A matéria orgânica natural (MON) existente nas águas naturais, solos, sedimentos e turfas consistem em uma mistura de compostos químicos de diferentes estágios de decomposição, que derivam da degradação química de resíduos de animais, plantas e da atividade Biosintética de microrganismos. Estes compostos podem ser classificados em substâncias húmicas e não húmicas (DI BERNARDO; DANTAS, 2005).
As substâncias não húmicas abrangem aquelas com características químicas definidas, bem como, proteínas, aminoácidos, carboidratos, lipídios, resinas, álcoois, ligninas, graxas e ácidos orgânicos de pequeno peso molecular, sendo facilmente atacadas por microrganismos. Já as substâncias húmicas (SH), incluem os ácidos fúlvicos, ácidos húmicos e humina, e, em oposição, são mais estáveis. São ácidos de coloração escura, sendo tanto aromáticos quanto alifáticos, quimicamente complexos e de alto peso molecular (DI BERNARDO; DANTAS, 2005).
Os ácidos húmicos simbolizam a fração hidrofóbica das SH, apresentando estruturas de quinonas, grupos fenólicos livres e ligados, unidades de oxigênio como ponte, grupos carboxílicos dispostos de maneira variada no anel aromático e o nitrogênio como componente estrutural. Ocorre também a presença de proteínas e carboidratos. É solúvel em meio alcalino, precipitando-se em forma de produto escuro e amorfo em meio ácido (MARMO, 2005).
Já os ácidos fúlvicos representam a parte hidrofílica das SH e são compostos essencialmente por ácidos benzocarboxílicos e fenólicos, ligados entre si por ligações de hidrogênio com abundância de grupos carboxílicos, formando uma estrutura polimérica de estabilidade considerável (CARDOSO et al., 1992). O ácido fúlvico conserva-se em solução quando o meio é acidificado (DI BERNARDO; DANTAS, 2005). Por sua vez, a humina corresponde à fração insolúvel em meio alcalino ou em meio ácido diluído, oferecendo reduzida capacidade de reação.
As substâncias húmicas apresentam várias propriedades que influenciam no seu processo de remoção. Segundo trabalho realizado por Ribeiro (1998), inicialmente estas substâncias constituem macromoléculas orgânicas que carregam uma carga negativa, caracterizando-as como coloide, sendo, portanto, removíveis por coagulação e subsequente separação dos flocos.
O aumento da concentração de matéria orgânica natural aumenta a formação de subprodutos provenientes da cloração. Em um estudo de Singer et al (1999), sobre a formação de subprodutos com material hidrofóbico extraído de águas naturais usando uma resina XAD-8, foi demonstrado que a formação desses compostos foi diretamente proporcional à concentração de COT nas soluções sintéticas preparadas, provenientes dos diferentes extratos hidrofóbicos. A concentração e o tipo de MON são difíceis de serem quantificados, assim sendo estes compostos são normalmente mensurados por métodos indiretos, como por exemplo, a Absorvância UV em 254 nm e o COT (Carbono Orgânico Total), já mencionados.
Sem realizar um estudo detalhado da matriz orgânica do leito utilizado é difícil de determinar exatamente a conformação e a estrutura dos ácidos húmicos encontrados nos ambientes aquáticos. Assim, as estruturas encontradas na literatura são apenas hipotéticas.
De acordo com Rosa (2001, apud Rosalém, 2007), uma provável fórmula estrutural para o ácido húmico está representada na Figura 4.
Figura 4: Estrutura possível da molécula de ácido húmico (ROSA, 2001, apud ROSALÉM, 2007).
Embora até o momento não se possua uma estrutura definida para as SH, muitos pesquisadores têm usado diversas técnicas analíticas para trazer informações a respeito dessas moléculas. Dentre essas técnicas pode-se ressaltar: espectroscopia no infravermelho (IV) analise elementar e ultrafiltração (UF). A técnica de IV tem sido largamente usada na investigação de SH. Os espectros de IV resultantes de amostras de SH contêm uma variedade de bandas, que são indicativas de diferentes grupos funcionais.
O estudo de Di Bernardo, Campos e Vieira (2005), procurou compreender como águas de cor alta, preparadas com SH de diferentes tamanhos moleculares, influenciaram as etapas de coagulação, floculação e sedimentação no tratamento de água. Este trabalho buscou também, relacionar os resultados de remoção de cor obtidos com as diferentes características das SH, observadas por meio das técnicas de caracterizações empregadas (espectroscopia no IV e UF,
análise elementar,). Através dos resultados das análises de espectroscopia no IV, os autores verificaram que as substâncias húmicas utilizadas para conferir cor à água apresentavam grupos carboxílicos, alquílicos, aromáticos, alcoólicos, fenólicos e carboidratos. De acordo com a análise elementar, a porção de SH com menor massa molecular apresentou maior quantidade de oxigênio, enquanto a fração de maior massa molecular, maior porcentagem de carbono. Quanto menor for o tamanho molecular e maior a concentração de grupamentos com oxigênio ligados, maior foi à dosagem de sulfato de alumínio necessária para que ocorresse remoção eficiente da cor.
O estudo de Ferreira Filho (2001) analisou os parâmetros COT e UV254, usando as águas
que abastecem a ETA-ABV na cidade de São Paulo – SP e, realizou correlações com os valores obtidos e notou que há correlação entre COT e UV254, conforme Figura 5, ou seja, usando o
parâmetro UV254 é possível realizar a projeção do COT.
Figura 5: Remoção de Carbono orgânico total em função do UV254 (FERREIRA FILHO, 2001).
O estudo realizado por Andreola (2005), na ETA de Maringá – Pr, determinou os valores de COT e UV254 para avaliação da quantidade de MON que é retida nas etapas do processo da
ETA, a correlação entre COT e UV254 com a formação de THM em cada etapa do tratamento
Matsumoto (2006) estudou a formação de THM na Estação de Tratamento de Água do município de Presidente Epitácio-SP. No estudo foram analisados os valores que chegam até a rede de abastecimento e quais os pontos mais representativos. As análises de MON foram realizadas através do UV254 e mostram que o sistema de tratamento remove entre 64% e 80% da
quantidade de MON no sistema de tratamento e, certa quantidade é carreada para a rede de distribuição, podendo reagir com o cloro residual livre existente na rede, oferecendo um aumento dos níveis de THM na rede. Com os resultados foi averiguado a tendência do valor de THM, de aumentar gradualmente, a partir da ETA , devido à matéria orgânica oriunda do manancial de abastecimento não retido na ETA , às quantidades de cloro residual disponíveis na rede e devido à reação de formação do THM ser lenta. Nesse cenário, pode-se deduzir que a tendência é o aumento lento e progressivo em THM na água, até a residência do usuário, demonstrado com a mudança do ponto de amostragem para um local mais distante da ETA.
A mudança do ponto de aplicação de cloro na água filtrada apresentou resultou numa menor formação de THM e, as determinações da quantidade de MON através do parâmetro UV254 proporcionam condições para que os operadores da ETA possam trabalhar com maior
segurança para manter os valores de THM dentro do limite da Portaria 518/04 que é de 100μg/L.