Von Sperling

(1)

PRINCÍPIOS DO TRATAMENTO BIOLÓGICO

DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

VOLUME I

2- Edição Revisad.i

Introdução à

₅

qualidade das águas e

ao tratamento de esgotos

MARCOS VON SPERLING

Í C E F E T E S . BIBLIOTECA

I registro n.®—

| DATA: i — j

Belo Horizonte

Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental - DESA_ Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG

(2)

Capa, Editoração Eletrônica e Impressão: SEGRAC (031) 411-7077 Impresso no Brasil

Ia edição (1995) - 1000 exemplares

T edição (1996) - 1000 exemplares 2" reimpressão (1998) - 1500 exemplares

Ficha catalográfica

von Sperling, Marcos

V945i Introdução à qualidade dtis águas e ao tratamento de esgotos / Marcos

von Sperling. - 2. cd Helo I loii/onte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambicnial; 1 Niivcrsídade Federal de Minas Gerais; 1996.

.'•13 p (l'i iiu'i|iiii-. do liiilanicnlo biológico de águas residuárias; v. 1) 1. Aguas residuát ia • Trniainento biológico. I. Título. II. Série

CDU: 628.35.

ISBN: 85-7041-1 14-6

Apoio:

• DESA-UFMG (Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da • Universidade Federal de Minas Gerais)

• Projeto DESA/GTZ (Sociedade Alemã de Cooperação Técnica)

• CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) Como solicitar o livro:

Marcos von Sperling

Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental - UFMG Av. Contorno 842 - 7° andar - 30110-060 - Belo Horizonte - MG Brasil

Tel: (031)238-1880 Fax: (031) 238-1879

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PREFÁCIO

Prefácio da Secunda Edição

É altamente gratificante observar que. poucos meses após o lançamento, o Volume J da presente série já parte para a segunda edição. Nesta oportunidade, foram incorpo-radas pequenas revisões de digitação, bem como acrescentados alguns parágrafos, quadros e figuras que complementam determinado tópico que necessitava de certa expansão. Devido ao curto intervalo entre as duas edições, não foram incluídas modificações de cunho mais estrutural. Permanece, no entanto, o convite aos colegas leitores para encaminharem as suas sugestões e comentários, de forma a subsidiar futuras expansões e modificações. Volto a reiterar os meus agradecimentos a todos aqueles que, institucionalmente e individualmente, contribuíram para a consecução desta segunda edição, especialmente o CNPq, DESA-UFMG e GTZ.

Marcos vou Sporting Maio cle 1996

Prefácio da Primeira Edição

É grande o desafio que sc apresenta para os atuais e os futuros engenheiros •anitaristas no Brasil: há praticamente tudoasefazer na área de tratamento de esgotos,

1'flra que possamos vencer este inadiável desafio, é necessário que projetemos e

(iperemos estações de tratamento de uma forma eficicnle e econômica, possibilitando I sustentabilidade do empreendimento e a sua expansão para um número cada vez

maior de comunidades e indústrias. Este desafio, sem sombra de dúvida, exige a

i apacitação de um amplo contingente de profissionais.

A presente série na área de tratamento biológico de águas residuárias pretende s otiiribuir neste esforço de capacitação, a começar dos atuais estudantes. É a eles que •..lo dedicados os livros componentes da série. Por esta razão, a grande ênfase da série r li.i ,ipresentação dc conceitos e princípios, essenciais para o desempenho consciente

iljt profissão. Ainda que os livros tenham também um caráter prático, refletido no guinde número de exemplos de cálculo, evita-se a mensagem através de simples "(Vtvilas de bolo". Não há, também, uma preocupação maior com o detalhamento

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das unidades: para estes aspectos, há outros livros, já consagrados, além de catálogos de fabricantes. A presente série enfoca os projetos ao nível de pré-dimensionamento, com o cálculo apenas das principais dimensões das unidades. De forma a tornar o conteúdo mais assimilável, evitou-se apresentar uma profusão de citações bibliográ-ficas, concentrando-se principalmente nus teorias e informações já consistidas, Ape-sar do direcionamento explícito ao público estudantil, espera-se que os livros possam ser de utilidade também aos profissionais praticantes no meio.

A série completa terá os dois primeiros volumes dedicados aos princípios funda-mentais. Os volumes subsequente?, serão orientados através dos principais sistemas de tratamento de esgotos: Iodos ativados, lagoas de estabilização, sistemas anaeró-bios, sistemas aeróbios com bioliliiu". e tratamento do lodo.

O primeiro volume procura apivscnlar uma visão integrada de qualidade das águas, tanto a nível dos corpos receptores, quanto das características dos esgotos. Como subsídio para a seleç.m do astenia de tratamento, são descritos os estudos ambientais que devem sei c\ei tilados para se avaliar o impacto dos lançamentos nos corpos receptores. Km curai ri minidulório, são descritos os principais sistemas de tratamento e suas vaiianir • <m|iii>:uln a eriiérios técnicos e econômicos para a seleção da alternaii\ .1 1n.111, adequada em cada situação em análise.

Por se tratai de uma serii us hw tis pn .supuem uma continuidade temática. No entanto, procurou se dai um.i * ei ia milusiihi icacia cm cada volume, para reduzir o número de consultas cru/adas aos deiitllis volumes

A presente série deve ser cucaiada apenas como uma contribuição, dentro de um esforço mais amplo, que deve ser abraçado por Iodos nós, de implantar no nosso país

uma infraestrutura sanitária que permita a melhoria das condições ambientais e da qualidade de vida da nossa população.

Finalmente, gostaria de agradecer a todos aqueles que contribuíram e que pros-seguem contribuindo para a realização desta série, A nível individual, um agradeci-mento a todos que se motivaram, juntamente comigo, a dar forma e conteúdo aos livros. A nível institucional, às entidades e agências responsáveis pela viabilização do empreendimento: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG (DESA-UFMG), Sociedade Alemã de Cooperação Técnica (GTZ) e Conselho Na-cional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Marcos von Sperling Julho de 1995

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SUMÁRIO

E T F E S - B i b l i o t e c a

CAPÍTULO 1

Noções de qualidade das águas

1. INTRODUÇÃO 11

2. A ÁGUA NA NATUREZA 12

2.1. Distribuição da água na terra .' 12

2.2. Ciclo hidrológico 13

3. A ÁGUA E O HOMEM 15

3.1. Usos da água , 15

Ciclo do uso da água 16

4. IMPUREZAS ENCONTRADAS NA ÁGUA 17

4.1. Características das impurezas 17 4.2. Sólidos presentes na água 17 4.3. Organismos presentes na água 19

5. PARÂMETROS DE QUALIDADE DA ÁGUA 22

5.1. Parâmetros físicos 23

5.2. Parâmetros químicos 26

5.3. Parâmetros biológicos 37

5.4. Forma física representada pelos parâmetros de qualidade 37

5.5. Utilização mais frequente dos parâmetros 39

6. REQUISITOS E PADRÕES DE QUALIDADE DA ÁGUA 40

6.1. Requisitos de qualidade 40

6.2. Padrões de qualidade... 42

7. POLUIÇÃO DAS ÁGUAS 46

7.1. Conceitos Básicos 46

(6)

CAPÍTULO 2

Características ilas águas residuárias

1. CARACTERIZAÇÃO DA QUANTIDADE DE ESGOTOS 51

1.1. Preliminares 51

1.2. Vazão doméstica , 51

1.3. Vazão de infiltração 57

1.4. Vazão industrial 58

2. CARACTERIZAÇÃO DA Q!JAI IDADE DOS ESGOTOS 59

2.1. Parâmetros de qualidade 59

2.2. Principais característica'. da', .if u.i.s residuárias 61

2.3. Principais parâmetros 63

2.4. Relações dimensionar, enlie i arga e concentração 76

2.5. Características dou cigotoi domésticos 78

2.6. Característica*, do» ilr.prjo . industriais 81

2.7. Exemplo c.i i .il de qinuililumi, li > ;ti|;.r. poluidoras 87

CAPITULO

Impacto do lançamento de illmiilrs nos rm pos receptores

1. POLUIÇÃO POR MATÉRIA ORGÂNICA E

AUTODEPURAÇÃO DOS CURSOS D'ÁGUA 93

1.1. Introdução 93

1.2. Aspectos ecológicos da autodepuração 94

1.3. O balanço do oxigênio dissolvido 101

1.4. Cinética da desoxigenação 108

1.5. Cinética da reaeração 113

1.6. Acurva de depleção do oxigênio dissolvido 119

1.7. Oblenção dos dados de entrada para o modelo 123

——1.8. Formas de controle da poluição por matéria orgânica 131

1.9. Exemplo de cálculo 133

2. CONTAMINAÇÃO POR MICRORGANISMOS PATOGÊNICOS 141

2.1. Introdução 141

2.2. Padrões para coliformes em corpos d!água 141

2.3. Cinética do decaimento bacteriano 142

2.4. Controle da contaminação por patogênicos 144

3. EUTROFIZAÇÃO DOS CORPOS D'ÁGUA 151

(7)

ETFES - B i blioteca

3.2. Problemas da eutrofização 154

3.3. Graus de trofia 156

3.4. Dinâmica de lagos e reservatórios 158

3.5. Nutriente limitante 158

3.6. Estimativa da carga de fósforo afluente a um lago ou represa 159

3.7. Estimativa da concentração de fósforo no corpo d'água 160

3.8. Controle da eutrofização 162

3.9. Exemplo da estimativa de fósforo em uma represa 166

CAPÍTULO 4

Níveis, processos e sistemas tle trutiimciilo

1. REQUISITOS DE QUALIDADE DO EI 'I .UENT1Í 169

1.1. Preliminares 169 1.2. Nível do tratamento 169

2. OPERAÇÕES, PROCESSOS UNITÁRIOS

E SISTEMAS DE TRATAMENTO .' 172

2.1. Classificação dos métodos de tratamento 172

2.2. Operações, processos e sistemas de tratamento (fase líquida) 173

2.3. Operações, processos e sistemas dc tratamento do lodo (fase sólida) 208

3. ANÁLISE E SELEÇÃO DO PROCESSO DE TRATAMENTO 211

3.1. Critérios para a análise 211

3.2. Comparação entre os sistemas f<, 215

CAPÍTULO 5

Estudos preliminares para projetos

1. ESTUDOS PRELIMINARES 227

2. ESTUDOS POPULACIONAIS 229 3. PERÍODO DE PROJETO E ETAPAS DE IMPLANTAÇÃO 232

4. PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS ALTERNATIVAS 234 5. ESTUDO ECONÔMICO DAS ALTERNATIVAS 234

(8)

CAPÍTULO 1

Noções dc qualidade das águas

E T F E S - B i b l i o t e c a

1. INTRODUÇÃO

Na ótica da Engenharia Ambiental, o conceito de qualidade da água é muito mais amplo do que a simples caracterização da água pela fórmula molecular IbO. Isto porque a água, devido às suas propriedades dc solvente e li sua capacidade de transportar partículas, incorpora a si diversas impurezas, as quais definem a qualidade da água.

A qualidade da água é resultante de fenômenos naturais e da atuação do homem, De maneira geral, pode-se dizer que a qualidade de uma determinada água é função do uso e da ocupação do solo na bacia hidrográfica. Tal se deve aos seguintes fatores: • Condições naturais: mesmo com a bacia hidrográfica preservada nas suas

condi-ções naturais, a qualidade das águas subterrâneas é afetada pelo escoamento superficial e pela infiltração no solo, resultantes da precipitação atmosférica. O impacto nas mesmas édependente do contato da água em escoamento ou infiltração com as partículas, substâncias e impurezas no solo. Assim, a incorporação de sólidos em suspensão (ex: partículas de solo) ou dissolvidos (cx: íons oriundos da dissolução de rochas) ocorreimesmo na condição em que a bacia hidrográfica esteja totalmente preservada em suas condições naturais (ex: ocupação do solo com matas e florestas). Neste caso, tem grande influência a cobertura e a composição do solo. • Interferência do homem: a interferência do homem, quer de uma forma

concen-trada, como na geração de despejos domésticos ou industriais, quer de uma forma dispersa, como na aplicação de defensivos agrícolas no solo, contribui na introdu-ção de compostos na água, afetando a sua qualidade. Portanto, a forma em que o homem usa e ocupa o solo tem uma implicação direta na qualidade da água.

A Figura 1.1 apresenta um exemplo de possíveis ínlerrelnções entre o uso e ocupação do solo e a geração de agentes alteradores da qualidade da água de rios e lagos. O controle da qualidade da água está associado a um planejamento global, a nível de toda a bacia hidrográfica, e não individualmente, por agente alterador.

Em contraposição à qualidade existente de uma determinada água, tem-se a qualidade desejável para esta água. A qualidade desejável para uma determinada água é função do seu uso previsto. São diversos os usos previstos para uma água, os quais são listados no Item 3.1. Em resumo, tem-se:

(9)

QUALIDADE DAS ÁGUAS E USO E OCUPAÇÃO DO SOLO NA BACIA HIDROGRÁFICA

FÍR. 1.1. Exemplos dc inlciTclu^iiocntn.' uso o orupm,.»> <lu .< iln > n ruir-. iillci ailorcs da qualidade da água • qualidade dc uma água existente: função do uso e da ocupação do solo na bacia

hidrográfica

• qualidade desejável para uma água: função do uso previsto para a água. Dentro do enfoque do presente texto, oestudo da qualidade da água é fundamental, tanto para se caracterizaras conseqüências de uma determinada atividade poluidora, quanto para se estabelecer os meios para que se satisfaça determinado uso da água.

Os capítulos iniciais abordam aspectos de quantidade de água e de qualidade da água, uma vez que ambos estão extremamente interrelacionados. Não se pode analisar um destes aspectos sem se avaliar o outro.

2.1. Distribuição da água na terra

A água é o constituinte inorgânico mais abundante na matéria viva: no homem, mais de 60% do seu peso é constituído por água, e em certos animais aquáticos esta porcentagem sobe a 98%. A água é fundamental para a manutenção da vida, razão pela qual é importante saber como ela se distribui no nosso planeta, e como ela circula de um meio para o outro.

! 2 introdução à í/iialitliuli' das águas c ao tratamento de esgotos

(10)

Os ! ,36x 10ls m1 de água disponível existentes na Terra distribuem-se da seguinte

Forma:

- Água do mar: 97,0%

-Geleiras: 2,2%

- Agua doce: 0,8% água subterrânea: 97%

água superficial: 3% -TOTAL: 100,0%

Pode-se ver claramente que, da água disponível, apenas 0,K' í pode ser utilizada mais facilmente para abastecimento público. Desta pequena fração de 0,8%, apenas

3% apresentam-se na forma de água superficial, de extração mais fácil. Esses valores ressaltam a grande importância de sc preservar os recursos hídricos na Terra, c de se evitar a contaminação da pequena fração mais facilmente disponível.

2.2. Ciclo hidrológico

Uma vez visto como a água se distribui em nosso planeta, é importante também

o conhecimento de como a água se movimenta de um meio para outro na Terra. A essa circulação da água se dá o nome de ciclo hidrológico.

A Figura 2.1 apresenta o ciclo hidrológico de uma forma simplificada. Nesse ciclo,

dislinguem-se os seguintes mecanismos de transferência da água:

• precipitação

• escoamento superficial

' ET. 3 . B i b l i o t e c a

• transpiração

a) Precipitação

A precipitação compreende toda a água que cai da atmosfera na superfície da

ferra. As principais formas são: chuva, neve, granizo e orvalho. A precipitação é

formada a partir dos seguintes estágios:

• resfriamento do ar à proximidade da saturação • condensação do vapor d'agua na forma de gotículas

• aumento do tamanho das gotículas porcoalisão e aderência até que este jam grandes

o suficiente para formar a precipitação

b) Escoamento superficial

A precipitação que atinge a superfície da Terra tem dois caminhos por onde seguir:

escoar na superfície ou infiltrar no solo. O escoamento superficial é responsável pelo deslocamento da água sobre o solo, formando córregos, lagos e rios e eventualmente

(11)

CICLO HIDROLÓGICO

O

ter (^PRECIPITAÇÃO EVAPORAÇÃO INFILTRAÇÃO "'«WC;:, TRANSPIRAÇÃO AGUA SUBTESIÍMM F i g . 2.1.Ciclo h i d r o l ó g i c o

atingindo o mar. A quantidade de água tpu- escoa depende dos seguintes fatores principais:

• intensidade da chuva

• capacidade de infiltração do solo

c) Infiltração

A infiltração corresponde à água que atinge o solo, formando os lençóis d'água. A água subterrânea é grandemente responsável peia alimentação dos corpos d'água superficiais, principalmente nos períodos secos. Um solo coberto com vegetação (ou seja, com menor impermeabilização advinda, por exemplo, da urbanização) é capaz de desempenhar melhor as seguintes importantes funções:

• menos escoamento superficial (menos enchentes nos períodos chuvosos) • mais infiltração (maior alimentação dos rios nos períodos secos) • menos carreamento de partículas do solo para os cursos d'água

d) Evapotranspiração

A transferência da água para o meio atmosférico se dá através dos seguintes principais mecanismos, conjuntamente denominados de evapotranspiração:

• Evaporação', transferência da água superficial do estado líquido para o gasoso. A evaporação depende da temperatura e da umidade relativa do ar.

• Transpiração: as plantas retiram a água do solo pelas raízes. A água é transferida para as folhas e então evapora. Esle mecanismo é importante, considerando-se que

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em uma área coberta com vegetação a superfície de exposição das folhas para a evaporação é bastante elevada.

3. A ÁGUA E O HOMEM

3.1. Usos da água

São os seguintes os principais usos da água: • abastecimento doméstico

• abastecimento industrial • irrigação

• dessedentação de animais • aquicultura

• preservação da flora e da fauna • recreação e lazer

• harmonia paisagística • geração de energia elétrica • navegação

• diluição de despejos

1 lestes usos, os quatro primeiros (abastecimento doméstico, abastecimento indus-h uil, irrigação epossivelmente dessedentação de animais) implicam na retirada da n|Miii tias coleções hídricas onde se encontram. Os demais usos são desempenhados ii.i própria coleção dc água.

lim termos gerais, apenas os dois primeiros usos (abastecimento doméstico e iil>< istecimento industrial) estão frequentemente associados a um tratamento prévio • i i água, face aos seus requisitos de qualidade mais exigentes.

A interrelação entre o uso da água c a qualidade requerida para a mesma é direta, ri.i lista de usos acima, pode-se considerar que o uso mais nobre seja representado 1« li» abastecimento de água doméstico, o qual requer a satisfação de diversos critérios tii* qualidade. De forma oposta, o uso menos nobre é o da simples diluição de despejos,

• i qual não possui nenhum requisito especial em termos de qualidade. No entanto,

• li - r sc lembrar que diversos corpos d'água têm usos múltiplos previstos para os nu .mos, decorrendo daí a necessidade da satisfação simultânea de diversos critérios 'I' qualidade. Tal é o caso, por exemplo, dc represas construídas com finalidade de iili.i .ii-L-imento de água, geração de energia, recreação, irrigação e outros.

Al)',uns dos usos da água permitem interpretações conflitantes com relação aos Wtid objetivos, A utilização de uma água para preservação da fauna c da flora possui «uii.i dimensão bem ampla, e a caracterização específica dos seres que se pretende jni *»i*i v .ir está sempre cercada de um certo elemento de subjetividade. Esta subjetivi-if>n li csiá associada ao arbítrio, por parte do homem, no sentido de quais espécies ele

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julga importante sejam preservadas, e quais espécies cie considera não sejam impor-tantes de ser preservadas. O mecanismo desse processo decisório c, sem sombra de dúvida, essencialmente polêmico.

3.2. Ciclo do uso da água

Além do ciclo da água no globo terrestre, existem ciclos internos, em que a água permanece na sua forma líquida, mas tem as suas características alteradas em virtude da sua utilização. A Figura 3.1 mostra um exemplo de um ciclo típico do uso da água. Neste ciclo, a qualidade da água c alterada em cada etapa do seu percurso.

CICLO DO USO DA ÁGUA

REDE DE DISTRIBUIÇÃO Fifi. 3.1. Ciclo do uso da água

• Agua bruta. Inicialmente, a água é retirada do rio, lago ou lençol subterrâneo, possuindo uma determinada qualidade.

• Agua tratada. Após a captação, a água sofre transformações durante o seu trata-tamento para se adequai" aos usos previstos (ex: abastecimento público ou industrial). • Agua usada (esgoto bruto). Com a utilização da água, a mesma sofre novas transformações na sua qualidade, vindo a constituir-se em um despejo líquido. • Esgoto tratado. Visando remover os seus principais poluentes, os despejos sofrem um tratamento antes de serem lançados ao coipo receptor. O tratamento dos esgotos c reponsável por uma nova alteração na qualidade do líquido. • Corpo receptor. O efluente do tratamento dos esgotos atinge o corpo receptor, onde, face à diluição e mecanismos de autodepuração, a qualidade da água volta a sofrer novas modificações.

(14)

ETFES-Bíbllotora

I •' um papel fundamental da Engenharia Ambientai o gerenciamento deste ciclo, incluindo o planejamento, projeto, execução e controle das obras necessárias para a manutenção da qualidade da água desejada em função dos seus diversos usos. O I ii i sente texto centra-se no aspecto do tratamento dos esgotos, embora, neste volume, M-|,I analisado também o impacto do lançamento nos corpos receptores.

4. IMPUREZAS ENCONTRADAS NA ÁGUA 4.1. Características das impurezas

()s diversos componentes presentes na água, e que alteram o seu grau de pureza, podem ser retratados, de uma maneira ampla e simplificada, em termos das suas 11iracterísticas físicas, químicas e biológicas. Estas características podem ser tradu-zidas na forma de parâmetros de qualidade da água, os quais são abordados no Item ^ As principais características da água podem ser expressas como:

• í 'aracterísticas físicas. As impurezas enfocadas do ponto de vista físico estão

associadas, em sua maior parte, aos sólidos presentes na água. Estes sólidos podem .ser em suspensão, coloidais ou dissolvidos, dependendo do seu tamanho.

• í 'aracterísticas químicas. As características químicas de uma água podem ser

interpretadas através de uma das duas classificações: matéria orgânica ou inorgâ-nica.

• < 'aracterísticas biológicas. Os seres presentes na água podem ser vivos ou mortos. I lentre os seres vivos, tem-se os pertencentes aos reinos animai e vegetal, além dos protistas.

A Figura 4.1 apresenta de forma diagramática estas interrelações. Os principais hípicos são explicados em maior detalhe nos itens seguintes. Antes de se proceder à análise dos diversos parâmetros de qualidade da água, apresenta-se uma introdução a dois tópicos de fundamental importância: (a) sólidos presentes na água e (b) iHC.anismos presentes na água.

As características específicas das águas residuárias encontram-se abordadas no ('iipftulo 2.

4.2. Sólidos presentes na água

lodos os contaminantes da água, com exceção dos gases dissolvidos, contribuem pai a a carga de sólidos. Por esta razão, os sólidos são analisados separadamente, antes • 1 • sc apresentar os diversos parâmetros de qualidade da água. Simplificadamente, os fMilidos podem ser classificados de acordo com (a) as suas características físicas i tamanho e estado) ou (b) as suas características químicas. Grande destaque é dado m v. sólidos, em vários volumes desta série, apresentando outras classificações com-plementares e mais aprofundadas.

(15)

Fig. 4.1. Impurezas contidas na água (adaptado de Barnes et al, 1981)

• classificação pelas características físicas - sólidos em suspensão

- sólidos coloidais - sólidos dissolvidos

• classificação pelas caractcrístii n\ químicas - sólidos orgânicos

- sólidos inorgânicos

a) Classificação por tamanho

A divisão dos sólidos por tamanho é sobretudo uma divisão prática. Por conven-ção, diz-se que as partículas de menores dimensões, capazes de passar por um pape! de filtro de tamanho especificado correspondem aos sólidos dissolvidos, enquanto que as de maiores dimensões, retidas pelo filtro são consideradas sólidos em suspen-são. A rigor, os termos sólidos fdtráveis e sólidos não filtráveis são mais adequados. Numa faixa intermediária situam-se os sólidos coloidais, de grande importância no tratamento da água, mas de difícil identificação pelos métodos simplificados de filtração em papel. Nos resultados das análises de água, a maior parte dos sólidos coloidais entra como sólidos dissolvidos, e o restante como sólidos em suspensão,

A Figura 4.2 mostra a distribuição das partículas segundo o tamanho. De maneira geral, são considerados como sólidos dissolvidos aqueles com diâmetro inferior a IO"3 |im, como sólidos coloidais aqueles com diâmetro entre IO'3 e 10° (J.m, e como sólidos em suspensão aqueles com diâmetro superior a 10° |lm .

(16)

DISTRIBUIÇÃO DOS SÓLIDOS

! ; 1 ; D SSOLVIl >OS c VIRU OLOIDA ; 1 FLOCÒS BAC visão a: olho nu; ÉRIAS ! ; 1 ; D SSOLVIl >OS c VIRU OLOIDA ; 1 f — r_i i_{ - 1 _| i j _: ALGÁS, PROlbZ. ! 1 ! ! ; 1 ; D SSOLVIl >OS c VIRU OLOIDA 1 i 1 BACTÉRIAS i 1 1 ; IS j _ SUSPENSOS

(ex: sois. notèrlo cjrgânica) ( 9x: oígile >

1

-ó -5 -4 - 3 - 2 - 1 D I 2 3

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

TAMANHO DAS PARTÍCULAS ( | l m )

I <(j. 4.2. Classificação e distribuição dos sólidos e m função do tamanho

h) Classificação pelas características químicas

Ao se submeter os sólidos a uma temperatura elevada (550°C), a fração orgânica é volatilizada, permanecendo'Spós combustão apenas a fração inorgânica. Os sólidos

voláteis representam portanto uma estimativa da matéria orgânica nos sólidos, ao passo que os sólidos não voláteis (fixos) representam a matéria inorgânica ou mineral.

4.3. Organismos presentes na água

A microbiologia é o ramo da biologia que trata dos microrganismos. Em termos da avaliação da qualidade da água, os microrganismos assumem um papel de maior importância dentre os seres vivos, devido ã sua grande predominância em determi-nados ambientes, à sua atuação nos processos de depuração dos despejos ou à sua associação com as doenças ligadas à água.

Alguns grupos de microrganismos têm propriedades cm comum com os vegetais, rnquanto outros possuem algumas características de animais. Tradicionalmente, a i liissificação dos seres vivos apresentava como os dois grandes reinos os Vegetais e i iv Animais,, tendo-se grupos de microrganismos presentes em cada uma destas grandes subdivisões.

(17)

Posteriormente, no entanto, os biólogos adotaram uma divisão mais prática,

posicionando os microrganismos num reino separado, o dos Protistas. A diferença

crucial entre os protistas e os demais (vegetais e animais) é o elevado nível de diferenciação celular encontrado nos últimos. Isto quer dizer que, num protista, as

células de um mesmo indivíduo são morfológica e funcionalmente similares, o que reduz sobremaneira a sua capacidade de adaptação e desenvolvimento. Já em

orga-nismos com diferenciação celular ocorre uma divisão de trabalho. Nos organismos superiores, as células diferenciadas (mas geralmente de mesmo tipo), reúnem-se em grupos maiores ou menores, denominados tecidos. Os tecidos, por sua vez, consti-tuem os órgãos (ex: pulmão), e estes formam os sistemas ou aparelhos (ex: sistema respiratório). O grau de diferenciação celular é, portanto, um indicativo do nível de

desenvolvimento de uma espécie. 0 Quadro 4.1 apresenta as características básicas

dos reinos do mundo vivo.

Mais recentemente, tem-se adotado uma nova proposta de classificação dos seres

vivos, englobando os seguintes reinos: (a) monera (seres mais simples, sem núcleo diferenciado, como bnelciias e i lanofíccas), (b) protista (seres simples, mas com núcleo diferenciado, como algas, fungos c protozoários, (c) vegetal e (d) animai

Quadro 4.1 Características básicas dus irr. reinos du mundo vivo

Característica Célula Diferenciação celular Fonte de energia Clorofila Movimento Parede celular

Monerei/I 'rotlsN r. Vagelaiii Animais

Unicelulai/miitlicolultu Multicelular Multicelular Inexistente Elevada Elevada Luz/matéria orgânjmatéria inorgân Luz Matéria orgânica

Ausente/presente Presente Ausente Imóveis/móveis Imóveis Móveis Ausente/presente Presente Ausente

Observa-se, portanto, que alguns grupos de protistas apresentam características de plantas, enquanto outros assemelham-se aos animais. Como comentado, a princi-pal diferença dos protistas com relação aos demais é o nível de diferenciação celular, inexistente nos primeiros.

Os microrganismos pertencem, de maneira geral, ao reino dos protistas. O Quadro 4,2 apresenta uma descrição sucinta dos principais microrganismos de interesse dentro da Engenharia Ambiental,

(18)

Quadro 4.2 Principais microrganismos de interesse

ETFES -Bibliotec

Microrganismo DftSCMçrln

- Organismos monera unicelulares.

- Apresentam-se e m várias lormas e tamanho!;

- Sâo os principais responsáveis p e t i estabilização d a matéria orgânica.

- A l g u m a s bactérias são p,ikn|éni. ; i-.. r. nj:,an<In |»ini:i| mlmente doenças intestinais.

Bactérias

- Organismos autotróficos, fotossintetizanti . i imlondo clorofila.

- Importantes ria produção de oxigênio ni • •! : n i u . i e e m alguns processos de tratamento d e esgotos.

Em lagos e represas, p o d e m prolifeiar m u •< • • -e, ' m - i n d o u m a deterioração da qualidade d a água

Algas

- Organismos aeróbios, rnullicelulares, n â o f o t n .»Inliitu Imlorotróficos.

Fungos - T a m b é m de grande importância na decompofllçai»D.I IIIIIIIVM orgãniçsa.

- Podem crescer s m condições de baixo [ 'II

Protozoários

Virus

Helmintos

• Organismos unicelulares sem parede celulai - A maioria è aeróbia ou facultativa.

- Alimentam-se de bactérias, algas e outros microruiinisnur.

• São essenciais no tratamento biológico para a uianntnii., .i" d ri equilíbrio entre os diversos grupos.

- Alguns são patogênicos.

- Organismos parasitas, formados pela assoeiaçfii i < li • m;if<iri.ii > joflético (DNA ou RNA) e uma carapaça proteica.

- C a u s a m doenças e p o d e m ser de dificil remoçi Ir > no Ir.iLimunto d a água ou do - Animais superiores.

Ovos d e helmintos presentes nos esgotos p o d e m <.. nr.:ii < frwttiças. Fonls: Silva «• Mara (1979), Tchabanoglous e Schroeder (1985). Molcall & Eddy (1091)

Um resumo das principais características dos diversos grupos componentes dos reinos monera e protisfa está apresentado no Quadro 4,3,

Quadro 4.3 Características básicas dos principais grupos de microrganismos

Característica Monera Protista

Característica

Bactérias Afqas Cianoficeas Algas Piotozoários Fungos

Membrana nuclear Fotossíntese Movimento Ausente Minoria Algumas Ausente Maioria Aigumas Presente Sim Algumas Preseníe N ã o Móveis Presente N ã o Imóveis

Nota: adaptado de La Riviere (19&0)

Os microrganismos em que o núcleo das células encontra-se confinado por uma membrana celular (algas, protozoários e fungos) são denominados eucariotas, ao passo cjue os microrganismos que possuem o núcleo disseminado 110 protoplasma (algas cianoficeas e bactérias) são denominados procariotas. De maneira geral, os

(19)

\n<", ciicariotas apresentam um maior nível de diferenciação interna. Os vírus não foram incluídos na classificação acima por possuírem características totalmente

particulares.

Os principais grupos de protistas podem ser divididos na seguinte classificação

prática para o engenheiro ambiental, a qual não é necessariamente filogenética (adaptado de Branco, 1978):

• Bactérias

- patogênicas

- de vida livre

. fotossintetizantes (utilizam a luz como fonte de energia)

. quimiossintetizantes (utilizam matéria inorgânica como fonte de energia) . saprófitas (decompositoras)

- coliformes (algumas patogênicas, a maioria de vida livre) • Algas azuis (cianofíceas)

• Algas - verdes - vermelhas - diatomáceas - flagelados pigmentados • Fungos - filamentosos - leveduras • Protozoários - amebas

- flagelados não pigmentados - ciliados

5. PARÂMETROS DE QUALIDADE DA ÁGUA

A qualidade da água pode sei1 representada através de diversos parâmetros, que traduzem as suas principais características físicas, químicas e biológicas. Os itens seguintes descrevem os principais parâmetros de forma sucinta, apresentando o conceito do mesmo, a sua origem (natural ou antropogênica, isto é, causada pelo homem), a sua importância sanitária, a sua utilização e a interpretação dos resultados de análise (compilado de Adad, 1972; von Sperling, 1983; Peavy et al, 1986; Tchobanoglous & Schroeder, 1985; Richter e Netto, 1991; Vianna, 1992; ). Todos esses parâmetros são de determinação rotineira em laboratórios de análise de água.

Os parâmetros abordados neste item podem ser de utilização geral, tanto para caracterizar águas de abastecimento, águas residuárias, mananciais e corpos recepto-res. E importante esta visão integrada da qualidade da água, sem uma separação estrita entre as suas diversas aplicações. Devido a esta razão, apresenta-se neste texto a

(20)

descrição de parâmetros que não são normalmente enfocados na literatura de trata mento de esgotos. A caracterização aprofundada da qualidade das águas residuárias encontra-se no Capítulo 2.

5.1. Parâmetros físicos Cor

Conceito: Responsável peia coloração na água

Forma do constituinte responsável: Sólidos dissolvidos Origem natural:

- Decomposição da matéria orgânica (principalmente vegetais - ácidos húmicos e fúlvicos)

- Ferro e manganês Origem antropogênica:

- Resíduos industriais (ex: tinturarias, tecelagem, produção de papel) - Esgotos domésticos

Importância:

- Origem natural: não representa risco direto à saúde, mas consumidores podem questionar a sua confiabilidade, e buscar águas de maior risco. Além disso, a cloração da água contendo a matéria orgânica dissolvida responsável pela cor pode gerar produtos potencialmente cancerígenos (trihalometanos - ex: clorofórmio) - Origem industrial: pode ou não apresentar toxicidade

Utilização mais frequente do parâmetro:

- Caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas Unidade: uH (Unidade Hazen - padrão de plalina-cobalto) Interpretação dos resultados:

- Deve-se distinguir entre cor aparente e cor verdadeira. No valor da cor aparente pode estar incluída uma parcela devida à turbidez da água. Quando esta é removida por centrifugação, obtém-se a cor verdadeira

- Em termos de tratamento e abastecimento público de água:

• valores de cor da água bruta inferiores a5 uH usualmente dispensam acoagulação química; valores superiores a 25 uH usualmente requerem a coagulação química seguida por filtração

• águas com cor elevada implicam em um mais delicado cuidado operacional no tratamento da água

• ver Padrão dc Potabilidade - Em termos de corpos d'água

• ver Padrão para Corpos d'Agua

(21)

Turbidez

Conceito: A turbidez representa o grau de interferência com a passagem da luz através da água, conferindo uma aparência turva à mesma

Forma do constituinte responsável: Sólidos em suspensão Origem natural:

- Partículas de rocha, argila e silte

- Algas e outros microrganismos Origem antropogênica: - Despejos domésticos - Despejos industriais - Microrganismos - Erosão Importância:

- Origem natural: não traz inconvenientes sanitários diretos. Porém, é esteticamente

desagradável na água potável, e os sólidos em suspensão podem servir de abrigo para microrganismos patogênicos (diminuindo a eficiência da desinfecção )

- Origem antropogênica: pode estar associada a compostos tóxicos e organismos patogênicos

- Em corpos d'água: pode reduzir a penetração da luz, prejudicando a fotossíntese

- Caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas

- Controle da operação das estações de tratamento dc água

Unidade: uT (Unidade de Turbidez - unidade dc Jackson ou nefelométrica) Interpretação dos resultados:

• numa água com turbidez igual a 10 uT, ligeira nebulosidade pode ser notada; com

turbidez igual a 500 uT, a água c praticamente opaca

• valores de turbidez da água bruta inferiores a 20 uT podem ser dirigidas

direta-mente para a filtração lenta, dispensando a coagulação química; valores superiores

a 50 uT requerem uma etapa antes da filtração, que pode ser a coagulação química ou um pré-filtro grosseiro

• ver Padrão de Potabilidade - Em termos de corpos d'água

• ver Padrão para Corpos d'Agua

Sabor e odor

Conceito: O sabor é a interação entre o gosto (salgado, doce, azedo e amargo) e o odor (sensação olfativa).

(22)

|'urm;» do constituinte responsável: Sólidos em suspensão, sólidos dissolvidos, (iases dissolvidos

<>i ijítm natural:

• Matéria orgânica em decomposição Microrganismos (ex: algas)

• (iases dissolvidos (ex: gás sulfídrico H;S) <>rigem antropogciiica:

- Despejos domésticos - Despejos industriais

(iases dissolvidos (ex: HiS) Importância:

Não representa risco à saúde, mas consumidores podem questionar a sua

confiabi-lidade, e buscar águas de maior risco. Representa a maior causa de reclamações dos consumidores

I ililização mais frequente do parâmetro:

- Caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas I Inidade: Concentração limite mínima detectável

lulcrpretaçao dos resultados:

- Na interpretação dos resultados, são importantes a identificação o a vinculação com

a origem do sabor e do odor

• Em termos de tratamento e abastecimento público de água: • ver Padrão de Potabilidade

Temperatura \

('onceito: Medição da intensidade de calor Origem natural:

Transferência de calor por radiação, condução e convecção (atmosfera e solo) Origem antropogciiica:

Águas de torres de resfriamento - Despejos industriais

Importância:

Elevações da temperatura aumentam a taxa das reações químicas e biológicas (na faixa usual de temperatura)

Elevações da temperatura diminuem a solubilidade dos gases (ex: oxigênio dissol-vido)

- Elevações da temperatura aumentam a taxa de transferência de gases (o que pode gerar mau cheiro, no caso da liberação de gases com odores desagradáveis) Utilização mais frequente do parâmetro:

Caracterização de corpos d'água

Caracterização de águas residuárias brutas

(23)

Unidade: °C

Interpretação dos resultados: - Em termos de corpos d'água:

• A temperatura deve ser analisada em conjunto com outros parâmetros, tais como oxigênio dissolvido

- Em termos de tratamento de águas residuárias

• A temperatura deve proporcionar condições para as reações bioquímicas de

remoção dos poluentes

• ver Padrão de Lançamento de Kl Utentes 5.2. Parâmetros químicos

PH

Conceito: Potencial hidmgoniônieo. Representa a concentração de íons hidrogênio H+ (em escala anti-Iogarilmica), dando uma indicação sobre a condição de acidez,

neutralidade ou alcalinidade da água. A faixa de pH é de 0 a 14.

Forma d« constiliiinlr responsável: Sólidos dissolvidos, gases dissolvidos

Origem natural

- Dissolução dc rochas

- Absorção de gases da atmosfera - Oxidação da mnléria orgânica - Fotossíntese

Origem «nl ropogênica:

- Despejos domésticos (oxidação da matéria orgânica)

- Despejos industriais (ex: lavagem ácida dc tanques)

Importância:

- É importante em diversas etapas do tratamento da água (coagulação, desinfecção, controle da corrosividade, remoção da dureza)

- pH baixo: corrosividade e agressividade nas águas de abastecimento - pH elevado: possibilidade de incrustações nas águas de abastecimento

- valores de pH afastados da neutralidade: podem afetar a vida aquática (ex: peixes) e os microrganismos responsáveis pelo tratamento biológico dos esgotos

- Caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas - Caracterização de águas residuárias brutas

- Controle da operação de estações de tratamento de água (coagulação e grau de incrustabilidade/corrosividade)

- Controle da operação de estações de tratamento de esgotos (digestão anaeróbia) - Caracterização de corpos d'água

Unidade:

(24)

Interpretação dos resultados:

- Geral:

• pH < 7: condições ácidas í

• pH = 7: neutralidade • pH > 7: condições básicas

• diferentes valores de pH estão associados a diferentes faixas de atuação ótima de coagulantes

• frequentemente o pH necessita ser corrigido antes e/ou depois da adição de produtos químicos no tratamento

• ver Alcalinidade e Acidez

• valores de pH afastados da neutralidade tendem a afetar as laxas de crescimento dos microrganismos

• ver Padrão de Lançamento de Efluentes - Em termos de corpos d'água

• valores elevados de pH podem estar associados à proliferação de algas • ver Padrão de Corpos d'Agua

Alcalinidade

Conceito: Quantidade de íons na água que reagirão para neutralizar os íons hidrogê-nio. E uma medição da capacidade da água de neutralizar os ácidos (capacidade de resistir às mudanças de pH: capacidade tampão). Os principais constituintes da alcalinidade são os bicarbonatos (HCOi ), car bonatos (CO*2") e os hidróxidos (OH"). A distribuição entre as três formas na água é função do pi I.

Forma do constituinte responsável: Sólidos dissolvidos Origem natural:

• Dissolução de rochas

- Reação do COj com a água (CO2 resultante da atmosfera ou da decomposição da matéria orgânica)

Origem antropogênica:

- Despejos industriais Importância:

- Não tem significado sanitário para a água potável, mas em elevadas concentrações confere um gosto amargo para a água

- E uma determinação importante no controle do tratamento de água, estando relacionada com a coagulação, redução de dureza e prevenção da corrosão em tubulações

- É uma determinação importante no tratamento de esgotos, quando há evidências de que a redução do pH pode afetar os microrganismos responsáveis pela depuração

(25)

- Caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas - Caracterização de águas residuárias brutas

- Controle da operação de estações de tratamento de água (coagulação e grau de incrustabiiidade/corrosividadc)

Unidade: mg/l de CaCOi

Interpretação dos resultados

- Em termos de tratamento e abastecimento público de água

• a alcalinidade, o pH e o teor de gás carbônico estão interrelacionados • pH > 9,4: hidróxidos e carbonatos

» pH entre 8,3 e 9,4: carbonatos e bicarbonatos

• pH entre 4,4 e 8,3: apenas bicarbonato - Em termos de tratamento de águas residuárias

• processos oxidativos (como a nitrilicnção) tendem a consumir alcalinidade, a qual, caso atinja baixos teores, pode dar condições a valores reduzidos de pH, afetando a própria taxa dc crescimento dos microrganismos responsáveis pela oxidação

Acidez

Conceito: Capacidade da água em resistir ;is mudanças de pH causadas pelas bases. É devida principalmente à presença dc gás carbônico livre (pH entre 4,5 e 8,2). Forma do constituinte responsável: Sólidos dissolvidos e gases dissolvidos (COz,

H2S)

Origem natural:

- CO2 absorvido da atmosfera ou resultante da decomposição da matéria orgânica

- Gás sulfídrico

- Despejos industriais (ácidos minerais ou orgânicos)

- Passagem da água por minas abandonadas, vazadouros de mineração e das borras

de minério

Importância:

- Tem pouco significado sanitário

- Águas com acidez mineral são desagradáveis ao paladar, sendo recusadas - Responsável pela corrosão dc tubulações e materiais

- Caracterização de águas de abastecimento (inclusive industriais) brutas e tratadas

Unidade: mg/l de CaCO.,

- Em termos de tratamento e abastecimento público de água

• o teor de CO2 livre (diretamente associado â acidez), a alcalinidade e o pH estão interrelacionados

(26)

FTFFS- Biblioteca

• pl! >8,2: C 02 livre ausente

• pH entre 4,5 e 8,2: acidez carbônica

• pll < 4,5: acidez por ácidos minerais fortes (usualmente resultantes de despejos industriais)

I >u reza

t 'miceito: Concentração de cátions multimetálicos em solução. Os cátions mais

li ri (uentemente associados à dureza são os cátions di valentes Ca2+ e Mg2+. Em

t litidições de supersaturação, esses cátions reagem com ânions na água, formando jTccipitados. A dureza pode ser classificada como dureza carbonato e dureza não 11it bonato, dependendo do ânion com a qual cia está associada. A dureza correspon-dente à alcalinidade é denominada dureza carbonato, enquanto que as demais formas «Ao caracterizadas como dureza não carbonato. A dureza carbonato é sensível ao calor, hicoipitando-se cm elevadas temperaturas.

I nrma do constituinte responsável: Sólidos dissolvidos

* Irigcm natural:

I (issolução de minerais contendo cálcio c magnésio (ex: rochas calcáreas).

y »i igem antropogênica: I »espejos industriais Importância:

Não há evidências de que a dureza cause problemas sanitários, e alguns estudos

i ealizados em áreas com maior dureza indicaram uma menor i ncidência de doenças cardíacas «

I m determinadas concentrações, causa um sabor desagradável e pode ter efeitos laxativos

Reduz a formação de espuma, implicando num maior consumo de sabão

i 'ausa incrustação nas tubulações de água quente, caldeiras e aquecedores (devido ,i maior precipitação nas temperaturas elevadas)

i lllização mais freqüente do parâmetro:

( aracterização de águas de abastecimento (inclusive industriais) brutas e tratadas

Unidade: mg/l CaCO?

- lim termos de tratamento e abastecimento público de água

• dureza < 50 mg/l CaCOí: água mole

• dureza entre 50 e 150 mg/l CaCO.i: dureza moderada

• dureza entre 150 e 300 mg/l CaCOí: água dura

• dureza > 300 mg/l C a C O á g u a muito dura

(27)

Ferro e manganês

Conceito: O ferro e o manganês estão presentes nas formas insolúveis (Fe14" e M n< f)

numa grande quantidade de tipos de solos. Na ausência de oxigênio dissolvido (ex: água subterrânea ou fundo de lagos), eles se apresentam na forma solúvel (Fe2+ e

Mn2+). Caso a água contendo as formas reduzidas seja exposta ao ar atmosférico (ex:

na torneira do consumidor), o ferro e o manganês voltam a se oxidar às suas formas insolúveis (Fe3+ e Mn4+), o que pode causar cor na água, além de manchar roupas

durante a lavagem.

Forma do constituinte responsável: Sólidos em suspensão ou dissolvidos Origem natural:

- Dissolução de compostos do solo Origem antropogênica:

- Despejos industriais Importância:

- Tem pouco significado sauilario nas concentrações usualmente encontradas nas águas naturais

- Em pequenas concentrações causam problemas de cor na água

- Em certas concentrações, podem causar sabor e odor (mas, nessas concentrações, o consumidor já rejeitou a água, devido à cor)

- Caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas Unidade: mg/l

- Em termos de tratamento e abastecimento público de água • ver Padrão de Potabilidade

- Em termos do tratamento de águas residuárias: • ver Padrão de Lançamento

- Em termos dos corpos d'água • ver Padrão de Corpos d'Água

Cloretos

Conceito: Todas as águas naturais, em maior ou menor escala, contêm íons resultantes da dissolução de minerais. Os cloretos (Cl") são advindos da dissolução de sais (ex: cloreto de sódio).

Forma do constituinte responsável: Sólidos dissolvidos Origem natural;

- Dissolução de minerais - Intrusão de águas salinas

(28)

3 a ^ ^ ^

o C>

()ngem antropogenica: Despejos domésticos

- Despejos industriais ^ • > - Águas utilizadas em irrigação

Importância:

Hm determinadas concentrações imprime um sabor salgado à água Utilização mais frequente do parâmetro:

(Caracterização de águas de abastecimento brutas Unidade: mg/l

interpretação dos resultados:

lim termos de tratamento e abastecimento público de água • ver Padrão de Potabilidade

l!m termos dos corpos d'água • ver Padrão de Corpos d'Água

Nitrogênio

• unceito: Dentro do ciclo do nitrogênio na biosfera, este alterna se entre várias formas f CKtados dc oxidação. No meio aquático, o nitrogênio pode ser encontrado nas seguintes luiinas: (a) nitrogênio molecular (N2), escapando para a atmosfera, (b) nitrogênio tirânico (dissolvido e em suspensão), (c) amónia, (d) niti ito (NO > ) c (c) nitrato

(NO.O-l (irmã do constituinte responsável: Sólidos em suspensão e sólidos dissolvidos < >1 Igem natural:

t Constituinte de proteínas, clorofila e vários outros compostos biológicos ' igem antropogênica: I )cspejos domésticos Despejos industriais I !xcrementos de animais fertilizantes importância:

1» nitrogênio na forma dc nitrato está associado a doenças como a metahemoglo-Imit-mia (síndrome do bebê azul)

1> nitrogênio é um elemento indispensável para o crescimento de algas e, quando ri» elevadas concentrações em lagos e represas, pode conduzir a um crescimento

exagerado desses organismos (processo denominado eutrofização)

< > nitrogênio, nos processos bioquímicos de conversão da amónia a nitrito e deste •1 nitrato, implica no consumo de oxigênio dissolvido do meio (o que pode afetar a vidn aquática)

II nitrogênio na forma de amónia livre é diretamente tóxico aos peixes

() nitrogênio é um elemento indispensável para o crescimento dos microrganismos 1.".pousáveis pelo tratamento de esgotos

(29)

(). I >n ii i -.MI. ill iionversãodo nitrogênio têm implicações na operação das estações tic it ,it.iiin'iito de esgotos

I in um • IH pi d água, a determinação da forma predominante do nitrogênio pode II ii iii i i i iiifot mações sobre o estágio da poluição (poluição recente está associada ,II • iiUri>)"'nio na forma orgânica ou de amónia, enquanto uma poluição mais remota

i -,i,i .i-.-.iu iüda ao nitrogênio na forma de nitrato)

I illl/iiriU) mais frequente do parâmetro:

i .ii leri/ação de águas de abastecimento brutas e tratadas < ai ai H-rização de águas residuárias brutas e tratadas

< ai autorização de corpos d'água

I »Idade: mg/l

interpretação dos resultados:

Km termos de tratamento e abastecimento público de água

• ver Padrão de Potabilidade (nitrato)

bui termos de tratamento de águas residuárias

• é necessário um adequado balanço C:N:P no esgoto para o desenvolvimento dos

microrganismos

• ver Padrão de Lançamento (amónia)

Km termos dos corpos d'agua

• ver Padrão de Corpos d'Agua (amónia e nitrato)

I ósforo

('(direito O fósforo na água apresenta-se principalmente nas formas de ortofosfato, polifosfato e fósforo orgânico. Os ortofosfatos são diretamente disponíveis pnra o

metabolismo biológico sem necessidade de conversões a formas mais simples. As

lornias emque os ortofosfatos se apresentam na água (POa'". HPO.r", H2PO.1", HiPO.j)

dependem do pH, sendo a mais comum na faixa usual de pH o H P O 42" . Ospolifosfatos

sáo moléculas mais complexas com dois ou mais átomos de fósforo. O fósforo

orgânico é normalmente de menor importância.

rorina tio constituinte responsável: Sólidos em suspensão e sólidos dissolvidos

(Irisem natural:

- dissolução de compostos do solo decomposição da matéria orgânica Origem antropogênica: - Despejos domésticos - Despejos industriais - Detergentes - Excrementos de animais - Fertilizantes

(30)

Importância:

- O fósforo não apresenta problemas de ordem sanitária nas águas de abastecimento O fósforo é um elemento indispensável para o crescimento de algas e, quando em elevadas concentrações em lagos e represas, pode conduzir a um crescimento exagerado desses organismos (eutrofização)

O fósforo é um nutriente essencial para o crescimento dos microrganismos respon-sáveis pela estabilização da matéria orgânica

Utilização mais frequente do parâmetro;

- Caracterização de águas residuárias brutas e tratadas - Caracterização de corpos d'água

Unidade: mg/l

• é necessário um adequado balanço C:N:P no esgoto para o desenvolvimento dos microrganismos

• em lançamentos a montante de represas com problemas de eutrofização, frequen-temente se limita o P total em 1,0 mg/1

Eni termos dos corpos d'água

• os seguintes valores de P total podem ser utilizados como indicativos aproxima-dos do estado de eutrofização de lagos (lagos tropicais provavelmente aceitam concentrações superiores): (a) P < 0,01-0,02 mg/1: não eutrófico; (b) P entre 0,01-0,02 e 0,05 mg/l: estágio intermediário; (c) P > 0,05 mg/l: eutrófico

• ver Padrão de Corpos d'Agua Oxigênio dissolvido

('onceito; O oxigênio dissolvido (OD) c de essencial importância para os organismos aeróbios (que vivem na presença de oxigênio). Durante a estabilização da matéria orgânica, as bactérias fazem uso do oxigênio nos seus processos respiratórios, podendo vir a causar uma redução da sua concentração no meio. Dependendo da magnitude deste fenômeno, podem vir a morrer diversos seres aquáticos, inclusive iis peixes. Caso o oxigênio seja totalmente consumido, tem-se as condições anaeró-liitis (ausência de oxigênio), com geração de maus odores,

forma do constituinte responsável: Gás dissolvido < írigem natural:

Dissolução do oxigênio atmosférico Produção pelos organismos fotossintéticos < (rigem antropogênica:

Introdução de aeração artificial Importância:

O oxigênio dissolvido é vital para os seres aquáticos aeróbios

(31)

- O oxigênio dissolvido é o principal parâmetro de caracterização dos efeitos da poluição das águas por despejos orgânicos

Utilização mais frequente tio parâmetro:

- Controle operacional de estações de tratamento de esgotos

- Caracterização de corpos d'água Unidade: mg/l

• é necessário um teor mínimo de oxigênio dissolvido { 1 mg/l) nos reatores dos sistemas aeróbios

- Em termos dos corpos d'água

• a solubilidade do OD varia com altitude e temperatura. Ao nível do mar, na temperatura de 20°C, a concentração de saturação é igual a 9,2 mg/l

• valores de OD superiores à saturação são indicativos da presença de algas

(fotossíntese)

• valores de OD bem inferiores a saturação são indicativos da presença de matéria orgânica (provavelmente esgotos)

• com OD em torno de 4-5 mg/l morrem os peixes mais exigentes; com OD igual

a 2 mg/l todos os peixes estão mortos; ei uri < >1 > igual a 0 mg/l tem-se condições de anaerobiose

• ver Padrão de Corpos d'Agua Matéria orgânica

Conceito: A matéria orgânica presente nos corpos d'água e nos esgotos é uma

característica de primordial importância, sendo a causadora do principal problema de poluição das águas: o consumo do oxigênio dissolvido pelos microrganismos nos seus processos metabólicos de utilização e estabilização da matéria orgânica. Os principais componentes orgânicos são os compostos de proteína, os carboidratos, a gordura e os óleos, além da uréia, surfactantes, fenóis, pesticidas e outros em menor quantidade. A matéria carbonácea divide-se nas seguintes frações: (a) não biodegra-dável (em suspensão e dissolvida) e (b) biodegradável (em suspensão e dissolvida). Em termos práticos, usualmente não há necessidade de se caracterizar a matéria orgânica em termos de proteínas, gorduras, carboidratos etc. Ademais, hã uma grande dificuldade na determinação laboratorial dos diversos componentes da matéria orgâ-nica nas águas residuárias, face à multiplicidade de formas e compostos em que a mesma pode se apresentar. Em assim sendo, utilizam-se normalmente métodos indiretos para a quantificação da matéria orgânica, ou do seu potencial poluidor. Nesta linha, existem duas principais categorias: (a) Medição do consumo de oxigênio (Demanda Bioquímica de Oxigênio - DBO; Demanda Química de Oxigênio (DQO) e (b) Medição do carbono orgânico (Carbono Orgânico Total - COT). A DBO é o

(32)

|Mi.imetro tradicionalmente mais utilizado, e encontra-se analisado em maiores itiMalhes cm vários outros itens do presente texto.

I orma do constituinte responsável: sólidos em suspensão e sólidos dissolvidos < )iigem natural:

Matéria orgânica vegetal e animal < )r igcm antropogcnica:

Despejos industriais Importância:

• A matéria orgânica é responsável pelo consumo, pelos microrganismos decompo-'.itores, do oxigênio dissolvido na água

» A DBO retrata, de uma forma indireta, o teor de matéria orgânica nos-esgotos ou no corpo d'água, sendo, portanto, uma indicação do potencial do consumo do oxigênio dissolvido

A DBO é um parâmetro de fundamental importância na caracterização do grau de poluição de um corpo d'água

i lilização mais frequente d« parâmetro:

( aracterização de águas residuárias brutas e tratadas Caracterização de corpos d'água

Unidade: mg/l

lulerpretação dos resultados:

lím termos de tratamento de águas residuárias

• a DBO dos esgotos domésticos está em torno de 300 mg/l

• a DBO dos esgotos industriais varia amplamente, com o tipo de processo industrial

• a DBO efluente do tratamento e função do nível e do processo de tratamento • ver Padrão de Lançamento

fim termos dos corpos d'água • ver Padrão de Corpos d'Agua

Micropoluentes inorgânicos

t 'nnceito: Uma grande partedos micropoluentes inorgânicos são tóxicos. Entre estes, leni especial destaque os metais pesados. Entre os metais pesados que se dissolvem n.i água incluem-se o arsénio, cádmio, cromo', chumbo, mercúrio e prata. Vários «testes metais se concentram na cadeia alimentar, resultando num grande perigo para os organismos situados nos degraus superiores. Felizmente as concentrações dos melais tóxicos nos ambientes aquáticos naturais são bem pequenas. Além dos metais pesados, há outros micropoluentes inorgânicos de importância em termos de saúde I níblica, como os cianetos, o flúor e outros.

• orma do constituinte responsável: sólidos em suspensão e sólidos dissolvidos I lespejos domésticos

(33)

Origem natural:

- A origem natural c de menor importância

Origem antropogênica: - Despejos industriais - Atividades mineradoras - Atividades de garimpo - Agricultura Importância:

- Os metais pesados são tóxicos para os habitantes dos ambientes aquáticos e para os consumidores da água

- Caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas - Caracterização de águas rcsiduãrias brutas e tratadas - Caracterização de corpos d'água

Unidade: pg/l ou mg/l

- Em termos de tratamento e abastecimento público de água • ver Padrão de Potabilidade

- Em termos de tratamento águas residuárias • ver Padrão de Lançamento

- Em termos dos corpos d'água • ver Padrão de Corpos d'Agua

Micropoluentes orgânicos

Conceito: Alguns materiais orgânicos são resistentes à degradação biológica, não integrando os ciclos biogeocpiímicos, e acumulando-se em determinado ponto do ciclo (interrompido). Entre estes, destacam-se os defensivos agrícolas, alguns tipos de detergentes (ABS, com estrutura molecular fechada) c um grande número de produtos químicos. Uma grande parte destes compostos, mesmo em reduzidas concentrações, está associada a problemas de toxicidade.

Forma do constituinte responsável: sólidos dissolvidos Origem natural:

- Vegetais com madeira (tanino, lignina, celulose, fenóis)

- Despejos industriais

- Detergentes

- Processamento e refinamento do petróleo

- Defensivos agrícolas

Importância:

- Os compostos orgânicos incluídos nesta categoria não são biodegradáveis

(34)

- Uma grande parte destes compostos são tóxicos (Hilização mais frequente do parâmetro:

i 'aracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas < 'aracterização de águas residuárias brutas e tratadas ('aracterização de corpos d'água

1 iiidade; frg/1 ou mg/l Interpretação dos resultados:

l m termos de tratamento e abastecimento público de água • ver Padrão de Potabilidade

l m termos de tratamento de águas residuárias • ver Padrão de Lançamento

hm termos dos corpos d'água • ver Padrão de Corpos d'Agua

5.3. Parâmetros biológicos

A relação dos microrganismos de interesse na Engenharia Ambiental está apre-sentada no Quadro 4.2. Os microrganismos desempenham diversas funções de lundamental importância, principalmente as relacionadas com a transformação da matéria dentro dos ciclos biogeoquímicos. Um outro aspecto de grande relevância I IH termos da qualidade biológica da água é o relativo à possibilidade da transmissão • Ir doenças. O Quadro 5.1 apresenta as principais doenças relacionadas com a água. A determinação da potencialidade de uma água transmitir doenças pode ser • li-tuada de forma indireta, através dos organismos indicadores de contaminação fecal, pertencentes principalmente ao grupo de coliformes. Os coliformes encontram-se descritos no Item 2.3.6 do Capítulo 2.

Outros parâmetros biológicos dc interesse são aos associados ao tratamento de r\j'Otos. Os aspectos relacionados a este item estão abordados em outro volume da •.ei ie, no Capítulo "Princípios do tratamento biológico".

5.4. Forma física representada pelos parâmetros dc qualidade

li importante o conhecimento da forma, em termos de sólidos ou gases, represen-Ifida pelos diversos parâmetros de qualidade da água. Nos processos de tratamento, Ott sólidos em suspensão são removidos por operações e processos unitários diferentes • los utilizados para a remoção dos sólidos dissolvidos e também, naturalmente, dos rases dissolvidos. O Quadro 5.2 apresenta a caracterização, em termos de forma Msica, dos principais parâmetros de qualidade.

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Quadro 5.1 Principais doenças associadas com a água

Ooençti Agente Causal Sintomas

nifciinioiM h.uai.H CAIara I nptonplroso ' inlmorwlose I obro lifóide I ilMinleiia amebiana G l w d l a s e I Icpulite infecciosa ( i.islroenterite I ' n.ilisia infantil

Ingestão de Água Contaminada

Bactéria (S h i g e l l a dysenleriae)

Bactéria (V i b r i o cholerae)

Bactéria (L e p t o s p i r a )

Bactéria (Salmonella)

Bactéria (Salmonella typhi)

Protozoário (E n t a m o e b a histolytica)

Protozoário (Giardia lamblia)

Virus (virus d a hepatite A) Virus (enterovirus, parvovirus, rotavirus)

Virus (P o l i o m i e l i t e s virus)

Forte diarréia

Diarréia extremamente forte, desidratação, alta taxa de mortalidade Icterícia, febre

Febre, náusea, diarréia

Febre elevada, diarréia, ulceração d o intestino d e l g a d o

Diarréia prolongada, c o m sangramento, abscessos no fígado e intestino fino Diarréia leve a forte, náusea, indigestão, flatulência

Icterícia, febre Diarréia leve a forte Paralisia

Contato com Água Contaminada

I sciibiose Fracoma

Sarna (S a r c o p t e s scabiei)

Clamídea (Chlamydia tracomatis)

Úlceras na pele

Inflamação dos olhos, cegueira completa ou parcial

Verminoses. tendo a Água como um Estágio no Ciclo

I ••> imMossomose Helminto (Schistosoma) _hemorragiasDiarréia, aumento do b a ç o e d o fígado,

Transmissão através de Insetos, tendo a Água como Meio de Procriação

M.iliiini I obru amcirola I )engue Filariose Protozoário (Plasmodium) Vírus (flavivírus) Virus (flavivírus) Helminto (W u c h e r e r i a bancrofti)

Febre, suor, calafrios, gravidade variável c o m o tipo de Plasmodium

Febre, dor de cabeça, prostração, náusea, vômitos

Febre, forte dor de cabeça, dores nas juntas e músculos, erupções Obstrução de vasos, deformação de tecidos

Fontos: Benenson (1985). Tchobanoglous e Schroeder (1985)

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(Juwlro 5.2 Forma física preponderante representada pelos parâmetros de qualidade Parâmetro Sólidos em Sólidos Gases Característica Parâmetro

suspensão dissolvidos dissolvidos

Cor X

fuiAmelros físicos Turbidez X

Sabor e odor X X X pH X X Alcalinidade X Acidez X X Dureza X Ferro e manganês X X

fnr/lmelros químicos Cloretos X

fnr/lmelros químicos _Nitrogênio _X _X

Fósforo X X Oxigênio dissolvido X Matéria orgânica X X Metais pesados X X Micíopoluentes orgânicos X Organismos indicadores X

1 'tiiAmetros biológicos Algas X

Bactérias X

5.5, Utilização mais frequente dos parâmetros

Ao se solicitar uma análise de água, deve-se selecionar os parâmetros a serem investigados pela análise. O Quadro 5.3 apresenta uma relação da associação mais lu'quente entre parâmetros e tópico a ser estudado. A lista inclui apenas os parâmetros 11Lás usuais, e deve-se lembrar que o conhecimento das particularidades de cada m luação é que deve definir os parâmetros a serem incluídos na análise. As principais niilizações são:

caracterização de águas para abastecimento • águas superficiais (brutas e tratadas) • águas subterrâneas (brutas e tratadas)

• caracterização de águas residuárias (brutas e tratadas)

- caracterização ambiental de corpos d'água receptores (rios e lagos)