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2 SUMÁRIO: CARTA AO ALUNO ........................................................................................... 3 INTRODUÇÃO ................................................................................................... 4 1. QUALIDADE DA ÁGUA .............................................................................. 6 1.1. Ciclo Hidrológico................................................................................. 7 1.2. Indicadores Físico-Químicos E Biológicos De Qualidade Da Água 9 1.3. Técnicas de Análise de Contaminantes .......................................... 17 2. TRATAMENTOS DE ÁGUA E EFLUENTES ............................................ 33 2.1. Água ................................................................................................... 33 2.2. Esgoto ................................................................................................ 34 3. NORMAS TÉCNICAS ................................................................................ 37 4. LEGISLAÇÃO AMBIENTAL ..................................................................... 38 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 41 3 CARTA AO ALUNO Caro aluno, Seja bem-vindo à disciplina de Química Ambiental e Sanitária, mais uma etapa do curso de pós-graduação. Essa fase de vida requer grande dedicação, mas nos traz crescimento e muito conhecimento. Parabéns pelo esforço feito até aqui! Pronto para continuar? A disciplina de Química Ambiental e Sanitária tem como objetivo apresentar os fundamentos, conceitos e cenários da química aplicada no saneamento, para que você, aluno, pense, questione absorva conhecimentos da Ciência. Teremos uma exploração dos tratamentos de efluentes e os parâmetros a serem observados para que a qualidade da água seja alcançada. Para isso, é importante que você já tenha entendimento sólido de matéria e energia, elementos químicos e a tabela periódica e utilização de normas técnicas. Vamos trabalhar com muitos exemplos e exercícios resolvidos e indicações de materiais complementares ao estudo. Não deixe de consultá-los. Estaremos juntos durante nosso curso nas tutorias e esclarecimento de dúvidas. Bons estudos! 4 INTRODUÇÃO A água é um dos constituintes mais importantes do planeta Terra, já que apenas 29,3% da superfície de nosso planeta é terra e o restante (70,7 %) é recoberto por água. Todos os seres vivos dependem incondicionalmente de um suprimento de água. As reações bioquímicas de cada célula viva ocorrem em solução aquosa. A água é o meio de transporte para os nutrientes que a célula necessita e para os resíduos que excreta. Se não houvesse água, não existiria vida na terra. A água pura (H2O) é um líquido formado por moléculas de hidrogênio e oxigênio. Na natureza, ela é composta por gases como oxigênio, dióxido de carbono e nitrogênio, dissolvidos entre as moléculas de água. Também fazem parte desta solução líquida sais dissolvidos, como nitratos, cloretos e carbonatos. Além disso, elementos sólidos como poeira e areia também podem ser carregados em suspensão. Outras substâncias químicas dão cor e gosto à água. Alguns íons, como os carbonatos, podem alterar o pH da água tornando- o ácido. A temperatura da água varia de acordo com a profundidade e com o local onde a água é encontrada, sendo um fator que influencia no comportamento químico. A água pode ser encontrada em três estados físicos: sólido (gelo), gasoso (vapor) e líquido. Muitos são os parâmetros e as características que especificam a água. A partir deles, temos os valores adequados para classifica-la quanto a sua qualidade. A qualidade dependerá do uso para qual a água se destina. A água é utilizada pelo homem com diversas finalidades que vão desde a água para beber até a água empregada na diluição e transporte de despejos. Os usos da água, se por um lado, demandam qualidades diferentes, por outro lado, muitas vezes alteram a qualidade das fontes de água existentes (ESGOTAMENTO SANITÁRIO, 2007). A água tem muitos usos, os principais são: - Abastecimento doméstico; - Abastecimento indústria; - Recreação e lazer; 5 - Irrigação; - Geração de energia elétrica; - Pesca; - Navegação. - Preservação da flora e da fauna. -Paisagismo e manutenção da umidade do ar. - Dessedentação de animais. - Criação de espécies. - Diluição e transporte de despejos. Quando o uso pelo homem altera de forma a tornar a água imprópria para um determinado uso, considera-se água como poluída. Um exemplo disso é a utilização da água para abastecimento doméstico. Esta água quando utilizada para a realização das nossas atividades diárias sofre alterações nas suas características, vindo a constituir-se em um despejo líquido (esgotos). Caso esses esgotos sejam lançados sem tratamento em um curso d’água provocará a poluição do mesmo, podendo causar prejuízos a outros usos que dele são feitos (ESGOTAMENTO SANITÁRIO, 2007). Rios e lagos possuem uma capacidade natural de diluir os efluentes, conhecida como autodepuração. Quando não é possível acontecer essa autodepuração, ocorre a poluição hídrica, caracterizada por alterações estéticas que comprometem o ecossistema aquático quanto ao fornecimento de água potável e alimento (PEREIRA e BRITO, 2012). A seguir vamos iniciar nossa disciplina com os conceitos de classificação e qualidade de água a partir do que define a legislação brasileira. Veremos quais os parâmetros a serem avaliados para a qualificação da água, conforme seu uso previsto e as técnicas para análise desses parâmetros. Para finalizarmos, veremos os métodos de tratamento empregados para tornar um efluente próprio para consumo. 6 1. QUALIDADE DA ÁGUA No Brasil, os critérios de qualidade dos recursos hídricos são descritos pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA). Infelizmente, a primeira resolução sobre qualidade de recursos hídricos no Brasil só surgiu em 1986 (Resolução CONAMA nº20). Quase 20 anos depois, em 2005, essa resolução foi alterada pela Resolução nº 357, que está vigente. Essa resolução estabelece a classificação e os critérios de qualidade para águas superficiais e estabelece os limites máximos para lançamento de efluentes em mananciais. Além disso, existe a Resolução CONAMA nº 274 de 2000, que trata dos padrões de balneabilidade e a Resolução CONAMA nº 396 de 2008 que estabelece os critérios de qualidade para águas subterrâneas. Os critérios de qualidade estabelecidos na Resolução nº 357 são baseados no uso que a água terá. Por exemplo, a qualidade exigida para uma água utilizada para abastecimento doméstico é muito diferente da qualidade exigida para navegação (NASCENTES e COSTA, 2011). PARA SABER MAIS ACESSE O MATERIAL ABAIXO: - Legislação Ambiental Básica - MMA [http://www.mma.gov.br/estruturas/secex_c onjur/_arquivos/108_12082008084425.pdf] Mas de onde vieram os termos “águas superficiais e águas subterrâneas”? 7 1.1. Ciclo Hidrológico O ciclo hidrológico, ou ciclo da água (Figura 1), é o movimento contínuo da água presente nos oceanos, continentes (superfície, solo e rocha) e na atmosfera. Esse movimento é alimentado pela força da gravidade e pela energia do Sol, que provocam a evaporação das águas dos oceanos e dos continentes. Na atmosfera, forma as nuvens que, quando carregadas, provocam precipitações, na forma de chuva, granizo, orvalho e neve. Nos continentes, a água precipitada pode seguir os diferentes caminhos (MMA): - Infiltra e percola (passagem lenta de um líquido através de um meio) no solo ou nas rochas, podendo formar aquíferos, ressurgir na superfície na forma de nascentes, fontes, pântanos, ou alimentar rios e lagos. - Flui lentamente entre as partículas e espaços vaziosdos solos e das rochas, podendo ficar armazenada por um período muito variável, formando os aquíferos. - Escoa sobre a superfície, nos casos em que a precipitação é maior do que a capacidade de absorção do solo. - Evapora retornando à atmosfera. Em adição a essa evaporação da água dos solos, rios e lagos, uma parte da água é absorvida pelas plantas. Essas, por sua vez, liberam a água para a atmosfera através da transpiração. A esse conjunto, evaporação mais transpiração, dá-se o nome de evapotranspiração. - Congela formando as camadas de gelo nos cumes de montanha e geleiras. 8 Figura 1 Ciclo hidrológico. (Adaptado de Árvore, ser tecnológico) Apesar das denominações água superficial, subterrânea e atmosférica, é importante salientar que, na realidade, a água é uma só e está sempre mudando de condição. A água que precipita na forma de chuva, neve ou granizo, já esteve no subsolo, em icebergs e passou pelos rios e oceanos. A água está sempre em movimento; é graças a isto que ocorrem a chuva, a neve, os rios, lagos, oceanos, as nuvens e as águas subterrâneas (ESGOTAMENTO SANITÁRIO, 2007; PEREIRA e BRITO, 2012). ACESSE O MATERIAL ABAIXO Ciclo da Água - ANA [https://goo.gl/2FDU25] 9 1.2. Indicadores Físico-Químicos E Biológicos De Qualidade Da Água Existem diversos parâmetros que caracterizam a qualidade da água, os quais representam as suas características físicas, químicas e biológicas, chamado de indicadores físico-químicos e biológicos da água. Tais indicadores devem estar em acordo com o disposto da Portaria nº 518/GM de 25.04.2004 (NASCENTES e COSTA, 2011; PEREIRA e BRITO, 2012). a) Indicadores físicos - Temperatura – está relacionada à medida da intensidade de calor; é um parâmetro importante, pois está diretamente ligado a algumas propriedades da água, como densidade, viscosidade e oxigênio dissolvido. Alterações neste parâmetro configuram a poluição térmica. - Sabor e odor – estão relacionados a presença de poluentes industriais, a decomposição da matéria orgânica, a presença de algas, etc. Águas com sabor e odor são impróprias para consumo humano. - Cor – está relacionado a presença da existência de substâncias em solução, na maioria matéria orgânica. O aumento deste parâmetro pode deixar o uso impróprio para consumo, podendo manchar roupas, e estar inadequado para indústrias têxteis e de bebidas. - Turbidez – é propriedade de desviar raios luminosos decorrentes da presença de matéria em suspensão na água (como argila e silte) divididas em organismos microscópicos ou em estado coloidal. A turbidez prejudica a realização da fotossíntese das algas. - Condutividade elétrica - determinada pela presença de substâncias dissolvidas que se dissociam em ânions e cátions e pela temperatura. As principais fontes dos sais de origem antropogênica: descargas industriais de sais, consumo de sal em residências e no comércio, excreções (homens e animais). A condutância específica fornece uma boa indicação das modificações na composição de uma água, especialmente na sua concentração mineral. - Sólidos - Todas as impurezas da água, (com exceção dos gases dissolvidos) contribuem para a carga de sólidos, os quais são classificados de 10 acordo com seu tamanho e características químicas. A unidade de medição normal para o teor em sólidos não dissolvidos é o peso dos sólidos filtráveis, expresso em mg/L. Os sólidos filtráveis encontram-se como: sólidos turvos, sólidos flutuantes (são determinados, através de aparelhos adequados), sólidos sedimentáveis e sólidos não sedimentáveis b) Indicadores químicos - pH (potencial hidrogeniônico) – pH baixo, a água corrosiva; pH alto, forma incrustações nas tubulações. O pH da água geralmente é pela introdução de resíduos. Na vida aquática o pH ideal é na faixa de 6 a 9. - Salinidade – formados pelos bicarbonatos, cloretos, sulfatos. Confere a água sabor salino e o alto teor de cloreto pode indicar a poluição por esgotos domésticos. - Alcalinidade – é decorrente da presença de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos e sais alcalinos como o sódio e o cálcio. A presença destas substâncias proporciona sabor desagradável à água, influenciando os processos de tratamento da água. - Dureza – característica resultante da presença de sais alcalinos terrosos (cálcio, magnésio, etc.), e outros metais de menor intensidade. Provoca sabor desagradável e efeitos laxativos, quando em teores elevados; causa a extinção da espuma do sabão; provoca incrustações nas tubulações de água quente, caldeiras, radiadores de automóveis, hidrômetro, etc. - Ferro e manganês – são oriundos da dissolução de compostos do solo ou de despejos industriais. Causam manchas nas roupas durante a lavagem, além de mancharem os aparelhos sanitários e causam maus odores, coloração à água e obstruem as canalizações. - Fósforo, nitrogênio e cloretos – o fósforo e nitrogênio podem ocasionar um exagerado desenvolvimento de algas provocando fenômeno chamado de eutrofização; o cloreto confere sabor salgado à água ou propriedades laxativas. Um aumento no teor de cloretos na água é indicador de uma possível poluição por esgotos (através de excreção de cloreto pela urina) ou por despejos industriais, e acelera os processos de corrosão em tubulações de aço e de alumínio, além de alterar o sabor da água. 11 - Nitrogênio Amoniacal (amônia) - substância tóxica não persistente e não cumulativa. Sua concentração, que normalmente é baixa, não causa nenhum dano fisiológico aos seres humanos e animais. Grandes quantidades de amônia podem causar sufocamento de peixes. A concentração total de Nitrogênio é altamente importante considerando-se os aspectos tópicos do corpo d'água. - Nitrato - principal forma de nitrogênio encontrada nas águas. Concentrações de nitratos superiores a 5 mg/L demonstram condições sanitárias inadequadas, pois as principais fontes são dejetos humanos e animais. Também causam eutrofização. - Nitrito - forma química do nitrogênio normalmente encontrada em quantidades diminutas nas águas superficiais, pois o nitrito é instável na presença do oxigênio, ocorrendo como uma forma intermediária. O íon nitrito pode ser utilizado pelas plantas como uma fonte de nitrogênio. A presença de nitritos em água indica processos biológicos ativos influenciados por poluição orgânica. - Compostos tóxicos – alguns componentes inorgânicos como o arsênio, cádmio, cromo, chumbo, mercúrio, prata, cobre, zinco e os cianetos, quando presentes na água, a tornam tóxicas através de despejos industriais ou a partir das atividades agrícolas, de garimpo e de mineração. - Fenóis – são compostos orgânicos oriundos, nos corpos d'água, principalmente dos despejos industriais. São tóxicos aos organismos aquáticos em concentrações bastante baixas, e afetam o sabor dos peixes e a aceitabilidade das águas. O contato com a pele provoca lesões irritativas e após ingestão podem ocorrer lesões cáusticas na boca, faringe, esôfago e estômago, manifestadas por dores intensas, náuseas, vômitos e diarreias, podendo ser fatal. Após absorção, tem ação lesiva sobre o sistema nervoso podendo ocasionar cefaleia, paralisias, tremores, convulsões e coma. - Componentes orgânicos – os agrotóxicos e alguns tipos de detergentes na presença da água são resistentes à degradação biológica, acumulando-se na cadeia alimentar, o que provoca a mortalidade de peixes e prejuízos ao abastecimento público. - Cianetos (CI) - são os sais do HCN podendo ocorrer na água em forma de ânion (CN-) ou de cianeto de hidrogênio (HCN). Em valores neutros de pH prevalece o cianeto de hidrogênio. Cianetos são muito tóxicos para 12 microorganismos. Uma diferenciação analítica entre cianetos livres e complexos é imprescindível, visto que a toxicidade do cianeto livre é muito maior. - Demanda Bioquímicade Oxigênio (DBO) - é definida como quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica biodegradável sob condições aeróbicas. Um período de 5 dias numa temperatura de incubação de 20º C é frequentemente usado e referido como DBO5,20. Os maiores aumentos em termos de DBO, num corpo d'água, são provocados por despejos de origem predominantemente orgânica. A presença de um alto teor de matéria orgânica pode induzir à completa extinção do oxigênio na água, provocando o desaparecimento de peixes e outras formas de vida aquática, além de produzir sabores e odores desagradáveis e, ainda, obstruir os filtros de areia utilizados nas estações de tratamento de água. - Demanda Química de Oxigênio (DQO) - é a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica através de um agente químico. Os valores da DQO normalmente são maiores que os da DBO, sendo o teste realizado num prazo menor e em primeiro lugar, orientando o teste da DBO. A análise da DQO é útil para detectar a presença de substâncias resistentes à degradação biológica. O aumento da concentração da DQO num corpo d'água se deve principalmente a despejos de origem industrial. - Oxigênio Dissolvido (OD) - é essencial para a manutenção de processos de autodepuração em sistemas aquáticos naturais e estações de tratamento de esgotos. Durante a estabilização da matéria orgânica, as bactérias fazem uso do oxigênio nos seus processos respiratórios, podendo vir a causar uma redução de sua concentração no meio. Através da medição do teor de oxigênio dissolvido os efeitos de resíduos oxidáveis sobre águas receptoras e a eficiência do tratamento dos esgotos, durante a oxidação bioquímica, podem ser avaliados. - Óleos e Graxas - são substâncias orgânicas de origem mineral, vegetal ou animal. Estas substâncias geralmente são hidrocarbonetos, gorduras, ésteres, entre outros. São raramente encontrados em águas naturais, normalmente oriundos de despejos e resíduos industriais, esgotos domésticos, efluentes de oficinas mecânicas, postos de gasolina, estradas e vias públicas. Os despejos de origem industrial são os que mais contribuem para o aumento de matérias graxas nos corpos d’água, dentre eles, destacam-se os de refinarias, frigoríficos e indústrias de sabão. A pequena solubilidade dos óleos e graxas constitui um 13 fator negativo no que se refere à sua degradação em unidades de tratamento de despejos por processos biológicos e, quando presentes em mananciais utilizados para abastecimento público, causam problemas no tratamento de água. - Sulfetos - são combinações de metais, não metais, complexos e radicais orgânicos, ou são os sais e ésteres do ácido sulfídrico (H2S), respectivamente. A maioria dos sulfetos metálicos de uso comercial é de origem vulcânica. Sulfetos metálicos têm importante papel na química analítica para a identificação de metais. Sulfetos inorgânicos encontram aplicações como pigmentos e substâncias luminescentes. Sulfetos orgânicos e disulfetos são amplamente distribuídos nos reinos animal e vegetal. Os íons de sulfeto presentes na água podem precipitar na forma de sulfetos metálicos em condições anaeróbicas e na presença de determinados íons metálicos. - Surfactantes - As substâncias tensoativas reduzem a tensão superficial da água, pois possuem em sua molécula uma parte solúvel e outra não solúvel na água. A constituição dos detergentes sintéticos tem como princípio ativo o denominado “surfactante” e algumas substâncias denominadas de coadjuvantes, como o fosfato. O principal inconveniente dos detergentes na água se relaciona aos fatores estéticos, devido à formação de espumas em ambientes aeróbios. (Fuvest-1999) Um rio nasce numa região não poluída, atravessa uma cidade com atividades industriais, onde recebe esgoto e outros efluentes, e desemboca no mar após percorrer regiões não poluidoras. Qual dos gráficos mostra o que acontece com a concentração de oxigênio (O2) dissolvido na água, em função da distância percorrida desde a nascente? Considere que o teor de oxigênio no ar e a temperatura sejam praticamente constantes em todo o percurso. ? Exercício Relâmpago 14 Resposta B c) Indicadores biológicos - Algas – são importantes para o equilíbrio do meio aquático e por liberarem o oxigênio presente na água (produzido pela fotossíntese). Ainda podem ser responsáveis pela eutrofização e a formação de grande massa orgânica, o que leva a formação de quantidade excessiva de lodo, trazendo alguns inconvenientes: sabor, odor, toxidez, turbidez e cor. Isso provoca o entupimento de filtros de areia em estações de tratamento de água e a corrosão de estruturas de ferro e de concreto. - Microrganismos patogênicos – podem ser bactérias, vírus e protozoários e geralmente estão presentes nos dejetos de pessoas doente. As bactérias usadas como indicadores de poluição de água são os coliformes fecais, microrganismos patogênicos na água. Os coliformes fecais existem nas fezes humanas apresentam um grau de resistência ao meio, além de serem causadores de doenças. Além dos parâmetros de qualidade descritos, os ensaios de toxicidade complementam a metodologia tradicionalmente adotada. Os ensaios de 15 toxicidade consistem na determinação do potencial tóxico de um agente químico ou de uma mistura complexa, sendo os efeitos desses poluentes detectados através da resposta de organismos vivos. O organismo aquático utilizado é o microcrustáceo Ceriodaphnia dubia. São utilizadas as denominações Agudo, Crônico e Não Tóxico, para eventuais descrições dos efeitos deletérios sobre os organismos aquáticos. - Agudo - resposta severa e rápida a um estímulo, a qual se manifesta nos organismos aquáticos em tempos relativamente curtos (0 a 96 horas), sendo o efeito morte o mais observado. - Crônico - resposta a um estímulo que continua por longos períodos de exposição do organismo ao poluente, que pode ser expressa através de mudanças comportamentais, alterações fisiológicas, genéticas e de reprodução, etc. Eutrofização é o fenômeno causado pelo excesso de nutrientes, ricos em fósforo e nitrogênio (Figura 2), quando o acúmulo de efluentes despejados ocorre nos corpos d’água. Há a redução do oxigênio e a consequente morte dos peixes, além da inutilização do recurso para banho e atividades recreativas. Isso ocasiona a proliferação excessiva de algas que, ao entrarem em decomposição, aumentam consequentemente o número de microrganismos, deteriorando a qualidade do corpo de água (ESGOTAMENTO SANITÁRIO, 2007; PEREIRA e BRITO, 2012). E o que é eutrofização? 16 Figura 2 Eutrofização (Água sua linda, 2018) Embora o processo de eutrofização possa ocorrer de forma natural, a ação do homem - com o despejo inadequado de poluentes em rios e lagos - é uma de suas principais causas. Neste caso, o fenômeno é denominado “eutrofização cultural”, ou seja, desencadeado por intervenção humana. PARA SABER MAIS ACESSE O MATERIAL ABAIXO: Artigos sobre testes de toxicidade [https://goo.gl/fU2PQX] [https://goo.gl/rNFLBA] 17 (SAMAE – 2017) A eutrofização é o processo que ocorre nos ambientes aquáticos e é caracterizada pela entrada excessiva de nutrientes, o que acarreta aumento do desenvolvimento excessivo de algas. Entre esses nutrientes, estão: A) Potássio e carbono. B) Enxofre e metano. C) Chumbo e ferro. D) Potássio e metano. E) Fósforo e nitrogênio. 1.3. Técnicas de Análise de Contaminantes Vimos na seção anterior os parâmetros físicos, químicos e biológicos que não características à água. Nesta seção veremos as técnicas de análise para qualificação e quantificação dos contaminantes e parâmetros de importância para a potabilidade e consumo humano. Essas análises são de fundamental importânciavisto que norteiam os tratamentos dos efluentes e de águas residuais que devem ser feitos. Nas tabelas a seguir são apresentados os parâmetros de potabilidade e aceitação para consumo humano, de acordo com a Resolução do CONAMA nº357/2005 (BRASIL, 2005). ? Exercício Relâmpago 18 Tabela 1 Parâmetros de potabilidade, em valores máximos permitidos Fonte: Brasil (2005) Tabela 2 Padrão de aceitação para consumo humano em valores máximo permitidos Fonte: Brasil (2005) Parâmetro Quantidade permitida (mg/L) Antimônio 0,005 Arsênio 0,01 Bário 0,7 Cádmio 0,005 Cianeto 0,07 Chumbo 0,01 Cobre 2 Cromo 0,05 Fluoreto 1,5 Mercúrio 0,001 Nitrato (como N) 10 Nitrito (como N) 1 Selênio 0,01 Parâmetro Quantidade permitida Alumínio 0,2 mg/L Amônia (NH3) 1,5 mg/L Cloreto 250 mg/L Cor aparente 15 uH Dureza 500 mg/L Ferro 0,3 mg/L Manganês 0,1 mg/L pH 6,5 - 9,5 Sódio 200 mg/L Sólidos dissolvidos totais 1000 mg / L Sulfato 250 mg/L Sulfeto de hidrogênio 0,05 mg/L Turbidez 5 UT Zinco 5 mg/L 19 De acordo com o objetivo da análise, uma técnica é escolhida para caracterizar um determinado contaminante, considerando fatores como precisão, acuracidade, sensibilidade, repetibilidade, segurança e custo do método. Por isso, a seleção do método de análise é vital para a solução de um problema analítico. Os métodos analíticos podem ser divididos em: - Físicos - fazem uso de uma ou mais propriedades físicas dos analitos para separação e/ou quantificação (espectroscopia, espectrometria, turbidimetria, etc.); - Químicos - fazem uso de transformações químicas como base primária de separação e quantificação (titulometria, volumetria, gravimetria, combustão, etc.); - Eletroquímicos - são baseados em medidas de voltagens ou fluxos de correntes que são associadas com transformações químicas (potenciometria, condutometria, etc.); - Cromatografia gasosa e líquida - técnica de separação que usa métodos químicos e físicos para detecção e quantificação. Muitas vezes, técnicas diferentes podem ser utilizadas para obter resultados para determinado parâmetro. Para a análise de cátions e ânions, por exemplo, são disponíveis técnicas analíticas como a espectrometria de emissão atômica e a cromatografia iônica. - Análise de pH Praticamente todas as fases do tratamento de água e de efluentes, processos de neutralização, precipitação, coagulação, desinfecção e controle de corrosão dependem do valor do pH, que é utilizado na determinação de alcalinidade e do CO2 e no equilíbrio ácido-base. As águas naturais, frequentemente, possuem pH na faixa de 4 a 9, e a maioria é ligeiramente básica, devido à presença de bicarbonatos e carbonatos dos metais alcalinos e alcalinos terrosos. O método potenciométrico é o mais utilizado na determinação de pH (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Alcalinidade A alcalinidade é a medida da capacidade que a água tem de neutralizar ácidos, isto é, a quantidade de substâncias na água que atuam como tampão. É 20 a soma de todas as bases tituláveis. Esta capacidade é devido à presença de bases fortes, de bases fracas e de sais de ácidos fracos. A alcalinidade total em amostras de água é determinada por volumetria e expressa em mg L-1 de CaCO3. Em águas naturais, as medidas de pH e da alcalinidade têm grande importância para o estudo de produtividade biológica, pois condicionam basicamente os demais processos físico-químicos em um corpo d’água, afetando a atividade biológica dos organismos aquáticos. Em águas de abastecimento e águas residuárias, as medidas de alcalinidade são utilizadas na interpretação e no controle de processos de tratamento (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Oxigênio Dissolvido (OD) É um componente essencial para o metabolismo dos microrganismos aeróbicos presentes em águas naturais, sendo indispensável para os seres vivos, especialmente os peixes, os quais geralmente não resistem a concentrações de OD na água inferiores a 4,0 mg L-1. Em temperatura ambiente, a água em contato com o ar fica geralmente saturada com oxigênio. O OD pode ser acrescido pelo O2 produzido pelas plantas aquáticas durante a fotossíntese. Um decréscimo no OD da água superficial pode ocorrer quando a temperatura das águas se eleva ou quando ocorre eutrofização do corpo hídrico. Para a determinação da concentração de OD em água, são utilizados métodos volumétricos ou potenciométricos, e a escolha por um deles depende de fatores como interferentes presentes na água e/ou da precisão desejada. O método iodométrico de Winkler (e suas modificações) é um procedimento volumétrico baseado na propriedade oxidante do OD. Também existem equipamentos que fazem medida direta da concentração de OD (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Condutividade Elétrica A condutividade elétrica se refere à capacidade que uma solução aquosa possui em conduzir corrente elétrica. Esta capacidade depende basicamente da presença de íons, da concentração total, mobilidade, valência, concentrações relativas e medidas de temperatura. Soluções da maior parte dos ácidos, bases e sais inorgânicos são relativamente boas condutoras. Já as moléculas de compostos orgânicos que não dissociam em solução aquosa, em sua maioria, 21 conduzem pouca corrente elétrica. A condutividade é medida por condutivímetro e é expressa em µS cm-1 ou mS cm-1. As aplicações práticas para a tomada da medida da condutividade são: indicação do grau de mineralização da água e indicação rápida de variações nas concentrações de minerais dissolvidos (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Sólidos totais dissolvidos (STD) Sólidos totais dissolvidos (STD) é a soma de todos os constituintes químicos dissolvidos na água. Mede a concentração de substâncias iônicas e é expressa em mg L-1. A principal aplicação da determinação dos STD é de qualidade estética da água potável e como um indicador agregado da presença de produtos químicos contaminantes. As fontes primárias de STD em águas receptoras são agrícolas e residenciais, de lixiviados de contaminação do solo e de fontes pontuais de descarga de poluição das águas industriais ou estações de tratamento de esgoto. As substâncias dissolvidas podem conter íons orgânicos e íons inorgânicos (como o carbonato, bicarbonato, cloreto, sulfato, fosfato, nitrato, cálcio, magnésio e sódio) que em concentrações elevadas podem ser prejudiciais à vida aquática. Uma das formas de estimar a STD é através da conversão da medida de condutividade elétrica. Para converter a condutividade elétrica da amostra em concentração aproximada de sólidos totais dissolvidos, o valor de CE é multiplicado por um fator de conversão, que depende da composição química da STD e pode variar entre 0,54 e 0,96. A maioria dos instrumentos multiparâmetros que possuem medidor de condutividade fazem essa conversão. Uma vez que a condutividade varia com a temperatura, os instrumentos contêm circuitos que a compensam automaticamente para corrigir as leituras com um padrão de 25 °C. O limite máximo permitido de STD na água para consumo humano é de 1.000 mg L-1(PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Turbidez A turbidez é uma expressão da propriedade óptica que faz com que a luz seja espalhada e absorvida e não transmitida em linha reta através da amostra. A turbidez na água é causada por materiais em suspensão, tais como: argila, silte, matéria orgânica e inorgânica finamente dividida, compostos orgânicos 22 solúveis coloridos, plâncton e outros organismos microscópicos. A clareza de um corpo d’água natural é um dos principais determinantes da sua condição e produtividade. A turbidez também é um parâmetro que indica a qualidade estética das águas para abastecimento público. É medida por turbidímetro e é expressa em NTU (unidade nefelométrica) (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Carbono OrgânicoTotal (COT) O carbono da matéria orgânica presente na água pode ser quantificado diretamente como carbono orgânico total (COT) ou indiretamente como demanda biológica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), turbidez e cor. O COT é obtido pela oxidação do carbono, portanto, é uma medida direta da diversidade de compostos orgânicos em vários estados de oxidação em uma amostra de água. Por isso, é um bom indicador de qualidade de água. O COT pode ser dividido nas seguintes frações (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011): • Carbono orgânico dissolvido (COD) – fração do COT que atravessa um filtro com diâmetro de poro de 0,45 μm. • Carbono orgânico não dissolvido (COND) – também conhecido como carbono orgânico em suspensão, refere-se à fração do COT retida em um fltro de 0,45 μm. • Carbono orgânico volátil (COV) – a fração do COT extraído de uma solução aquosa por eliminação de gases sob condições específicas. • Carbono orgânico não volátil (CONV) – a fração do COT não extraído por eliminação de gases. Os métodos de determinação do COT mais empregados são: 1) oxidação química (demanda química de oxigênio); 2) oxidação com luz ultravioleta; 3) combustão de amostra seca; e 4) oxidação catalítica a alta temperatura.Todos os métodos têm em comum o fato de que o carbono é convertido a CO2, e, então, medido direta ou indiretamente por procedimentos diferentes, como por exemplo, espectrofotometria do infravermelho, titulação de oxirredução, condutividade térmica e condutometria. O carbono inorgânico é removido por acidificação e purga, ou é determinado separadamente. Alguns dos compostos 23 de carbono listados acima podem ser submetidos a uma oxidação posterior por processos químicos ou biológicos, onde a DBO e a DQO podem ser utilizadas para caracterizar essas frações. A determinação de COT pode ser um grande aliado às determinações de DBO e DQO, mas não substitui essas análises (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Demanda Biológica e Demanda Química de Oxigênio (DBO e DQO) A demanda biológica de oxigênio (DBO) e a demanda química de oxigênio (DQO) são parâmetros utilizados para identificar a presença de matéria orgânica na água. Ambos indicam o consumo ou a demanda de oxigênio necessária para estabilizar a matéria orgânica presente na água, sendo a DBO definida como a quantidade de oxigênio necessária para a oxidação bioquímica enquanto a DQO corresponde à oxidação química. Ambos são expressos em mg L-1. A DBO é um bio-ensaio que indica o consumo de oxigênio por organismos vivos (principalmente bactérias) enquanto utilizam a matéria orgânica, em condições similares àquelas que ocorrem na natureza. A amostra é preparada em garrafas específicas para DBO, as quais são incubadas por 5 dias a 20 ºC, na ausência da luz. A concentração de oxigênio é determinada através de técnica química ou eletroquímica no início e no final do período de incubação. A diferença é utilizada para o cálculo da DBO considerando o fator de diluição (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). Causará DQO a amostra que contiver compostos orgânicos e/ou inorgânicos passíveis de oxidação por um oxidante forte, como o dicromato de potássio (K2Cr2O7) em meio ácido (H2SO4), em refluxo por duas horas. Orgânicos na água são oxidados para CO2, e o íon dicromato (Cr2O7-) é reduzido a Cr-3, um íon com forte absorção a 585 nanômetros. O método é capaz de medir níveis de DQO entre 10 e 100 mg L-1. A oxidação da matéria orgânica determinada pela DQO e pela DBO difere qualitativamente e quantitativamente, então, não é possível estabelecer relações fixas entre ambos os processos. Se a amostra é constituída de compostos que são oxidados por ambos, a DQO pode substituir a DBO ou a DQO pode indicar a diluição necessária para análise da DBO. Se a amostra é caracterizada pela predominância de material oxidável quimicamente, porém não bioquimicamente, a DQO será maior que a DBO. Por outro lado, águas 24 residuais de destilarias e refinarias têm alta DBO e baixa DQO (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Fósforo total (Ptotal) e fosfatos (P-PO4-) O fósforo é essencial para o crescimento dos organismos, podendo ser o nutriente que limita a produtividade de um corpo d´água. A presença do fósforo na água pode estar relacionada a processos naturais, como dissolução de rochas, carreamento de solo, decomposição de matéria orgânica, e a processos antropogênicos, como lançamento de esgotos, detergentes, fertilizantes e pesticidas. O fósforo pode ser encontrado na forma orgânica (matéria orgânica dissolvida e particulada na biomassa) e inorgânica (fração solúvel representada pelos sais dissolvidos de fósforo e fração insolúvel formada por minerais de difícil solubilização, como o fosfato de cálcio). A forma mais comum são os fosfatos solúveis, classificados em ortofosfatos, fosfatos orgânicos e fosfatos condensados (pirometafosfatos e outros polifosfatos) (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). Os ortofosfatos representados pelos radicais PO43-, HPO42-, H2PO4- se combinam com cátions formando sais inorgânicos nas águas. Os fosfatos condensados não são importantes no controle de qualidade das águas naturais, porque sofrem hidrólise, convertendo-se rapidamente em ortofosfatos. A principal fonte de fósforo em águas residuais são os detergentes fosfatados empregados no uso doméstico em larga escala (15,5% de P2O5). A descarga de fosfatos provenientes de esgoto bruto ou tratado, drenagem agrícola, ou de determinados resíduos industriais podem estimular o crescimento de micro e macro organismos aquáticos fotossintéticos em grandes quantidades, desencadeando processos de eutrofização (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). Série nitrogenada O ciclo do nitrogênio conta com a intensa participação de bactérias no processo de nitrificação, oxidação de amônio a nitrito e de nitrito a nitrato, e de denitrificação, redução de nitrato a óxido nitroso (N2O) e nitrogênio molecular. No meio aquático o nitrogênio pode ser encontrado sob diferentes formas: nitrogênio molecular, nitrogênio orgânico, nitrato, nitrito e amônio. 25 O nitrogênio molecular N2 é um gás biologicamente não-utilizável pela maioria dos seres vivos. Sua transferência da atmosfera para os organismos ocorre pela atividade de microrganismos fixadores que o transformam em íon de amônio (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Nitrogênio orgânico (Norg) Representado principalmente pela fração proteína e suas combinações, que pode estar na forma dissolvida (compostos nitrogenados orgânicos) ou particulada (biomassa de microorganismos). A análise química do nitrogênio orgânico é feita por combustão. - Nitrato (N-NO3-) O nitrato geralmente ocorre em quantidades traços em águas superficiais, mas pode atingir concentrações elevadas em algumas águas subterrâneas (até 5 mg L-1). A água potável não deve ter mais do que 10 mg L-1 de NO3-. É encontrado em esgotos domésticos em pequenas quantidades, porém em efluentes de estações de tratamento biológico nitrificante, pode ser encontrado em concentrações acima de 30 mg NO3- L-1. A maior parte do nitrogênio é absorvida pelas plantas na forma inorgânica, como amônio e, principalmente, nitrato. O excesso de nitrogênio acrescentado às culturas agrícolas via fertilização também pode ser fonte de contaminação de água superficial e subterrânea, resultado da perda de nitrato por lixiviação em solos. A análise química do nitrato pode ser feita por espectrometria UV-Visível ou cromatografia iônica. - Nitrito (N-NO2-) O nitrito é um estado de oxidação intermediário de nitrogênio, e ocorre tanto pela oxidação do amônio, como pela redução do nitrato. Ambos os processos (oxidação e redução) ocorrem em estações de tratamento de esgoto, em sistemas de distribuição de água e em águas naturais. Raramente o nitrito é encontrado em águas potáveis em níveis superioresa 0,1 mg L-1. O valor máximo permitido de nitrito em água potável é de 1,0 mg de NO2. A análise química do nitrito pode ser feita por espectrometria UV-Visível ou cromatografia iônica (coluna catiônica). 26 - Amônio (N-NH4+) O íon amônio (NH4+), também conhecido como amônia ionizada, devido à sua carga elétrica, é um cátion formado pela protonação da amônia (NH3-) e ocorre em baixos teores em águas naturais, devido ao processo de degradação biológica da matéria orgânica. O processo pelo qual o nitrogênio molecular (N2) é convertido em amônio é denominado fixação de nitrogênio. Concentrações mais altas podem ser encontradas em esgotos e efluentes industriais. Altas concentrações de amônio em águas superficiais podem ser indicação de contaminação por esgoto bruto, efluentes industriais, ou afluxo de fertilizantes. Em águas muito alcalinas e com a presença de compostos amoniacais também ocorre a formação de altos níveis de NH4+. A determinação do amônio pode ser feita por espectrofotometria UV-Visível (método Nessler) ou cromatografia iônica. - Nitrogênio total O termo “nitrogênio total” (Ntotal) refere-se à combinação de íons amônio e do nitrogênio orgânico. Utiliza-se o método Kjeldahl de determinação de Ntotal que consiste na digestão completa das amostras em ácido sulfúrico concentrado com catalisadores tais como sais de cobre e titânio em alta temperatura. Outros aditivos podem ser introduzidos durante a digestão de maneira a aumentar o ponto de ebulição do ácido sulfúrico. Misturas preparadas na forma de comprimidos são disponíveis comercialmente. Embora o termo Ntotal refira-se à combinação de nitrogênio na forma orgânica e íons amônio, somente os compostos de nitrogênio orgânico que aparecem como nitrogênio ligado organicamente no estado tri-negativo são analisados. Nitrogênio nessa forma é convertido em sais de amônio pela ação de ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio. O amônio é, então, determinado pelo método Nessler em espectrofotometria UV-Visível. 27 ((IFCE/CE) 2017) A Matéria Orgânica (MO) dos efluentes é uma das principais causadoras do problema de poluição das águas. Sobre os indicadores de MO, é correto afirmar-se que A) a DBO é considerada uma análise satisfatória para amostras com reduzida quantidade de MO. B) a COT retrata a quantidade de oxigênio necessário para a estabilização, através de processos bioquímicos, da matéria orgânica carbonácea. É uma indicação indireta, logo, do carbono orgânico biodegradável. C) como principais vantagens da DQO, têm-se a indicação da fração biodegradável do efluente, a indicação da taxa de consumo de oxigênio em função do tempo, além da taxa de degradação do despejo. D) a DBOu corresponde ao consumo de oxigênio consumido a partir do 5º dia. E) a DQO mede o consumo de oxigênio ocorrido durante a oxidação química da matéria orgânica. É uma indicação indireta do teor de matéria orgânica presente. O tempo gasto, para a determinação de DQO, varia entre 2 e 3 horas e não sofre influência do processo de nitrificação. - Dureza total A dureza da água é a soma dos cátions bivalentes presentes na sua constituição e expressa em termos da quantidade equivalente de CaCO3. Os principais íons metálicos que garantem dureza à água são alcalino-terrosos, como cálcio e manganês, que quase sempre estão associados a íons sulfato. Outros cátions como ferro, manganês, estrôncio, zinco e alumínio também podem conferir dureza à água. Em menor frequência, os cátions estão associados a nitritos e a cloretos. A dureza da água pode ser obtida pela soma das durezas de carbonatos (dureza temporária) e de não-carbonatos (dureza permanente). É obtida por titulometria (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). ? Exercício Relâmpago 28 - Cálcio (Ca+2) e magnésio (Mg+2) A presença de cálcio na água resulta do contato do corpo hídrico com depósitos de calcita (CaCO3), dolomita (CaMg(CO3)2) e gipsita (CaSO42H2O). A solubilidade dos carbonatos é controlada pelo pH e CO2 dissolvido. O cálcio pode ser encontrado em corpos d’água em concentrações em torno de 15 mg L-1 e, em águas subterrâneas, em concentrações que variam de 10 a >100 mg L-1. O magnésio ocorre geralmente nos minerais magnesita (MgCO3) e dolomita, e é encontrado em águas naturais em concentrações próximas dos 4 mg L-1 e em águas subterrâneas em concentrações em torno de 5 mg L-1. As reações de equilíbrio do carbonato para o magnésio são mais complicadas do que para o cálcio, e as condições para precipitação direta da dolomita em águas naturais não são comuns. Ca+2 e Mg+2 são os cátions que mais contribuem para a dureza total da água, seguidos de Ba+2 e Sr+2. A determinação de Ca+2 e Mg+2 em água, assim como a dos demais metais alcalinos terrosos, metais alcalinos e metais de transição, pode ser feita por espectrometria de emissão e de massa, ambas com plasma indutivamente acoplado ou cromatografa iônica, em coluna para cátions (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Sódio (Na+) e potássio (K+) As águas naturais contêm sódio devido à sua abundância e alta solubilidade de seus sais em água, encontrados na forma iônica (Na+). Concentrações de sódio em corpos d’água variam consideravelmente, dependendo das condições geológicas do local e das descargas de efluentes. A concentração de sódio na água potável geralmente não ultrapassa os 20 mg L-1 e o valor máximo recomendável de sódio na água para potabilidade é 200 mg L-1 (BRASIL, 2005). Em águas superficiais, incluindo aquelas que recebem efluentes, ocorrem em concentrações abaixo de 50 mg L-1, em águas subterrâneas, frequentemente, excedem esse valor. O potássio é um elemento essencial tanto na nutrição das plantas quanto na dos humanos, e ocorre em águas subterrâneas como resultado da dissolução mineral de material vegetal em decomposição, e escoamento agrícola. Diferentemente de outros íons, como o sódio, o potássio não permanece em solução, pois é rapidamente assimilado pelas plantas, e facilmente incorporado em argilas. Concentrações de potássio em águas superficiais variam de 1 a 3 mg L-1. Águas subterrâneas apresentam valores 29 inferiores a 10 mg L-1, sendo mais frequente entre 0,5 e 5 mg L-1 (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Sulfato (SO4-) O enxofre pode se apresentar de diversas formas, tais como sulfato (SO4-2), sulfito (SO3-2), sulfeto (S-2), sulfeto de hidrogênio (H2S), dióxido de enxofre (SO2), ácido sulfúrico (H2SO4-2), enxofre molecular (S0) e associado a metais (como FeS). Dentre essas várias formas, o sulfato e o sulfeto de hidrogênio são as mais frequentes. As fontes de enxofre para os ambientes aquáticos são principalmente decomposição de rochas, chuvas (lavagem da atmosfera) e agricultura (através da aplicação de adubos contendo enxofre). Os sulfatos podem ser dissolvidos dos minerais gipsita (CaSO42H2O), anidrita (CaSO4), barita (BaSO4) entre outros. Altas concentrações de sulfato em águas naturais são mais comuns associadas à presença desses minerais. O processo biológico envolve microrganismos com funções específicas de redução e oxidação. Em condições anaeróbias, ocorre a redução a sulfetos, como o sulfeto de hidrogênio. Tanto no solo como na água, em condições aeróbias, ocorre a oxidação, passando da forma de enxofre elementar à sulfato. Na presença de ferro, em meio anaeróbico, forma sulfetos férricos e ferrosos, permitindo que o fósforo converta-se de insolúvel para solúvel, tornando-se mais utilizável. Gases e materiais particulados na atmosfera contendo enxofre reagem com o vapor d’água na atmosfera, transformam-se em ácido sulfúrico (H2SO4-2) diluído, e juntamente com o ácido nítrico (HNO3-) precipitam-se como chuva ácida. Na atmosfera, esses ácidos também reagem com outras substâncias químicas formando poluentes secundários, como o ozônio. A chuva ácida temsido a principal causa para o aumento da concentração de enxofre em corpos d’água. As descargas diretas ou indiretas de águas residuais contendo sulfato, em corpos receptores, também podem prejudicar a qualidade das águas e interferir no ciclo natural do enxofre. A análise química do sulfato, assim como a dos demais ânions (F-, Cl-, NO2-, NO3-, Br-, HPO4-, CO3-, HCO3-) pode ser feita em cromatografa iônica, utilizando coluna aniônica com módulo supressor (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). 30 - Cloreto (Cl-) O cloreto é um dos principais ânions inorgânicos presentes na água e sua concentração é maior em águas residuais do que em água bruta, pois o cloreto de sódio (NaCl-) é um sal comumente usado na dieta humana e passa inalterado através do sistema digestivo. Em águas residuais que contêm esgotos sanitários, as concentrações ultrapassam 15 mg Cl L-1 (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Fluoreto (F-) O fluoreto pode ocorrer naturalmente em águas naturais ou pode ser adicionado em quantidades controladas nas estações de tratamento de água. Em casos raros, a concentração de fluoreto natural pode aproximar-se dos 10 mg L-1, devendo essas águas serem desfluoretadas. A determinação exata de flúor é extremamente importante devido ao crescimento da prática de fluoretação da água como uma medida preventiva de saúde pública (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Ferro (Fe+2) e Manganês (Mn+2) Ferro e manganês são elementos que apresentam comportamento químico muito parecido na natureza, e em virtude de afinidades geoquímicas quase sempre ocorrem juntos. As fontes de ferro são minerais escuros (máficos) portadores de Fe: magnetita, biotita, pirita, piroxênios e anfibólios. No estado ferroso (Fe²+) forma compostos solúveis, principalmente hidróxidos. Em ambientes oxidantes o Fe²+ passa a Fe³+ dando origem ao hidróxido férrico, que é insolúvel e se precipita, tingindo fortemente a água. Não apresentam inconveniente à saúde nas concentrações normalmente encontradas, mas águas com altas concentrações desses metais lhe conferem coloração amarelada, acarretando sabor amargo e adstringente. Apesar de o organismo humano necessitar de até 9 mg Fe dia-1, os padrões de potabilidade exigem que a água de abastecimento público não ultrapasse 0,3 mg L-1. Este limite é estabelecido em função dos problemas estéticos relacionados à presença do ferro na água e do sabor que este lhe confere. Nas águas subterrâneas podem ocorrer concentrações abaixo de 0,3 mg L-1 (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). 31 Manganês ocorre em concentrações abaixo de 0,2 mg L-1, quase sempre como óxido de manganês bivalente, que se oxida em presença do ar, dando origem a precipitados negros. Para controle ou remoção desses metais da água são utilizados processos de aeração, sedimentação e filtração conjugados ao uso de oxidantes (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). - Contaminantes orgânicos Todos os compostos ou contaminantes orgânicos contem carbono em combinação com um ou mais elementos, compreendendo o grupo dos hidrocarbonetos. Compostos orgânicos sintéticos podem conter halogênios, por exemplo, cloro ou flúor, e metais inorgânicos. Esta categoria inclui detergentes, pesticidas, solventes industriais e produtos químicos, a maioria dos quais são tóxicos para a vida aquática. Os pesticidas aplicados na agricultura, eventualmente, são transportados para a água por vários mecanismos e seus resíduos geralmente permanecem no ambiente, devido a sua persistência e caráter apolar. Os compostos orgânicos podem entrar na água sob incontáveis formas. Formas não-biodegradáveis incluem pesticidas halogenados, solventes aromáticos, derivados de petróleo e detergentes como alquilbenzeno sulfonado, e possuem tempo de permanência muito longo. Poluentes orgânicos biodegradáveis, como resíduos derivados de esgotos, descargas industriais e água de escoamento de agricultura, têm tempo de permanência relativamente curto, e em muitos casos, são identificados somente em amostras isoladas ou em concentrações extremamente baixas (em ppb). Contribuem para a alteração dos níveis de oxigênio dissolvido da água, assim como, fornecem nutrientes para o crescimento excessivo de organismos aquáticos. Já os efeitos da maioria dos poluentes orgânicos não-biodegradáveis sobre o balanço ecológico da água são evidentes, cobrindo uma gama de toxicidade direta para formação de espumas que podem inibir o transporte de oxigênio e carbono na interface ar-água. A determinação desses compostos pode ser feita em cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa, cromatografia líquida por detecção do UV- Visível, ou cromatografia iônica com detecção de condutividade quando os compostos estão sob forma de íons (PARRON, MUNIZ e PEREIRA, 2011). 32 PARA SABER MAIS ACESSE O MATERIAL ABAIXO: Artigos sobre análise de qualidade da água em Barcarena - PA [https://goo.gl/vrJyEM] QUER SABER MAIS? AHUJA, S. (Ed.). Modern Instrumental Analysis. Vol. 47. ed. -: Print Book & E- book., 2006. 33 2. TRATAMENTOS DE ÁGUA E EFLUENTES 2.1. Água Tratamento de água é um agrupamento de procedimentos físico-químicos aplicados à água para que esta tenha as condições adequadas para o consumo, ou seja, para que se torne potável. Esse processo de tratamento isenta a água de qualquer tipo de contaminação, evitando assim a transmissão de doenças. O tratamento de água busca atender a várias finalidades (PEREIRA e BRITO, 2012), tais como: a) Higiênica – remoção de microrganismos como bactérias, protozoários e vírus. b) Estéticas – correção de turbidez, cor, odor e sabor. c) Econômicas – redução de corrosividade, dureza, cor, turbidez, ferro, etc. Esses processos ocorrem frequentemente em associação, e quase nunca são usados isoladamente, sendo executados através de uma Estação de Tratamento de Água – ETA e são: - Pré-cloração – é adicionado primeiro o cloro tão logo a água chega à estação. Sua função é facilitar a retirada de matéria orgânica e metais. - Pré-alcalinização – após ser adicionado o cloro, a água recebe cal ou soda, cuja função é de ajustar o pH da água. - Coagulação/floculação – essa é uma técnica onde a água é tratada com produtos químicos coagulantes (sulfato de alumínio, cloreto férrico ou outro coagulante), que servem para aglomerar partículas sólidas que se encontram na água para poderem ser retirados mais facilmente. Os aglomerados de material sólido resultantes, os flocos, são removidos por sedimentação e/ou por filtração. - Decantação – é eficiente na remoção da matéria em suspensão. Por ação da gravidade, em outros tanques, os flocos com as impurezas e partículas ficam 34 depositados no fundo dos tanques, separando-se da água. Partículas grandes ou pesadas são removidas em um curto intervalo de tempo. - Filtração – através desse processo a água passa por filtros formados por carvão, areia, antracito, diatomita. Nesta etapa, as impurezas de tamanho pequeno ficam retidas no filtro. - Pós-alcalinização – nesta etapa, é feita a correção final do pH da água, para evitar a corrosão ou incrustação das tubulações. - Desinfecção – a desinfecção objetiva a destruição de patógenos, onde é aplicado na água cloro ou ozônio para eliminar microrganismos causadores de doenças. É uma etapa especificamente destinada ao controle da qualidade bacteriológica. - Fluoretação – esta etapa tem como único objetivo a aplicação de flúor na água, o que previne a formação de cárie dentária em crianças. Nem toda água requer tratamento para abastecimento público. Depende da sua qualidade em comparação com os padrões de consumo e da aceitação dos usuários. Normalmente as águas de superfície são as que mais necessitam de tratamento, porque se apresentam com qualidades físicas e bacteriológicas impróprias, em virtude de sua exposiçãocontínua a uma gama muito maior de processos de poluição. Apenas na captação superficial de águas de nascentes, a simples proteção das cabeceiras e o emprego de um processo de desinfecção, podem garantir uma água de boa qualidade do ponto de vista de potabilidade (ESGOTAMENTO SANITÁRIO, 2007). 2.2. Esgoto Esgoto, efluente ou águas servidas é o termo usado para caracterizar todos resíduos líquidos provenientes de comércios, indústrias e domicílios. Essas águas apresentam características próprias e necessitam de tratamento adequado para que sejam removidas as impurezas e assim, possam ser devolvidos à natureza sem causar danos ambientais e à saúde humana (PEREIRA e BRITO, 2012). Os tratamentos consistem em uma série de etapas 35 ou processos que visam a eliminação de resíduos grandes até microrganismos, além de impurezas inorgânicas e ajuste dos parâmetros físicos, químicos e biológicos (CAMMAROTA, 2011). - Processos físicos: dependem das propriedades físicas do contaminante tais como, tamanho de partícula, peso específico, viscosidade, etc. - Processos químicos: dependem das propriedades químicas dos contaminantes o das propriedades químicas dos reagentes incorporados. - Processos biológicos: utilizam reações bioquímicas para a eliminação dos contaminantes solúveis ou coloidais. Podem ser anaeróbicos ou aeróbicos. Quando se trata de efluentes industriais, a própria empresa que faz o tratamento de esgoto exige que a indústria monitore a qualidade dos efluentes mandados para a estação. No caso de existir substâncias muito tóxicas, ou que não pode ser removida pelo tratamento oferecido pela ETE, a indústria é obrigada a construir a sua própria ETE para tratar seu próprio efluente. Esses procedimentos objetivam primordialmente atender à legislação ambiental e em alguns casos ao reuso de águas. As etapas são (PEREIRA e BRITO, 2012): - Tratamento preliminar O objetivo é remover os sólidos suspensos (lixo, areia). Para isso, são utilizadas grades, peneiras ou caixas de areia para reter os resíduos maiores e impedir que haja danos as próximas unidades de tratamento, ou até mesmo, para facilitar o transporte do efluente. - Tratamento primário – o objetivo principal é remover os sólidos dissolvidos. Nesse processo, são sedimentados os sólidos em suspensão que vão se acumulando no fundo do decantador formando um lodo primário, que depois é retirado para dar continuidade ao processo. - Tratamento secundário – os microrganismos irão se alimentar da matéria orgânica, convertendo-a em gás carbônico e água. - Tratamento terciário ou pós-tratamento – nesta etapa são removidos os poluentes específicos, como os micronutrientes (nitrogênio, fósforo) e patogênicos (bactérias e fungos); isso quando se deseja que o efluente tenha 36 uma qualidade superior, ou quando o tratamento não atingiu a qualidade desejada. ACESSE O MATERIAL ABAIXO Estações de tratamento de efluentes [https://goo.gl/NrTfuL] e [https://goo.gl/mDFHx6] 37 3. NORMAS TÉCNICAS ABNT - NBR 9800: Critérios para lançamento de efluentes líquidos industriais no sistema coletor público de esgoto sanitário. ABNT - NBR 10004: Resíduos sólidos – Classificação. Dispões da feitura de laudo de classificação, o qual precisa ser feito por profissionais especializados, que poderão incluir análises realizadas em laboratório, quando necessário. Neste relatório, é importante que estejam apontados a origem dos resíduos e qual o processo de separação dos materiais que foi utilizado. Com o laudo de classificação, será possível verificar a potencialidade de perigo dos resíduos e recomendar as melhores formas de destinação. ABNT - NBR 11174: Armazenamento de resíduos classes II - não inertes e III - inertes – Procedimento. ABNT - NBR 9898: Preservação e técnicas de amostragem de efluentes líquidos e corpos receptores. fixa as condições exigíveis para a coleta e a preservação de amostras e de efluentes líquidos domésticos e industriais e de amostras de água, sedimentos e organismos aquáticos dos corpos receptores interiores superficiais. ABNT - NBR 12216: Trata sobre Projetos de Estações de Tratamento de Água para Abastecimento Público. Dispõe das condições para elaboração de projeto de estação de tratamento de água destinada à produção de água potável para abastecimento público. ABNT - NBR 12209: voltada para Projetos de Estações de Tratamento de Esgoto Sanitários. Dispõe das condições para a elaboração de projeto hidráulico- sanitário de estações de tratamento de esgoto sanitário (ETE), observada a regulamentação específica das entidades responsáveis pelo planejamento e desenvolvimento do sistema de esgoto sanitário. 38 4. LEGISLAÇÃO AMBIENTAL Até 1981, a única legislação aplicável ao tema era o Código Florestal, Lei nº 4.771/65 além da Constituição Federal pelo Artigo 225 – meio ambiente. Nesta data, foi introduzida a Política Nacional do Meio Ambiente – PNMA (Lei nº 6.938/81), que esboçou o desenvolvimento da legislação ambiental em nosso país. Esta lei fixa os limites da estrutura organizacional a ser usada pelo Estado em defesa do meio ambiente. A PNMA estabelece no art. 6º que “Os órgãos e entidades da União, dos Estados, do Distrito Federal, dos Territórios e dos Municípios, bem como as fundações instituídas pelo Poder Público, responsáveis pela proteção e melhoria da qualidade ambiental, constituirão o Sistema Nacional do Meio Ambiente – SISNAMA”. Este por sua vez se ampara em duas estruturas principais: a) O CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente – órgão colegiado de caráter consultivo, normativo e deliberativo. Com a finalidade de assessorar, estudar e propor ao Conselho de Governo, diretrizes de políticas governamentais para o meio ambiente e os recursos naturais e deliberar, no âmbito de sua competência, sobre normas e padrões compatíveis com o meio ambiente ecologicamente equilibrado e essencial à sadia qualidade de vida. b) O IBAMA – Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e Recursos Naturais Renováveis – com atuação executória. Com a finalidade de executar e fazer executar, como órgão federal, a política e diretrizes governamentais fixadas para o meio ambiente. Duas leis tem de muita importância marcam o início do desenvolvimento das questões ambientais no país, são elas: Lei 9.605/1998 - Lei dos Crimes Ambientais - Reordena a legislação ambiental quanto às infrações e punições. Concede à sociedade, aos órgãos ambientais e ao Ministério Público mecanismo para punir os infratores do meio ambiente. Destaca-se, por exemplo, a possibilidade de penalização das pessoas jurídicas no caso de ocorrência de crimes ambientais. 39 Lei 12.305/2010 - Institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) e altera a Lei 9.605/1998 - Estabelece diretrizes à gestão integrada e ao gerenciamento ambiental adequado dos resíduos sólidos. Propõe regras para o cumprimento de seus objetivos em amplitude nacional e interpreta a responsabilidade como compartilhada entre governo, empresas e sociedade. Na prática, define que todo resíduo deverá ser processado apropriadamente antes da destinação final e que o infrator está sujeito a penas passivas, inclusive, de prisão. RESOLUÇÃO DO CONAMA 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. RESOLUÇÃO nº 430, DE 13 DE MAIO DE 2011 Dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução no 357, de 17 de março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente-CONAMA. http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res11/propresol_lanceflue_30e31mar1 1.pdf Outras muitas leis fazem parte do Direito Ambiental dopaís, além de matérias, decretos, atos normativos e resoluções. Cabe lembrar que órgão regulamentadores comprometidos com o cumprimento das leis também devem ser considerados, como o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) e o Ministério do Meio Ambiente, e se ter conhecimento da legislação específica de cada Estado (ATADEMO, 2015a). 40 PARA SABER MAIS ACESSE O MATERIAL ABAIXO: Vigilância e controle da qualidade da água para consumo humano – Ministério da Saúde [https://goo.gl/eRPoN8] ACESSE O MATERIAL ABAIXO Lei das Águas - ANA [https://goo.gl/KxpMVL] PARA SABER MAIS ACESSE O MATERIAL ABAIXO: - Legislação Ambiental Básica - MMA [http://www.mma.gov.br/estruturas/secex_c onjur/_arquivos/108_12082008084425.pdf] 41 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ÁGUA, SUA LINDA. Página da rede social Facebook. https://www.facebook.com/aguasualinda/ ARVORE, SER TECNOLÓGICO. Página da rede social Facebook. https://www.facebook.com/arvoresertecnologico/. BRASIL, Ministério do Meio Ambiente. Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução nº357 de 17 de março de 2005, em Legislação ambiental básica. Disponível em http://www.mma.gov.br/estruturas/secex_conjur/_arquivos/108_ 12082008084425.pdf. Acesso em 29/07/2018. CAMMAROTA, M. C. Tratamentos de Efluentes Líquidos – Notas de Aula. Escola de Química – Universidade Federal do Rio de Janeiro. Engenharia do Meio Ambiente. Terceira versão. 2011. ESGOTAMENTO SANITÁRIO: qualidade da água e controle da poluição: guia do profissional em treinamento: nível 1 / Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental (org.). – Belo Horizonte: ReCESA, 2007. 72 p. MINISTÉRIO DE MEIO AMBIENTE – MMA. Ciclo hidrológico. Disponível em http://www.mma.gov.br/agua/recursos-hidricos/aguas-subterraneas/ciclo-hidrologico. Acesso em 12/07/2018. NASCENTES, C. C., COSTA, L. M. Química Ambiental. Universidade Federal de Minas Gerais. Departamento de química. 2011. PARRON, L. M., MUNIZ, D. H. F., PEREIRA, C. M. Manual de procedimentos de amostragem e análise físico-química de água. Documentos Embrapa Florestas, 2011. Colombo, Paraná. PEREIRA, P. S., BRITO, A. M. Controle Ambiental. Juazeiro do Norte, CE: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará, 2012. 110 p.