Indicadores comuns na análise da qualidade da água

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1. Indicadores de química orgânica: Oxigênio dissolvido (abreviado como DO) refere-se ao oxigênio na forma molecular (O2) dissolvido em água, abreviado como DO. O teor de oxigênio dissolvido na água está relacionado a fatores como a pressão atmosférica, a temperatura da água e o teor de sal. A queda da pressão atmosférica, o aumento da temperatura da água e o aumento do teor de sal podem causar uma redução no teor de oxigênio dissolvido. Em rios com limpeza adequada, o teor de oxigênio dissolvido pode se aproximar do valor de saturação correspondente à sua temperatura. Quando há grande quantidade de algas, o oxigênio dissolvido pode ficar supersaturado. Quando as águas são poluídas por substâncias orgânicas ou inorgânicas redutoras, o teor de oxigênio dissolvido diminui, podendo chegar a zero. Nesse caso, as bactérias anaeróbias se multiplicam rapidamente, piorando a qualidade da água. Quando a concentração de oxigênio dissolvido na água fica abaixo de 3–4 mg/L, muitos peixes têm dificuldade para respirar e morrem sufocados. O oxigênio dissolvido é um dos indicadores importantes que refletem o grau de poluição da água. Demanda química de oxigênio (Chemical Oxygen Demand, abreviado como COD) refere-se à quantidade de oxidante necessária para oxidar as substâncias redutoras presentes na água, utilizando como oxidantes o cromoato de potássio (K2Cr2O7) ou o permanganato de potássio (KMnO4). O resultado é expresso em termos de quantidade de oxigênio (em mg/L). As substâncias redutoras em água incluem organismos orgânicos e substâncias inorgânicas como sulfetos, sulfatos de ferro e outros. A demanda química de oxigênio reflete o grau de poluição da água por substâncias redutoras. Considerando que a poluição das águas por substâncias orgânicas é um fenômeno bastante comum, esse indicador também é utilizado como um dos parâmetros que refletem o teor relativo de substâncias orgânicas. Ele é empregado em diversas leis relacionadas à qualidade da água, como critério para controle. Nota: Nos padrões nacionais de qualidade da água do solo, estabelecidos em 1988, o valor de COD obtido pelo método do cromoato de potássio ácido é denominado consumo químico de oxigênio (abreviado como CODCr). Já o valor de COD obtido pelo método do permanganato de potássio é chamado de índice de permanganato (abreviado como CODMn). O índice de permanganato, ou consumo de oxigênio (CODMn), é um indicador comum utilizado para avaliar a poluição por substâncias orgânicas e inorgânicas oxidáveis presentes nas águas. É definido como: sob certas condições, a oxidação de determinados compostos orgânicos e substâncias inorgânicas redutoras presentes na amostra de água, utilizando permanganato de potássio. A quantidade de oxigênio equivalente é calculada com base na quantidade de permanganato de potássio consumido. Ele reflete a quantidade de substâncias inorgânicas e orgânicas em suspensão ou dissolvidas na água, que podem ser oxidadas pelo permanganato de potássio. O índice de permanganato também é utilizado nas análises de qualidade da água, sendo conhecido como método do potássio permanganato, que corresponde ao consumo químico de oxigênio. No entanto, como esse método permite que os organismos orgânicos presentes na água sejam oxidados apenas parcialmente, sob condições específicas, ele não representa a quantidade teórica de oxigênio necessária, nem serve como indicador do teor total de organismos orgânicos na água. Portanto, usar o índice de permanganato como indicador da qualidade da água é mais adequado, pois isso permite distinguir esse valor do valor de demanda química de oxigênio obtido pelo método do cromato de potássio, o que está mais alinhado com a realidade objetiva. O CODcr é, em geral, de 2 a 5 vezes maior que o CODMn. Os dados que obtemos em nosso trabalho prático ficam basicamente nessa faixa. A demanda bioquímica por oxigênio (Biochemical Oxygen Demand, abreviado como BOD) refere-se à quantidade de oxigênio dissolvido consumido pelos microrganismos aeróbios durante o processo de oxidação bioquímica dos organismos orgânicos presentes na água, sob condições de presença de oxigênio dissolvido. Inclui também a quantidade de oxigênio consumida na oxidação de substâncias inorgânicas redutoras, como sulfetos e ferro(II); porém, essa parte costuma representar uma proporção muito pequena. A decomposição aeróbica de substâncias orgânicas, sob a ação de microrganismos, ocorre basicamente em duas fases. 1) Fase de oxidação das substâncias contendo carbono: nessa fase, os compostos orgânicos contendo carbono são oxidados em dióxido de carbono e água. 2) Fase de nitrificação: nessa fase, os compostos orgânicos contendo nitrogênio são decompostos, sob a ação de bactérias nitrificantes, em nitratos e nitritos. Isso só acontece de forma significativa após 5 a 7 dias. Portanto, o método de cultivo de 5 dias a 20°C, amplamente utilizado atualmente para determinar o valor de BOD (método BOD5), geralmente não inclui a fase de nitrificação. O BOD é um indicador abrangente que reflete o grau de poluição dos corpos d’água por substâncias orgânicas. É também um parâmetro importante para estudar a biodegradabilidade das águas residuais, bem como os efeitos do tratamento biológico. Além disso, é utilizado no projeto de processos de tratamento biológico de águas residuais e em estudos relacionados à dinâmica desses processos. Fósforo total (abreviado como TP) – O fósforo total é o principal indicador para controlar a eutrofização das águas. Refere-se à quantidade total de fósforo em todas as suas formas, que podem ser oxidadas por substâncias fortemente oxidantes presentes na água, transformando-se em fosfatos. O fósforo é um elemento nutricional essencial para o crescimento das plantas, além de ser indispensável para a vida. Se o fósforo na água ultrapassar a concentração crítica, isso estimulará o crescimento das plantas aquáticas, causando o surgimento de “algas em excesso”, o que leva à eutrofização das águas. O fósforo entra nos corpos d’água por vários meios, como a descarga de efluentes que contêm compostos de fósforo, o escoamento superficial das áreas agrícolas, além de fazendas pecuárias, entre outros. Nos últimos anos, devido ao uso de detergentes contendo fósforo e outras substâncias cotidianas que contêm fósforo, também houve um aumento nas emissões de fósforo. Nitrogênio amônico (abreviado como NH3-N) refere-se ao nitrogênio presente na água na forma de amônia livre NH3 (também chamada de amônia não iônica) e amônia iônica NH4+. Para as águas superficiais, costuma-se exigir a determinação da amônia não iônica. A proporção entre os dois é determinada pelo pH da água e pela temperatura. Quando o pH é alto, a proporção de amônia livre é maior; inversamente, quando o pH é baixo, a proporção de sais de amônia é maior. O nitrogênio amônico presente na água provém, principalmente, dos produtos da decomposição de substâncias orgânicas nitrogenadas presentes em esgotos domésticos, causada por microrganismos. Também vem de efluentes industriais como os resultantes do processo de coqueificação e da produção de amônia, além de águas residuais provenientes de áreas agrícolas. Quando o teor de nitrogênio amônico é elevado, ele tem efeito tóxico sobre os peixes, além de causar danos ao ser humano em diferentes graus. Nitrogênio total (abreviado como TN) é a quantidade total de nitrogênio inorgânico e orgânico presente na água. Inclui nitrogênio inorgânico, como NO3-, NO2- e NH4+, e nitrogênio orgânico, como proteínas, aminoácidos e aminas orgânicas, medido em miligramas de nitrogênio por litro de água. É frequentemente usado para indicar o grau de poluição dos corpos d’água por nutrientes. O teor total de nitrogênio na água é um dos indicadores importantes para avaliar a qualidade da água. Sua medição ajuda a avaliar o grau de poluição das águas e seu potencial de autolimpeza. Quando os níveis de nitrogênio e fósforo na água superficial estão acima do normal, os microrganismos se multiplicam em grande número, e os planctons crescem de forma intensa, o que leva a um estado de eutrofização. O Carbono Orgânico Total (Total Organic Carbon, abreviado como TOC) é um indicador que representa a quantidade total de matéria orgânica presente nas águas, em termos de teor de carbono. Como a determinação do TOC é feita por meio do método de combustão, é possível oxidar todas as substâncias orgânicas. Por isso, o TOC reflete melhor a quantidade total de substâncias orgânicas em comparação com o BOD5 ou o COD. A Demanda Total de Oxigênio (Total Oxygen Demand, abreviado como TOD) refere-se à quantidade de oxigênio necessária para a oxidação das substâncias orgânicas presentes na água durante sua queima. O valor é expresso em mg/L de O2. O TOD só consegue refletir a quantidade de oxigênio necessária para que quase toda a matéria orgânica se transforme em CO2, H2O, NO, SO2… após a combustão. Ele está mais próximo do valor teórico de demanda por oxigênio do que o BOD e o COD. 2. Indicadores de química inorgânica – Dureza: Inicialmente, a dureza indicava o grau de formação de espuma pelo sabão na água. Atualmente, em termos químicos, a dureza é calculada com base na quantidade de íons Ca e Mg presentes na água, convertendo-se essa quantidade para o equivalente em CaCO3. O valor da dureza é expresso em mg/L. A dureza pode ser expressa de várias maneiras, como dureza total, dureza por cálcio, dureza por magnésio, dureza por carbonatos (dureza temporária) e dureza por não carbonatos (dureza permanente). O valor de pH indica o grau de acidez ou alcalinidade da água. É expresso como o logaritmo negativo da atividade dos íons de hidrogênio na solução: pH = -lgαH+. O pH representa uma das propriedades mais fundamentais da água; ele permite controlar o grau de dissociação dos ácidos e bases fracos presentes na água, reduzir a toxicidade de cloretos, amônia, sulfeto de hidrogênio, entre outros, e impedir a liberação de metais pesados presentes no sedimento. Ele afeta as mudanças na qualidade da água, o crescimento e declínio da reprodução de organismos, a corrosividade e a eficácia do tratamento da água; é, portanto, um parâmetro importante para avaliar a qualidade da água. O valor de pH da água natural geralmente fica entre 6 e 9; a água potável está dentro da faixa de 6,5 a 8,5. Em alguns casos, o pH da água utilizada em indústrias precisa ser mantido entre 7,0 e 8,5, a fim de evitar a corrosão de equipamentos e tubulações metálicas. A condutividade elétrica da água está relacionada à quantidade de ácidos inorgânicos, bases e sais que ela contém. Esse indicador é frequentemente usado para estimar a concentração total de íons ou o teor de sal na água. Diferentes tipos de água têm diferentes condutividades elétricas. Potencial de oxidação-redução: O potencial de oxidação-redução é o resultado conjunto das reações de oxidação e redução que ocorrem entre diversos agentes oxidantes e redutores presentes na água. Embora este indicador não possa ser utilizado como medida da concentração de substâncias oxidantes e redutoras, ele nos ajuda a entender as características eletroquímicas das águas, permitindo assim a análise das propriedades dessas águas. Trata-se, portanto, de um indicador abrangente. O potencial de oxidação-redução da água deve ser determinado no local. 3. Indicadores de propriedades físicas: Turbididade. A turbididade representa o grau de obstrução causado pelos sólidos em suspensão na água, ao impedir a passagem da luz. Quando a água contém partículas em suspensão, como lama, argila, substâncias orgânicas, substâncias inorgânicas, plancton e microrganismos, isso pode causar a dispersão ou absorção da luz, resultando em alta turbidez. A turbidez da água está relacionada não apenas à quantidade de partículas presentes nela, mas também ao tamanho e à forma dessas partículas, além das propriedades de dispersão da luz pela superfície delas. O nível de turvidez, em geral, não indica diretamente o grau de poluição da água. No entanto, um aumento na turvidez indica que a qualidade da água piorou. Transparência é o grau de clareza da água; a água limpa é transparente. A transparência é o oposto da turvidez: quanto maior a quantidade de partículas em suspensão e de partículas coloidais na água, menor será sua transparência. Os métodos para determinar a transparência incluem o método dos tipos de chumbo, o método do disco de Saytzeff e o método em cruz. Sólidos em suspensão (abreviados como SS) são poluentes sólidos presentes na água, que se encontram no meio aquático na forma de suspensão, estado coloidal ou soluções. Os poluentes sólidos em estado suspenso são geralmente chamados de sedimentos, referindo-se a impurezas, materiais inorgânicos como lama, matéria orgânica produzida por organismos animais e vegetais, além de plâncton. Suspensões sólidas, que causam a piora da aparência da água, aumento da turvação e alteração da cor da água. Os sedimentos se acumulam no fundo dos rios, obstruindo o leito fluvial. Isso prejudica a reprodução dos organismos que vivem no fundo da água e afeta a produção pesqueira. Quando esses sedimentos se acumulam em campos irrigados, eles bloqueiam os capilares do solo, prejudicando sua permeabilidade e causando compactação do solo, o que não é favorável ao crescimento das culturas agrícolas. 4. Indicadores de metais comuns: Cádmio (Cadmium) (Cd). O ponto de fusão do cádmio é de 320,9°C, e seu ponto de ebulição é de 765°C. É um metal muito maleável e flexível, sendo solúvel em ácidos diluídos. O cádmio é extremamente tóxico e pode se acumular em tecidos do corpo humano, como o fígado e os rins, causando danos a esses órgãos. O dano aos rins é o mais evidente. Além disso, o cádmio pode causar osteoporose e enfraquecimento dos ossos, levando à doença da dor óssea. A grande maioria das águas doce contém menos de 1 μg/L de cádmio. Em natureza, o cádmio existe principalmente na forma de minério de sulfocádmio, e costuma coexistir com minérios como zinco, chumbo, cobre e manganês. Portanto, nesses processos de refino de metais, é possível eliminar grandes quantidades de cádmio. Além disso, as águas residuais provenientes de indústrias como a de galvanização, tinturaria, baterias e química também são fontes importantes de contaminação por cádmio. O cromo (hexavalente) (Chromium) (Cr6+) é um metal sólido de cor prateada brilhante. É resistente à corrosão e ao calor. É um dos elementos traceiros essenciais para o corpo humano. As formas mais comuns de compostos de cromo são as de valência trivalente e hexavalente. A toxicidade do cromo está relacionada ao seu estado de oxidação. O cromo metálico é inofensivo, enquanto o cromo hexavalente é altamente tóxico, sendo uma substância cancerígena. Além disso, ele é facilmente absorvido pelo corpo humano e se acumula nele. Acredita-se que a toxicidade do cromo hexavalente seja 100 vezes maior do que a do cromo trivalente. Os compostos de cromo trivalente e cromo hexavalente podem se transformar um no outro. As principais fontes de poluição industrial por cromo vêm das águas residuais geradas nas indústrias de processamento de minério de cromo, tratamento de superfícies metálicas, curtimento de couro, tinturaria e materiais fotográficos. O cromo é um indicador importante no controle da poluição da água. Cobre (Copper) (símbolo elementar: Cu). O cobre é um metal ductível, fácil de ser trabalhado, e é um bom condutor de calor e eletricidade. O cobre é um elemento essencial para o corpo humano. A falta de cobre pode causar doenças como anemia e diarreia. No entanto, um consumo excessivo de cobre também pode ser prejudicial. O cobre é muito prejudicial para os organismos aquáticos. As ostras, em águas contaminadas com íons de cobre, podem acumular grandes quantidades desse metal em seu corpo. Casos de ostras verdes já foram registrados na baía de Enogawa, no Japão, e no rio Erin, em Taiwan. A toxicidade do cobre para os organismos aquáticos está relacionada à sua forma: os íons de cobre livres são muito mais tóxicos do que o cobre em estado complexado. As principais fontes de poluição do cobre são as águas residuais emitidas por setores como galvanização, fundição, processamento de metais, mineração, indústria petroquímica e indústria química. Ferro (símbolo químico: Fe) é um dos elementos em pequenas quantidades presentes nas águas naturais. A sua concentração na água depende das condições geológicas da região, bem como de outros componentes químicos presentes na água. Os íons de ferro divalentes e trivalentes são as formas básicas do ferro em ambientes aquáticos. O ferro divalente existe em corpos d’água com baixo teor de oxigênio dissolvido, ou nas profundezas de lagos com fundo anaeróbico. Quando o teor de oxigênio dissolvido aumenta ou quando o ferro divalente entra em contato com substâncias oxidantes, ele é rapidamente oxidado em íons de ferro trivalente. Esses íons de ferro trivalente se precipitam no fundo do lago, na forma de hidróxido de ferro, ou juntamente com outros ânions. Na verdade, os óxidos de ferro trivalente são insolúveis. Se houver hidrogênio sulfídrico no sedimento, forma-se sulfeto de ferro, o que resulta na formação de um composto inorgânico preto. O ferro é um elemento essencial para plantas e animais. Em algumas águas, o ferro pode ser um fator que limita o crescimento de algas e outras plantas. Nos sangues de vertebrados e de alguns invertebrados, o ferro desempenha um papel fundamental na transportação de oxigênio. O ferro não tem efeitos toxicológicos na saúde humana, afetando apenas o uso da água. O ferro afeta significativamente o sabor da água potável e pode manchar as roupas lavadas. Zinco (Zinc) (Zn) O zinco é um metal amplamente utilizado no dia a dia. Seu ponto de fusão é de 419,5°C, e ele é solúvel em ácidos e álcalis concentrados. Geralmente, associa-se a outros sulfetos de metais, especialmente os sulfetos de chumbo, cobre, cádmio e ferro. O zinco é um elemento essencial para o corpo humano, mas tem um grande impacto em peixes e outros organismos aquáticos. A concentração segura de zinco para os peixes é de aproximadamente 0,1 mg/L. Além disso, o zinco tem um efeito inibitório no processo de autolimpeza das águas. Suas principais fontes de poluição são as águas residuais provenientes dos setores de galvanização, metalurgia, pigmentos e indústria química. O selênio (Selenium) (Se), em corpos d’água, existe na forma de selenito ou selenato. A concentração natural de selênio nas águas é diretamente proporcional à quantidade de selênio presente no solo. O selênio é um elemento essencial para o corpo humano, mas um consumo excessivo dele também pode causar intoxicação. O selênio metálico tem baixa toxicidade, enquanto o selênio no estado divalente é extremamente tóxico. Geralmente, ele é absorvido pelo trato intestinal e se acumula no fígado e nos rins. As principais fontes de poluição são as águas residuais geradas pela mineração, pela fundição de metais e por fábricas que produzem produtos à base de selênio. Metais pesados (Heavy metals): Quimicamente, os metais são divididos em metais pesados e metais leves, de acordo com sua densidade. Geralmente, os metais com densidade superior a 4,5 g/cm³ são considerados metais pesados. Como: ouro, prata, cobre, chumbo, zinco, níquel, cobalto, cromo, mercúrio, cádmio e cerca de 45 outros elementos. Alguns dos metais pesados presentes nas águas são elementos essenciais e em quantidades pequenas para a saúde humana, enquanto outros são prejudiciais à saúde, como mercúrio, cádmio, cromo, chumbo, cobre, zinco, níquel, bário, vanádio e arsênio. O teor de compostos metálicos nocivos em águas superficiais poluídas e em efluentes industriais costuma aumentar significativamente. Quando metais nocivos entram no corpo humano, eles fazem com que algumas enzimas percam sua atividade, causando sintomas de intoxicação em diferentes graus. O grau de toxicidade está relacionado ao tipo de metal, às suas propriedades físico-químicas, à concentração, bem como ao estado e à forma em que o metal se encontra. Por exemplo, o mercúrio, o cádmio, o cromo (em estado hexavalente), o chumbo e seus compostos são metais prejudiciais que causam efeitos negativos à saúde humana a longo prazo. Os compostos orgânicos desses metais, como o mercúrio, o chumbo e o arsênio, são muito mais tóxicos do que os compostos inorgânicos correspondentes. Os metais solúveis também são mais tóxicos do que os metais em estado de partículas. O cromo hexavalente é mais tóxico do que o cromo trivalente, entre outros exemplos.