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Engenharia Química ·
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Texto de pré-visualização
Introdução ao Tratamentos de Águas Residuárias Água é um recurso natural de valor econômico estratégico e social essencial à existência e bemestar do homem e à manutenção do meio ambiente a água é um bem ao qual toda a humanidade tem direito Maior consumo Irrigação 55 milhões de hectares sem considerar as pastagens Utilizada em áreas que possui o solo seco ou período de estresse híbrido Com investimento modernas tecnologias de irrigação conseguisse um aumento na produtividades controlando os desperdício e otimizando a irrigação A demanda de irrigação depende de Características morfológicas e pedalógicas do solo definem a capacidade de armazenamento de água no solo as condições de drenagem e percolação profunda e sinalizam os níveis de eficiência que poderão ser obtidos com cada técnica de irrigação Da evaporação potencial está ligada aos coeficientes culturais correspondentes às culturas selecionadas Do tipo de cultura e do seu estágio de desenvolvimento corresponde às culturas selecionadas estudadas caso a caso sendo importante a garantia de fornecimento dágua exigido para cada cultura Da chuva efetiva elemento básico para se determinar a real demanda da água no processo de irrigação Do método de irrigação e sua eficiência itens cruciais para a determinação da demanda hídrica para irrigação Consumo Agrícola Pedalogia Ciência que estuda todos os processos relacionados com a gênese origem e evolução dos solos Poluição agrícola Os contaminantes potencialmente mais significativos neste campo são os fertilizantes pesticidas e indiretamente as práticas de irrigação A reciclagem e reutilização da água subterrânea para irrigação provoca um aumento progressivo da concentração de sais que a longo prazo a inutiliza para este fim Uso Geral Uso Específico Qualidade Requerida Irrigação Hortaliças produtos ingeridos crus ou com casca Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde Isenta de organismos prejudiciais à saúde Salinidade não excessiva Demais plantações Isenta de substâncias químicas prejudiciais ao solo e às plantações Salinidade não excessiva Água utilizada como matéria prima reagente solvente lavagens de gases e sólidos veículo transmissão de calor agente de resfriamento fonte de energia entre outros A qualidade pode variar conforme as aplicações e efeitos das impurezas nela contidas como também o custo benefício de cada tipo de aplicação Uma indústria necessita de água potável para abastecer refeitórios sanitários e matéria prima bem como água de outras qualidades para o processo industrial o que determina quantidade e variedades diferentes de água para cada setor industrial Do tipo de impureza da água decorrem modificações de suas propriedades e sua qualificação sob o prisma econômico ou seja benefícios x manutenção x segurança x custo de purificação As características de impureza mais consideradas neste setor são turbidez a cor o odor a alcalinidade a salinidade a dureza o teor em sílica os gases dissolvidos e a oxidabilidade na água que vem influenciar no comportamento e resultado dos produtos por isso a pureza da água deve ser adequada ao processo que participa Exemplos Açúcar álcool cerveja conservas curtumes laticínios papel e celulose têxtil Consumo Industrial Poluição industrial A produção industrial gera resíduos que quando despejados nos corpos dágua sem nenhum controle ou tratamento podem levar a sérios problemas de contaminação dos mananciais Dentre as indústrias poluentes destacamse as alimentares as metalúrgicas as petroquímicas as nucleares as mineiras as farmacêuticas as eletroquímicas as de fabricação de pesticidas e inseticidas Uso Geral Uso Específico Qualidade Requerida Abastecimento Industrial Água é incorporada ao produto ex alimento bebidas remédios Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde Isenta de organismos prejudiciais à saúde Esteticamente agradável Água entra em contato com o produto Variável com o produto Água não entra em contato com o produto ex refrigeração e caldeiras Baixa dureza Baixa agressividade A qualidade da água destinada ao abastecimento público deve obedecer rigorosamente às normas de potabilidade da regulamentação nacional Poluição urbana e doméstica É provocada pela descarga de efluentes domésticos não tratados na rede hidrográfica fossas sépticas e lixeiras Este tipo de poluição ao atingir o aqüífero origina um aumento da mineralização elevação da temperatura aparecimento de cor sabor e odor desagradáveis Consumo Doméstico Principais poluentes aquáticos poluentes orgânicos biodegradáveis poluentes orgânicos recalcitrantes ou refratários metais nutrientes organismos patogênicos sólidos em suspensão calor e radioatividade Uso Geral Uso Específico Qualidade Requerida Abastecimento doméstico Isenta de substâncias de substâncias químicas prejudiciais à saúde Isenta de organismos prejudiciais à saúde Adequada para serviços domésticos Baixa agressividade e dureza Esteticamente agradável baixa turbidez cor sabor e odor ausência de midroorganismos Impurezas presentes nas águas As impurezas presentes da água podem estar nas formas dissolvida ou em suspensão dividindose em 5 tipos básicos Tipo Exemplo Sólidos em suspensão Silte ferro precipitado coloides etc Sais Dissolvidos Contaminantes iônicos tais como o sódio cálcio sulfato e etc Materiais orgânicos dissolvidos Trihalometanos ácidos húmidos e outros contaminantes não iônicos Microorganismos Bactérias vírus cistos de protozoários algas fungos e etc Gases dissolvidos Sulfeto de hidrogênio metano etc fragmentos de rocha ou partículas detríticas menores que um grão de areia que entram na formação do solo ou de uma rocha sedimentar Quando se analisa a qualidade da água é de fundamental importância o reconhecimento de dois tópicos os sólidos presentes na água e os organismos presentes na água Sólidos Organismos Todos os contaminantes da água exceto os gases dissolvidos contribuem para a carga de sólidos Significativo nos processos de depuração dos despejos e sua associação com a contaminação Características físicas tamanho e estado em suspensão flocos de bactérias coloidais vírus e bactérias e dissolvidos sais matéria orgânica Reino vegetal Características químicas sólidos orgânicos voláteis e inorgânicos não voláteis Reino animal Protistas elevada diferenciação celular dos outros reinos A nova classificação dos seres vivos engloba a monera O Reino Protista é um dos reinos dos seres vivos caracterizado por organismos eucariontes autótrofos ou heterótrofos e unicelulares ou pluricelulares Os protistas compreendem os protozoários e as algas Monera é um reino biológico que inclui todos os organismos vivos que possuem uma organização celular procariótica como bactérias cianobactérias e arqueobactérias A presença da impureza é avaliada de acordo com a sua característica sendo ela dividida em três tipos de análises Características físicas relativas aos sólidos presentes na água Comumente são tidas como de menor importância uma vez que envolvem aspectos de ordem estética e subjetiva como cor sabor turbidez odor e temperatura Por causar repugnância levam à preferência pela água de melhor aparência que pode inclusive ser de pior qualidade Características biológicas referemse à parte viva da água analisada através da microbiologia que revela a presença dos reinos animal vegetal e protista compreendendo organismos como bactérias algas fungos protozoários vírus e parasitas Características químicas referemse às substâncias dissolvidas que podem causar alterações nos valores dos parâmetros pH alcalinidade acidez dureza ferro e manganês cloretos nitrogênio fósforo oxigênio dissolvido matéria orgânica e inorgânica Materiais tóxicos Ânions Cátions Sintéticos Naturais Turbidez Gases dissolvidos Constituintes inorgânicos Constituintes orgânicos Qualidade física Qualidade química Qualidade biológica QUALIDADE TOTAL Cor É decorrente da sua capacidade de absorver certas radiações do espectro do visível Devese a substâncias de origem mineral e orgânicas dissolvidas no estado coloidal ou em suspensão Cor aparente devido à matéria em suspensão Determinada antes de centrifugação ou filtração Cor real ou verdadeira devida exclusivamente a substâncias dissolvidas e em estado coloidal A cor pode tornar o líquido indesejável para uso em indústrias de produção de bebidas e de outros alimentos ou de fabricação de louças e papéis ou ainda em indústrias têxteis Pode ser um indicativo do grau de poluição De modo geral água de cor elevada apresentam alta DBO Características físicas Cor A cor geralmente não tem significado sanitário porém afeta esteticamente a qualidade de uma água Cores características A água pura é ausente de cor Em grandes profundidades a água ganha cor azulada A cor marromamarelada se deve à matéria orgânica Coloração avermelhada devese ao ferro Quando em alta alcalinidade e dureza pode apresentar coloração esverdeada Esgotos industriais podem lançar despejos coloridos Conforme sua origem pode ser removida por coagulação e filtração ou por oxidação química Características físicas Turbidez É uma propriedade ótica da água que causa a dispersão e absorção de um feixe de luz incidindo em uma amostra em vez de sua transmissão em linha reta Essa propriedade de desviar raios luminosos é decorrente da presença de materiais em suspensão na água finamente divididos eou em estado coloidal e de organismos microscópicos Naturalmente processos de erosão silte argila e areia matéria orgânica microorganismos e até pequenas bolhas de ar Artificialmente lançamento de despejos domésticos e industriais Dificulta a fotossíntese devido à redução em termos de penetração de luz logo prejudicando fauna e flora Turbidez Afeta esteticamente os corpos dágua ou ainda encarece e dificulta os processos de tratamento para fins de abastecimento público e industrial A turbidez pode ser interpretada como uma medida indireta da quantidade de sólidos em suspensão e é por exemplo particularmente útil no controle do tratamento de água potável São determinados em aparelhos chamados de nefelômetros ou turbidímetros onde uma célula voltaica mede a quantidade de luz dispersa através de uma amostra A unidade de medida é a unidade nefelométrica de turbidez UNT ou apenas conhecida como unidade de turbidez UT Nefelometria é um método analitico de laboratório que se baseia na diminuição da intensidade pela difracção da luz Sabor e odor São consideradas em conjunto pois são intimamente relacionadas e facilmente confundidas Reconhecemse apenas quatro sabores azedo doce amargo e salino Substâncias inorgânicas produzem sabor geralmente sem produzir odor Substâncias orgânicas Podem produzir tanto sabor quanto odor Praticamente todos os odores reconhecidos na água são de origem orgânica exceto o H2S O sabor e odor sendo sensações organolépticas de avaliação subjetiva não são passíveis de medição direta por instrumentos Quando existem problemas de sabor e odor na água a aeração pode ser empregada para a remoção de compostos voláteis e H2S ou pode ser necessária a aplicação de carvão ativado com ou sem aeração prévia pH Oxigênio Dissolvido Dióxido de Carbono Dissolvido Matéria Orgânica DBO e DQO Acidez Alcalinidade Dureza Ferro e Manganês Cloretos Nitrogênio Fósforo Metais Pesados Características Químicas Sólidos São caracterizados como sólidos todas as partículas presentes em suspensão ou em solução sedimentáveis ou não sedimentáveis orgânicas ou minerais Sólidos Totais massa sólida obtida com a evaporação da parte líquida da amostra a 103º a 105ºC em mgL Minerais ou Fixos resíduos sólidos retidos após calcinação dos sólidos totais a 500ºC em mgL Orgânicos ou Voláteis parcela dos sólidos totais volatilizada no processo de calcinação em mgL Em Suspensão ou Filtráveis e Nãofiltráveis quantidade de sólidos determinada com a secagem do material retirado por filtração da amostra através de micromalha de 045 μm em mgL Coloidais fração dos sólidos composta de partículas com diâmetros equivalentes da ordem de 103 a 045 μm Dissolvidos fração dos sólidos composta de partículas com diâmetros equivalentes inferiores a 103 μm Sólidos sedimentáveis podem se depositar em leitos de rios e reservatórios destruição de organismos e leitos de desova de peixes formação de depósitos que se decompõem anaerobicamente assoreamento de corpos de água agravamento de problemas de enchentes A quantidade de sólidos influencia na cor e na turbidez Condutividade elétrica A água pura é um meio isolante porém sua capacidade de solvência das substâncias principalmente de sais faz com que as águas naturais tenham em geral alto poder de condutividade elétrica Esta condutividade depende do tipo de mineral dissolvido bem como da sua concentração O aumento da temperatura também eleva a condutividade Corrosividade A tendência da água de corroer os metais pode ser devida à presença de ácidos minerais casos raros ou pela existência em solução de gases dissolvidos De um modo geral o oxigênio é fator de corrosão dos produtos ferrosos o gás sulfídrico dos nãoferrosos e o gás carbônico dos materiais à base de cimento Ferro e manganês São necessários em pequenas concentrações aos seres vivos O ferro com certa freqüência associado ao manganês confere à água sabor ou melhor sensação de adstringência e coloração avermelhada decorrente de sua precipitação As águas ferruginosas mancham as roupas durante a viagem mancham os aparelhos sanitários e podem ficar depositados nas tubulações O manganês apresenta inconvenientes semelhantes aos do ferro porém é menos comum e sua coloração característica é marrom Cloreto Sua presença na água é resultante da dissolução de sais com íons Cl por exemplo de cloreto de sódio É característica da água do mar cujo teor se aproxima dos 20000 ppm entre eles o mais presente é o cloreto de sódio NaCl com cerca de 70 deste teor De um modo geral a presença de cloretos têm origem na dissolução de minerais contato com áreas de sal mistura com a água do mar e introdução de águas residuárias domésticos ou industriais Acelera processos de corrosão em tubulações Em determinadas concentrações imprime um sabor salgado à água Nutrientes Os nutrientes são compostos principalmente a base de nitrogênio e fósforo que em determinadas concentrações possibilitam o aparecimento e a proliferação de organismos aquáticos e eutrofização aumento na presença de algas e plantas aquáticas Os compostos de nitrogênio e fósforo ocorrem naturalmente em pequenas concentrações O aumento na concentrações desses elementos nas águas se devem principalmente aos esgotos de origem doméstica O processo de eutrofização pode causar prejuízos principalmente a usos da água como abastecimento público recreação e navegação Quantidades excessivas de sulfatos dão sabor amargo água e podem ser laxativos principalmente em novos consumidores O nitrogênio segue um ciclo podendo estar presente em diversas formas amoniacal nitritos nitratos Estes compostos ocorrem na água originários de esgotos domésticos e industriais ou da drenagem de áreas fertilizadas Podem ser usados como indicadores da idade da carga poluidora esgoto dependendo do estágio em que se encontram Teores elevados de nitratos são responsáveis pela incidência de uma doença infantil chamada metemoglobinemia ou cianose que provoca a descoloração da pele Oxigênio Dissolvido O oxigênio molecular dissolvido O2 é o agente oxidante mais importante em águas naturais A concentração de oxigênio dissolvido em água é baixa e por conseguinte precária do ponto de vista ecológico Por exemplo os peixes necessitam de água que contenha pelo menos 5 ppm de oxigênio dissolvido para manteremse vivos A maior parte do oxigênio elementar vem da atmosfera logo a habilidade de um corpo hídrico de se reoxigenar pelo contato com a atmosfera é uma característica importante O oxigênio é produzido por uma ação fotossintética das algas mas este processo não é um meio realmente eficiente de oxigenação da água porque a maior parte do oxigênio formado pela fotossíntese durante o dia é perdido durante a noite quando as algas consomem o oxigênio como parte de seus processos metabólicos A solubilidade do oxigênio na água depende da temperatura da água da pressão parcial do oxigênio na atmosfera e do teor de sal na água Considerase que águas de rios e lagos aquecidos artificialmente experimentam uma poluição térmica porque contêm menos oxigênio que as águas mais frias devido à diminuição na solubilidade dos gases com o aumento da temperatura Se processos de consumo de oxigênio estão ocorrendo na água o nível de oxigênio dissolvido pode rapidamente chegar a zero a menos que algum mecanismo eficiente para a reaeração da água esteja atuando A água que é aerada através do fluxo de cursos dágua e rios pouco profundos é continuamente reabastecida por oxigênio Porém a água estagnada ou a que está situada próxima ao fundo de um lago de grande profundidade está com freqüência quase completamente sem oxigênio devido a sua reação com a matéria orgânica e a falta de qualquer mecanismo que possibilite sua reposição com rapidez já que a difusão é um processo lento Matéria Orgânica A substância mais habitualmente oxidada pelo oxigênio dissolvido em água é a matéria orgânica MO de origem biológica Por exemplo em um esgoto sanitário estão presentes Compostos de proteínas 40 a 60 Carboidratos 25 a 50 Gorduras e óleos 8 a 12 Uréia surfactantes fenóis pesticidas metais e outros A capacidade da matéria orgânica presente em uma amostra de água natural em consumir oxigênio é chamada de demanda bioquímica de oxigênio DBO As reações de oxidação são catalisadas pela ação de microorganismos já presentes na água A oxidação de MO em esgotos pode ser representado por MO O2 bactérias H2O CO2 NH3 Outros A DBO então retrata a quantidade de oxigênio requerida para estabilizar através de processos bioquímicos a matéria orgânica carbonácea É uma indicação indireta do carbono orgânico biodegradável DBO ou Demanda Bioquímica de Oxigênio medida geralmente em mgL que traduz indiretamente a quantidade de matéria orgânica presente na água como carboidratos ureia surfactantes gordura óleo fenóis pesticidas etc Como a estabilização completa da MO demora vários dias cerca de 20 ou mais para esgotos domésticos para a determinação experimental da DBO em laboratório convencionouse Proceder à análise no 5º dia O teste deve ser efetuado à temperatura de 20ºC uma vez que diferentes temperaturas interferem na velocidade do metabolismo bacteriano Logo a DBO padrão é expressada como DBO5 20 Experimentalmente No dia da coleta determinase a concentração de OD Mantémse a amostra mantida em frasco fechado e incubada a 20ºC por 5 dias Ao final medese a nova concentração de OD A diferença entre o teor de OD no dia zero e no dia 5 representa o OD consumido para a oxidação da MO OD no dia 0 7 mgL OD no dia 5 3 mgL DBO5 7 3 4 mgL OD 7 mgl DIA 0 OD 3 mgl DIA 5 DBO5 20C 7 3 4 mgl Uma determinação mais rápida da demanda de oxigênio pode ser feita através de uma avaliação da demanda química de oxigênio DQO de uma amostra de água A Demanda Química de Oxigênio identificada pela sigla DQO é um parâmetro indispensável nos estudos de caracterização de esgotos sanitários e de efluentes industriais ela avalia a quantidade de oxigênio dissolvido OD consumido em meio ácido que leva à degradação de matéria orgânica O processo se baseia na oxidação de matéria orgânica por uma mistura em ebulição de ácido crômico e acido sulfúrico bicromato de potássio em meio ácido A relação DQO DBO5 20 permite ainda definir qual o processo de tratamento a ser utilizado Relação DQO DBO5 20 baixa a fração biodegradável é elevada o que indica a utilização de tratamento biológico Relação DQO DBO5 20 elevada a fração inerte ou seja não biodegradável é alta não em termos de poluição do corpo hídrico receptor indicase um tratamento biológico caso a fração não biodegradável seja importante em termos de poluição indicase o tratamento físicoquímico Quando as bactérias apropriadas estão presentes a MO dissolvida na água decompõese sob condições anaeróbicas ausência de oxigênio As condições anaeróbias ocorrem na natureza em águas estagnadas As bactérias atuam sobre o carbono e o modificam Uma parte do carbono é oxidada para CO2 e a parte restante é reduzida para CH4 fermentação Ambientes anaeróbicos possuem condições redutoras A camada superior de águas naturais geralmente contém níveis de oxigênio dissolvido próximos à saturação condição que se deve tanto ao seu contato com o ar quanto à presença do O2 produzido pela fotossíntese das algas Logo as condições das camadas superiores são aeróbicas e portanto as formas presentes são mais oxidadas Perto do fundo ocorre depleção do oxigênio dado que não existe contato com o ar e que o O2 é consumido na decomposição de material biológico Sob tais condições anaeróbicas os elementos existem em suas formas mais reduzidas Região anterior ao lançamento de MO região de águas limpas com elevada concentração de OD e vida aquática superior Zona de degradação diminuição da concentração inicial de OD sedimentação de parte do material sólido e aspecto indesejável ainda existem peixes que afluem ao local em busca de alimentos quantidade elevada de bactérias e fungos mas poucas algas Zona de decomposição ativa a concentração de OD atinge o valor mínimo podendo inclusive tornarse igual a zero a quantidade de bactérias e fungos diminui havendo uma redução de organismos anaeróbicos Zona de recuperação ocorre um aumento na concentração de OD pois os mecanismos de reaeração predominam à desoxigenação redução na quantidade de bactérias e fungos e aumento de organismos aeróbicos tendência de proliferação de algas devido a excesso de nutrientes Zona de águas limpas volta a apresentar condições satisfatórias de OD e DBO e com relação à presença de organismos aeróbios pode ainda conter organismos patogênicos Alcalinidade Medese a alcalinidade titulando uma amostra de água com ácido e determinando o equivalente de hidrogênio sendo a alcalinidade expressa em mgL de CaCO3 Em função do pH podem estar presentes os tipos de alcalinidade Alcalinidade de hidróxidos e carbonatos pH 11 94 Carbonatos e bicarbonatos pH 94 83 Somente bicarbonatos pH 83 46 Ácidos minerais pH 46 Os indicadores utilizados para esta titulação são a fenoftaleína e o metilorange Fenoftaleína Dá uma coloração rosa à água a pH 83 ou maior A quantidade de ácido consumida é chamada de alcalinidade a fenoftaleína Metilorange Dá uma coloração avermelhada ou alaranjada a um pH ao redor de 43 A quantidade de ácido consumido mede a alcalinidade total Acidez Analogamente acidez é a capacidade de neutralização de soluções alcalinas ou seja é a capacidade da água em resistir às mudanças de pH em função da introdução de bases Em geral a acidez está associada a presença de CO2 livre A presença de ácidos orgânicos é mais comum em águas superficiais enquanto que nas águas subterrâneas é menos freqüente a ocorrência de ácidos em geral Em algumas ocasiões as águas subterrâneas poderão conter ácido sulfúrico derivado da presença de sulfetos metálicos Dureza É a característica conferida à água pela presença de sais de metais alcalinoterrosos cálcio magnésio etc e alguns metais em menor intensidade Em termos gerais a dureza é definida como A água classificada como dura contém concentrações substanciais de íons cálcio e magnésio Por isso a água calcária é dura Os íons cálcio e magnésio formam sais insolúveis com os ânions dos sabões formando uma espécie de nata na água de lavagem Também durante a fervura da água os carbonatos precipitamse Este fenômeno prejudica o cozimento dos alimentos provoca encardido em panelas e é potencialmente perigoso para o funcionamento de caldeiras ou outros equipamentos que trabalhem ou funcionem com vapor dágua O Índice de Qualidade das Águas IQA incorpora 9 parâmetros considerados relevantes para a avaliação da qualidade das águas tendo como determinante principal a utilização das mesmas para abastecimento público A criação do IQA baseouse na avaliação dos parâmetros o peso relativo dos mesmos e a condição com que se apresenta cada parâmetro segundo uma escala de valores rating Foram estabelecidas curvas de variação da qualidade das águas de acordo com o estado ou a condição de cada parâmetro Estas curvas de variação sintetizadas em um conjunto de curvas médias para cada parâmetro bem como seu peso relativo correspondente Índice de qualidade da água O IQA é calculado pelo produto ponderado das qualidades de água correspondentes aos parâmetros Temperatura da amostra pH Oxigênio dissolvido Demanda bioquímica de oxigênio 5 dias 20ºC Coliformes termotolerantes Nitrogênio total Fósforo total Resíduo total e Turbidez A determinação numérica do IQA é feita por meio da seguinte fórmula onde IQANSF Índice de Qualidade das Águas um número entre 0 e 100 qi qualidade do iésimo parâmetro um número entre 0 e 100 obtido da respectiva curva média de variação de qualidade em função de sua concentração ou medida e wi peso correspondente ao iésimo parâmetro um número entre 0 e 1 atribuído em função da sua importância para a conformação global de qualidade sendo que PARÂMETRO DE QUALIDADE DA ÁGUA PESO w Oxigênio dissolvido 017 Coliformes termotolerantes 015 Potencial hidrogeniônico pH 012 Demanda bioquímica de oxigênio DBO 010 Temperatura da água 010 Nitrogênio total 010 Fósforo total 010 Turbidez 008 Resíduo total 008 Coliformes Fecais para I 1 w1 015 Q1 Nota se CF 104 q1 30 pH para I 2 w2 012 Q2 Nota se pH 20 q2 20 se pH 120 q2 30 Demanda Bioquímica de Oxigênio para I 3 w3 010 Q3 Nota se DBO5 300 q3 20 Nitrogênio Total para I 4 w4 010 Q4 Nota se NT 1000 q4 10 Fósforo Total para I 5 w5 010 Q5 Nota se PO4 T 100 q5 10 Temperatura afastamento da temperatura de equilibrio para I 6 w6 010 Q6 Nota se Δt 50 q6 Indefinido se Δt 150 q6 90 Turbidez para I 7 w7 008 Q7 Nota se turbidez 100 q7 50 Residuo Total para I 8 w8 008 Q8 Nota se RT 500 q8 320 Oxigênio Dissolvido para I 9 w9 017 Q9 Nota se OD sat 140 q9 470 Ao invés de utilizarmos os gráficos podemos calcular os parâmetros de qualidade da água Oxigênio Dissolvido Coliformes Termotolerantes pH Temperatura da Água Nitrogênio Total Fósforo Total Turbidez Resíduos Totais 𝐼𝑄𝐴 𝑖1 𝑛 𝑞𝑖 𝑤𝑖𝑞𝑂𝐷 𝑤𝑂𝐷 𝑞𝐶𝑇 𝑤𝐶𝑇 𝑞𝑝𝐻 𝑤𝑝𝐻𝑞𝐷𝐵𝑂 𝑤𝐷𝐵𝑂 𝑞𝑇𝐴 𝑤𝑇𝐴𝑞𝑁𝑇 𝑤𝑁𝑇 𝑞𝐹𝑇 𝑤𝐹𝑇𝑞𝑇 𝑤𝑇𝑞𝑅𝑇 𝑤𝑅𝑇 Esse método tem a vantagem de ser simples e barato enquanto a desvantagem fica por conta da produtória que exige todos os parâmetros para ser mensurada além de ser um processo relativamente lento Para a CETESB a qualidade da água definida pelo IQA é
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água que vem influenciar no comportamento e resultado dos produtos por isso a pureza da água deve ser adequada ao processo que participa Exemplos Açúcar álcool cerveja conservas curtumes laticínios papel e celulose têxtil Consumo Industrial Poluição industrial A produção industrial gera resíduos que quando despejados nos corpos dágua sem nenhum controle ou tratamento podem levar a sérios problemas de contaminação dos mananciais Dentre as indústrias poluentes destacamse as alimentares as metalúrgicas as petroquímicas as nucleares as mineiras as farmacêuticas as eletroquímicas as de fabricação de pesticidas e inseticidas Uso Geral Uso Específico Qualidade Requerida Abastecimento Industrial Água é incorporada ao produto ex alimento bebidas remédios Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde Isenta de organismos prejudiciais à saúde Esteticamente agradável Água entra em contato com o produto Variável com o produto Água não entra em contato com o produto ex refrigeração e caldeiras Baixa dureza Baixa agressividade A qualidade da água destinada ao abastecimento público deve obedecer rigorosamente às normas de potabilidade da regulamentação nacional Poluição urbana e doméstica É provocada pela descarga de efluentes domésticos não tratados na rede hidrográfica fossas sépticas e lixeiras Este tipo de poluição ao atingir o aqüífero origina um aumento da mineralização elevação da temperatura aparecimento de cor sabor e odor desagradáveis Consumo Doméstico Principais poluentes aquáticos poluentes orgânicos biodegradáveis poluentes orgânicos recalcitrantes ou refratários metais nutrientes organismos patogênicos sólidos em suspensão calor e radioatividade Uso Geral Uso Específico Qualidade Requerida Abastecimento doméstico Isenta de substâncias de substâncias químicas prejudiciais à saúde Isenta de organismos prejudiciais à saúde Adequada para serviços domésticos Baixa agressividade e dureza Esteticamente agradável baixa turbidez cor sabor e odor ausência de midroorganismos Impurezas presentes nas águas As impurezas presentes da água podem estar nas formas dissolvida ou em suspensão dividindose em 5 tipos básicos Tipo Exemplo Sólidos em suspensão Silte ferro precipitado coloides etc Sais Dissolvidos Contaminantes iônicos tais como o sódio cálcio sulfato e etc Materiais orgânicos dissolvidos Trihalometanos ácidos húmidos e outros contaminantes não iônicos Microorganismos Bactérias vírus cistos de protozoários algas fungos e etc Gases dissolvidos Sulfeto de hidrogênio metano etc fragmentos de rocha ou partículas detríticas menores que um grão de areia que entram na formação do solo ou de uma rocha sedimentar Quando se analisa a qualidade da água é de fundamental importância o reconhecimento de dois tópicos os sólidos presentes na água e os organismos presentes na água Sólidos Organismos Todos os contaminantes da água exceto os gases dissolvidos contribuem para a carga de sólidos Significativo nos processos de depuração dos despejos e sua associação com a contaminação Características físicas tamanho e estado em suspensão flocos de bactérias coloidais vírus e bactérias e dissolvidos sais matéria orgânica Reino vegetal Características químicas sólidos orgânicos voláteis e inorgânicos não voláteis Reino animal Protistas elevada diferenciação celular dos outros reinos A nova classificação dos seres vivos engloba a monera O Reino Protista é um dos reinos dos seres vivos caracterizado por organismos eucariontes autótrofos ou heterótrofos e unicelulares ou pluricelulares Os protistas compreendem os protozoários e as algas Monera é um reino biológico que inclui todos os organismos vivos que possuem uma organização celular procariótica como bactérias cianobactérias e arqueobactérias A presença da impureza é avaliada de acordo com a sua característica sendo ela dividida em três tipos de análises Características físicas relativas aos sólidos presentes na água Comumente são tidas como de menor importância uma vez que envolvem aspectos de ordem estética e subjetiva como cor sabor turbidez odor e temperatura Por causar repugnância levam à preferência pela água de melhor aparência que pode inclusive ser de pior qualidade Características biológicas referemse à parte viva da água analisada através da microbiologia que revela a presença dos reinos animal vegetal e protista compreendendo organismos como bactérias algas fungos protozoários vírus e parasitas Características químicas referemse às substâncias dissolvidas que podem causar alterações nos valores dos parâmetros pH alcalinidade acidez dureza ferro e manganês cloretos nitrogênio fósforo oxigênio dissolvido matéria orgânica e inorgânica Materiais tóxicos Ânions Cátions Sintéticos Naturais Turbidez Gases dissolvidos Constituintes inorgânicos Constituintes orgânicos Qualidade física Qualidade química Qualidade biológica QUALIDADE TOTAL Cor É decorrente da sua capacidade de absorver certas radiações do espectro do visível Devese a substâncias de origem mineral e orgânicas dissolvidas no estado coloidal ou em suspensão Cor aparente devido à matéria em suspensão Determinada antes de centrifugação ou filtração Cor real ou verdadeira devida exclusivamente a substâncias dissolvidas e em estado coloidal A cor pode tornar o líquido indesejável para uso em indústrias de produção de bebidas e de outros alimentos ou de fabricação de louças e papéis ou ainda em indústrias têxteis Pode ser um indicativo do grau de poluição De modo geral água de cor elevada apresentam alta DBO Características físicas Cor A cor geralmente não tem significado sanitário porém afeta esteticamente a qualidade de uma água Cores características A água pura é ausente de cor Em grandes profundidades a água ganha cor azulada A cor marromamarelada se deve à matéria orgânica Coloração avermelhada devese ao ferro Quando em alta alcalinidade e dureza pode apresentar coloração esverdeada Esgotos industriais podem lançar despejos coloridos Conforme sua origem pode ser removida por coagulação e filtração ou por oxidação química Características físicas Turbidez É uma propriedade ótica da água que causa a dispersão e absorção de um feixe de luz incidindo em uma amostra em vez de sua transmissão em linha reta Essa propriedade de desviar raios luminosos é decorrente da presença de materiais em suspensão na água finamente divididos eou em estado coloidal e de organismos microscópicos Naturalmente processos de erosão silte argila e areia matéria orgânica microorganismos e até pequenas bolhas de ar Artificialmente lançamento de despejos domésticos e industriais Dificulta a fotossíntese devido à redução em termos de penetração de luz logo prejudicando fauna e flora Turbidez Afeta esteticamente os corpos dágua ou ainda encarece e dificulta os processos de tratamento para fins de abastecimento público e industrial A turbidez pode ser interpretada como uma medida indireta da quantidade de sólidos em suspensão e é por exemplo particularmente útil no controle do tratamento de água potável São determinados em aparelhos chamados de nefelômetros ou turbidímetros onde uma célula voltaica mede a quantidade de luz dispersa através de uma amostra A unidade de medida é a unidade nefelométrica de turbidez UNT ou apenas conhecida como unidade de turbidez UT Nefelometria é um método analitico de laboratório que se baseia na diminuição da intensidade pela difracção da luz Sabor e odor São consideradas em conjunto pois são intimamente relacionadas e facilmente confundidas Reconhecemse apenas quatro sabores azedo doce amargo e salino Substâncias inorgânicas produzem sabor geralmente sem produzir odor Substâncias orgânicas Podem produzir tanto sabor quanto odor Praticamente todos os odores reconhecidos na água são de origem orgânica exceto o H2S O sabor e odor sendo sensações organolépticas de avaliação subjetiva não são passíveis de medição direta por instrumentos Quando existem problemas de sabor e odor na água a aeração pode ser empregada para a remoção de compostos voláteis e H2S ou pode ser necessária a aplicação de carvão ativado com ou sem aeração prévia pH Oxigênio Dissolvido Dióxido de Carbono Dissolvido Matéria Orgânica DBO e DQO Acidez Alcalinidade Dureza Ferro e Manganês Cloretos Nitrogênio Fósforo Metais Pesados Características Químicas Sólidos São caracterizados como sólidos todas as partículas presentes em suspensão ou em solução sedimentáveis ou não sedimentáveis orgânicas ou minerais Sólidos Totais massa sólida obtida com a evaporação da parte líquida da amostra a 103º a 105ºC em mgL Minerais ou Fixos resíduos sólidos retidos após calcinação dos sólidos totais a 500ºC em mgL Orgânicos ou Voláteis parcela dos sólidos totais volatilizada no processo de calcinação em mgL Em Suspensão ou Filtráveis e Nãofiltráveis quantidade de sólidos determinada com a secagem do material retirado por filtração da amostra através de micromalha de 045 μm em mgL Coloidais fração dos sólidos composta de partículas com diâmetros equivalentes da ordem de 103 a 045 μm Dissolvidos fração dos sólidos composta de partículas com diâmetros equivalentes inferiores a 103 μm Sólidos sedimentáveis podem se depositar em leitos de rios e reservatórios destruição de organismos e leitos de desova de peixes formação de depósitos que se decompõem anaerobicamente assoreamento de corpos de água agravamento de problemas de enchentes A quantidade de sólidos influencia na cor e na turbidez Condutividade elétrica A água pura é um meio isolante porém sua capacidade de solvência das substâncias principalmente de sais faz com que as águas naturais tenham em geral alto poder de condutividade elétrica Esta condutividade depende do tipo de mineral dissolvido bem como da sua concentração O aumento da temperatura também eleva a condutividade Corrosividade A tendência da água de corroer os metais pode ser devida à presença de ácidos minerais casos raros ou pela existência em solução de gases dissolvidos De um modo geral o oxigênio é fator de corrosão dos produtos ferrosos o gás sulfídrico dos nãoferrosos e o gás carbônico dos materiais à base de cimento Ferro e manganês São necessários em pequenas concentrações aos seres vivos O ferro com certa freqüência associado ao manganês confere à água sabor ou melhor sensação de adstringência e coloração avermelhada decorrente de sua precipitação As águas ferruginosas mancham as roupas durante a viagem mancham os aparelhos sanitários e podem ficar depositados nas tubulações O manganês apresenta inconvenientes semelhantes aos do ferro porém é menos comum e sua coloração característica é marrom Cloreto Sua presença na água é resultante da dissolução de sais com íons Cl por exemplo de cloreto de sódio É característica da água do mar cujo teor se aproxima dos 20000 ppm entre eles o mais presente é o cloreto de sódio NaCl com cerca de 70 deste teor De um modo geral a presença de cloretos têm origem na dissolução de minerais contato com áreas de sal mistura com a água do mar e introdução de águas residuárias domésticos ou industriais Acelera processos de corrosão em tubulações Em determinadas concentrações imprime um sabor salgado à água Nutrientes Os nutrientes são compostos principalmente a base de nitrogênio e fósforo que em determinadas concentrações possibilitam o aparecimento e a proliferação de organismos aquáticos e eutrofização aumento na presença de algas e plantas aquáticas Os compostos de nitrogênio e fósforo ocorrem naturalmente em pequenas concentrações O aumento na concentrações desses elementos nas águas se devem principalmente aos esgotos de origem doméstica O processo de eutrofização pode causar prejuízos principalmente a usos da água como abastecimento público recreação e navegação Quantidades excessivas de sulfatos dão sabor amargo água e podem ser laxativos principalmente em novos consumidores O nitrogênio segue um ciclo podendo estar presente em diversas formas amoniacal nitritos nitratos Estes compostos ocorrem na água originários de esgotos domésticos e industriais ou da drenagem de áreas fertilizadas Podem ser usados como indicadores da idade da carga poluidora esgoto dependendo do estágio em que se encontram Teores elevados de nitratos são responsáveis pela incidência de uma doença infantil chamada metemoglobinemia ou cianose que provoca a descoloração da pele Oxigênio Dissolvido O oxigênio molecular dissolvido O2 é o agente oxidante mais importante em águas naturais A concentração de oxigênio dissolvido em água é baixa e por conseguinte precária do ponto de vista ecológico Por exemplo os peixes necessitam de água que contenha pelo menos 5 ppm de oxigênio dissolvido para manteremse vivos A maior parte do oxigênio elementar vem da atmosfera logo a habilidade de um corpo hídrico de se reoxigenar pelo contato com a atmosfera é uma característica importante O oxigênio é produzido por uma ação fotossintética das algas mas este processo não é um meio realmente eficiente de oxigenação da água porque a maior parte do oxigênio formado pela fotossíntese durante o dia é perdido durante a noite quando as algas consomem o oxigênio como parte de seus processos metabólicos A solubilidade do oxigênio na água depende da temperatura da água da pressão parcial do oxigênio na atmosfera e do teor de sal na água Considerase que águas de rios e lagos aquecidos artificialmente experimentam uma poluição térmica porque contêm menos oxigênio que as águas mais frias devido à diminuição na solubilidade dos gases com o aumento da temperatura Se processos de consumo de oxigênio estão ocorrendo na água o nível de oxigênio dissolvido pode rapidamente chegar a zero a menos que algum mecanismo eficiente para a reaeração da água esteja atuando A água que é aerada através do fluxo de cursos dágua e rios pouco profundos é continuamente reabastecida por oxigênio Porém a água estagnada ou a que está situada próxima ao fundo de um lago de grande profundidade está com freqüência quase completamente sem oxigênio devido a sua reação com a matéria orgânica e a falta de qualquer mecanismo que possibilite sua reposição com rapidez já que a difusão é um processo lento Matéria Orgânica A substância mais habitualmente oxidada pelo oxigênio dissolvido em água é a matéria orgânica MO de origem biológica Por exemplo em um esgoto sanitário estão presentes Compostos de proteínas 40 a 60 Carboidratos 25 a 50 Gorduras e óleos 8 a 12 Uréia surfactantes fenóis pesticidas metais e outros A capacidade da matéria orgânica presente em uma amostra de água natural em consumir oxigênio é chamada de demanda bioquímica de oxigênio DBO As reações de oxidação são catalisadas pela ação de microorganismos já presentes na água A oxidação de MO em esgotos pode ser representado por MO O2 bactérias H2O CO2 NH3 Outros A DBO então retrata a quantidade de oxigênio requerida para estabilizar através de processos bioquímicos a matéria orgânica carbonácea É uma indicação indireta do carbono orgânico biodegradável DBO ou Demanda Bioquímica de Oxigênio medida geralmente em mgL que traduz indiretamente a quantidade de matéria orgânica presente na água como carboidratos ureia surfactantes gordura óleo fenóis pesticidas etc Como a estabilização completa da MO demora vários dias cerca de 20 ou mais para esgotos domésticos para a determinação experimental da DBO em laboratório convencionouse Proceder à análise no 5º dia O teste deve ser efetuado à temperatura de 20ºC uma vez que diferentes temperaturas interferem na velocidade do metabolismo bacteriano Logo a DBO padrão é expressada como DBO5 20 Experimentalmente No dia da coleta determinase a concentração de OD Mantémse a amostra mantida em frasco fechado e incubada a 20ºC por 5 dias Ao final medese a nova concentração de OD A diferença entre o teor de OD no dia zero e no dia 5 representa o OD consumido para a oxidação da MO OD no dia 0 7 mgL OD no dia 5 3 mgL DBO5 7 3 4 mgL OD 7 mgl DIA 0 OD 3 mgl DIA 5 DBO5 20C 7 3 4 mgl Uma determinação mais rápida da demanda de oxigênio pode ser feita através de uma avaliação da demanda química de oxigênio DQO de uma amostra de água A Demanda Química de Oxigênio identificada pela sigla DQO é um parâmetro indispensável nos estudos de caracterização de esgotos sanitários e de efluentes industriais ela avalia a quantidade de oxigênio dissolvido OD consumido em meio ácido que leva à degradação de matéria orgânica O processo se baseia na oxidação de matéria orgânica por uma mistura em ebulição de ácido crômico e acido sulfúrico bicromato de potássio em meio ácido A relação DQO DBO5 20 permite ainda definir qual o processo de tratamento a ser utilizado Relação DQO DBO5 20 baixa a fração biodegradável é elevada o que indica a utilização de tratamento biológico Relação DQO DBO5 20 elevada a fração inerte ou seja não biodegradável é alta não em termos de poluição do corpo hídrico receptor indicase um tratamento biológico caso a fração não biodegradável seja importante em termos de poluição indicase o tratamento físicoquímico Quando as bactérias apropriadas estão presentes a MO dissolvida na água decompõese sob condições anaeróbicas ausência de oxigênio As condições anaeróbias ocorrem na natureza em águas estagnadas As bactérias atuam sobre o carbono e o modificam Uma parte do carbono é oxidada para CO2 e a parte restante é reduzida para CH4 fermentação Ambientes anaeróbicos possuem condições redutoras A camada superior de águas naturais geralmente contém níveis de oxigênio dissolvido próximos à saturação condição que se deve tanto ao seu contato com o ar quanto à presença do O2 produzido pela fotossíntese das algas Logo as condições das camadas superiores são aeróbicas e portanto as formas presentes são mais oxidadas Perto do fundo ocorre depleção do oxigênio dado que não existe contato com o ar e que o O2 é consumido na decomposição de material biológico Sob tais condições anaeróbicas os elementos existem em suas formas mais reduzidas Região anterior ao lançamento de MO região de águas limpas com elevada concentração de OD e vida aquática superior Zona de degradação diminuição da concentração inicial de OD sedimentação de parte do material sólido e aspecto indesejável ainda existem peixes que afluem ao local em busca de alimentos quantidade elevada de bactérias e fungos mas poucas algas Zona de decomposição ativa a concentração de OD atinge o valor mínimo podendo inclusive tornarse igual a zero a quantidade de bactérias e fungos diminui havendo uma redução de organismos anaeróbicos Zona de recuperação ocorre um aumento na concentração de OD pois os mecanismos de reaeração predominam à desoxigenação redução na quantidade de bactérias e fungos e aumento de organismos aeróbicos tendência de proliferação de algas devido a excesso de nutrientes Zona de águas limpas volta a apresentar condições satisfatórias de OD e DBO e com relação à presença de organismos aeróbios pode ainda conter organismos patogênicos Alcalinidade Medese a alcalinidade titulando uma amostra de água com ácido e determinando o equivalente de hidrogênio sendo a alcalinidade expressa em mgL de CaCO3 Em função do pH podem estar presentes os tipos de alcalinidade Alcalinidade de hidróxidos e carbonatos pH 11 94 Carbonatos e bicarbonatos pH 94 83 Somente bicarbonatos pH 83 46 Ácidos minerais pH 46 Os indicadores utilizados para esta titulação são a fenoftaleína e o metilorange Fenoftaleína Dá uma coloração rosa à água a pH 83 ou maior A quantidade de ácido consumida é chamada de alcalinidade a fenoftaleína Metilorange Dá uma coloração avermelhada ou alaranjada a um pH ao redor de 43 A quantidade de ácido consumido mede a alcalinidade total Acidez Analogamente acidez é a capacidade de neutralização de soluções alcalinas ou seja é a capacidade da água em resistir às mudanças de pH em função da introdução de bases Em geral a acidez está associada a presença de CO2 livre A presença de ácidos orgânicos é mais comum em águas superficiais enquanto que nas águas subterrâneas é menos freqüente a ocorrência de ácidos em geral Em algumas ocasiões as águas subterrâneas poderão conter ácido sulfúrico derivado da presença de sulfetos metálicos Dureza É a característica conferida à água pela presença de sais de metais alcalinoterrosos cálcio magnésio etc e alguns metais em menor intensidade Em termos gerais a dureza é definida como A água classificada como dura contém concentrações substanciais de íons cálcio e magnésio Por isso a água calcária é dura Os íons cálcio e magnésio formam sais insolúveis com os ânions dos sabões formando uma espécie de nata na água de lavagem Também durante a fervura da água os carbonatos precipitamse Este fenômeno prejudica o cozimento dos alimentos provoca encardido em panelas e é potencialmente perigoso para o funcionamento de caldeiras ou outros equipamentos que trabalhem ou funcionem com vapor dágua O Índice de Qualidade das Águas IQA incorpora 9 parâmetros considerados relevantes para a avaliação da qualidade das águas tendo como determinante principal a utilização das mesmas para abastecimento público A criação do IQA baseouse na avaliação dos parâmetros o peso relativo dos mesmos e a condição com que se apresenta cada parâmetro segundo uma escala de valores rating Foram estabelecidas curvas de variação da qualidade das águas de acordo com o estado ou a condição de cada parâmetro Estas curvas de variação sintetizadas em um conjunto de curvas médias para cada parâmetro bem como seu peso relativo correspondente Índice de qualidade da água O IQA é calculado pelo produto ponderado das qualidades de água correspondentes aos parâmetros Temperatura da amostra pH Oxigênio dissolvido Demanda bioquímica de oxigênio 5 dias 20ºC Coliformes termotolerantes Nitrogênio total Fósforo total Resíduo total e Turbidez A determinação numérica do IQA é feita por meio da seguinte fórmula onde IQANSF Índice de Qualidade das Águas um número entre 0 e 100 qi qualidade do iésimo parâmetro um número entre 0 e 100 obtido da respectiva curva média de variação de qualidade em função de sua concentração ou medida e wi peso correspondente ao iésimo parâmetro um número entre 0 e 1 atribuído em função da sua importância para a conformação global de qualidade sendo que PARÂMETRO DE QUALIDADE DA ÁGUA PESO w Oxigênio dissolvido 017 Coliformes termotolerantes 015 Potencial hidrogeniônico pH 012 Demanda bioquímica de oxigênio DBO 010 Temperatura da água 010 Nitrogênio total 010 Fósforo total 010 Turbidez 008 Resíduo total 008 Coliformes Fecais para I 1 w1 015 Q1 Nota se CF 104 q1 30 pH para I 2 w2 012 Q2 Nota se pH 20 q2 20 se pH 120 q2 30 Demanda Bioquímica de Oxigênio para I 3 w3 010 Q3 Nota se DBO5 300 q3 20 Nitrogênio Total para I 4 w4 010 Q4 Nota se NT 1000 q4 10 Fósforo Total para I 5 w5 010 Q5 Nota se PO4 T 100 q5 10 Temperatura afastamento da temperatura de equilibrio para I 6 w6 010 Q6 Nota se Δt 50 q6 Indefinido se Δt 150 q6 90 Turbidez para I 7 w7 008 Q7 Nota se turbidez 100 q7 50 Residuo Total para I 8 w8 008 Q8 Nota se RT 500 q8 320 Oxigênio Dissolvido para I 9 w9 017 Q9 Nota se OD sat 140 q9 470 Ao invés de utilizarmos os gráficos podemos calcular os parâmetros de qualidade da água Oxigênio Dissolvido Coliformes Termotolerantes pH Temperatura da Água Nitrogênio Total Fósforo Total Turbidez Resíduos Totais 𝐼𝑄𝐴 𝑖1 𝑛 𝑞𝑖 𝑤𝑖𝑞𝑂𝐷 𝑤𝑂𝐷 𝑞𝐶𝑇 𝑤𝐶𝑇 𝑞𝑝𝐻 𝑤𝑝𝐻𝑞𝐷𝐵𝑂 𝑤𝐷𝐵𝑂 𝑞𝑇𝐴 𝑤𝑇𝐴𝑞𝑁𝑇 𝑤𝑁𝑇 𝑞𝐹𝑇 𝑤𝐹𝑇𝑞𝑇 𝑤𝑇𝑞𝑅𝑇 𝑤𝑅𝑇 Esse método tem a vantagem de ser simples e barato enquanto a desvantagem fica por conta da produtória que exige todos os parâmetros para ser mensurada além de ser um processo relativamente lento Para a CETESB a qualidade da água definida pelo IQA é