aula sobre pH, OD e eH 2020

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Química das águas naturais
Prof. Dr. Robson Leocádio 
Franklin
robleocadio@hotmail.com
rfranklin@sp.gov.br
Química Ambiental e Engenharia de 
Controle de Poluição
1
Química das águas 
naturais
8 Aulas
Aula 1 – Parâmetros que influenciam a 
química das águas naturais.
Aula 2 – Elementos.
Aula 3 – Nutrientes e ânions.
Aula 4 – Compostos Orgânicos
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de Controle de Poluição
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Química das águas 
naturais
Aula 5 – Legislações aplicáveis e 
avaliação de laudos analíticos. 
Aula 6 – Continuação – exercícios.
Aula 7 – Índices de Qualidade de águas.
Aula 8 – Avaliação final.
Química Ambiental e Engenharia 
de Controle de Poluição
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Química das águas 
naturais
• Objetivos.
• Conhecer as principais substâncias e 
elementos que influem na qualidade das 
águas naturais e seus significados.
• Conhecer as principais legislações 
aplicáveis às substâncias naturais e 
poluentes nos ambientes aquáticos
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Química das águas 
naturais
Desenvolver visão crítica acerca das 
interações que podem ocorrer 
entre as substâncias nos 
ambientes aquáticos.
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5
Química das águas 
naturais
O quê vocês esperam do curso ???
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6
Toda a água Água doce
Água doce acessível
Oceanos e
Lagos salinos
97,4%
Água doce
2,6%
Água subterrânea
0,592%
Calotas polares
e geleiras
1,984%
Umidade 
do solo
0,005%
Biota
0,0001%
Rios
0,0001%
Vapor 
d´ água
atmosférico
0,001%
0,014%
Lagos 
0,007%
Química das águas naturais
Livro: Ciência Ambiental - G Tyler Jr Miller , 2007
Química das águas 
naturais
Ao longo da história, as civilizações
cresceram ao redor da água...
E algumas souberam aproveitar isto.
Outras...
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de Controle de Poluição
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Química Ambiental e Engenharia 
de Controle de Poluição
9
1895
Enchente de 1929 – Ponte de Pinheiros
Tietê e Pinheiros, 1930
http://www.cbdb.org.br/documentos/news/32/engenheirobillings.p
df
• Hidrografia do 
município.
• Precisaríamos 
buscar água de 
tão longe?
• 1880-1900 – criação e desenvolvimento do 
primeiro sistema de fornecimento de “água 
encanada”.
• Fornecimento por meio de “chafarizes” no 
centro da cidade.
• O Riacho Ipiranga – este mesmo que você 
pensou – fornecia 35 litros por segundo de 
água em 1893, além de águas do rio Juqueri, 
ao norte da cidade.
Água “das bicas” e dos rios.
Reservatório da consolação – 1900.
Rio Tietê, entre os atuais bairros da Mooca e
Penha, forneceu água para a cidade entre
1899 a 1910-1915.
Década de 1920 - Ribeirões como o Cabuçu e
rios como o Guaraú, Rio Claro e rio Cotia
sofreram desvios para tentar atender às
necessidades da crescente cidade.
Abastecimento de água – 1920 a 1950
• 1928 – Uso das águas da Guarapiranga para 
abastecimento público.
• Contudo, o abastecimento era deficiente já 
em 1940, quando a cidade recebia mais de 
310 mil m³ de água por dia, igual a 3,5 m³ por 
segundo.
• Era preciso mais água....
• Porém, vários rios já estavam completamente 
canalizados ou poluídos....
Sistema Billings e rio Grande
1958 – O reservatório Billings funcionava em
plena operação para gerar energia elétrica –
com a ampliação da usina de Henry Borden na
década de 40 que gerava mais de 800 kW –
passa a ser utilizado para abastecimento
público pela crescente da cidade e também
das demais cidades da RMSP.
Sistema Cantareira - atual
• Esse sistema funcionaria até os anos de 1960-70 quando
se modificou o aproveitamento das águas do Rio Juquerí,
que mudaria o rumo do Sistema Cantareira, com
aproveitamento de águas de afluentes do rio Piracicaba.
• Porém, devido ao alto grau de poluição das águas da
Billings – devido ao bombeamento da reversão do rio
Pinheiros – foi construída uma barreira dividindo o
reservatório em dois.
http://www.cbdb.org.br/documentos/news/32/engenheirobillings.pdf
Atualmente.....
• Cantareira – reservatórios distantes 70 km 
de SP. Águas advindas do estado de MG.
• Sistema São Lourenço - águas advindas 
de reservatórios distantes mais de 80 km 
– entre Juquitiba e Juquiá – iniciou 
operação em 2017.
São Paulo, 1810
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A água no mundo
Fonte: WDI 2005, UNMDG, and Millennium Project estimate
O número de pessoas
com acesso à água
adequada ao consumo
humano dobrou nos
últimos 20 anos.
1,1 bilhões de pessoas
no mundo AINDA não
têm acesso à água limpa.
Isto corresponde a
aproximadamente 20%
da população
Doenças relacionadas com água
Fonte: WDI 2005, UNMDG, and Millennium 
60% de todas as doenças de países em
desenvolvimento têm relação com água
contaminada.
70% das águas residuárias em países
em desenvolvimento descartam seus
efluentes diretamente nos rios e outros 
corpos d´água sem tratamento.
LifeStraw
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• Variáveis controladoras;
- Temperatura
- pH
- EH
- Oxigênio dissolvido (OD)
- Solubilidade
- Densidade
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pH
Equilíbrio
H2O  H
+ + OH- 2H2O  H3O
+ + OH-
Expressão
• [H+] x [OH-] = Kw = 1.00 x 10
-14
• pH = -log[H+].
• A 25 ºC; pH = 7,00 representa o equilíbrio.
• ≠ temperaturas, ≠ valores de pH de equilíbrio. 
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pH
Em pH = 6,0 (a 25 ºC);
[H+] = 1,00 * 10-6 Mol L-1
É muito ou é pouco H+ ?
Se comparado com o OH- ....
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Controle sobre;
• Solubilidade.
• Equilíbrios.
• Formas (valências) de alguns elementos.
• Influencia direta em vários processos 
fisiológicos. 
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Afetado por;
Condições naturais
• Litologia local.
• Atividade biológica (bactérias e algas).
• Matéria orgânica natural (vegetal e animal).
• Turbulência.
• Equilíbrio carbonato-bicarbonato (oceanos)
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Não naturais.
• Descarga de efluentes industriais e/ou
domésticos.
• Chuva ácida.
• Outras atividades humanas
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Temperatura
Devido ao alto calor específico da água, é
bem incomum grandes variações de
temperatura na água quando comparada
ao ambiente, deste forma, muitas espécies
aquáticas também não toleram grandes
variações de temperatura.
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Química das águas 
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Controle sobre;
- Solubilidade da gases e compostos 
iônicos.
- Reações químicas.
- Atividade biológica.
- Estratificação de reservatórios.
- Afetada por lançamento de efluentes
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Limite inferior de tolerância
Limite superior 
de tolerância
Temperaturabaixa alta
Abundância de organismos
poucos
organismos
poucos
organismos
Ausência de
organismos
Ausência de
organismos
Zona de
intolerância
Zona de 
deficiência 
fisiológica
Zona de
intolerância
Zona de 
deficiência 
fisiológica
Faixa ideal
P
o
p
u
la
ti
o
n
 S
iz
e
Faixa de Tolerância
“O que determina a existência, abundância e distribuição de 
uma espécie no ecossistema é o fato de os níveis de um ou 
mais fatores físicos ou químicos estarem situados na faixa 
tolerada por aquela espécie”
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Química das águas naturais
Encontro das águas dos rios Negro e Solimões –
cerca de 6 km sem se misturarem…
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Solubilidade
- Mobilidade geoquímica dos elementos.
- Gases.
Afetada por outras variáveis;- pH
- Temperatura
- Força iônica e efeitos de íon comum.
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• Mobilidade associada ao pH.
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Fe3+ Hg+ Al3+ Cr3+ Cu2+ Fe2+ Pb2+ Cd2+ Ni2+
pH 2,0 3,0 4,1 5,3 5,3 5,5 6,0 6,7 6,7
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Oxigênio Dissolvido (OD).
Quantidade do gás O2 que se encontra 
dissolvida em água (forma molecular).
Fundamental para a vida aquática.
É a espécie oxidante mais importante no 
meio aquoso natural.
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OD
A presença de oxigênio é essencial para os
processos de metabolismo bacteriano (aeróbios) e
para outros micro-organismos que podem ser
responsáveis pela degradação de matéria
orgânica no sistema aquático e utilizam oxigênio
como aceptor de elétrons.
O2 + 4 H
+ + 4e-  2 H2O (E° = 1,229 V) (meio ácido)
O2 + 2 H2O + 4e
-  4 OH- (E° = 0,401 V) (meio neutro/alcalino)
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OD
• Naturalmente, é controlado pela
solubilidade do gás O2 na água, que
varia em função da altitude,
temperatura e salinidade da água.
• Em função destas variáveis, a concentração
máxima de OD em águas pode ser
conhecida.
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Química das águas 
naturais
OD
• % ������çã� = ������� � ��� �� �� ����� � � (���������)� � 100
Onde: ODlocal = Valor encontrado (mg/L)
ODtab = Valor do OD de saturação em relação a temperatura 
(Tabelado)
A Pressão deve ser corrigida para a pressão local (���������).
Esta equação não é válidas para ambientes 
marinhos/estuarinos.
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Química das águas 
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OD
Normalmente, a saturação em ambientes 
não impactados é próximo a 100%.
Suas concentrações podem ser
aumentadas em função da fotossíntese
(algas) para valores superiores ao de
saturação.
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Química das águas 
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OD
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Solubilidade de OD em função da temperatura (P = 1 atm)
Química das águas 
naturais
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Química das águas 
naturais
OD
E diminuídas pelo excesso de matéria 
orgânica (M.O.).
Por quê??
Deve-se lembrar que o OD em água é 
função da solubilidade do gás O2 da 
atmosfera, e para isto é necessário que... 
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Lótico Lêntico
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Ambiente que se refere à água parada, 
com movimento lento ou estagnado
Ambiente relativo a águas moventes
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OD
Neste aspecto, os ambientes lóticos possuem
maiores taxas de aeração do que os lênticos.
Não se pode esquecer que a temperatura
também é crucial.
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naturais
OD
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Balanço de OD em sistemas aquáticos. Setas verdes – processos 
intensificados pelo excesso de M.O. (Fiorucci & Benedetti, 2005)
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Potencial Redox (EH)
É a medida do potencial de oxidação ou 
redução do meio.
Oxidação – remoção de elétron de uma espécie 
química.
Fe → Fe +2 + 2e- (E° = 0,44 V)
Redução – Adição de elétron à uma espécie 
química.
O2 + 4 H
+ + 4e-  2 H2O (E° = 1,229 V)
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naturais
EH
A oxidação e a redução em águas naturais
é governada pela presença ou ausência
de compostos doadores ou receptores
de elétrons.
O principal composto que regula a
condição redox da água é o OD.
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Química das águas 
naturais
EH
Quando há O2 dissolvido na água, o EH
medido é geralmente positivo, ou seja, a 
água tem poder oxidante, e as formas 
oxidadas serão predominante.
EH negativo, formas reduzidas.
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Química das águas 
naturais
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EH
Química das águas 
naturais
EH
Normalmente, é comum encontrarmos na
literatura a expressão pE para caracterizar
o quanto o ambiente possa estar oxidado
ou reduzido. O valor de pE reflete a
atividade do elétron livre, similar ao pH,
que reflete a atividade do íon H+.
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Química das águas 
naturais
EH
Há uma relação entre o pE e o EH.
pE = EH / 0,059
Lembrando que pE é adimensional e o EH é 
dado em Volts (V).
Esta equação é válida para a temperatura 
de 25ºC e pressão de 1 atm.
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Química das águas naturais
EH
1)O2 Livre
2)NO3
-
3)MnO2
4)Fe(OH)3
5)SO4
2-
6)CO2
Para oxidar a matéria orgânica 
[CH2O] as bactérias preferem 
retirar o oxigênio para seu 
metabolismo nesta ordem:
Ou seja, estas moléculas serão
receptoras de elétrons.
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Relações EH x pH
• Em ambientes naturais, o EH e o pH 
podem apresentar algumas relações 
comuns e estabelecidas.
• pH aumentando com aumento do EH
• pH diminuindo com diminuição do EH.
• pH diminuindo com aumento do EH.
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Reações....
• (CH2O)n + nO2 → nCO2 + nH2O
• MO(C,H,N,S) + 5O2 → CO2 + H2O+ NO3
– + SO4
2–
• 6CO2(g) + 6 H20(l) → C6H12O6(aq) + 6O2(g)
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luz
• Dependência do pH
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Resultados FQ de um 
reservatório em perfil
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Profundidade 
(metros)
Condut. 
Elétrica 
(µS cm-1)
OD
(mg L–1)
pH
Redox
(mV)
temperatura 
água (°C)
Superf.
25 7,02 8,17 382 29,5
4,0
25 6,78 7,25 375 28,9
8,0
24 3,52 6,83 391 26,7
12,0
47 0,43 6,40 232 21,9
16,0
72 0,23 6,38 150 21,9
Química das águas 
naturais
EH
Diagramas pE (ou EH) x pH.
São diagramas que predizem, em função 
do pE e do pH, qual a forma dominante de 
uma espécie química inorgânica.
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Química das águas naturais
EH
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Química das águas 
naturais
EH
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Química das águas 
naturais
Fenômenos ácido-base controlam a
concentração das substâncias inorgânicas
na água, e o pE influência a forma dela.
Potencial redox influi na concentração de
substancias orgânicas.
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Química das águas 
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• Qual forma predominante de Fe em uma água 
com EH de 400 mV e pH 8,30 ?
• E de As nas mesmas condições?
• Calcule a saturação de OD nas seguintes 
condições;
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Temperatura Altitude (mm Hg) OD (mg L-1)
20,0 690 7,23
13,0 250 6,58
12,0 554 9,21
19,0 725 9,32
Zona limpa
Zona 
de
decomposição
Zona 
séptica 
Zona
de
recuperação
Zona limpa
Água limpa
(truta, perca, labro,
mosca-de-pedra)
Peixe sem 
alto valor 
comercial
(tilápia, 
carpa, 
peixes-
agulha,
sangussu
gas)
Ausência de 
Peixes
(fungos, 
bactérias, 
vermes de 
esgoto e 
bactérias 
anaeróbicas)8 ppm
Oxigênio
Dissolvido
(ppm)
DBO
8 ppm
Tipos de
organismos
Poluição em corpos d´ água
Livro: Ciência Ambiental - G Tyler Jr Miller , 2007
Peixe sem 
alto valor 
comercial
(tilápia,
carpa, 
peixes-
agulha,
sangussu
gas)
Água limpa
(truta, perca, labro,
mosca-de-pedra)
indústrias
Cidades
Expansão urbana
Canteiros de obras
Fazendas
Zona com alto O2 dissolvidoOD)
Sedimentos 
tóxicos
Bancos de moluscos
Praia
Depleção de OD
Poluição de águas costeiras
Zona com falta de O2 dissolvido (OD)
Marés vermelhas 
(emissários)
Livro: Ciência Ambiental - G Tyler Jr Miller , 2007
Escoamento
de 
mineração
Poço de 
bombeamento
Lagoa de resíduos
Derramamentos 
acidentais
Fluxo de 
água 
subterrânea
Aquifero 
confinado
Descarga
Vazamentos
Poço de 
injeção de 
resíduos 
tóxicos
Pesticidas e 
fertilizantes
Postos de Gasolina
Cano de 
esgoto
Fossa 
sétpica
aterro
Ar poluído
Poluição de águas subterrâneas
Livro: Ciência Ambiental - G Tyler Jr Miller , 2007
Química das águas 
naturais
• Howard, A.G. Aquatic Environmental Chemistry. Oxford Science Public. 1998
• Manahan, S. E. Química Ambiental. Bookmam. 2013.
• Baird, C. & Cann, M. Química Ambiental. Bookman. 2012.
• National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. Atlas of Eh-
pH diagrams. Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey
of Japan. 2005. https://www.gsj.jp/data/openfile/no0419/openfile419e.pdf
• Fiorucci, A. R. & Benedetti Filho, E. A importância do Oxigênio Dissolvido 
em Ecossistemas Aquáticos.Química Nova na Escola. n.22, p.10-15.2005.
• Camargo, F.A.O., Santos, G.A., Zonta, Everaldo. Alterações eletroquímicas 
em solos inundados. Ciência Rural, v. 29, n.1, p.171-180, 1999.
• CETESB. Significado ambiental e sanitário das variáveis de qualidade das 
águas e dos sedimentos e metodologias analíticas e de amostragem. in
qualidade das águas interiores no estado de são paulo. Apêndice A. 2008.
Química Ambiental e Engenharia 
de Controle de Poluição
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Química das águas 
naturais
• Middlecamp C. H. Química para um futuro sustentável. Bookman 
trad.Alencastro R. 2016
• Lenzi, E., Favero, L. O. B, Luchese, E. B. Introdução á Química da água. 
LTC. 2012.
• Miller Jr, G. T. Ciência Ambiental. Cengage Learning. 2011.
• Licht, O.A.B. Prospecção geoquímica: princípios, técnicas e métodos. 
CPRM: Rio de Janeiro, 1998. 
• APHA, AWWA, WEF. Standard Methods of Water and Wastewater edição 
eletrônica.
• SMA – Secretaria do meio Ambiente – A água ao olhar da história. 1999. 
São Paulo. SMA.254p.
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