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13 março 2013


ÁGUA
            Importância
         Essencial a toda a forma de vida
         Fonte de energia: na forma de vapor e na forma de hidroeletricidade
         Meio de transporte
         Várias aplicações industriais: Na obtenção de hidrogênio, ácidos, na hidrolise e hidratação. Na lavação de gases e sólidos, na transmissão de calor, etc


Distribuição das águas na Terra. Fonte: Águas Doces no Brasil-Rebouças, A .C.;Braga, B.; Tundisi, J.G.





Volume de água doce


Distribuição dos Recursos Hídricos no Brasil, da Superfície e da População
(em % do total do país). O Brasil  tem 11,6% da água doce do mundo
Fonte: DNAEE 1992

Fonte: Águas & Águas - Jorge A. Barros de Macedo)


Classificação da água

Quanto a  origem
. Meteórica  -  água da chuva, granizo, neve e  orvalho
. Superficial   -  água dos rios, lagos, lagoas, mares e oceanos
. Subterrânea -  águas dos aqüíferos freático  e artesiano
.Freático - água a pressão atmosférica.
.Artesiano - água a pressões mais elevadas que a atmosférica.

- Quanto a aplicação
. Classe 1 - Para o abastecimento doméstico sem desinfecção
. Classe 2 - Para o abastecimento doméstico após tratamento convencional para
                  irrigação de hortaliças, recreação de contato primário (natação, esqui aquático
                 e  mergulho).
. Classe 3 - para abastecimento doméstico, após tratamento convencional à
                   preservação de peixes em geral e de outros elementos da fauna e da flora.
. Classe 4 - Para o abastecimento doméstico, após tratamento indicado à natação, à
                   harmonia paisagística, ao abastecimento industrial, irrigação, etc.

Potabilidade da água
         A potabilidade de uma água é definida através de um conjunto de parâmetros e padrões estabelecidos por normas e legislações sanitárias.
         O padrão de potabilidade da água, está definido na Portaria nº 518 de 25 de março de 2004 do Ministério da Saúde, é um conjunto de valores máximos permissíveis das características fisico-químicas, microbiológicas e organolépticas das águas destinadas ao consumo humano.

         Controle de qualidade da água: Conjunto de ações adotadas continuamente pelos responsáveis pelos sistemas de abastecimento da água, que assegure a manutenção da qualidade da água.
         Vigilância da Qualidade da água: Conjunto de ações adotadas continuamente pelas autoridades de Saúde Pública, para verificar se a água consumida atende a legislação e avaliar os riscos para a saúde humana.

A portaria MS nº 518, 2004 estabelece os
procedimentos e as responsabilidades relativos ao controle e à vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, em razão da importância que a qualidade e a quantidade de água representam para melhoria da qualidade de vida e da manutenção da saúde humana.”
A portaria pode ser obtida no endereço : http://bvsms.saude.gov.br/bvs/publicacoes/portaria_518_2004.pdf

Transmissão de doenças
         DOENÇAS DE TRANSMISSÃO HÍDRICA:
-  Agentes microbiológicos:
   A água atua como veículo do agente  infeccioso.
-  Agentes químicos:
   Águas subterrâneas ou superficiais poluídas por substâncias químicas.

         Doenças provocadas por agentes microbiológicos:
   A contaminação da água ocorre através das excretas de pessoas ou animais infectados.
   Agentes etiológicos podem ser: bactérias, fungos, vírus, protozoários e helmintos.
    Ex: Salmonella – Salmoneloses
               Vírus da hepatite A – Hepatite A
               Giardia Lamblia – Giardíase
               Ascaris Lumbricóides - Verminose
         As Doenças Provocadas por Agentes Químicos
  Através do ciclo hidrológico, a água está em permanente contato com os constituintes do meio ambiente (ar e solo), dissolvendo muitos elementos e carreando outros em suspensão.
  A atividade humana, por outro lado, vem introduzindo nas águas um número crescente de substâncias.
         Várias são as substâncias químicas que podem poluir as águas subterrâneas ou superficiais e comprometer a saúde do homem.
         Dentre elas podemos citar os agroquímicos (herbicidas, inseticidas, raticidas etc) e os despejos industriais contendo metais pesados como cromo, mercúrio e chumbo.


Parâmetros microbiológicos
         Coliformes totais
   Espécies de origem não exclusivamente fecal. Úteis na avaliação da qualidade da água tratada e distribuída.
         Coliformes termo tolerantes/Fecais
   Espécies de origem fecal, com grau de resistência semelhante aos patogênicos
         Pesquisa de Echeríchia Coli
   Bactéria de origem exclusivamente fecal.
         Contagem de bactérias heterotróficas
   Indicador auxiliar da qualidade da água.
   Detecção inespecífica  de bactérias de origem fecal, da flora natural de água.

Parâmetros Físico-químicos

         Cor
 A presença na água de partículas muito pequenas é que lhe conferem cor. Diz-se que essas partículas encontram-se em solução na água, e podem ter origem em material orgânico (Humus, algas, entre outras) ou inorgânico (compostos de ferro e manganês, etc.).
            Valor Máximo Permissível e' de 15 UH.
         Turbidez
A presença as partículas em suspensão, determinam o grau de turbidez da água. Podem ter  origem orgânica ou inorgânica, estando mais comumente associadas à presença de algas e argilas na água. Esgotos domésticos e efluentes industriais também conferem turbidez à água.
Valor Máximo Permissível e' 5 UT.
         pH
O pH é um parâmetro importante no processo de tratamento, pois está relacionado com a eficiência dos produtos químicos utilizados.
    Recomenda-se pH na faixa de 6,0 a 9,5, na rede de distribuição.  

Agentes bactericidas
         Cloro
 Agente bactericida e responsável pela manutenção bacteriológica da água.
Teor mínimo de cloro residual livre:
. Após desinfecção: 0,5 mg/l
. Rede de distribuição:0,2 mg/l
. Teor máximo recomendado: 2,0 mg/l
         Fluoretos
Os fluoretos ocorrem naturalmente ou são adicionados nos sistemas de abastecimento.
Considera-se que são componentes essenciais da água potável sobretudo para a prevenção de cáries dentárias.
As concentrações de fluoretos em água potável são estabelecidas considerando a quantidade de fluoreto ingerida diariamente.
Valor máximo permitido: 1,5 mg/l
         Trihalometanos
Os trihalometanos constituem um grupo de compostos orgânicos que, se originam de substâncias orgânicas que reagem com o cloro durante a desinfecção.
Valor Máximo Permissível é 0,1mg/L 

Água para o consumo humano - Qualidade


Concentração típica dos principais íons na água de chuva mg/l
 Águas Doces no Brasil-Rebouças, A .C.;Braga, B.; Tundisi, J.G.

Impurezas da água
Grosseiras: facilmente capazes de flutuar ou decantar, quando a água estiver em repouso (ex: folhas, sílica, restos vegetais, etc.).
Coloidais: emulsões (CO2), argila,  ferro e manganês na forma de hidróxidos, etc.
Dissolvidas: a dureza (sais de cálcio e magnésio), ferro e manganês não na forma de hidróxidos, etc.

Alguns conceitos importantes
         Turbidez: provocada por matéria suspensa de qualquer natureza, presente na água.
         Cor: devido a presença de matéria orgânica proveniente de matéria vegetal em decomposição.
         Ferro: a forma mais comum é ferro solúvel que está na forma de bicarbonatos ferrosos – Fe(HCO3)2.
         Dureza: é proporcional ao conteúdo de sais de cálcio e magnésio. Águas brasileiras: 5 mg/L a 500 mg/l
         Sílica: Constituinte das águas naturais. Varia de 3 a 50 mg/l como SiO2.


Objetivos do tratamento
         Higiênico : remoção de bactérias, elementos venenosos ou nocivos, minerais e compostos orgânicos em excesso, protozoários e outros microorgânicos.
         Estético : correção da cor, turbidez, odor, sabor.
         Econômico : redução da corrosividade, dureza, cor, turbidez, ferro, manganês, odor, sabor, etc.


Tratamento de água potável



         Representação esquemática de tratamento de água de água potável.
 

Clarificação
         A clarificação é constituída de: Coagulação, decantação e filtração.
         Coagulação ocorre pela adição de agentes coagulantes tais como: sulfato de  alumínio em solução a 5 ou 10% (Al2(SO4)3.18H2O, que o mais usado. Os sais FeSO4.7H2O, Fe2(SO4)3 e FeCl3.6H2O  ou polímeros orgânicos também podem ser empregados na coagulação.
         Decantação é a sedimentação dos coágulos formados na coagulação
         Filtração é a separação dos coágulos ou flósculos da água. Esta operação normalmente é feita com filtros de areia.
         Coadjuvantes: capazes de formar partículas mais densas e tornar os flocos mais lastrados (argila, sílica ativa, polieletrólitos, etc.)

Reações de coagulação
         A coagulação ou floculação é obtida pela neutralização das partículas coloidais dispersas na água pelas partículas coloidais formadas por hidróxidos resultante da reação entre a alcalinidade natural ou adicionada e o agente coagulante.
         Ou seja, os hidróxidos formados neutralizam as partículas coloidais em suspensão na água aglomerando-se formando flocos mais pesados que precipitam.

Com a alcalinidade natural:
a) Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO3)2  Þ 2 Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 + 18H2O
b) 2 FeSO4.7 H2O + 3 Ca(HCO3)2  + 1/2O2 Þ Fe(OH)3 +  3 CaSO4   + 4 CO2 + 6 H2O
c) 2 FeSO4.7 H2O + 3 Ca(HCO3)2 + Cl2  Þ Fe(OH)3  +2 CaSO4   + CaCl2 + 6 CO2 + 7 H2O
d) Fe2(SO4)3    + 3 Ca(HCO3)2  Þ 2 Fe(OH)3 +3 CaSO4  + 6CO2
Com a alcalinidade adicionada:
a) Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 4 H2O Þ 2 Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3 CO2 + H2O
b) Al2(SO4)3.18 H2O + 3 Ca(HO)2 Þ 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4  + 18 H2O
c) Fe2(SO4)3    + 3Ca(HO)2  Þ 2 Fe(OH)3 +3 CaSO4
d) Fe2(SO4)3    + 3 Na2CO3 + 4 H2Þ 2 Fe(OH)3  +3 Na2SO4 + 3 CO2 + H2O
Com coagulantes naturais
a) Mg(HCO3)2 + 2 Ca(HO)2  Þ Mg(OH)2 + 2CaCO3 + 2 H2O
b) MgSO4 + Ca(HO)2   Þ Mg(OH) 2 + CaSO4

Determinação da coagulação ótima
         A quantidade de agente coagulante é determinada pelo teste de jarro (Jar test). O teor de coagulante é deteminado adicionando-se a água quantidades crescentes de coagulante e avaliando a coagulação respectiva pelo tempo de precipitação e a qualidade dos flocos (tamanho e consistência).
Para maiores informações sobre esse teste, acessar: http://www.nesc.wvu.edu/pdf/dw/publications/ontap/2009_tb/jar_testing_DWFSOM73.pdf
Tratamentos adicionais
1 - Correção de Dureza
Neste processo são controlados excessos de sais de cálcio e magnésio presentes na água, que têm características incrustantes e conferem gosto.

2- Correção de pH
Aplicação de produtos químicos visando corrigir acidez ou alcalinidade excessivas da água.
Esta providência visa principalmente proteger estruturas de armazenamento e distribuição da água.

3 - Desinfecção
Destruição ou inativação de organismos patogênicos, capazes de produzir doenças ou de outros organismos indesejáveis.

4- Fluoretação
Aplicação de compostos químicos contendo flúor em dosagens adequadas visando prevenção da cárie dentária. Redução em até 60% a incidência.

Outros  tratamentos
1 - Aeração
Processo de tratamento pelo qual a área de contato entre a água e o ar é aumentada, de modo a facilitar o intercâmbio de gases e substâncias voláteis entre a água e o ar.

2 - Oxidação
O primeiro passo é oxidar os metais presentes na água, principalmente o ferro e o manganês, que normalmente se apresentam dissolvidos na água bruta. Para isso, injeta-se cloro ou produto similar, pois tornam os metais insolúveis na água, permitindo, assim, a sua remoção nas outras etapas de tratamento.
Este processo seguido de filtração é muito utilizado para controle dos teores de ferro e manganês na água.

Desinfecção
A desinfecção pode ser feita por um grande número de métodos:
1) Agentes oxidantes: Cloro, oxido de cloro, ozônio, iodo, permanganato de potássio, brometo,
2) Radiações ultravioleta
3) Extremos em pH que geralmente não é prático.
4) Aquecimento em operações de pequena escala em industria (alimento)
5) Ondas ultra sônica não fornece proteção residual
6) Íons metálicos- tóxicos – questionáveis devido a implicação quanto a saúde


Água utilizada na indústria

Água de Resfriamento: é destinada a absorver calor e conduzir calor de um equipamento. O processo se aplica a indústrias como petrolíferas, petroquímicas, químicas e siderúrgicas. Também é aplicada no resfriamento de camisas de cabeçotes de motores de combustão, compressores, calandras, condensadores de vapor, etc.
Água para geração de vapor – caldeiras: caldeiras são equipamentos para gerar vapor. Elas podem ser: fogotubulares (gases de combustão circulam dentro de tubos e a água no lado externo) ou aguatubulares (a água é que circula dentro de tubos).

         O tratamento da água industrial tem a finalidade de adequa-la ao sistema onde será usada.
         Mesmo a água de abastecimento urbano ("água de torneira") não tem pureza suficiente para muitas aplicações específicas como uso em laboratórios, preparação do banho de hemodiálise, produção de medicamentos e alguns produtos químicos específicos, produção de determinados componentes eletrônicos, alimentação de caldeiras, sistemas de geração de vapor, sistemas de refrigeração etc.

Contaminantes mais frequentes
         Material particulado: sílica, resíduos desagregados de tubulação e colóides.
         Materiais inorgânicos dissolvidos:
  1. Ca2+ e Mg2+ dissolvidos de formações rochosas;
  2. gases dissolvidos, silicatos lixiviados de leitos arenosos ;
  3. íons Fe2+ e Fe3+ liberados de tubos e superfícies de ferro;
  4. íons Cl- e F- de estações de tratamento de água;
  5. Fosfatos (PO43-) de detergentes e fertilizantes;
  6. Nitratos (NO3-) de fertilizantes
  7. Íons Al3+, Mn2+, Cu2+, etc.

Dureza da água

         A presença na água de íons de cálcio e magnésio em maior quantidade, na forma de carbonatos e bicarbonatos, além de íons de ferro, sulfato, alumínio, manganês, estrôncio, zinco e hidrogênio, em pequenas quantidades, dá a água uma propriedade química característica, conhecida na literatura por “dureza”. Originalmente, o conceito de dureza de uma água é medida de capacidade desta água, rica desses íons, para precipitar uma solução de sabão.
         Dureza total : Somatória da dureza temporária com a permanente. Água doce - 10 a 200 ppm, Água salgada - até 2.500 ppm.
         Dureza permanente é devido à ocorrência de íons sulfato, cloreto, nitrato ou silicato de cálcio ou magnésio.
         Dureza temporária, essencialmente devido aos bicarbonatos e pode ser eliminada pelo aquecimento da água até o ponto de ebulição. Os sais resultantes se precipitam por ser insolúveis. A reação de decomposição é a seguinte:
         Ca(HCO3)2 ® CaCO3 + H2O + CO2

Referencias Bibliograficas
         Águas Doces no Brasil-Rebouças, A .C.;Braga, B.; Tundisi, J.G.
         Livro:Águas & Águas - Jorge A. Barros de Macedo)- São Paulo 2001
         http://www.quimica.com.br/revista/qd458/agua_ultrapura3.html
         ÁGUA: qualidade, padrões de potabilidade e poluição. São Paulo: FESB, 298 p.SHREVE, R. Norris. Indústrias de processos químicos. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 717 p.
         ASSOCIAÇÃO COMERCIAL E INDUSTRIAL DE JOINVILLE. Cartilha de controle de poluição das águas. Joinville, SC: ACIJ, 45 p.
         PAWLOWSKY, Urivald. Curso de tratamento de efluentes industriais. Joinville, SC: UDESC/FEJ,
         Ada, Jesus Miguel Tajra. Controle químico de qualidade. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 204 p.
         AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION. Água: tratamento e qualidade. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnic, 465 p.
         STELL, Ernest W. Abastecimento d´água: sistemas de esgotos. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnic, 866 p.
         NORDELL, Eskel. Tratamiento de agua para la industria y otros usos. 3. ed. México: Continental, 641 p.
         MACEDO, Jorge Antônio Barros de. Águas e águas. São Paulo: Varela, 505 p.Nalco Chemical Company (AE). The nalco water handbook. 2. ed. New York: McGraw-Hill, 300 p.
         CETESB (AE). Operação e manutenção de sistemas de distribuição de água. São Paulo: CETESB, 524 p.
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