Análise da Qualidade da Água: Parâmetros Físicos, Químicos e Biológicos

Águas Substância química de extrema importância para o desenvolvimento das espécies que habitam a terra Distribuição da água no planeta terra Parâmetros de análise das águas Para caracterização de águas são determinados alguns parâmetros os quais identificam propriedades físicas químicas e biológicas Esses parâmetros indicam a qualidade da água Parâmetros físicas Temperatura Sabor e odor Cor Turbidez Sólidos Condutividade Elétrica Parâmetros químicos pH Dureza Cloretos Oxigênio Dissolvido Demanda Bioquímica de Oxigênio DBO Demanda Química de Oxigênio DQO Parâmetros biológicos Algas Coliformes Parâmetros Físicos Parâmetros Físicos Temperatura medida da intensidade de calor é um parâmetro importante pois influi em algumas propriedades da água densidade viscosidade oxigênio dissolvido com reflexos sobre a vida aquática A temperatura pode variar em função de fontes naturais energia solar e fontes antropogênicas despejos industriais e águas de resfriamento de máquinas Sabor e odor resultam de causas naturais algas vegetação em decomposição bactérias fungos compostos orgânicos tais como gás sulfídrico sulfatos e doretos e artificiais esgotos domésticos e industriais O padrão de potabilidade água completamente inodora Cor resulta da existência na água de substâncias em solução pode ser causada pelo ferro ou manganês pela decomposição da matéria orgânica da água principalmente vegetais pelas algas ou pela introdução de esgotos industriais e domésticos Padrão de potabilidade intensidade de cor inferior a 5 unidades Turbidez presença de matéria em suspensão na água como argila silte substâncias orgânicas finamente divididas organismos microscópicos e outras partículas O padrão de potabilidade turbidez inferior a 1 unidade Parâmetros Químicos pH o pH da água depende de sua origem e características naturais mas pode ser alterado pela introdução de resíduos pH baixo torna a água corrosiva águas com pH elevado tendem a formar incrustações nas tubulações a vida aquática depende do pH sendo recomendável a faixa de 6 a 9 Alcalinidade causada por sais alcalinos principalmente de sódio e cálcio mede a capacidade da água de neutralizar os ácidos em teores elevados pode proporcionar sabor desagradável à água tem influência nos processos de tratamento da água Dureza resulta da presença principalmente de sais alcalinos terrosos cálcio e magnésio ou de outros metais bivalentes em menor intensidade em teores elevados causa sabor desagradável e efeitos laxativos reduz a formação da espuma do sabão aumentando o seu consumo provoca incrustações nas tubulações e caldeiras dura Oxigênio Dissolvido OD é indispensável aos organismos aeróbios a água em condições normais contém oxigênio dissolvido cujo teor de saturação depende da altitude e da temperatura águas com baixos teores de oxigênio dissolvido indicam que receberam matéria orgânica Demanda Bioquímica de Oxigênio DBO é a quantidade de oxigênio necessária à oxidação da matéria orgânica por ação de bactérias aeróbias Representa portanto a quantidade de oxigênio que seria necessário fornecer às bactérias aeróbias para consumirem a matéria orgânica presente em um líquido água ou esgoto A DBO é determinada em laboratório observandose o oxigênio consumido em amostras do líquido durante 5 dias à temperatura de 20 C Demanda Química de Oxigênio DQO é a quantidade de oxigênio necessária à oxidação da matéria orgânica através de um agente químico A DQO também é determinada em laboratório em prazo muito menor do que o teste da DBO Para o mesmo líquido a DQO é sempre maior que a DBO Parâmetros Químicos Parâmetros biológicos Coliformes são indicadores de presença de microrganismos patogênicos na água os coliformes fecais existem em grande quantidade nas fezes humanas e quando encontrados na água significa que a mesma recebeu esgotos domésticos podendo conter microrganismos causadores de doenças Algas as algas desempenham um importante papel no ambiente aquático sendo responsáveis pela produção de grande pane do oxigênio dissolvido do meio em grandes quantidades como resultado do excesso de nutrientes eutrofização trazem alguns inconvenientes sabor e odor toxidez turbidez e cor formação de massas de matéria orgânica que ao serem decompostas provocam a redução do oxigênio dissolvido corrosão interferência nos processos de tratamento da água aspecto estético desagradável Representação de uma estação de tratamento de água potável Representação da estação de tratamento de água potável em um outro ângulo Etapas do processo de tratamento Resumindo as etapas do processo de tratamento são Coagulação Floculação Decantação ou sedimentação Filtração Fluoretação Correção do pH Coagulação Processo físicoquímico de curtíssima duração no qual as partículas coloidais e suspensas de carga predominantemente negativa são desestabilizadas pela ação do coagulante Floculação Agregação de partículas previamente desestabilizadas por coagulação química visando à formação de flocos com tamanho e massa específica que favoreçam sua remoção por sedimentação Decantação Permite a sedimentação dos flocos formados pela ação da gravidade e o recolhimento de água decantada Filtração Consiste na remoção de partículas suspensas e coloidais e de microorganismos presentes na água que escoa através de um meio granular É o processo final de remoção de impurezas realizado na ETA e portanto principal responsável pela produção de água com qualidade compatível com o Padrão de Potabilidade Fluoretação Aplicação de flúor na água Reduz a incidência de cárie dentária em indivíduos de até 14 anos de idade Correção do pH Proteger as tubulações e materiais metálicos do sistema de abastecimento de água da corrosão Tratamento de Águas Residuárias O tratamento adequado de esgotos é um fator importante para a saúde da comunidade Em algumas regiões infelizmente este processo não existe e o despejo dos esgotos e a minimização dos seus efeitos prejudiciais são reduzidos pela diluição deste em rios lagos ou mar onde a matéria orgânica é consumida ao longo do tempo Do esgoto gerado apenas 379 recebe algum tipo de tratamento A região com maior índice de esgoto tratado é a CentroOeste com 431 Crescimento das ligações entre 2009 e 2010 houve um crescimento de 22 milhões de ramais de água e de 24 milhões de ramais de esgotos no País Fonte httpwwwtratabrasilorgbrdetalhephpsecao20 acesso 05042013 Parâmetros aplicados para determinar o caráter poluidor Físicos Temperatura Cor Odor Turbidez Químicos Teor de Sólidos Matéria Orgânica DBO e DQO Nitrogênio Total Formas de Fósforo Metais Tóxicos Biológicos Bactérias Fungos Protozoários Coliformes Os principais parâmetros para caracterização de águas residuárias 1 Teor de Sólidos Substâncias orgânicas e inorgânicas solubilizadas ou não solubilizadas podem ser identificadas de forma simples através de evaporação da amostra de água e posterior secagem e calcinação do sólido resultante da amostra 1 Teor de Sólidos Os teores de sólidos são classificados em a sólidos totais matéria que permanece após evaporação a 103 oC da amostra b sólidos fixos permanece após calcinação entre 500 à 600 oC óxidos metálicos ou sais inorgânicos c sólidos voláteis volatilizam após calcinação entre 500 à 600 oCcompostos orgânicos d sólidos em suspensão fração retida em filtro e sólidos dissolvidos fração passante do filtro Os principais parâmetros para caracterização de águas residuárias Classificação Mundial das Águas Água doce Apresenta o teor de sólidos totais dissolvidos STD inferios a 1000 mgL Salobras Apresenta o teor de sólidos totais dissolvidos STD entre 1000 e 10000 mgL Salgadas Apresenta o teor de sólidos totais dissolvidos STD superior a 10000 mgL 2 Matéria Orgânica A matéria orgânica presente nos esgotos é uma característica de grande importância sendo a principal causa da poluição das águas pois provoca o consumo de oxigênio dissolvido pelos microrganismos nos processo metabólicos de utilização e estabilização da matéria orgânica A matéria orgânica é constituída proteínas carboidratos gorduras e óleos fenóis etc Quantificação da matéria orgânica é determinada através de valores de DBO e DQO A DBO média em efluentes são Domésticos 300 mgL Bovinos 7000 mgL Suínos 10000 a 18000 mgL Abate de animais preparação e fabrico de conservas de carne 1750 mgL Indústria de laticínios 700 mgL Indústria de conserva de peixe 500 mgL Indústria de vinho 3000 mgL Os principais parâmetros para caracterização de águas residuárias 3 Nitrogênio Permite determinar o grau de estabilização da matéria orgânica A presença de amônia NH3 indica uma poluição mais recente e a presença de nitritos NO2 e nitratos NO3 uma poluição mais antiga Efluentes com teor elevado de nitrogênio podem provocar um crescimento desordenado de algas se for lançado em um corpo dágua Os principais parâmetros para caracterização de águas residuárias Concentração de nitrogênio em esgotos sanitários Total de Nitrogênio 20 a 85 mg de NL Nitrogênio Amoniacal 12 a 50 mg de NL Nitrogênio Orgânico 8 a 35 mg de NL Os principais parâmetros para caracterização de águas residuárias 4 Fósforo Esta presente nas águas na forma de ortofosfatos polifosfatos e fósforo orgânico As principais fontes que originam a contaminação do fósforo são detergentes fertilizante despejos industriais e domésticos Branco 1986 cita que a presença de P e N nos mananciais em concentrações superiores a 001 e 003 mgl respectivamente determinam proliferações algais Por outro lado Tundisi Tundisi 1992 apud Beyruth 1996 mencionam que valores entre 0005 e 0006 mgl 5 e 6 ugl de P são limítrofes entre o estado de Mesotrofia e Eutrofia para lagos tropicais O Conselho Nacional de Meio Ambiente CONAMA em sua Resolução No 2086 define o limite de 0025 mgl de P para rios de classe 2 Os principais parâmetros para caracterização de águas residuárias 5 Indicadores de Contaminação Fecal Os indicadores de contaminação fecal são avaliados em função de valores de coliformes totais fecais CF e estreptococos fecais EF Quando maior a relação CFEF considerase que maior será a contribuição relativa da contaminação de origem humana Origem da Contaminação Fecal CFEF 4 Contaminação predominantemente humana CFEF 1 Contaminação predominante de outros animais de sangue quente 1 CFEF 4 Interpretação duvidosa Tratamento de Esgotos O tratamento de esgotos é avaliado em função Grau de redução dos sólidos em suspensão Da redução dos níveis de DBO A eficiência da redução de sólidos em suspensão e da DBO tem como fator preponderante a existência de uma ou mais etapas ou unidades de tratamento Remoção de sólidos grosseiros Remoção de Oléos e Gorduras Remoção de areia Tratament o Preliminar Decantação Digestão do lodo Secagem do lodo Tratame nto Primári o Filtração Biológica Lodos ativados Lagoas de estabilização Decantação Tratame nto Secundá rio Etapas do tratamento de esgotos Desinfecção Remoção de Nutrientes Tratamento Terciário Tratamento de Esgotos Etapa Final do tratamento de esgotos Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto 1 Remoção de sólidos grosseiros É realizada frequentemente por meio de grades Há uma variação do grau de abertura das grades com o efluente caminhando da grade de maior abertura para a de menor abertura Objetivo desta etapa é proteção dos corpos receptores proteção das unidade de tratamento Proteção dos dispositivos de transporte tais como bombas e tubulações Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto 2 Remoção de areia A areia é eliminada através do processos físico de sedimentação Esta etapa acontece em tanques denominados desarenadores Objetivo de remoção de areia Evitar a abrasão desgaste em equipamentos e tubulações Eliminar ou reduzir a possibilidade de obstruções em tubulações tanques etc Desarenador de pequeno porte Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto 2 Remoção de areia Além do desarenador comum há desaneradores que captam o fluxo superior e lamelar da água Este processo é ilustrado no vídeo abaixo Para boa eficiência na remoção de areia a velocidade do fluxo do esgoto no desarenador deve ser de 030 ms Velocidades maiores implicam no arraste de partículas maiores e velocidades menores 015 ms causarão a deposição de matéria orgânica junto a areia resultando em odores desagradáveis Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto 3 Decantação Os esgotos após passarem pelas unidades de tratamento preliminar contêm ainda sólidos em suspensão não grosseiros que devem ser removidos Uma parte desses sólidos é formada por matéria orgânica em suspensão Dessa forma a remoção dos sólidos em unidades de sedimentação provoca uma redução da DBO do esgoto Os esgotos fluem vagarosamente pelos decantadores permitindo que os sólidos em suspensão com maior densidade que o líquido sedimentem no fundo Essa massa é denominada de lodo primário O rendimento de decantadores é da ordem de 40 a 60 de remoção de sólidos em suspensão e 25 a 35 de DBO Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto Decantação Esquema ilustrado de coagulação e decantação do esgoto Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto Processos Biológicos Aplicados no Tratamento de Esgotos a Lodos Ativados b Filtro Biológicos c Lagos ou lagoas de estabilização Além dos processos físicos e químicos de tratamento de esgotos há também os processo biológicos Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto a Lodos Ativados O tratamento secundário de esgotos consiste na remoção de matéria orgânica através de reações bioquímicas efetuadas por microrganismos e o material orgânico presente no esgoto Os microrganismos convertem a matéria orgânica em gás carbônico água e material celular crescimento e reprodução de microrganismos Assim lodo ativado é o floco produzido pelo crescimento de microrganismo na presença de oxigênio dissolvido Nesse processo o esgoto afluente e o lodo ativado são misturados agitados e aerados em unidades chamadas de tanques de aeração Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto a Lodos Ativados As principais vantagens do processo são Menor área ocupada Maior eficiência no tratamento biológico As principais desvantagens do processo são Custo de operação mais elevado Necessidade de controle laboratorial Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto b Filtro Biológico Nesse processo ao invés da biomassa crescer dispersa em um tanque ou lagoa ela cresce aderida a um meio suporte Um filtro biológico contém um leito de material grosseiro tal como pedras ou material plástico sobre o qual os esgotos são aplicados na forma de gotas ou jatos Após a aplicação os esgotos percolam sobre o filtro passando sobre a população microbiana aderida ao filtro gerando o processo de decomposição da matéria orgânica presente no esgoto Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto c Lagos ou Lagoas de Estabilização Os lagos ou lagoas de estabilização são classificados em Lagoas Facultativas Lagoas Anaeróbicas Lagoas Aeradas Lagoa Facultativa Lagoa Anaeróbica Lagoa Aerada Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto Lagoas Facultativas Este nome devese a existência de bactérias facultativas que sobrevivem na presença ou ausência de oxigênio O esgoto afluente entra em uma extremidade e sai na oposta A matéria orgânica tende a sedimentar formando um lodo de fundo que sofre decomposição por microrganismos anaeróbicos Já o material orgânico que permanece em suspensão ou dissolvido é decomposto por bactérias facultativas Devido a presença de algas no lago estas são responsáveis pelo consumo de CO2 gerado pelas bactérias na decomposição da matéria orgânica e também na formação de O2 pelo processo fotossintético As lagoas facultativas são caracterizadas por serem mais rasas e de maior extensão Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto Lagoas Anaeróbicas são lagoas onde prevalecem processos de fermentação ou seja processos de consumo de matéria orgânica por bactérias anaeróbicas a profundidade destes lagoas é maior porém com menor extensão comprimento Operações Unitárias Aplicadas ao Tratamento do Esgoto Lagoas Aeróbicas são lagoas onde prevalecem processos de decomposição de matéria orgânica por bactérias aeróbicas a profundidade destes lagoas é menor e são menos extensas compridas neste tipos de lagoas há a oxigenação forçada através do borbulhamento de ar ou através de pás aeradores Tratamento anaeróbico de esgotos ou de resíduos sólidos compostáveis biodigestores Os processos de tratamento anaeróbico se caracterizam por serem sistemas não mecanizados de fácil operação e de baixo custo e baixa produção de lodo sendo portanto uma modalidade adequada para o brasil A digestão anaeróbica apresenta três etapas 1ª etapa hidrólise quebra de compostos orgânicos 2ª etapa produção de ácidos acidogênese e acetogênese 3ª etapa produção de metano Diversos reatores para tratamento de esgotos e resíduos compostáveis vendo sendo desenvolvidos e aplicados no tratamentos destes materiais Alguns destes reatores são Reator anaeróbico de fluxo ascendente e manta de lodo UASB Reator anaeróbica de expansão da manta de lodo EGSB E muitos outros de confecção artesanal Reator UASBUpflow Anaerobic Sludge Blanket O UASB que no Brasil inicialmente foi nomeado como digestor anaeróbio de fluxo ascendente DAFA foi desenvolvido na década de 70 pelo Prof Lettinga e sua equipe na Universidade de Wageningen Holanda Reator UASB Reator de Manta de Lodo Granular Expandido EGSB Esse reator é uma modificação do UASB difere deste último devido a maior velocidade ascendente do fluxo do afluente e há expansão do leito do lodo granulado Esse aumento na velocidade pode ser obtido através de um aumento na relação alturadiâmetro ou pela recirculação do afluente