Aula6_Poluição da água

Biotecnologia Ambiental

Poluição da Água

Dr. Bruno Anderson Matias da Rocha

Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular Universidade Federal do Ceará

Controle da poluição

Qualidade da água

disponível

Quantidade

de água disponível

A importância de água para a manutenção da vida

Conceito de poluição

Água

Poluição da água

conceito



qualquer alteração das suas propriedades

físicas, químicas ou biológicas, que possa

prejudicar a saúde, a segurança e o

bem-estar das populações, causar dano à flora e à

fauna, ou comprometer o seu uso para fins

sociais e econômicos.



Água contaminada: quando a poluição resulta em

prejuízos à saúde humana



Biodegradáveis: produtos químicos que ao final de um

tempo são decompostos pela ação de bactérias.

Exemplo: detergentes, inseticidas.



Persistentes: produtos químicos que se mantém por

longo tempo no meio ambiente e nos organismos vivos.

Estes poluentes podem causar graves problemas com a

contaminação de alimentos, peixes e crustáceos.

Exemplo: DDT, mercúrio.

Poluente:

Substância no lugar errado

Troposfera: do nível do mar até 15 km de altitude. O ozônio é poluente.

Os CFC’s não são poluentes.

Estratosfera: entre 15 km e 50 km de altitude. O ozônio não é poluente.

Os CFC’s são poluentes.

Poluição



_Água

 Componente indispensável para os organismos vivos.  Menos de 3% água doce.

 Crescimento populacional → falta de água potável  Preocupação com o tratamento de esgoto

Rio Yamuna, Índia

Controle da poluição

Qualidade da água

disponível

Quantidade

de água disponível

A importância de água para a manutenção da vida

Conceito de poluição

Água no corpo humano

A água representa 70% da massa do

corpo humano.

Sintomas de desidratação:

Perda de 1% a 5% de água

Sede, pulso acelerado, fraqueza

Perda de 6% a 10% de água

Dor de cabeça, fala confusa, visão turva

Perda de 11% a 12% de água

Delírio, língua inchada, morte

Uma pessoa pode suportar até 50 dias sem

comer, mas apenas 4 dias sem beber água.

Controle da poluição

Qualidade da água

disponível

Quantidade

de água disponível

A importância de água para a manutenção da vida

Conceito de poluição

Água

Quantidade de água disponível

A quantidade de água doce disponível para consumo

é extremamente escassa

Distribuição da água no planeta A cada 1000 L

97,5% nos oceanos 1,8% em geleiras

975 L 18 L

0,6% nas camadas subterrâneas 6 L

0,015% nos lagos e rios

0,005% de umidade no solo

150 mL

50 mL

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

Quantidade de água disponível

e tempo de renovação

Quantidade de água

disponivel

Quantidade de água disponível

1000 L de água 6,15L (para consumo humano)

Quantidade de água disponível

Nos últimos 15 anos a oferta de água limpa disponível/habitante diminuiu @ 40%. O uso da água na agricultura deverá aumentar nos próximos anos.

Em 20 anos deverá ocorrer uma crise relacionada a disponibilidade de água.

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

O Brasil possui 12 % da água

doce disponível no mundo

Atende 95% da população Atende 5% da população

Quantidade de água disponível

Quantidade de água disponível

Os oceanos contêm a maior parte da água do planeta (975 litros a cada 1.000).

Uma molécula de água passa 98 anos a cada 100 em meio ao oceano.

A água do mar apresenta @ 3,3% de sais dissolvidos (principalmente NaCl_(aq)).

Uma pessoa pode beber água com até 5g de sal/kg de água.

Os oceanos contêm 35 g de sal/kg de água (7 vezes mais).

osmose

Uma pessoa que bebe apenas água do mar acabará morrendo.

A água do mar também não pode ser usada na agricultura ou na indústria.

O excesso de sal mataria as plantações (também por osmose); deterioraria maquinários, entupiria válvulas e explodiria caldeiras.

Quantidade de água disponível

Para que a água dos oceanos possa ser usada é necessário que o sal seja retirado. Todos os métodos de dessalinização consomem grandes quantidades de energia.

Só podem ser usados em regiões secas próximas ao litoral.

Custo nos Estados Unidos

4.000 L de água doce a partir da água do mar 4.000 L de água doce a partir de mananciais

}

}

@ 1 dólar @ 0,30 dólar termômetro saída de água de resfriamento entrada de água de resfriamento entrada de gás balão de destilação bico de Bunsen condensador erlenmeyer

Aspectos físicos e químicos da água

COR

Definição:

Cor de uma amostra de água é o grau de redução de intensidade que a luz sofre ao atravessá-la, devido à presença de sólidos dissolvidos, tais como:

 Colóides Orgânicos: Poluição Natural (ácido

húmico, ácido fúlvico); Efluentes Industriais

(Indústrias de Celulose e Papel – lignina e celulose, Indústrias Têxteis – anilinas, Curtumes – tanino)

COR REAL - ORIGEM

Definição:

Capacidade de

uma amostra em

transmitir luz

visível em um

comprimento de

onda sensível ao

olho humano

TURBIDEZ DAS ÁGUAS

Definição:

Turbidez de uma amostra de água é o

grau de redução de intensidade que a

luz sofre ao atravessá-la, devido à

presença de sólidos em suspensão, tais

como: areia, silte, argila, detritos

orgânicos, bactérias e algas, plâncton

em geral, etc.

A turbidez das águas naturais

superficiais é decorrente do

carreamento de solos (processos

erosivos em estações chuvosas),

esgotos sanitários e efluentes

industriais e fontes difusas (áreas

urbanas e rurais)

Turbidez das Águas

Determinação da Turbidez



Nefelometria: Turbidímetros atuais detectam raios

dispersos segundo ângulo de 90°.

TURBIDEZ

Padrões de Potabilidade e

Qualidade



Turbidez

Padrão de Potabilidade 1,0 UNT (Água filtrada)

5,0 UNT (Sistema de distribuição)

Unidades Nefelométricas de Turbidez

Padrão de Qualidade Resolução Conama 20 (18/06/1986)

OXIGÊNIO DISSOLVIDO



Oxigênio Dissolvido

Importância Sanitária:

Manutenção e proteção da

vida aquática

Operação de sistemas

biológicos aeróbios

OXIGÊNIO DISSOLVIDO

PADRÕES DE QUALIDADE



Oxigênio Dissolvido

Padrão de Qualidade Decreto Estadual 8.468 (08/09/1976)

Corpos d’água Classe 2 OD ≥ 5,0 mg O₂/L

Corpos d’água Classe 4 OD ≥ 0,5 mg O₂/L

Padrão de Qualidade Resolução Conama 20 (18/06/1986)

Corpos d’água Classe 2 OD ≥ 5,0 mg O₂/L

Corpos d’água Classe 4 OD ≥ 2,0 mg O₂/L

 Demanda Bioquímica de

Oxigênio (DBO)

Definição: Quantidade de oxigênio requerida por

microrganismos aeróbios para a oxidação de compostos

orgânicos presentes na fase líquida

DBO

A decomposição anaeróbica:

Matéria orgânica CO2

+

H2O produtos instáveis (H₂S, NH₃, CH₄...) microrganismos

₊

A decomposição aeróbica:

Matéria orgânica CO2

+

H2O produtos instáveis (H₂S, NH₃, CH₄...) microrganismos

+

O₂

+

Novas células Novas células

DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO

POR EXEMPLO, AS ÁGUAS NATURAIS TÊM DBO

DA ORDEM DE 5,0 mg/l

O QUE SIGNIFICA ISSO?

SIGNIFICA QUE PARA DECOMPOR A MATÉRIA

ORGÂNICA EXISTENTE EM LITRO DE ÁGUA OS

DECOMPOSITORES RETIRARAM DA ÁGUA

(I.E., RESPIRARAM) 5 mg DE OXIGÊNIO.

DBO NÃO É MATÉRIA ORGÂNICA, É OXIGÊNIO

CONSUMIDO NA DECOMPOSIÇÃO

DBO

PADRÕES DE EMISSÃO



DBO

_5,20 Padrão de Emissão Decreto Estadual 8.468 (08/09/1976) DBO_5,20 inferior a 60 mg O₂/L Padrão de Emissão Resolução Conama 20 (18/06/1986)

Não há padrão de emissão para o parâmetro DBO_5,20

DBO

IMPORTÂNCIA SANITÁRIA

 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) Importância Sanitária: Avaliação quantitativa da concentração de material orgânico presente na fase líquida (rios, lagos,

reservatórios, esgotos sanitários e efluentes industriais)

 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) Importância Sanitária: Avaliação da eficiência de sistemas de tratamento de esgotos sanitários e efluentes industriais

DBO

IMPORTÂNCIA SANITÁRIA

 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) Importância Sanitária: Avaliação indireta da quantidade de material orgânico biodegradável presente na fase líquida.

DBO

IMPORTÂNCIA SANITÁRIA

Controle da poluição

Qualidade da água

disponível

Quantidade

de água disponível

A importância de água para a manutenção da vida

Conceito de poluição

Água

Qualidade da água disponível

A poluição das águas devido as atividades humanas aumentou vertiginosa-mente nos últimos 50 anos.

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

ou

Pontual

Descarga de efluentes a partir

de indústrias e de estações

de tratamento de esgoto

São bem localizadas, fáceis

de identificar e de monitorar

Difusa

Escoamento superficial urbano,

escoamento superficial de áreas

agrícolas e deposição atmosférica

Espalham-se por toda a cidade,

são difíceis de identificar e tratar

Qualidade da água disponível

As principais formas de poluição que afetam as nossas

reservas de água são:

Reservas de água

Poluição

Biológica

Tipos de poluentes



Poluentes não-orgânicos

Minerais e sais solúveis



Poluentes orgânicos

Grama, folhas mortas, excrementos humanos e animais

Origem: decomposição de plantas e animais

Subprodutos: N e P = eutrofização

Aumenta a turbidez Aumenta a temperatura

Tipos de poluentes

 Poluentes tóxicos

a) metais e compostos químicos despejados como subprodutos de processos industriais: Cádmio, mercúrio, cromo, ferro e chumbo, além de substâncias químicas como o DDT.

b) Produtos de limpeza domésticos: como alvejantes, soda cáustica e pesticidas, além de herbicidas e inseticidas de fazendas

Bioacumulação na cadeia alimentar

Tipos de poluentes



Poluentes patogênicos

a)

Vírus

b)

Bactérias

Tipos de poluentes

 Poluição térmica

resultado de processos industriais e da enxurrada provenientes das ruas e estradas durante os períodos de chuva

Lançamento de água aquecida - utilizada na refrigeração de centrais elétricas, térmicas e nucleares -nos rios e na costa.

Reduz

Poluição sedimentar

Acúmulo de partículas em suspensão

(solo, produtos químicos insolúveis)

Qual a origem O que causam

Extração mineral Desmatamentos Erosões

Interferem na fotossíntese e na capacidade dos animais encontrarem alimentos

Extração mineral

Esgotos e fluentes Adsorvem e concentram os poluentes biológicos e os poluentes químicos

Partículas do solo Produtos químicos insolúveis

Poluição biológica

Presença de microorganismos patogênicos, especialmente na

água potável.

4 bilhões de pessoas no mundo não têm acesso à água potável tratada 2,9 bilhões de pessoas vivem em áreas sem coleta ou tratamento de esgoto

Controle simples

Apesar disso

250 milhões de casos de doenças (cólera, febre tifóide, diarréia, hepatite A) são transmitidas pela água por ano

10 milhões desses casos resultam em mortes (50% são crianças) Adição de NaClO

Ou Ca(OH)₂ Fervura da água

Poluição térmica

Descarte de grandes volumes de água aquecida em rios e

oceanos

Diminui a quantidade de oxigênio dissolvido (43,39 mg de O₂/kg de H₂0 a 20 °C)

Diminui do tempo de vida de algumas espécies aquáticas Altera os ciclos de reprodução

Aumenta a velocidade das reações entre os poluentes presentes na água Aumenta a quantidade de gás carbônico na atmosfera

(0,86 L de CO₂/L de H₂O a 20 °C)

Poluição por despejo

de substâncias

Substâncias tóxicas cuja presença na água não é fácil de

identificar nem de remover

Em geral os efeitos são cumulativos e podem levar anos

para serem sentidos

Os poluentes mais comuns das águas são:

Fertilizantes agrícolas

Esgotos doméstico e industrial Compostos orgânicos sintéticos Plásticos

Petróleo

Poluição por fertilizantes agrícolas

Usados sem critério Excesso é levado pela chuva

Lençóis subterrâneos, lagos e rios

Reprodução acelerada

Fitoplâncton Algas macroscópicas

Ao morrerem são decompostos

por microrganismos aeróbios Cobrem a superfície isolando a água do oxigênio do ar Eutrofização

Poluição por esgotos doméstico

e industrial

Poluição por esgotos doméstico

e industrial

Poluição por esgotos doméstico

e industrial

Matéria orgânica biodegradável

Explosão na população

de microrganismos

Consumo de oxigênio

Bactérias, vírus, larvas e parasitas

Coliformes fecais



doenças

Brasil: 30% das praias

são impróprias

Poluição por compostos

orgânicos sintéticos

Poluição por compostos

orgânicos sintéticos

Poluição por plásticos

Alta produção

Longo tempo para degradação

Causam a morte de animais por sufocamento

Poluição por petróleo

Grandes acidentes

Vazamentos em poços

de petróleo, superpetroleiros,

rompimentos de dutos

Exxon Valdez: 42 milhões de litros

Kuwait: 200.000 t no Golfo Pérsico

Rio Barigüi: 4 milhões de litros

Baia de Guanabara: 1,3 milhão de litros

5% dos danos

Pequenos acidentes

Vazamentos de óleo

de motor de barcos

e de carros

Somente no Canadá:

300 milhões de litros/ano

95% dos danos

Poluição por petróleo

O petróleo vaza e se espalha no mar ou no rio

A mancha recobre a superfície das águas e mata o

fitoplâncton e o zooplâncton

Poluição por petróleo

A quantidade de oxigênio diminui e outras espécies

acabam morrendo

Os peixes da superfície

morrem por intoxicação

e falta de oxigênio

Peixes que vivem no

fundo e se alimentam

de resíduos, morrem

envenenados

Poluição por petróleo

As aves marinhas ficam com

o corpo impregnado de óleo

Deixam de reter o ar entre as

penas e morrem afogadas ao

mergulhar

O óleo penetra no bulbo

causando intoxicação

Mesmo as aves tratadas

acabam morrendo

Poluição por petróleo

No mangue o óleo impede as árvores de

captar o oxigênio do ar causando sua morte

Os crustáceos morrem pela falta de alimento

(folhas decompostas)

Além disso, o óleo fecha as brânquias, por onde respiram, e superaquece a lama, seu hábitat.

No acidente da baía de

Guanabara espécies como o caranguejo-uça podem ter sido extintas

Poluição por petróleo

Com o ecossistema comprometido milhares de

pessoas ficam sem trabalho

Famílias de pescadores perdem

sua fonte de sustento

O comércio local acaba falindo

com o fim do turismo na região

Poluição por petróleo nos oceanos

Os oceanos respondem por 16% da oferta de proteína animal

do planeta

A fotossíntese realizada por fitoplânctons e por outras plantas

marinhas:

Produz oxigênio, O_2(g), que é liberado para a atmosfera

Consome gás carbônicos, CO_2(g), que é retirado da atmosfera

O CO_2(g) precipita para grandes profundidades, onde é arrastado lentamente por correntes profundas demorando séculos para retornar à atmosfera

Os oceanos contêm 20 vezes mais CO_2(g) do que o que há em todas as florestas do mundo e em outras biomassas terrestres.

Se o fitoplâncton desaparecesse dos oceanos:

Falta de O_2(g) na atmosfera Morte dos seres

na superfície terrestre

Excesso de CO_2(g) na atmosfera

Elevação na temperatura do planeta e desequilíbrio nos ecossistemas

Poluição por metais pesados

Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni e Sn Bioacumulação Mineração (garimpo) Pilhas e baterias Rios e mares Aterro sanitário

Os oceanos recebem por ano 400.000 t de metais pesados

80.000 t só de mercúrio Contaminação de águas

subterrâneas, córregos e riachos

Controle da poluição

Qualidade da água

disponível

Quantidade

de água disponível

A importância de água para a manutenção da vida

Conceito de poluição

Água

Controle da poluição

Despoluição do meio ambiente

Ampliar o alcance do tratamento

de efluentes gerados por esgotos

domésticos, agricultura e indústrias

Controle da poluição

Tecnologias destrutivas Tecnologias de transferência de fase

Baseiam-se na oxidação química Radiação UV + O₃ ou UV + H₂O₂

formando OH1- _{ou O}1- _(PAOs)

Transfere os poluentes da fase aquosa para a sólida, por exemplo, pela adição de carvão ativo na água

Vantagem: ausência de subprodutos MO + agente oxidante  CO₂ + H₂O

Desvantagem: processo caro A poluição não é eliminada,

apenas deixa de ser veiculada pelo meio aquoso para ser transformada em resíduos sólidos

ou emitida para a atmosfera

Controle da poluição

Evitar poluir novamente o meio ambiente

Ter consciência da necessidade de diminuir o volume de

detritos gerados

Proteger áreas de mananciais da ocupação humana

Implantar métodos mais eficientes de irrigação minimizando

o desperdício da água utilizada na agricultura

A fonte de água para a produção de água purificada é

normalmente aquela de qualidade potável, contendo

cloro (rede de abastecimento);

Fontes e tratamentos da

água

Deionização:

Água

purificada

resultante

de

deionização é a forma

mais comum de preparo

de água para produtos

farmacêuticos estéreis,

apesar

de

permitir

níveis de contaminação

dos mais elevados;

Porém, nas unidades de fabricação, localizadas em

áreas distantes, a água pode conter apenas

quantidades residuais de cloro;

Que permite o

desenvolvimento de

Pseudomonas

e

outros Gram (-);

Outros aspectos a considerar são etapas

de tratamento precedendo a deionização:

Fontes e tratamentos da

água

Deionização:

Refere-se, por exemplo, ao emprego de leitos

de carvão ativo, considerado estágio para

remoção também intencional do cloro da

água;

Sabe-se que apesar de tratamentos químicos,

renovações e limpeza das resinas,

constituem-se nos constantes desafios para a qualidade da

água em termos sanitários;

Fontes e tratamentos da

água

Deionização:

Tipicamente deve se esperar contagens da ordem de

10

3

_{UFC/mL em água de um deionizador antes da}

regeneração das resinas, considerando frequência

diária de regeneração;

Sendo a frequência de tratamento semanal de

regenerações deve se esperar valores da ordem de 10

5

a 10

6

_UFC/mL;

Os organismos mais frequentemente associados aos

deionizadores são:

Acinetobacter

spp. Alcaligenes Pseudomonas

Embora também possam ser encontrados

Gram (+) e cocos;

Fontes e tratamentos da

água

Deionização:

Os mecanismos empregados para contornar o

problema da contaminação microbiana dos

deionizadores pode ser pelo uso de lâmpadas

ultravioleta ou pela filtração. Porém, pode

haver recontaminação posterior;

Luz ultravioleta

Lâmpadas UV na

região de 254 nm

são as mais

empregadas,

havendo situações

em que seu uso é

recomendado em

pontos estratégicos

do sistema de

circulação, próximo

ao ponto de uso;

A filtração da água

através de filtros de

de membrana com

porosidade de 0,2

m

m

é método

amplamente

empregado na

indústria

farmacêutica para

redução de carga

microbiana;

Filtração

Fontes e tratamentos da

água

Deionização:

Pré-filtração

pode

ser

conveniente no sentido de

prolongar a vida útil dos

filtros,

aumentando

o

intervalo de tempo antes

da saturação dos caros

filtros

retentores

dos

microrganismos;

Além da luz ultravioleta e da filtração, outro

item que requer atenção é o Sistema de

distribuição:

Fontes e tratamentos da

água

Deionização:

Certa proporção de microrganismos poderá

estar associada ao próprio sistema de

distribuição, seja aderida à superfície de

tubulações, em filtros ou em tanques de

estocagem e nas conexões em geral;

Velocidades de fluxo da ordem de 1 a 2 m/s

são recomendadas para minimizar a adesão;

Fluxos mais lentos assim como rugosidades de

superfícies facilitarão a formação de biofilmes;

Fluxos

turbulentos

são desejáveis;

Na indústria de parenterais a forma empregada para

estocagem desta água é sob aquecimento a 80°C, em

sistema com circulação;

Fontes e tratamentos da água

Destilação:

A água destilada, logo após a

condensação, é estéril, e na

dependência

de

cuidados

assépticos

de

coleta

e

estocagem

será

mantida

dessa forma;

Destilação

Ou ainda se emprega o recurso da esterilização

imediatamente após a coleta de determinado volume,

em recipientes de vidro neutro;

Ambos os recursos são por demais dispendiosos para

emprego, em larga escala, nos produtos em que a

característica de esterilidade não é compulsória;

Fontes e tratamentos da

água

Osmose

reversa:

A água produzida por osmose reversa (OR)

pode ser estéril e apirogênica uma vez que sua

obtenção envolve passagem forçada, por

pressão osmótica através de membrana

semi-permeável, seletiva a pesos moleculares de

250 D;

Contaminação pós-osmose reversa pode

ocorrer devido ao ingresso de microrganismos

via membrana no recipiente de estocagem ou

no sistema de distribuição;



Um bom exemplo –

Escherichia coli

e análise da

qualidade microbiológica da água

Microrganismos bioindicadores

Objetivo

Detectar presença de

coliformes fecais na água.

Vantagens

Útil para todos os

tipos de água;

Sempre presente

onde estão os

patógenos entéricos

Sua abundância na

Bioindicadores da qualidade

da água

Estudo de Caso

Estudar comunidade de protozoários ciliados em trechos do Rio

Paraibuma (MG) que recebem diferentes níveis de lançamento

de esgoto doméstico, a fim de se avaliar a composição dessas

comunidades e a viabilidade da utilização dos ciliados como

indicadores de qualidade da água

Vantagens do uso de protozoários ciliados



Abundância



Tempo de geração curto



Sensíveis a pequenas alterações na cadeia

trófica



Facilmente mantidos em laboratório

Bioindicadores da qualidade

da água

Bioindicadores da qualidade da água

Estudo de Caso

Amostragem em 1

área rural, que

recebe baixa carga

de esgosto, e em 2

áreas urbanizadas,

com alta carga de

Espécies de

ambientes

anóxicos

Presença nas áreas com alta taxa de esgoto doméstico

Espécies

tolerantes

Bioindicadores da qualidade da água

Estudo de Caso

Os baixos valores de oxigênio dissolvido e os altos valores de

condutividade elétrica registrados nas estações 2 e 3, juntamente com a comunidade dos protozoários destas estações, confirmaram as altas

CONCLUSÕES

Bioindicadores da qualidade da água

Estudo de Caso

Método biológico + análise físico-química =

método eficiente na análise da qualidade de

água

É um método simples, rápido e de baixo custo

Pode ser aplicado em estações de tratamento de

esgoto, como forma de se verificar a eficiência

de tal processo

Alguns microrganismos

produzem proteínas de

estresse quando

expostos a certos

contaminantes, como

metais pesados

.

Outra aplicação...

Podemos viver num mundo sem

poluição ?

São conhecidas mais de 7 milhões de substâncias químicas

A cada ano cerca de 1.000 novos produtos são lançados no mercado São produzidos 300 milhões de toneladas anuais de COS

150 mil deles em taxas superiores a 50 mil t/ano

Cerca de 66 mil produtos químicos são comercializados hoje somente nos EUA

Cerca de 45 mil substâncias são comercializadas internacionalmente

Muitos são resistentes a biodegradação, estáveis e entram na cadeia alimentar

Muitos podem ser mutagênicos, cancerígenos ou teratogênicos

Só existem dados ecotoxicológicos para aproximadamente

1.500 substâncias

A tecnologia convencional de tratamento de água não remove

totalmente os COS