da zona de aeração é fundamental quando se pensa em poluição. Uma zona de aeração impermeável ou pouco permeável é uma barreira à penetração de poluentes no aquífero. Aquíferos extensos podem estar parcialmente recobertos por camadas impermeáveis em algumas áreas, enquanto em outras acontece o inverso. Estas áreas de maior permeabilidade atuam como zona de recarga e têm uma importância fundamental em seu gerenciamento. TÓPICO 2 | POLUIÇÃO E CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS 33 Por outro lado, alta permeabilidade (transmissividade) permite uma rápida difusão da poluição. O avanço da mancha poluidora poderá ser acelerado pela exploração do aquífero, na medida em que aumenta a velocidade do fluxo subterrâneo em direção às áreas em que ocorre a retirada de água. No caso de aquíferos litorâneos, a superexploração poderá levar à ruptura do frágil equilíbrio existente entre água doce e água salgada, produzindo o que se convencionou chamar de intrusão de água salgada. d) Teor de matéria orgânica existente sobre o solo. A matéria orgânica tem grande capacidade de adsorver uma gama variada de metais pesados e moléculas orgânicas. Estudos realizados no Estado do Paraná, onde está muito difundida a técnica do plantio direto, têm mostrado que o aumento do teor de matéria orgânica no solo tem sido responsável por uma grande diminuição do impacto ambiental da agricultura. Têm diminuído a quantidade de nitrato e sedimentos carregados para os cursos d’água. Segundo técnicos estaduais, isto tem modificado o próprio aspecto da água da represa de Itaipu. e)Tipo dos óxidos e minerais de argila existentes no solo. Sabe-se que estes compostos, por suas cargas químicas superficiais, têm grande capacidade de reter uma série de elementos e compostos. Na contaminação de um solo por nitrato, sabe-se que o manejo de fertilizantes, com adição de gesso ao solo, facilita a reciclagem do nitrogênio pelos vegetais e, consequentemente, a penetração do nitrato no solo é menor. Da mesma maneira, a mobilidade dos íons nitratos é muito dependente do balanço de cargas. Solos com balanço positivo de cargas suportam mais nitrato. Neste particular, é de se notar que, nos solos tropicais, os minerais predominantes são óxidos de ferro e alumínio e caolinita, que possuem significativas cargas positivas, o que permite interação do tipo íon-íon (interação forte) com uma gama variada de produto que devem sua atividade pesticida a grupos moleculares iônicos e polares. Um poluente, após atingir o solo, poderá passar por uma série reações químicas, bioquímicas, fotoquímicas e inter-relações físicas com os constituintes do solo antes de
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