PROF. LUIZ FERNANDO M. CARVALHO

1. CURSO TÉCNICO EM MEIO AMBIENTE - MODALIDADE À DISTÂNCIA DISCIPLINA QUÍMICA AMBIENTAL PROF. LUIZ FERNANDO M. CARVALHO

2. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • A ciência ambiental: • É o estudo da Terra, do ar, da água e dos ambientes vivos, além dos efeitos que as tecnologias tem sobre eles. • O ambiente: • A água, o ar, a terra, a vida e as tecnologias que estão ligadas entre si. • As fortes interações entre os organismos vivos e as diversas esferas do meio abiótico (não vivo) são descritas em ciclos que envolvem processos e fenômenos biológicos, químicos e geológicos – chamados ciclos biogeoquímicos.

3. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • A química ambiental: • O estudo das fontes, das reações, do transporte, dos efeitos e dos destinos das espécies na hidrosfera, na atmosfera, na geosfera e na antroposfera, além dos efeitos das atividades humana • A matéria e seus ciclos: • A maior parte dos ciclos da matéria (chamado biogeoquímico) é descrito como ciclos elementares que envolve os elementos nutrientes como, o carbono, o oxigênio, o nitrogênio.

4. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • O ciclo do carbono: • As principais fontes de carbono no nosso planeta: (o gás dióxido de carbono na atmosfera e o dióxido de carbono dissolvido nos oceanos). • O dióxido de carbono atmosférico representa apenas 0,036% (360 ppmv) e todos os seres vivos dependem deste processo. como? • No processo de fotossíntese, o CO2 é absorvido pelas folhas das plantas que reage com a água para a formação do açúcar (glicose) e oxigênio, ver equação abaixo: clorofila Energia solar + 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 Dióxido de carbono glicose glicose oxigênio

5. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • O ciclo do carbono: • Observação 1: • Quando um animal, por exemplo, um coelho come uma planta, os carboidratos na planta são digeridos e quebrados em açúcares simples, incluindo a glicose. • A glicose é absorvida pela corrente sanguínea e levada para as células do corpo do animal, onde, sob processo de respiração,reage com o oxigênio do sangue. E gera como produto, CO2, água e energia é liberada. C6H12O6 + O2 6 CO2 6 H2O + energia

6. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • O ciclo do carbono: • Observação 2: • As plantas realizam tanto a fotossíntese (durante o dia – dominante) quanto a respiração (à noite, a respiração é dominante). • Os decompositores também desempenho uma função no ciclo de carbono – alimentam-se de restos mortos de plantas e animais, por respiração liberam CO2 e H2O para a atmosfera.

7. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • O ciclo do carbono: • Observação 2: • Aproximadamente 300 milhões de anos, plantas e animais foram soterrados e transformados(através de reações químicas) em combustíveis fósseis: carvão, petróleo e gás natural. • Quando esses combustíveis são queimados liberam a energia química armazenada nas ligações de suas moléculas, o oxigênio da atmosfera é usado para converter seu carbono em CO2. C +O2 CO2 + energia

8. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • O ciclo do carbono: • Outra parte importante do ciclo do carbono é: troca contínua de dióxido de carbono entre a atmosfera e os oceanos – processo importante na manutenção da concentração de CO2 da atmosfera em um nível constante.

9. Ciclo do carbono

10. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • O ciclo do nitrogênio: • É um componente essencial de proteínas e do material genético que compõe o DNA – é fonte vital para todos os organismos vivos. • Embora, 78% da atmosfera da Terra é composta de gás nitrogênio, as plantas e animais não podem usar esse nitrogênio diretamente.

11. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • O ciclo do nitrogênio: • O nitrogênio atmosférico é convertido em outros compostos nitrogenados, através da fixação de nitrogênio (processos realizados por bactérias especializadas. • Outro meio de fixação de nitrogênio atmosférico - relâmpago (descargas elétricas dos relâmpagos formam óxidos de nitrogênio que reagem com a água na atmosfera e produz ácido nítrico (HNO3) • Quando esse ácido atinge a superfície da Terra dissolvido na água da chuva, reage com os materiais no solo e na água forma os nitratos, que são absorvido pelas as raízes das plantas.

12. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • O ciclo do nitrogênio: • A transformação de amônia em nitratos é realizada por bactérias do solo – Nitrificação - (nesse processo o pH ideal estar entre 6,5 e 8. A reação de nitrificação segue dois passos: 2 NH4+ + 3 O2 + 2 H2O  2 NO2- + 4 H3O+ 2 NO2- + O2 + H2O  2 NO3- Quando essas duas reações são somadas produzem a reação global: NH4+ + 2 O2 + H2O  NO3- + 2 H3O+

13. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • O ciclo do nitrogênio: • As plantas convertem amônia e nitratos através dos nódulos radiculares ou do solo. • Os animais obtêm nitrogênio, ao se alimentares das plantas. • Quando as plantas e animais morrem são degradados por decompositores, assim retornam ao solo. Então, o nitrogênio é reciclados através da cadeia alimentar. • Outro processo é a desnitrificação, em que as bactérias conduzem uma série de reações que convertem os nitratos a N2. 4 NO3- + 5 CH2O + 4 H3O+ 2 N2 5 CO2 + 11 H2O

14. Ciclo do nitrogênio

15. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • O ciclo do oxigênio: • O oxigênio está ao redor de todos nós, (na forma de gás e representa 21% da atmosfera). • Componentes de todos os compostos orgânicos importantes dos organismos vivos. • Ele é um componente do CO2, do nitrato (NO3-), do fosfato (PO43-). • O ciclo do oxigênio é muito complexo e está interligado a vários outros ciclos.

16. QUÍMICA AMBIENTAL INTRODUÇÃO • O ciclo do oxigênio: • A fotossíntese e a respiração são a base dos ciclos de carbono e do oxigênio. • O oxigênio é liberado durante a fotossíntese e é consumido durante a respiração. • Outra parte do ciclo do oxigênio é a troca constante de oxigênio entre atmosfera e corpos d’água (oceanos). • No ambiente aquático, o oxigênio dissolvido é essencial para os peixes e outros organismos.

17. Ciclo do oxigênio

18. QUÍMICA AMBIENTAL Química da Água • A maior parte da água encontrada no planeta estar concentrada nos oceanos e mares (97%) e, apenas 1% nos rios, lagos e aquíferos subterrâneos. • Os processos de evaporação, transpiração, condensação e precipitação, a energia solar e gravidade são responsáveis pela redistribuição da água entre oceanos, terras, ar e organismos vivos. Propriedades importante da água • Excelente solvente para os sais, ácidos, bases e substâncias que contém átomos de H, O e N capazes de formar ligações de hidrogênio;

19. QUÍMICA AMBIENTAL Química da Água Propriedades importante da água • Solventesemfluidosbiologicos, como sangue ouurina; • Transportanutrientes para as raizesdaplantas no solo; • usada como excipientesouadjuvantes; • Solvente universal, etc.

20. Ciclo hidrológico Fonte - Manahan, 2006, p. 165.

21. Poluição e tratamento de água • Tipos de poluentes de água • Os poluentes de água podem ser divididos nas seguintes categorias gerais: Agentes causadores de Doenças; Resíduos que Consomem Oxigênio; Nutrientes de Plantas; Sólidos em Suspensão e Sedimentos; Sólidos dissolvidos; Poluição Térmica (calor); Poluição de águas Subterrâneas; Substâncias Radioativas; Óleo e Ácidos.

22. Os poluentes chegam aos corpos d’água a partir de Fontes Pontuais e Fontes Difusas: • Fontes Pontuais: • Incluem lançamentos de esgotos e efluentes por estações de tratamentos, fábricas, usinas de energia elétrica, minas e plataformas marítimas de perfuração de petróleo. • Fontes Difusas: • Liberam poluentes em área ampla por meio de escoamento superficial. • Área de criação de animais em confinamento (pecuária intensiva, terras cultivadas, florestas que sofre corte raso), cidades e canteiros de obras e construções. • São difíceis de ser identificados e controlados

23. 1- Agentes Causadores de Doenças • Os surtos de doenças, podem ocorrer quando fezes de pessoas que estão contaminadas – Patógenos – contaminam o suprimento de água. • São transmitida quando as pessoas bebem ou nadam em água – incluem (o cólera, a febre tifóide, a disenteria, a hepatite infecciosa e a poliomielite). • A contagem de bactérias coliformes é usada para determinar se existe contaminação da água por microrganismos. • As bactérias coliformes são inofensivas e não causam doenças, mas sua presença é um indicador de contaminação fecal.

24. 2- Resíduos que consomem oxigênio • Animais e plantas que vivem em ambientes aquáticos dependem do oxigênio na água. • A solubilidade diminui com o aumento da temperatura e o aumento da altitude. • Resíduos que consomem oxigênio – fezes humanas, animais, resíduos industriais de fabricas de papel, curtumes, processamento de alimentos, resíduos proveniente de matadouros e frigoríficos, detritos orgânicos nos ecossistemas aquáticos. • A DBO (demanda bioquímica de oxigênio). • Efluentes de esgotos.

25. 3- Nutrientes de Plantas • A poluição da água pode ser causada pelo uso de fertilizantes sintéticos. • As plantas obtém carbono, hidrogênio e oxigênio do ar e da água, pelo processo de fotossíntese. • 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6 O2 • Nutrientes químicos necessários às plantas:

26. Nutrientes químicos necessários às plantas:

27. Nutrientes químicos necessários às plantas:

28. 4- Sólidos em suspensão e sedimentos: • Como resultado da erosão natural das rochas e dos solos – todas as massas de água contém partículas não dissolvidas, denominada de sedimentos. • Por exemplo: • Terraplenagem para loteamento, • O corte raso de madeira, • A mineração a céu aberto, • A aração, são todas práticas que removem a cobertura natural do solo e aceleram a sua erosão. 5- Sólidos dissolvidos: • A irrigação é a principal causa da salinidade das águas naturais.

29. 5- Sólidos dissolvidos: • Outra causa da salinidade são as descargas de resíduos industriais e estações de tratamento municipais e escoamento superficial de terras agrícolas. 6- Poluição Térmica (calor): • Aumento de temperatura afeta a vida aquática – Portanto, morre alguns peixes. • Aumenta a taxa de respiração (consome mais oxigênio). 7- Poluição de águas Subterrâneas: • As principais fontes de materiais perigosos são despejos químicos (vazam de tambores metálicos).

30. 7- Poluição de águas Subterrâneas: • Os resíduos químicos: tintas, metais, têxteis, fertilizantes, plásticos e produtos petrolíferos, pesticidas e fertilizantes agrícolas, esgotos de fossas sépticas, vazamento de combustíveis e vazamentos de tubulações de esgotos, etc.

31. Poluentes Inorgânicos • Cádmio: Origina-se dos resíduos de mineração e despejos industriais ou de processos de metalização – Em seres humanos causa: hipertensão arterial, danos aos rins, danos ao tecido testicular e destruição dos globos vermelhos. • Chumbo: Origina-se de diversas fontes industriais, de mineração, calcário e galena (PbS) – Em seres humanos causa: afeta o fígado, sistema reprodutor, o cérebro e sistema nervos central. • Mercúrio: Origina-se de diversos minerais, combustíveis fósseis (carvão e lignita) – Em seres humanos causa: danos ao cérebro (irritabilidade, paralisia, cegueira ou insanidade. • A maior toxicidade do mercúrio ocorreu na Baia de Minamata – Japão em 1953 e 1960.

32. Poluentes Inorgânicos cont. • Cianeto: Uma substância venenosa letal, existe na água como HCN (ácido cianídrico). • Utilizado pela indústria: limpeza de metais e eletrogalvanização são os principais efluentes da lavagem de gases e coque em usina de gás e fornos de coque. • Poluentes Orgânicos • Esgoto: Origem doméstico – processamento de alimentos de fontes industriais, substâncias com demanda de oxigênio (óleo, graxa e sólido não removido com tratamento de esgoto), outros como sais, metais e compostos orgânicos refratários –(não removido com eficiência).

33. Os pesticidas • São empregados para diversas finalidades. • Os pesticidas podem ser introduzidas na água pela via direta – em aplicações como o controle de mosquitos, ou pela via indireta – pelos os deflúvios de terras cultivadas. • Inseticidas: • Combate insetos, lavras, formigas – divididos em 4 grupos químicos: • Organoclorados: Hidrocarbonetos em que diferentes átomos de hidrogênio foram substituído por cloro. • O mais famoso foi o DDT (diclorodifeniltricloroeatano). • São pouco hidrossolúveis e muito lipossolúveis.

34. Inseticidas cont.: • Organofosforados: São compostos orgânicos (inseticidas) que contém fósforo em sua fórmula. Ex : malathion, parathion. • São biodegradáveis e muito tóxico aos seres humanos. • o principal efeito tóxico é a inibição da acetilcolinesterase. Carbamatos: São derivados do ácido carbâmico: São lipossolúveis e têm ação similar aos organofosforados, mas são menos tóxicos para os mamíferos. Ex ; carbaril,carbofuran, aldicarb.

35. Fungicidas: • Aplicados em cultura de cereais e alimentos para impedir infecções fúngicas. • Principais grupos: captan, hexaclorobenzeno,etileno-bis-ditiocarbamatos e trifenilestânico. • Efeito tóxicos bastante elevado ao meio ambiente, devido ao seu princípio ativos a base de cobre e mercúrio. • Herbicidas: • Aplicados em área agrícolas em todo mundo e são poluentes aquáticos. • Encontrados em água superfícies e subterrânea – atrazina, simazina e cianazina. • Utilizado no controle de ervas daninhas – o “agente laranja” (tordon) – utilizada como desfolhante de planta (guerra do Vietnã)

36. Tratamento de água clássico ou convencional • (1) Coagulação: a água recebe coagulantes, geralmente sulfato de alumínio ou o sulfato ferroso, que têm como finalidade de aglomerar as partículas em suspensão; • (2) Floculação: logo após a água passar pelo processo de Mistura rápida ou Coagulação, ela é colocada no floculador, que retém as pequenas partículas em suspensão;

37. Tratamento de água clássico ou convencional • (3)Separação/Filtração: etapa preliminar necessária, utilizada para retirada de contaminantes sólidos, formando aglomerados chamados de flocos; • (4) Decantação: nos tanques de decantação os flocos mais densos, pesados, são decantados deixando a água mais limpa; • (5) Filtração: após a retirada dos flocos por decantação, a água passa por tanques contendo camadas de carvão, areia e cascalho, que são usados para tratamento físico da água, minimizando a turvação da água;

38. Tratamento de água clássico ou convencional • (6) Desinfecção: geralmente usa-se gás de cloro, hipoclorito de sódio (NaClO), dióxido de cloro (ClO2), ozônio (O3) ou luz ultravioleta, a fim de eliminar os microrganismos patogênicos, bactérias, parasitas, vírus, etc; • (7) Fluoretação: processo em que adicionado o flúor à água com o intuito de prevenção da cárie dentária; Bons estudos.