● Propriedades da água ● Química das águas naturais: oxidação e redução e

ácido – base

● Poluição da água

● Tratamento da água potável e de águas residuais.

Componentes do ciclo hidrológico

fonte: CARVALHO e SILVA,

2006

- Porque a molécula de água tem

características tão especiais?

Ligações de hidrogênio

Hidratar íons metálicos

Propriedades da água

gelo

gelo

4 °C

• A mistura de águas e recirculação de nutrientes só ocorre porque a água

tem densidade máxima em 4 °C, ou seja, na fase líquida.

• A densidade da água na fase líquida é maior que na fase sólida.

Densidade máxima como líquido a 4ºC

Tensão Superficial

Película na interfase ar/água, devido as

pontes de H entre as moléculas de H2O.

Na superfície esta atração é unilateral, pois é

maior na parte inferior líquida do que na

parte superior em contato com a atmosfera.

Fazendo com que as moléculas da superfície

fiquem mais coesas entre si originando o

fenômeno de tensão superficial.

Forças de Coesão

➢A força de coesão é dada pela força de

atração entre as moléculas vizinhas

➢No interior do líquido as forças estão

equilibradas. Na superfície a força do ar é

menor.

Diferentes tensão superficial de líquidos

Propriedades da água

• Na natureza a água pode ser encontrada em todas as fases de

agregação: sólida, líquida e gasosa.

Substância CH4 NH3 H2O HF H2S

Ponto de fusão/°C

Ponto de ebulição/°C

-182 -78 0 -83 -86

-164 -33 100 +19 -61

• Sua capacidade de conduzir calor (condutividade térmica) e de

estocar calor (capacidade calorífica) também é única.

Estabilização das temperaturas de : - organismos

- regiões geográficas

Taxas de solubilidade dos compostos e dos diferentes

componentes da água. A solubilidade varia com a

temperatura, pH, quantidade de sais, etc.

É o destino final de todo poluente que tenha sido lançado,

não apenas diretamente na água, mas também no ar e no

solo

Transporte de nutrientes e produtos de resíduos

Nos organismos é usada como veículo de transporte de

substâncias, para refrigeração, eliminação de substâncias

indesejáveis, etc..

Solvente excelente

Quantidade de água disponível

A quantidade de água doce disponível para

consumo é extremamente escassa

Distribuição da água no planeta A cada 1000 L

97,5% nos oceanos

1,8% em geleiras

975 L

18 L

0,6% nas camadas subterrâneas 6 L

0,015% nos lagos e rios

0,005% de umidade no solo

150 mL

50 mL

0,0009% em forma de vapor na atmosfera 9 mL

0,00004% na matéria viva 0,4 mL

• Nos últimos 15 anos a oferta de água limpa disponível/habitante diminuiu ≅

40%.

• O uso da água na agricultura deverá aumentar nos próximos anos.

• Em 20 anos deverá ocorrer uma crise relacionada a disponibilidade de

água.

2,4% no resto do país 9,6% na região amazônica

O Brasil possui 12 % da água

doce disponível no mundo

Atende 95% da população Atende 5% da população

• Estima-se que 50% da população brasileira não tenha acesso a água

tratada.

O Oxigênio Dissolvido (O2diss) ➔ agente oxidante

mais importante em águas naturais,

Semi-reações que ocorrem com O2diss:

Solução ácida

O2(aq) + 4H+ (aq) + 4e- → 2H2O

Solução básica

O2(aq) + 2H2O + 4e- → 4OH-(aq)

Química de Oxidação-Redução em Águas Naturais

Química de Oxidação-Redução em Águas Naturais

➢A 25ºC a solubilidade do O2 é de 8,7 mg.L-1

➢Peixes necessitam de pelo menos 5 ppm de

oxigênio dissolvido para manter-se vivo.

Poluição

térmica Temperatura

x solubilidade

Demanda de oxigênio

➢Matéria orgânica de origem biológica

CH2O(aq) + O2(aq) → CO2(g) + H2O(aq)

carboidrato

NH3(g) + H2O → NH4+

(aq) + OH-(aq)

2 NH4+

(aq) + 3 O2(aq) → 2NO2-(aq) + 4H+

(aq) + 2H2O

2NO2-(aq) + O2(aq) → 2NO3

-(aq)

Oxidação da amônia:

Demanda de oxigênio

➢Águas

reabastecidas de

oxigênio.

Águas estagnadas

consumo de O2

pela MO.

Demanda de oxigênio

➢Demanda bioquímica de oxigênio (DBO)

capacidade da matéria orgânica presente

em uma amostra de água natural em

consumir oxigênio.

➢Demanda química de oxigênio (DQO).

Cr2O72-/H2SO4

Demanda de oxigênio

Decomposição anaeróbica

Presença de bactérias, ausência de

oxigênio

Águas estagnadas

Pântanos

Parte inferior de lagos profundos

CH2O → CH4 + CO2

bactérias

Matéria orgânica

Águas naturais “puras”:

Química de Ácido-Base em Águas Naturais

HCO3- e CO3

2- CO2

Ca e Mg

pH ≠ 7,0

O sistema CO2/Carbonato

Ácido carbônico na água: dissolução de CO2

atmosférico e decomposição da matéria

orgânica.

CO2(g) + H2O H2CO3(aq)

Equilíbrio

O sistema CO2/Carbonato

H2CO3 (aq) H+

(aq) + HCO3-(aq)

CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO3

2- (aq)

Rochas calcárias ➔ CaCO3

CO32- (aq) + H2O HCO3

-(aq) + OH-

(aq)

Nas águas calcárias, o CO32- dissolvido atua como

base

rochas

Reações ocorrem em um sistema natural de três fases

Qualidade da água

• A poluição das águas devido as atividades humanas

aumentou significativamente nos últimos 50 anos.

• De acordo com a legislação, a poluição da água pode ser:

ou Pontual

Descarga de efluentes a partir de indústrias e de estações de tratamento de esgoto

São bem localizadas, fáceis de identificar e de monitorar

Difusa

Escoamento superficial urbano, escoamento superficial de áreas

agrícolas e deposição atmosférica

Espalham-se por toda a cidade, são difíceis de identificar e tratar

Poluição Pontual

➢Esgoto

Poluição Dispersa

Fonte: Slide Jonsson, CNPMA/Embrapa

Fonte: Slide Cláudio Jonson, CNPMA/Embrapa

Poluição das Águas

•Resíduos gerados que podem poluir:

Agricultura: práticas agrícolas, usos de insumos

•Água - mistura complexa

Municipal: residências, hospitais, consultórios,

etc.

Industriais: resíduos líquidos e sólidos

Pela quantidades de sais dissolvidos as

águas podem ser classificadas como:

➢Água doce

➢Água salobra

➢Água do mar

Classificação das Águas

Água Doce Teor de sólidos

totais dissolvidos

(STD) inferior a

1.000 mg/L

Água Salobra STD entre 1.000 a

10.000 mg/L

Água

Salgada

STD maior 10.000

mg/L

Características das águas

A caracterização das águas para avaliar:

➢quanto ao seu uso;

➢ os riscos à vida aquática, ou para

➢estabelecer a forma de tratamento e/ou

eficiência de tratamentos.

São utilizados as características físicas e

químicas das águas.

Usos da água

Água Potável

Dessedentação, banho, preparo de alimentos, divertimento, limpeza de moradias, hospitais, máquinas, etc..

Água Não Potável:

Irrigação, descarga em bacias sanitárias, refrigeração de ar condicionado, limpeza de pisos, transporte, etc.

Características Físicas e Químicas das

Águas

➢Características físicas :

➢ sólidos totais, sólidos voláteis e fixos,

➢ sólidos dissolvidos, sólidos em suspensão,

➢ sólidos sedimentáveis,

➢ turbidez, cor, odor e sabor, temperatura, pH

➢ radioatividade alfa e beta.

Características Físicas e Químicas das

Águas

Características químicas::

➢Oxigênio dissolvido,

➢ composição em alguns elementos químicos

(cobre, ferro, manganês,cromo), ou

➢ substâncias (cloretos, fosfatos, fluoretos, nitratos,

fenóis, cianetos, agentes espumantes, óleos e

graxas, pesticidas, hidrocarbonetos, halometanos,

etc..

Características Biológicas

➢Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO);

➢Plâncton: fitoplâncton e zooplâncton;

➢Clorofila;

➢Coliformes: totais, termotolerantes

(lactose 44ºC) e

- Escherichia coli – idéia do teor de

contaminação exclusivamente fecal.

Indicadores da Qualidade da Água Potável

Cor: ferro, manganês, MO (esgotos);

Turbidez: material em suspensão;

Temperatura: propriedades da água como:

solubilidade de gases e outros compostos.

Organismos aquáticos Sabor e odor: gases, ácidos

húmicos e fúlvicos, etc

pH: entre 6 e 9

Indicadores da Qualidade da Água Potável

Alcalinidade: sais alcalinos geralmente de cálcio

ou sódio.

Dureza: presença de sais alcalinos terrosos

cálcio e magnésio

Cloretos: sabor salgado e efeitos laxativos.

Ferro e Manganês: coloração, sabor metálico na

água

Nitrogênio: na forma molecular, amônia, nitrito,

nitrato – leva formação de nitrosaminas.

Fósforo: ortofosfato, polifosfatos e fósforo

orgânico.

Fluoretos: esgoto domestico, clínicas dentárias,

fertilizantes, industrias cerâmicas

OD: depende da altitude e temperatura e quantidade

de matéria orgânica

Matéria Orgânica: alimento para bactérias. Medida

pela DBO e DQO

Coliformes: menos de 1000 por litro.

Algas: aumentam OD, pode dar sabor desagradável.

Oxigênio Dissolvido: Varia com a

temperatura e condições do ambiente. O

oxigênio é fornecido pelo ar atmosférico à

superfície líquida (lentamente) e por

atividade fotossintética.

Pode-se aumentar a aeração por:

turbulência: como cachoeiras, quedas

d’águas, obstáculos, ou por processos como

borbulhamento com ar comprimido, rotação

com escovas, rotores, etc..

Partículas Sólidas: partículas em

suspensão oriundas de erosão de solos,

efluentes industriais, esgoto urbano,

atividades de mineração, etc..

Causam turbidez ou cor inibindo a

fotossíntese através do impedimento da

entrada da luz, deposição de partículas na

superfície das folhas e caules das plantas

aquáticas. Os organismos de fundo podem

ser enterrados devido a deposição de

partículas ou sofrerem adsorção na

superfície.

•Os compostos que se adsorvem à

partículas são os mais pesados e são os

que apresentam maior problema de

toxicidade. Partículas sólidas menores

adsorvem mais e têm um tempo maior de

residência em lagoas ou reservatórios.

•Assoreamento: alargamento do corpo

hídrico, perda de recarga pelo lençol freático.

•Transporte dos elementos pela correntezas.

Importância da presença das partículas

sólidas

Temperatura: O efeito indireto da elevação da

temperatura da água é a perda de oxigênio. A

solubilidade dos gases na água é inversamente

proporcional a sua temperatura.

Ex. Ao nível do mar a 10ºC a água pode conter

11,3 mg/l de oxigênio, a 37°C desce p/ 7 mg/l.

Certos tipos de industrias como: metalúrgicas,

lacticínio, usinas, termoelétricas utilizam água

corrente para refrigeração de máquinas térmicas.

e forma grande quantidade de líquido quente.

•A temperatura:

• é um dos fatores que determina a distribuição

das espécies no planeta;

•é importante para os animais psilotermos;

•Influe no retardamento ou aceleração da

atividade biológica;

•é essencial para o funcionamento das

proteínas (enzimas);

•Absorção do oxigênio, precipitação das

partículas, solubilidade, presença de gases,

viscosidade, tensão superficial, etc..

•Importante no tratamento das águas.

pH: O potencial hidrogeniônico da água é

neutro ou levemente alcalino ou ácido.

As substâncias dissolvidas é que vão dar a

propriedade, dependendo da concentração

relativa de íons de hidrogênio ou oxidrilas.

O rio geralmente tem pH neutro porque

absorve o CO2 da atmosfera (é mais solúvel

que o O2) ou é proveniente da respiração dos

organismos aquáticos, formando ácido

carbônico na combinação com carbonatos

(principalmente de Ca) oriundos das rochas.

Limpeza de máquinas com soda caustica em

industrias são causas de elevação do pH da

água. Bem como efluentes de indústrias têxteis,

tinturarias, altas concentrações de amônia, etc..

Efluentes com amoníaco ou potassa também

possuem concentrações alta de oxidrilas;

A solubilidade de vários elementos químicos é

dependente do pH, havendo dessorção ou

sorção de metais, por exemplo, do material

particulado sólido.

Acidificação por chuvas ácidas ➢As chuvas ácidas são precipitações na

forma de água, neblina e/ou neve contendo ácido nítrico e/ou sulfúrico;

➢Se formam a partir da queima de combustíveis fósseis, como petróleo e carvão, utilizados para a produção de energia nas refinarias, usinas termoelétricas e também pelos veículos;

➢As conseqüências da chuva ácida para a população humana, podem ser econômicas, sociais ou ambientais. Mortandade de peixes, plantações, florestas e saúde.

Padrões de Qualidade da Água

Teores máximos de impurezas permitidos de

acordo com o uso

Resolução CONAMA 357/2005 classifica as

águas segundo seus usos. As águas doces

salobras e salinas são classificadas em nove

classes.

ÁGUAS DOCES

1 - Classe Especial - águas destinadas:

a) ao abastecimento doméstico sem prévia ou

com simples desinfecção.

b) à preservação do equilíbrio natural das

comunidades aquáticas.

ll - Classe 1 - águas destinadas:

a) ao abastecimento doméstico após tratamento

simplificado;

b) à proteção das comunidades aquáticas;

c) à recreação de contato primário (natação,

esqui aquático e mergulho);

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) à criação natural e/ou intensiva (aquicultura)

de espécies destinadas á alimentaçãohumana

lll - Classe 2 - águas destinadas:

a) ao abastecimento doméstico, após tratamento

convencional;

b) à proteção das comunidades aquáticas;

c) à recreação de contato primário (esqui

aquático, natação e mergulho);

d) à irrigação de hortaliças e plantas frutíferas;

e) à criação natural e/ou intensiva (aquicultura)

de espécies destinadas à alimentação humana.

lV - Classe 3 - águas destinadas:

a) ao abastecimento doméstico, após tratamento

convencional;

b) à irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e

forrageiras;

c) à dessedentação de animais.

V - Classe 4 - águas destinadas:

a) à navegação;

b) à harmonia paisagística;

c) aos usos menos exigentes.

ÁGUAS SALINAS

VI - Classe 5 - águas destinadas:

a) à recreação de contato primário;

b) à proteção das comunidades aquáticas;

c) à criação natural e/ou intensiva (aquicultura)

de espécies destinadas à alimentação humana.

VII - Classe 6 - águas destinadas:

a) à navegação comercial;

b) à harmonia paisagística;

c) à recreação de contato secundário.

Agente Doença Concentração

g/fezes

Dose Infectante

Nº organismo Tipo

Salmonella typhy Febre tifóide 106 105-109 Bactéria

Shigella sp. Disenteria bacilar 106 10-100 Bactéria

Vibrio cholerae Cólera 106 108 Bactéria

Enterovirus Gastrenterite 106 <100 Vírus

Vírus da HepatiteA Gastrenterite 106 <100 Vírus

Giárdia lambia Giardiose 105 <10 Protozoário

Chriptosporidium spp. Criptosporiose 106 <10 Protozoário

Entamoeba histoyítica Amebíase 105-107 <100 Protozoário

Ascaris lumbricoides Ascaridíase 10-104 <10 Helminto

Ancylostoma duodenale Ancilostomose 10-100 <10 Helminto

Taenia sp. Teníase 105 <10 Helminto

Principais microrganismos causadores doenças de veiculação hídrica

CETESB,2006

O que pode ocasionar a poluição da águas

•Eutrofização;

•Perda da biodiversidade;

•Assoriamento;

•Doenças transmitidas pela água;

•80%das doenças e 65% das internações

O que causa limpeza das águas

•Epavotranspiração;

•Filtração pelo solo;

•Corredeiras, aeração;

•Precipitação - nos lagos e reservatórios.

Referencias

➢Sugio, K. Água. Ribeirão Preto: Holos,

2006.242p.

➢Manahan, S.E. Fundamentals of

Environmental Chemistry, 3ºed.2009,

Taylor&Francis, USA. 1233p.