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apostila do curso de pós-graduação em saneamento ambiental
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Substâncias Químicas e seus Impactos
Elaboração:
Produção:
Pós-Graduação a Distância
Organização do Caderno de Estudos e Pesquisa
Organização do Caderno de Estudos e Pesquisa
Apresentação: Mensagem da Coordenação do PosEAD.
Organização da Disciplina : Apresentação dos objetivos e carga horária das unidades.
Introdução : Contextualização do estudo a ser desenvolvido pelo aluno na disciplina, indicando a importância desta para a sua formação acadêmica.
Ícones utilizados no material didático
Provocação : Pensamentos inseridos no material didático para provocar a reflexão sobre sua prática e seus sentimentos ao desenvolver os estudos em cada disciplina.
Para refletir : Questões inseridas durante o estudo da disciplina, para estimulá-lo a pensar a respeito do assunto proposto. Registre aqui a sua visão, sem se preocupar com o conteúdo do texto. O importante é verificar seus conhecimentos, suas experiências e seus sentimentos. É fundamental que você reflita sobre as questões propostas. Elas são o ponto de partida de nosso trabalho.
Textos para leitura complementar : Novos textos, trechos de textos referenciais, conceitos de dicionários, exemplos e sugestões, para apresentar novas visões sobre o tema abordado no texto básico.
Sintetizando e enriquecendo nossas informações : Espaço para você fazer uma síntese dos textos e enriquecê-los com a sua contribuição pessoal.
Sugestão de leituras, filmes, sites e pesquisas : Aprofundamento das discussões.
Praticando : Atividades sugeridas, no decorrer das leituras, com o objetivo pedagógico de fortalecer o processo de aprendizagem.
Para (não) finalizar : Texto, ao final do Caderno, com a intenção de instigá-lo a prosseguir na reflexão.
Referências : Bibliografia citada na elaboração da disciplina.
Substâncias Químicas e seus Impactos
Organização da Disciplina
Definição de poluição. Caracterização de poluentes. Efeitos biológicos e não biológicos da poluição. Poluição: água, ar, solo, térmica, sonora, visual e radioativa. Poluição e recursos naturais: efeitos para a população. Necessidade de controle. Medidas preventivas e corretivas. Alterações físico-químicas do ambiente. Monitoramento.
Principais poluentes. Unidades de medição da poluição do ar. Regulamentação da qualidade do ar. Padrões de qualidade, fontes e controle da poluição do ar. Poluição sonora: Fontes, consequências padrões e controle.
Sistemas de esgotos sanitários. Análise de desempenho, riscos e impactos ambientais dos processos de tratamentos de esgotos.
Carga horária: 05 horas
Conteúdo Capítulo Substâncias Químicas Poluentes e suas Fontes 1
Carga horária: 10 horas
Conteúdo Capítulo Parâmetros de Qualidade das Águas 2
Substâncias Químicas e seus Impactos
Introdução
Esta disciplina apresenta os principais temas relacionados com Poluição Ambiental. São cinco Unidade (O que é Poluição?, O Impacto das Substâncias Químicas na Qualidade Ambiental, Poluentes Gasosos e seus Efeitos, Substâncias Tóxicas Persistentes e Poluição por Metais Pesados: O caso do Mercúrio) que abordam assuntos de grande importância mundial e que fazem parte das agendas ambientais de todos os países. A maneira como a nossa sociedade lida ou lidará com essas questões irá determinar a qualidade do nosso futuro como habitantes de um planeta único, finito e frágil.
As discussões acerca dos problemas ambientais ganharam importância política nas últimas décadas, no entanto, é importante mencionar que as primeiras preocupacões com a qualidade do ar surgiram já na era pré-cristã devido ao uso do carvão como combustivel. As cidades dessa época já apresentam problemas de baixa qualidade do ar e, devido ao agravamento dessa situação, os primeiros atos de controle de emissão de fumaça foram baixados na Inglaterra do final do século XIII.
Um clássico evento de poluição ambiental foi o ocorrido em Londres, durante o inverno de 1952. Um episódio de inversão térmica impediu a dispersao de poluentes, gerados pelas indústrias e pelos aquecedores domiciliares que utilizavam carvão como combustível, e uma nuvem composta de altos teores de enxofre e material particulado permaneceu sobre a cidade por aproximadamente 3 dias levando a um aumento de 4000 mortes em relação a média de óbitos em períodos semelhantes (Braga, 2008).
A década de 60 foi de grandes mudanças para a área ambiental. Nos Estados Unidos foi criado um programa federal de poluição atmosférica e mais tarde estabeleceram-se padrões de qualidade do ar, especificando os seis poluentes atmosféricos que seriam controlados, quais sejam: partículas totais, dióxido de enxofre (SO 2 ), monóxido de carbono (CO), dióxido de nitrogênio (NO 2 ), ozônio (O 3 ) e chumbo (Pb). A fim de efetivar esse controle, criou-se a Agência de Proteção Ambiental norte-americana (EPA). Em 1976, uma comissão de países europeus (Comission of the European Communities- CEC), estabeleceu padrões de qualidade do ar para SO 2 , CO, NO 2 , material particulado e oxidantes foto-químicos. Esses padrões foram sendo aprimorados ao longo dos anos, subsidiando as legislações dos diversos países europeus de uma maneira uniforme (Braga, 2008).
Ainda na década de 60 descobriu-se que o uso indiscriminado de pesticidas estava colocando em risco a nossa saúde ao contaminar os alimentos e as águas, que o lixo urbano e industrial estavam sendo descartados inadequadamente e que o nosso ar estava se tornando irrespirável (Jardim, 2001).
À medida que os países desenvolvidos foram aperfeiçoando formas de controle ambiental, várias indústrias passaram a migrar para países onde a legislação e o controle fossem mais amenos ou mesmo inexistentes. Entre as décadas de 60 e 70, inúmeros países periféricos economicamente (incluindo o Brasil) receberam indústrias multinacionais de produtos de base, principalmente na área petroquímica. Muitas dessas indústrias tinham como sede países onde a legislação ambiental determinava que altos investimentos em tecnologia fossem efetivados, principalmente para a prevenção de possíveis acidentes ambientais.
A partir dos anos 80, e até os dias de hoje, abraçada pela mídia, a questão ambiental passa a ser um tema de discussão em todos os segmentos da sociedade. Muito embora a democratização da discussão sobre as questões ambientais tenha sido um dos principais fatores para um maior conhecimento dos processos de degradação da nossa qualidade de vida e para o aprimoramento de uma legislação pertinente, os problemas de poluição ambiental ainda são cercados de muita desinformação (ou contra-informação), o que muitas vezes dificulta a escolha da melhor opção preventiva ou mesmo paliativa para o problema (Jardim, 2001).
Um dos casos de contaminação ambiental que obteve maior destaque na mídia brasileira foi o da antiga fábrica da Shell em Paulínia, SP. O problema começou na década de 90, quando foi descoberto que o solo da fábrica que produzia pesticidas apresentava altas concentrações de Drins (aldrin, dieldrin e endrin) levando a contaminação ao lençol freático que abastece chácaras do bairro Recanto dos Pássaros. Em 2002, por determinação da Justiça, a Shell começou a comprar os imóveis da área contaminada para que os moradores deixassem o local.
Pós-Graduação a Distância
Certamente, dentro de um assunto tão complexo, inúmeras perguntas ainda estão sem resposta. Por exemplo, ainda não conhecemos com exatidão a magnitude do efeito estufa e, por conseguinte, todas as suas conseqüências. Também não podemos prever em detalhes a toxicidade ou o poder mutagênico de todas as novas moléculas que são produzidas. No entanto, é importante que, como gestores ambientais, em qualquer que seja a situação, devemos sempre agir baseados no maior número de fatos e evidências científicas.
Pós-Graduação a Distância
Capítulo 1 – Substâncias Químicas Poluentes e suas Fontes
Pode-se encarar a poluição como um caso de ‘matéria no lugar errado’: a poluição ocorre quando há excesso de uma substância, gerada pela atividade humana, no sítio ambiental errado. Esse tipo de definição, embora não seja adequada para uma análise científica rigorosa, é extremamente útil por nos permitir a discussão de uma série de pontos de vital importância.
O primeiro desses pontos é o questionamento do que entendemos por “pureza” do meio ambiente. Se, quando pensamos em pureza, imaginamos algo que não está ‘contaminado por nenhuma outra substância’, então não existe uma única gota d’água pura em nosso ambiente. As águas de poços, fontes, lagos, rios, mares e oceanos contêm quantidades extremamente variáveis de uma série de sais dissolvidos. Mesmo a água da chuva chega ao solo já “contaminada” pelo gás carbônico presente na atmosfera (entre outros). A água mais pura que se conhece é aquela encontrada nos laboratórios, após ter sido passada, várias vezes, por resinas trocadoras de íons ou destilada repetidamente. Ainda assim, ela não será totalmente livre de outras substâncias. Aliás, o próprio conceito de pureza é muito relativo. No caso da água, ele depende fundamentalmente de dois fatores: o uso a que ela se destina e a aparelhagem utilizada para medir o grau de pureza. Uma água que se considere adequada para fins recreativos, por exemplo, muito provavelmente não se encaixará nos padrões de potabilidade exigidos para a ingestão humana. Além disso, se temos hipoteticamente água com 99,9988% de pureza e utilizamos um instrumento de medição que não apresenta casas decimais, a leitura do instrumento irá nos informar de que a água é 100% pura (0% de impurezas). Por outro lado, se dispomos de um instrumento capaz de nos fornecer um resultado com precisão de quatro casas decimais, ele pode nos indicar que a água possui 0,0012% de impurezas.
Segundo o mesmo raciocínio, não existe “ar puro”. Além do fato de a atmosfera ser uma mistura de vários gases, ela se encontra, frequentemente, ‘contaminada’ com ozônio (produzido pelos relâmpagos e outros fenômenos naturais) e por compostos orgânicos voláteis produzidos pelos animais e pelas plantas. Assim, quando falamos de pureza ambiental estamos nos referindo ao ar ou à água que sejam agradáveis de consumir e que estejam livres de produtos químicos ou micro-organismos que possam causar doenças.
O segundo ponto importante é que não podemos rotular um determinado produto químico (ou uma mistura deles) como poluente, a menos que especifiquemos onde ele está. O que conta em termos de poluição ambiental é a combinação de substâncias e localização. Um bom exemplo desse fato nos é dado pelo ozônio e pelos clorofluorcarbonos (CFCs). O ozônio é um gás irritante e tóxico. Na troposfera (a camada da atmosfera que toca o solo), ele é claramente um poluente. Já os CFCs, por outro lado, são gases não inflamáveis, de baixa toxicidade, baixa reatividade química e quase sem odor.
Substâncias Químicas e seus Impactos
O que é Poluição? Unidade I
Portanto, na troposfera, são praticamente inofensivos. O panorama é completamente invertido na estratosfera (de 30 a 35km acima da superfície terrestre). O ozônio torna-se um gás fundamental à manutenção da vida, por proteger os seres vivos dos efeitos devastadores da radiação ultravioleta vinda do Sol, ao passo que os CFCs se tornam poluentes por destruir o ozônio.
O terceiro e último ponto a discutir é a sugestão de usarmos o termo ‘poluição’ para a degradação do meio ambiente causada pelas atividades humanas, sobretudo, a partir de meados do Século XX — resultado do intenso desenvolvimento industrial desses últimos 50 anos. Essa ideia é importante porque a própria natureza ‘polui’ o meio ambiente. Para entendermos melhor o conceito, comparemos as emissões de dióxido e de trióxido de enxofre resultantes das erupções vulcânicas com as resultantes das atividades humanas. Em junho de 1991, o vulcão do monte Pinatubo, nas Filipinas, entrou em erupção. Estima-se que cerca de 15 a 20 milhões de toneladas de dióxido de enxofre tenham sido lançadas na atmosfera. Embora dramáticas e com severas consequências, erupções dessa magnitude são raras. Por outro lado, somente os Estados Unidos têm lançado cerca de 20 milhões de toneladas de óxidos de enxofre por ano no ar, desde 1950.
A poluição e o seu controle costumam ser tratados em três categorias naturais: poluição das águas, poluição do ar e poluição do solo. Dessas três, a poluição das águas talvez seja a mais preocupante, devido basicamente a três fatores. O primeiro é a necessidade imperiosa que nós, seres vivos, temos de água. Ela representa cerca de 70% da massa do corpo humano. Um ser humano com aproximadamente 70kg de massa corporal precisa ingerir, diariamente, cerca de dois a quatro litros de água. Podemos sobreviver 50 dias sem comer, mas, em média, morremos após quatro dias sem água. O segundo fator é que os lençóis subterrâneos, os lagos, os rios, os mares e os oceanos são o destino final de todo poluente solúvel em água que tenha sido lançado no ar ou no solo. Assim, além dos poluentes já lançados nos corpos receptores, as águas ainda sofrem o aporte de outros poluentes vindos da atmosfera e da litosfera. Por último, vem o fato de que, excluindo-se as águas salinas usadas para recreação, a água disponível para o uso do nosso dia a dia é escassa.
Manter a qualidade das nossas parcas reservas de água (além de não desperdiçá-las) é uma questão urgente, se quisermos garantir a nossa sobrevivência neste Planeta. Em contrapartida, ao nos utilizarmos da água, sempre introduzimos nela algum tipo de poluente, algumas vezes em pequenas quantidades, outras em quantidades enormes.
Várias formas de poluição afetam as nossas reservas d’água, podendo estas serem classificadas em biológica, térmica, sedimentar e química.
Substâncias Químicas e seus Impactos
O que é Poluição? Unidade I
dos produtos finais dos processos oxidativos é o CO 2 , que, emitido para a atmosfera, contribui para o efeito estufa — Tolentino e Rocha-Filho, 1998). Muito longe dessa hipótese ‘ideal’ estão as presentes estatísticas.
FONTE: Azevedo, 1999. Química Nova na Escola. Poluição e Tratamento de Água n° 10.
Praticando 1 : Pesquise na Internet um artigo sobre poluição das águas na região onde você vive (sua cidade ou estado). Escreva um resumo (mínimo de 15 linhas) sobre esse artigo, destacando quais as substâncias poluentes encontradas e os impactos que elas causaram para o local.
Praticando 2 : As centrais térmicas utilizam água para refrigeração e descartam água quente no meio ambiente. Descreva, em pelo menos 100 palavras, quais as consequências ao meio ambiente (incluindo fauna e flora) aquático do descarte de água aquecida, baseando nas informações apresentadas no documento “O que é Poluição Térmica?” (artigo a ser disponibilizado na plataforma).
Pós-Graduação a Distância
A efetiva poluição da água possui um histórico recente e de grande impacto sobre o meio ambiente. Foi a partir de 1800 que os países europeus começaram a se utilizar de sistemas de esgotos. Poucos anos após, devido ao consumo de água sem o tratamento adequado, ocorreram graves epidemias como a cólera e a febre tifoide – algo realmente catastrófico. A Revolução Industrial, que teve seu início na segunda metade do Século XIX, propiciou, em muito, o aumento da poluição das águas. De lá para cá, as atitudes humanas não mudaram muito. Até hoje, indústrias, bem como nossas residências, continuam lançando, nas águas e no ar, seus rejeitos.
As substâncias químicas podem alcançar os ambientes aquáticos por meio de várias formas. Dependendo das características dessas substâncias, o destino final no meio ambiente pode ser distinto, isto é, elas podem ficar solubilizadas na água, podem se acumular nos organismos aquáticos, se depositar nos sedimentos ou até evaporar para a atmosfera, conforme exemplificado na figura a seguir.
Figura 1: Transporte de uma substância Tóxica no Meio Ambiente
Pós-Graduação a Distância
O Impacto das Substâncias Químicas na Qualidade Ambiental Unidade II
A substância oxidada pelo oxigênio dissolvido em água é a matéria orgânica com origem biológica (como plantas mortas) e restos animais. A matéria orgânica pode ser representada por um carboidrato polimerizado, de fórmula genérica CH 2 O
CH 2 O(aq) + O 2 (aq) CO 2 (g) + H 2 0(aq)
A capacidade da matéria orgânica numa amostra de água natural de consumir o oxigênio é chamada DEMANDA BIOLÓGICA DE OXIGÊNIO – DBO. A DBO nas águas é avaliada, experimentalmente, pela determinação da concentração de 0 2 dissolvido no início e no final de 5 dias da amostra incubada a 20 o^ C (DBO5,20), em reações de oxidação catalizadas no laboratório pela adição de micro-organismos à amostra. A DBO é igual ao oxigênio dissolvido consumido nesse período como resultado da oxidação da matéria orgânica dissolvida na amostra.
A DBO média para uma água não poluída é de 0,7mg de O 2 / L de água (menos que a solubilidade do O 2 de 8,7 mg/L a 25 o^ C)
Tabela 1: Concentrações e contribuições unitárias típicas de DBO (^) 5,20 de efluentes industriais
Tipo de Efluente
Concentração DBO (^) 5, (mg/L)
Contribuição Unitária de DBO (^) 5, (kg/dia) Faixa Valor Típico Faixa Valor Típico Esgoto sanitário 110 – 400 220 --- 54 g/hab.dia Celulose branqueada (processo Kraft) 300 29,2 a 42,7 kg/t Têxtil 250 – 600 Laticínio 1.000 – 1.500 1,5 – 1,8 kg/m3 leite Abatedouro bovino 1.125 6,3 kg/1.000 kg Pesovivo Curtume (ao cromo) 2.500 88 kg/t pele salgada Cervejaria 1.718 10,4 kg/m^3 cerveja Refrigerante 1.188 4,8 kg/m 3 refrigerante Suco cítrico concentrado 2,0 kg/1000 kg laranja Petroquímica Açúcar e álcool 25. Fontes: CETESB
Uma determinação mais rápida da DEMANDA DE OXIGÊNIO pode ser feita pela medida da DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO – DQO. Nesse método o íon dicromato (Cr 2 O 7 2–) é um agente oxidante forte. É esse agente e não o O 2 que é usado para oxidar a matéria orgânica, por meio da reação abaixo:
Ca Hb Oc + Cr 2 O 7 2 -^ + H+^ CO 2 + H 2 O + Cr 3 +^ + Cr 2 O 7 2 -
A dificuldade com o índice de DQO como medida da demanda de oxigênio é que o dicromato acidificado é um oxidante mais forte que o O 2 , levando a oxidação de substâncias que não seriam oxidadas pelo O 2 , isto é, não consumiriam O 2. Por esse motivo, a medida de DQO é geralmente mais alta que o DBO, isto é, gera um resultado superestimado.
Os maiores aumentos em termos de DBO5,20, num corpo d’água, são provocados por despejos de origem, predominantemente, orgânica. A presença de um alto teor de matéria orgânica pode induzir à completa extinção do oxigênio na água, provocando o desaparecimento de peixes e outras formas de vida aquática.
Substâncias Químicas e seus Impactos
O Impacto das Substâncias Químicas na Qualidade Ambiental Unidade II
Leia os slides disponíveis na plataforma, que falam de limnologia e eutrofização e aponte a relação entre a variação de oxigênio dissolvido nas águas e o grau de eutrofização de um corpo hídrico (material a ser disponibilizado no sistema).
Em áreas urbanas, a concentração de alumínio na poeira das ruas varia de 3,7 a 11,6 μg/kg. No ar, a concentração varia de 0,5 ng/m³ sobre a Antártica a mais de 1000 ng/m³ em áreas industrializadas. A principal via de exposição humana não ocupacional é pela ingestão de alimentos e água. A toxicidade aguda por alumínio metálico e seus compostos é baixa, variando o LD50 oral de algumas centenas a 1.000 mg de alumínio, 1 kg peso corpóreo por dia. A osteomalacia é observada em humanos expostos ao alumínio. Há considerável evidência que o alumínio é neurotóxico. Em experimentos com animais, porém, há uma grande variação desse efeito, dependendo da espécie analisada. O acúmulo de alumínio no homem tem sido associado ao aumento de casos de demência senil do tipo Alzheimer. Não há indicação de carcinogenicidade para o alumínio.
O bário pode ocorrer naturalmente na água, na forma de carbonatos em algumas fontes minerais. Decorre, principalmente, das atividades industriais e da extração da bauxita. Não possui efeito cumulativo, sendo que a dose fatal para o homem é considerada de 550 a 600 mg. Provoca efeitos no coração, constrição dos vasos sanguíneos, elevando a pressão arterial e efeitos sobre o sistema nervoso. O padrão de potabilidade é 1,0 mg/L (Portaria n o^ 1469). Os sais de bário são utilizados, industrialmente, na elaboração de cores, fogos de artifício, fabricação de vidro, inseticidas etc. Em geral, ocorre nas águas naturais em concentrações muito baixas, de 0,7 a 900 μg/L.
O cádmio se apresenta nas águas naturais devido às descargas de efluentes industriais (galvanoplastias, produção de pigmentos, soldas, equipamentos eletrônicos, lubrificantes e acessórios fotográficos), do seu uso como inseticidas e da queima de combustíveis fósseis. Ele apresenta efeito crônico, pois concentra-se nos rins, no fígado, no pâncreas e na tireoide, e efeito agudo, sendo que uma única dose de 9,0 gramas pode levar à morte. O cádmio não apresenta nenhuma qualidade, pelo menos conhecida até o presente, que o torne benéfico ou essencial para os seres vivos. Estudos feitos com animais demonstram a possibilidade de causar anemia, retardamento de crescimento e morte. O padrão de potabilidade é fixado pela Portaria nº 1469 em 0,005 mg/L. Está presente em águas doces em concentrações traços, geralmente inferiores a 1 μg/L e, através da bioacumulação, pode entrar na cadeia alimentar. O cádmio pode causar disfunção renal, hipertensão, arteriosclerose, inibição no crescimento, doenças crônicas em idosos e câncer.
O chumbo está presente no ar, no tabaco, nas bebidas e nos alimentos, nestes últimos, naturalmente, por contaminação e na embalagem. Está presente na água devido às descargas de efluentes industriais (efluentes das indústrias de baterias, uso indevido de tintas e tubulações e materiais de construção). É veneno cumulativo, provocando um envenenamento crônico denominado saturnismo, que consiste em efeito sobre o sistema nervoso central com consequências bastante sérias.