1. Características da qualidade da água
Para caracterizar uma água são determinados diversos parâmetros, que são indicadores da qualidade da água e se constituem não conformes quando alcançam valores superiores aos estabelecidos para determinado uso. As características físicas, químicas e biológicas da água estão associadas a uma série de processos que ocorrem no corpo hídrico e em sua bacia de drenagem.
Ao se abordar a questão da qualidade da água, é fundamental ter em mente que o meio líquido apresente duas características marcantes, que condicionam, de maneira absoluta, a conformação desta qualidade: capacidade de dissolução e capacidade de transporte.Constata-se, assim, que a água, além de ser formada pelos elementos hidrogênio e oxigênio na proporção de dois para um, também pode dissolver uma ampla variedade de substâncias, as quais conferem à água suas características peculiares.
Além disso, as substâncias dissolvidas e as partículas presentes no seio da massa líquida são transportadas pelos cursos d’água, mudando continuamente de posição e estabelecendo um caráter fortemente dinâmico para a questão da qualidade da água. Neste aspecto, é bastante esclarecedora a afirmativa do filósofo grego Heráclito, de que “nunca se cruza o mesmo rio duas vezes”.
Na segunda vez não é o mesmo rio que cruzamos, já que as características da água, em maior ou menor grau, serão seguramente distintas. A conjunção das capacidades de dissolução e de transporte conduz ao fato de que a qualidade de uma água é resultante dos processos que ocorrem na massa líquida e na bacia de drenagem do corpo hídrico.
Sistema Aquático
Verifica-se, assim, que o sistema aquático não é formado unicamente pelo rio ou lago, mas inclui, obrigatoriamente, a bacia de contribuição, exatamente onde ocorrem os fenômenos que irão, em última escala, conferir à água as suas características de qualidade.
Outro aspecto bastante relevante refere-se às comunidades de organismos que habitam o ambiente aquático. Em sua atividade metabólica, alguns organismos provocam alterações físicas e químicas na água, enquanto que outros sofrem os efeitos destas alterações. Desta forma, observa-se a ocorrência de processos interativos dos organismos com o seu meio ambiente, fato este que constitui a base da ciência denominada Ecologia.
Resoluções CONAMA 357/05, 396/08 e 430/2011
A qualidade requerida está bem definida nas concentrações máximas permitidas para determinadas substâncias, conforme especificado nas Resoluções CONAMA 357/05, 396/08 e 430/2011, que dispõem sobre a classificação e diretrizes ambientais para o enquadramento das águas subterrâneas e superficiais e estabelecem as condições e padrões de lançamento de efluentes.
Os principais indicadores da qualidade da água são separados sob os aspectos físicos, químicos e biológicos.
Poluentes Orgânicos Persistentes
No ano de 2001, o Governo Brasileiro assinou a Convenção de Estocolmo sobre Poluentes Orgânicos Persistentes (POPs). Essa convenção teve como objetivo promover a proteção da saúde humana e do meio ambiente contra os efeitos dos POPs. A Convenção entrou em vigor internacional em 24 de fevereiro de 2004 e, em 7 de maio do mesmo ano, o Congresso Nacional aprovou essa Convenção por meio do
Decreto Legislativo nº. 204. No ano seguinte, a Convenção foi promulgada pelo Brasil por meio do Decreto nº 5.472/2005. O primeiro inventário nacional sobre a emissão de dioxinas e furanos foi realizado em 2011. Essa foi uma das tarefas assumidas pelo Brasil como signatário da Convenção de Estocolmo.
2. Propriedade das águas naturais
Massa específica
A massa específica, ou densidade absoluta, indica a relação entre a massa e o volume de uma determinada substância. Ao contrário de todos os outros líquidos, que apresentam a densidade máxima na temperatura de congelamento, no caso da água ela ocorre a 4ºC, quando atinge o valor unitário. Isto significa que a água, nesta temperatura, por ser mais densa, ocupa as camadas profundas de lagos.
Em países de clima frio, esta característica especial, conhecida como anomalia térmica da água, tem uma importância vital para a ecologia aquática em períodos de inverno. Sendo a água a 4ºC mais densa que a 0ºC (ponto de congelamento), os rios e lagos no inverno congelam-se apenas na superfície, ficando a temperatura do fundo sempre acima da temperatura do ponto de congelamento. Desta forma, possibilita a sobrevivência de peixes e outras espécies aquáticas, que obviamente morreriam se o corpo d’água se congelasse integralmente.
Anomalia Térmica da Água
Para se entender a anomalia térmica da água, é necessário considerar variações na estrutura molecular da mesma de acordo com a temperatura. A água, na forma de gelo, apresenta uma estrutura tetraédrica ou cristalina, caracterizada pela existência de muitos espaços vazios. À medida que a temperatura aumenta, a água vai abandonando a estrutura cristalina e assumindo, gradativamente, a estrutura conhecida como compacta, na qual as moléculas estão acondicionadas sem espaços vazios.
Isto significa que, com o aumento de temperatura, a água vai se tornando cada vez mais densa. Por outro lado, a elevação da temperatura provoca a expansão molecular nos corpos. Verifica-se, assim, a ocorrência simultânea de dois fenômenos antagônicos quando ocorre um aumento de temperatura: enquanto a densidade aumenta, em razão
de alterações na estrutura molecular, ela ao mesmo tempo diminui, em decorrência da expansão molecular. A superposição destes dois processos conduz à obtenção do ponto de densidade máxima. Assim, a densidade absoluta da água aumenta com a temperatura até atingir-se o valor de 4ºC para, a partir daí, passar a diminuir com esse aumento.
Um aspecto a ser destacado com relação à densidade da água é o fato de maiores amplitudes de variação de densidade na faixa de temperaturas mais elevadas. Como exemplo, pode-se citar a diferença de densidade da água entre as temperaturas de 24º e 25ºC, que é 26 vezes maior que a observada entre as temperaturas de 4º e 5ºC. Isto exerce uma influência marcante na estratificação de corpos d’água, principalmente lagos e represas.
Quando é grande a diferença de densidade entre superfície (água mais quente, menos densa) e fundo (água mais fria, mais densa), ocorre a formação de três estratos no corpo d’água: uma camada superior, movimentada pela ação do vento e, por essa razão, apresentando temperatura uniforme; uma camada intermediária, na qual ocorre uma queda brusca de temperatura, e uma camada inferior, de mais baixa temperatura. Tais camadas são denominadas, respectivamente, epilímnio, metalímnio e hipolímnio.
Enquanto permanecer no meio líquido certa distribuição de temperaturas e, portanto, de densidades, já que ambas estão intimamente relacionadas, o corpo d’água estará estratificado, com o claro delineamento de três camadas distintas. Em épocas mais frias do ano, ocorre uma gradativa diminuição da temperatura superficial, até que esta camada atinja valores próximos ao do fundo. Nesta situação, a coluna d’água apresenta densidade aproximadamente uniforme no perfil, existente anteriormente. Caso haja um agente externo de energia (vento, por exemplo), o corpo d’água pode circular completamente, com as camadas inferiores indo até a superfície e vice-versa.
“TURN OVER” do lago ou represa
É o fenômeno conhecido como <strong>virada, circulação ou “TURN OVER” do lago ou represa. Quando a temperatura da superfície volta a subir, o corpo d’água vai, gradativamente, reassumindo sua condição de estratificação. Como as diferenças de densidade são maiores sob temperaturas mais elevadas, lagos situados em regiões de clima quente, como é o caso do nosso país, apresentam estabilidades de estratificação superiores àquelas encontradas em regiões de clima frio, onde as diferenças de densidade entre o epilímnio e o hipolímnio não são tão marcantes.
Figura 5 – Fenômeno conhecido como virada, circulação ou “turn over” do lago ou represa. Fonte: Wikimedia Commons.
Evidentemente, isto traz consequências para a vida aquática e para a distribuição de substâncias no corpo d’água, já que, em lagos estratificados, a comunicação entre camadas é restrita.
Viscosidade
A viscosidade de um líquido caracteriza a sua resistência ao escoamento. Esta grandeza é inversamente proporcional à temperatura, o que significa que uma água quente é menos viscosa que uma água fria. Tal fato traz, naturalmente, consequências para a vida aquática: os pequenos organismos, que não possuem movimentação própria, tendem a ir mais rapidamente para o fundo do corpo d’água em períodos mais quentes do ano, quando a viscosidade é menor. O mesmo ocorre com partículas em suspensão, que se sedimentam, mais intensamente, no caso de ambientes aquáticos tropicais.
Para muitos organismos, o fato de atingirem o fundo significa a sua morte, em razão da pouca disponibilidade de oxigênio e luz. Por essa razão, muitos deles desenvolvem mecanismos para retardar a sua precipitação, o que pode ser observado, principalmente, com as microalgas. Tais mecanismos estão relacionados à produção de bolhas de gás, excreção de reservas de óleo e até mesmo alterações morfológicas, assumindo, às vezes, formas semelhantes a guarda-chuvas ou paraquedas, tudo isto com o intuito de retardar ao máximo sua sedimentação. No caso das alterações morfológicas, elas podem ocorrer de forma cíclica, sempre que a temperatura da água aumentar (períodos de verão, por exemplo) sendo este fenômeno conhecido por ciclomorfose.
Tensão superficial
Na interface que separa o meio líquido e o meio atmosférico, ou seja, na camada superficial micrométrica de um corpo d’água, há uma forte coesão entre as moléculas, fenômeno este denominado tensão superficial. Às vezes, esta coesão é tão forte que pode ser observada a olho nu em um recipiente de água ao se tocar levemente sua superfície com o dedo. Esta fina camada de aparência gelatinosa serve de substrato para a vida de pequenos organismos, que podem habitar tanto a parte superior, quanto a inferior da película.
A coesão molecular na superfície é afetada por alguns fatores físicos e químicos, como, por exemplo, a temperatura e a presença de substâncias orgânicas dissolvidas.
Quanto maior a temperatura, menor é a tensão superficial.
Quando há o lançamento de esgotos industriais em rios e lagos, ocorre um aumento na concentração de substâncias orgânicas dissolvidas, o que também leva a uma diminuição da tensão superficial.
Em casos extremos, como por exemplo, quando da forte presença de sabões e detergentes, a tensão superficial praticamente acaba trazendo prejuízos à comunidade que vive na interface água-ar e que desempenha importante papel na cadeia alimentar do corpo d’água.
Calor específico
O calor específico da água é elevadíssimo, superado, dentre os líquidos, apenas pelo amoníaco e pelo hidrogênio líquido. Isto significa que são necessárias grandes quantidades de energia para promover alterações de temperatura na água ou, de outra forma, que a água pode absorver grandes quantidades de calor, apresentar fortes mudanças de temperatura.
Em razão do alto calor específico da água, ambientes aquáticos são bastante estáveis com relação à temperatura. Isto fica evidente no caso de pequenas ilhas situadas nos oceanos, as quais apresentam temperaturas médias uniformes durante todo o ano, em função da estabilidade térmica da água que as circunda.
DEFINIÇÃO
Define-se calor específico como a quantidade de energia requerida, por unidade de massa, para elevar a temperatura de um determinado material. A energia necessária para elevar em 1ºC (de 14,5 a 15,5ºC) a temperatura de um grama de água foi definida como sendo uma caloria (1 cal), ficando, pois, estabelecido o calor específico da água pura como sendo igual a 1,0 cal/g ºC.
Figura 6 – Transporte de calor. Fonte: colegioweb.com.br
Ao contrário do calor específico, a condutividade térmica da água é extremamente baixa. Se um corpo d’água permanecesse imóvel, sem turbulência, a difusão do calor seria tão lenta que o seu fundo só seria aquecido após vários séculos. Na prática, isto não ocorre porque o transporte de calor também se dá por convecção, ou seja, por movimentos que ocorrem em razão de gradientes de densidade na água.
3. Tratamento de Água
O tratamento da água para consumo humano de forma convencional, procurando enfatizar as boas práticas que devem ser adotadas nos de operação e manutenção de um sistema ou solução alternativa de abastecimento de água. Contemporaneamente o advento da Lei nº. 11.445/07 conceituou o saneamento básico como o conjunto de serviços, infraestruturas e instalações de abastecimento de água, esgotamento sanitário, limpeza urbana e manejo de resíduos sólidos e drenagem de águas pluviais urbanas.
As tecnologias de tratamento de águas para abastecimento, são classificadas como convencionais, que incluem todas as etapas tradicionais do processo, coagulação, floculação, decantação e filtração, e não convencionais, incluindo a filtração direta ascendente e descendente, a dupla filtração e a filtração lenta. A simples desinfecção é tecnologia de tratamento aplicada apenas em águas brutas subterrâneas que apresentam condições naturais não objetiveis e seguras no ponto de vista sanitário. Esta afirmação alerta para a necessidade de remoção e inativação de substâncias e organismos das águas superficiais, bem conceituada nas diretrizes técnicas de vários manuais que tratam sobre o assunto e fundamentada legalmente na Portaria MS nº. 2414/2011.
Estação de Tratamento de Água – ETA
A Estação de Tratamento de Água – ETA, geralmente é instalada quando a água bruta utilizada por uma população, especialmente nas grandes cidades, é imprópria para o consumo humano. Sua instalação deve ser localizada mais próxima possível do manancial que, em geral, é um rio, necessitando, muitas vezes, de uma Estação Elevatória para bombear a água até a entrada da ETA. Um dos artifícios para bloquear as impurezas é o sistema de gradeamento, que tem como finalidade deter os materiais flutuantes de maiores dimensões, evitando o desgaste e destruição dos equipamentos à jusante.
Mananciais
Mananciais são todas as fontes de água superficiais, subterrâneas e água de chuva, que podem ser usadas para o abastecimento de água para consumo humano. Isso inclui, por exemplo, rios, lagos, represas e lençóis freáticos, bem como as cisternas do semiárido, que acumulam, durante o período de chuva, água boa para beber e cozinhar.
Para captar água de um manancial devem ser considerados aspectos relacionados à quantidade de água, à facilidade de adução e à proteção do manancial. Geralmente, quanto maior a vazão do manancial, tanto maior é sua bacia hidrográfica e, neste caso, mais difícil será garantir a proteção da respectiva bacia hidrográfica e, por conseguinte, a qualidade da água a ser captada.
Atenção especial deve ser adotada com relação ao manancial escolhido para o abastecimento, devendo ser inserido medidas de ordem geral para a proteção. É necessário ter o adequado conhecimento da bacia hidrográfica a montante da captação da água, incluindo fatores físicos, bióticos e socioeconômicos, aspectos relacionados à geologia, ao relevo, ao solo, à vegetação, à fauna e às atividades humanas aí desenvolvidas.
Uma das ferramentas necessárias para o conhecimento seguro da água a ser captada é a realização periódica de inspeções sanitárias nas bacias contribuintes aos mananciais, proceder o enquadramento desses mananciais nos termos da Resolução Conama nº.357/2005, de acordo com os usos preponderantes pretendidos.
Gestão dos recursos hídricos
De forma mais complexa, promover a gestão dos recursos hídricos, nos termos da Lei nº. 9.433, de 8 de janeiro de 1997, que institui a Política Nacional de Recursos Hídricos, incorporando princípios e instrumentos, tais como: gestão por bacia hidrográfica; constituição de Comitês de Bacias; elaboração de Planos Diretores de Recursos Hídricos; outorga dos direitos de uso de recursos hídricos; participação comunitária e o controle social. Ainda, fomentar a implantação de diretrizes legais, optando por leis de proteção de mananciais, zoneamento ambiental, leis de uso e ocupação do solo e criação de Áreas de Proteção Ambiental.
Com relação às questões consideradas emergentes nos mananciais de superfícies, devem ser ressaltados dois problemas que guardam relação direta com o uso e a ocupação do solo na bacia de captação: a transmissão de protozooses (ex.: giardíase e criptosporidiose) e o desenvolvimento de cianobactérias. Este último é tido como um dos graves problemas de poluição que envolve os esgotos domésticos e efluentes oriundos da fertilização na agricultura e, consequentemente, a proliferação de algas.
Controle de algas, cianobactérias e cianotoxinas
O gerenciamento e controle de algas, cianobactérias e cianotoxinas nos sistemas de abastecimento de água envolvem ações de caráter preventivo e de caráter corretivo, que devem ser desenvolvidas segundo níveis hierárquicos. As ações de prevenção do processo de eutrofização no manancial de abastecimento devem ser prioritárias, e baseiam-se no manejo dos fatores que controlam o crescimento das algas e cianobactérias, particularmente do aporte de nutrientes.
São três as principais origens dos nutrientes que fertilizam a água: escoamento superficial e erosão em áreas de agricultura fertilizada; erosão devido ao desmatamento; e águas residuárias.
Para reduzir a carga de nutrientes que chega a um corpo d’água, faz-se necessário o ordenamento territorial e uso do solo na bacia hidrográfica, a adoção de boas práticas na agricultura (agricultura orgânica, controle de erosão, sistema de irrigação apropriado, período correto para aplicação dos fertilizantes em função da cultura etc.) e agroindústria, e a minimização e tratamento adequado das águas residuárias domésticas e industriais.
Para acelerar a recuperação de um corpo d’água eutrofizado, as medidas de controle das fontes externas de nutrientes podem ser complementadas por medidas de controle interno de nutrientes e cianobactérias, ou seja, ações que envolvem o “tratamento” do próprio corpo d’água.
As medidas de controle interno podem ser divididas em:
a) Métodos físicos, envolvendo a circulação artificial da água, a aeração do hipolímnio, retirada (exportação) de água do hipolímnio, dragagem dos sedimentos,entre outros;
b) Métodos químicos, tais como precipitação e inativação do fósforo e uso de algicidas (sulfato de cobre, permanganato de potássio etc.);
c) Métodos biológicos, como o uso de cianófagos e myxobactéria, e a biomanipulação.
Das mediadas de controle interno do manancial, uma das mais utilizadas em todo o mundo, e também no Brasil, é aplicação de algicidas, particularmente sulfato de cobre. Contudo, essa técnica deve ser usada de forma cuidadosa, pois leva à liberação das toxinas intracelulares das cianobactérias. Dessa forma, o uso dos algicidas deve ser limitado a situações onde o número de células de cianobactérias presentes na água seja baixo, de modo a evitar teores excessivos de toxinas e/ou compostos que produzem odor e sabor.
Em situações onde grande número de células de cianobactérias esteja presente na água, o uso de algicidas só poderá ser feito se um manancial alternativo de água puder ser usado enquanto as toxinas e outros compostos se degradam, ou se o tratamento de água disponível for, comprovadamente, capaz de remover as toxinas dissolvidas, na concentração em que estejam presentes.
No Brasil, a Portaria MS nº. 2914/2011, veda o uso de algicidas para o controle do crescimento de cianobactérias em mananciais para abastecimento de água, assim como qualquer intervenção no manancial que provoque a lise das células de cianobactérias, quando a densidade das cianobactérias exceder 20.000 células/mL. Sendo assim, as medidas corretivas de controle de algas, cianobactérias e toxinas na água de abastecimento envolvem dois tipos de intervenção; a primeira, no ponto de captação (manejo da captação de água bruta), e a segunda, a remoção desses organismos e compostos no sistema de tratamento de água.
Em determinadas águas subterrâneas estão dissolvidas substâncias naturais como o arsênio, flúor, nitratos ou sulfatos, que limitam ou impedem mesmo o seu uso direto devido a questões de saúde pública. Existem processos adequados de tratamento de forma a diminuir ou a remover essas substâncias nocivas, mas este procedimento tem, muitas vezes, um custo elevado. A água subterrânea, em situações adversas, pode conter elevados níveis dessas substâncias naturais que limitam o seu uso. Como exemplo o excesso de nitrato em águas subterrâneas representa um potencial risco para a saúde, pois NO3 pode ser reduzido a NO2, o qual se combina com a hemoglobina do sangue, o que causa meta-hemoglobinemia (síndrome do bebê azul) em recém-nascidos e mesmo em adultos com particular deficiência enzimática. A quantidade de nitrito deve também ser controlada devido à possível formação de nitrosaminas carcinogênicas, pela sua reação com aminas secundárias presentes no estômago de mamíferos (ELYANOW, 2010; SCHNOBRICH, 2010; HAFSI, 2002; ALMASRI, 2007).
4. Manual de controle de qualidade da água para técnicos que trabalham em ETAs
Quer saber mais sobre o assunto ? Manual de Controle da Qualidade da Água para Técnicos que Trabalham em ETAS
A presente publicação, intitulada “Manual de Controle da Qualidade da Água para Técnicos que Trabalham em ETAS”, foi elaborada de forma a cooperar com o fomento e o apoio técnico ao controle da qualidade da água para consumo humano junto às estações de tratamento de água, além de suas dificuldades técnicas e operacionais, como
uma das principais ações de saúde ambiental desenvolvidas pela Fundação Nacional de Saúde (Funasa).
Sumário
Apresentação 5
1 Água e meio ambiente 7
1.1 Meio ambiente 7
1.2 Água 8
1.3 Características da água 11
1.4 Distribuição da água 30
1.5 Ciclo hidrológico 33
1.6 Fontes de poluição de recursos hídricos 34
1.7 Fatores importantes na preservação e proteção de mananciais 35
1.8 Doenças relacionadas à água 39
2 Cianobactérias 45
2.1 Introdução 45
2.2 Habitat das cianobactérias 46
2.3 Florações das cianobactérias 46
2.4 Toxinas das cianobactérias 48
3 Tratamento da água 49
3.1 Introdução 49
3.2 Sistema de abastecimento de água 50
3.3 Manancial 50
3.4 Captação 52
3.5 Adução 54
3.6 Tratabilidade e potabilização da água 55
3.7 Correção de pH 65
3.8 Fluoretação 66
3.9 Tratamentos não convencionais 72
3.10 Biossegurança na ETA e laboratório 73
4 Análises de amostras de água 85
4.1 Coletas de amostras de água 85
4.2 Análises físico-químicas 89
4.3 Análises macrobiológicas 105
Referências Bibliográficas 111
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