Qual a quantidade de oxigênio dissolvido na água?

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1. 1. UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL EVALINA CESAR CASSULE PRISCILLA CAMILO RAHISA SCUSSEL DETERMINAÇÃO DE OXIGÊNIO LIVRE DISSOLVIDO (OD) EM ÁGUA CRICIÚMA 2013
2. 2. EVALINA CESAR CASSULE PRISCILLA CAMILO RAHISA SCUSSEL DETERMINAÇÃO DE OXIGÊNIO LIVRE DISSOLVIDO (OD) EM ÁGUA Relatório solicitado pela disciplina de Indicadores de Qualidade Ambiental, na 5ª fase do curso de Engenharia Ambiental na Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC. Orientador: Prof. Nadja Zim Alexandre CRICIÚMA 2013
3. 3. LISTA DE FIGURAS Figura 1: Operador realizando a coleta de uma amostra. .......................................... 8 Figura 2: Amostras que representam os corpos d'água no experimento. .................. 9 Figura 3: Frasco da solução de MnSO4 denominada R1. ........................................... 9 Figura 4: Operador realizando adição de R1 em uma amostra. ............................... 10 Figura 5: Amostras após adição de R1. .................................................................... 10 Figura 6: Operador realizando adição de R2 em uma amostra. ............................... 11 Figura 7: Amostras após adição de R2. .................................................................... 11 Figura 8: Operador adicionando 2 mL de ácido sulfúrico. ........................................ 12 Figura 9: Amostras após adição do ácido sulfúrico (homogeneizadas). .................. 12 Figura 10: Procedimento de Titulação para volume de 200 mL. (Etapa I) ............... 13 Figura 11: Procedimento de Titulação para volume de 200 mL. (Etapa II) .............. 14 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Relação de materiais utilizados no experimento. ........................................ 7 Tabela 2: Disposição final de dados e resultados experimentais. ............................ 16 Tabela 3: Relação da localização de coleta para amostra 2. ................................... 16 Tabela 4: Relação da localização de coleta para amostra 3. ................................... 17 Tabela 5: Relação da localização de coleta para amostra 4. ................................... 17 Tabela 6: Relação da localização de coleta para amostra 5. ................................... 18 Tabela 7: Teor de saturação de oxigênio dissolvido na água doce para diferentes temperaturas e altitudes (em mg.L-1) ........................................................................ 21
4. 4. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 5 2. MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................................... 7 2.1. Instrumentos e Reagente Utilizados ............................................................. 7 2.1.1. Reagentes .................................................................................................. 7 2.2. Metodologia ..................................................................................................... 8 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES .......................................................................... 15 3.1. Resultados ..................................................................................................... 15 3.2. Discussões .................................................................................................... 18 4. CONCLUSÃO ....................................................................................................... 19 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 20 ANEXO I .............................................................................................................................................21
5. 5. 5 1. INTRODUÇÃO A agregação de alguns conceitos e parâmetros levados em consideração para a determinação da qualidade ambiental de um recurso natural ou de um ecossistemas, dá-se por intermédio de um procedimento sistemático, isto é, o método científico aplicado, o que significa dizer que tais conceitos e parâmetros são estudados em literatura e experimentalmente, o que permite ao profissional, ou acadêmico, neste caso, sintetizar os resultados, explanando-os na forma de relatório técnico. O estudo teve como objetivo a determinação de oxigênio livre dissolvido em cinco diferentes amostras de água, pois a determinação de Oxigênio Dissolvido é um importante parâmetro de análise da qualidade do corpo d’água. Já que segundo Von Sperling (1996, p. 34) é um método indireto para a quantificação da matéria orgânica, ou de seu potencial poluidor. Conforme Nuvolari (2003, p.174) “os corpos d’água, não poluídos por matéria orgânica, normalmente mantêm uma certa quantidade de oxigênio dissolvido.” Enfatizando-se portanto a relação da ausência ou baixos índices de oxigênio dissolvido com a poluição. Neste sentido completa Von Sperling (1996, p. 34) A matéria orgânica presente nos corpos d’água e nos esgotos é uma característica de primordial importância, sendo a causadora do principal problema de poluição das água: o consumo do oxigênio dissolvido pelos microrganismos nos seus processos metabólicos de utilização e estabilização da matéria orgânica. Num ecossistema aquático estão presentes diferentes tipos de seres vivos, desde peixes à microrganismos, os quais muitos utilizam o oxigênio dissolvido na respiração. Os microrganismos podem ser classificados em anaeróbios, que não necessitam de oxigênio dissolvido para realizarem seus processos metabólicos; facultativos, que na presença de oxigênio dissolvido, utilizam o mesmo nos seus processos metabólicos, e quando de sua ausência, conseguem dar continuidade aos processos metabólicos, e os aeróbios, os quais necessitam de oxigênio dissolvido para realizarem seus processos metabólicos. Os microrganismos caracterizam-se também por terem a capacidade de reprodução acelerada em comparação à outros animais aquáticos, como os peixes.
6. 6. 6 Assim sendo, quando há disponibilidade de matéria orgânica no meio, há um favorecimento para o crescimento de microrganismos aeróbios, que, conforme Nuvolari (2003, p.174), ao se alimentarem dessa matéria orgânica, consomem o oxigênio dissolvido. Como consequência desse processo, o oxigênio disponível, pode vir a se extinguir, criando condições para o crescimento de outros tipos de microrganismos, como os facultativos, e os anaeróbios, condições estas que geram problemas de maus odores. Portanto a presença exclusiva desse tipo de microrganismo também indicam baixos índices, ou ausência de Oxigênio Dissolvido. A quantidade de oxigênio dissolvido depende, além desses fatores biológicos, de condições abióticas. Conforme Nuvolari (2003, p.174), a quantidade de oxigênio dissolvido presente nos corpos d’água é diretamente proporcional à pressão atmosférica e inversamente proporcional à temperatura.
7. 7. 7 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Instrumentos e Reagente Utilizados Tabela 1: Relação de materiais utilizados no experimento. Vidraria/Instrumento Capacidade (mL) Quantidade Bureta 25 02 Erlenmeyers 250 05 Proveta Graduada 200 02 Béquer 150 01 Balão volumétrico 250 01 Pêra de borracha - 01 Fonte: SCUSSEL, R. 2.1.1. Reagentes 1. Solução de Sulfato Manganoso: Dissolver 480 g de MnSO4.4H2O, ou 400 g de MnSO4.2H2O, ou 364 g de MnSO4.H2O em água destilada, filtrar e diluir para um litro. A solução de MnSO4 não deve mostra a cor azul ao indicador de amido quando adicionada a uma solução ácida de iodeto de potássio. 2. Reagente Álcali-iodeto-azida: Dissolver 500 g de NaOH (ou 700 g de KOH) e 135 g de Nal (ou 150 g de Kl) em água destilada e diluir para um litro. Adicionar 10 g de NaN3 dissolvidos em 40 mL de água destilada. Sais de sódio e potássio podem ser utilizados indiscriminadamente. Este reagente não deve apresentar cor azul ao indicador de amido quando diluído e acidificado. 3. Ácido sulfúrico, H2SO4 conc.: 1 mL é equivalente a 3 mL de solução álcali-iodeto-azida. 4. Solução indicadora de Amido: (uma solução aquosa ou porções de amido solúvel.) 5. Solução Padrão de bi-iodato: Dissolver 812,4 mg de KH(IO3)2 em água destilada e diluir para 1000 mL com água destilada, em balão volumétrico. 6. Solução titulante de tiossulfato de sódio padronizado: Dissolver 6,0205 g de Na2S2O3.5H2O em água destilada. Adicionar 1,5 mL de NaOH sólido, diluir para 1000 mL em balão volumétrico. Padronizar com solução de bi-iodato.
8. 8. 8 2.2. Metodologia A metodologia mais aplicável para a determinação de oxigênio dissolvido, segundo a AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (1960, p. 309) é o método Alsterberg a modificação azida (sódica) do método básico Winkler (método iodométrico), o qual é recomendado para a maioria das condições. O teste padrão utiliza garrafas de DBO de 300 mL como recipientes da amostra. Portanto o procedimento pautou em: Verificação da temperatura: Para cada uma das cinco amostras de corpo d’água, mediu-se a temperatura e registrou-se, uma vez que a saturação de O2 na água depende da temperatura da água do corpo d’água e da pressão atmosférica, que era aproximadamente 1 atm. Coleta de amostras: Foi realizada cuidadosamente, como ilustra a figura 1, uma vez que o ar possui maior concentração de O2 do que na água, então encheu-se o recipiente com a água da “amostra 1”, figura 2, de forma a evitar a formação de bolhas de ar na amostra coletada. E fechou-se a garrafa para que o contato com o ar fosse mínimo. Repetiu-se esse procedimento para todas as outras quatro amostras. Figura 1: Operador realizando a coleta de uma amostra. Fonte: SCUSSEL, R.
9. 9. 9 Figura 2: Amostras que representam os corpos d'água no experimento. Fonte: SCUSSEL, R. Adição do (R1): Após a coleta das amostras, adicionou-se nas mesmas o Reagente amostras coletadas, isso para possibilitar a análise destas. Adicionou-se 2 mL de solução de MnSO4, (R1), figura 3, fechou-se o frasco e agitou-se para homogeneização da amostra. Repetindo-se para cada amostra o mesmo procedimento, o qual está ilustrado na figura 4. A figura 5 ilustra as amostras após adição do R1. Figura 3: Frasco da solução de MnSO4 denominada R1. Fonte: SCUSSEL, R.
10. 10. 10 Figura 4: Operador realizando adição de R1 em uma amostra. Fonte: SCUSSEL, R. Figura 5: Amostras após adição de R1. Fonte: SCUSSEL, R. Adição de (R2): Após a adição de R1, adicionou-se 2 mL de solução de álcali-iodeto-azida, (R2), fechou-se o frasco e agitou-se para homogeneização da amostra. Repetindo-se para cada amostra o mesmo procedimento, o qual está ilustrado na figura 6. A figura 7 ilustra as amostras após adição do R2.
11. 11. 11 Figura 6: Operador realizando adição de R2 em uma amostra. Fonte: SCUSSEL, R. Figura 7: Amostras após adição de R2. Fonte: SCUSSEL, R Adição de ácido sulfúrico: Após a precipitação do hidróxido de manganês, como nas amostras A1 e A2 na figura 7, adicionou-se 2 mL de H2SO4, figura 8, concentrado. Fechou-se o frasco e homogeneizou-se através de sucessivas inversões para a diluição total do precipitado. A figura 9 ilustra as amostras após a adição do ácido sulfúrico.
12. 12. 12 Figura 8: Operador adicionando 2 mL de ácido sulfúrico. Fonte: SCUSSEL, R Figura 9: Amostras após adição do ácido sulfúrico (homogeneizadas). Fonte: SCUSSEL, R Titulação – Etapa I: Após a adição do ácido sulfúrico, titulou-se, sob agitação constante, cada amostra para um volume de 200 mL, até a cor amarelo palha, utilizando a solução padrão de tiossulfato de sódio (Na2S2O3). Tal procedimento é ilustrado pela figura 10.
13. 13. 13 Figura 10: Procedimento de Titulação para volume de 200 mL. (Etapa I) Fonte: SCUSSEL, R.
14. 14. 14 Titulação – Etapa II: Continua-se a titulação com a adição do Indicador de Amido (1 a 2 mL) até o desaparecimento da cor azul. A figura 11 ilustra essa etapa da titulação. Figura 11: Procedimento de Titulação para volume de 200 mL. (Etapa II) Fonte: SCUSSEL, R.
15. 15. 15 A metodologia aplicada, nos proporciona uma análise mais aprofundada, na medida que sem nenhum oxigênio dissolvido presente, o íon manganoso (Mn +2) reage somente com o hidróxido para formar um precipitado brando de Mn(OH) 2. Se o oxigênio está presente, uma parte do Mn+2 é oxidado para uma valência maior (Mn+3), e precipita na forma de um óxido de cor marrom (MnO2). 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1. Resultados Os dados e resultados experimentais referentes ao experimento estão dispostos a seguir, em forma de cálculos, na tabela 2.  Cálculo da concentração de O.D. considerando a normalidade da solução de Na2S2O3 como 0,025: 𝑚𝑔 𝑉 × 𝑁 × 8000 𝑑𝑒 𝑂. 𝐷. = 𝐿 𝑉𝑎 Amostra 2: Amostra 3: Amostra 4: Amostra 5: 𝑚𝑔 𝐿 𝑚𝑔 𝐿 𝑚𝑔 𝐿 𝑚𝑔 𝐿 𝑑𝑒 𝑂. 𝐷. = 10,8 × 0,025 × 8000 𝑑𝑒 𝑂. 𝐷. = 6,2 × 0,025 × 8000 𝑑𝑒 𝑂. 𝐷. = 10,6 × 0,025 × 8000 𝑑𝑒 𝑂. 𝐷. = 11 × 0,025 × 8000 200 200 200 200 𝑚𝑔 ∴ 𝑂. 𝐷. = 10,8 ∴ 𝑂. 𝐷. = 6,2 𝐿 𝑚𝑔 𝐿 𝑚𝑔 ∴ 𝑂. 𝐷. = 10,6 ∴ 𝑂. 𝐷. = 11,0 𝐿 𝑚𝑔 𝐿
16. 16. 16 Tabela 2: Disposição final de dados e resultados experimentais. Amostra Temperatura (ºC) Oxigênio Volume de tiossulfato (mL) Dissolvido ( A1 19 0,0 22 10,8 10,8 A3 20 6,2 6,2 A4 19,5 10,6 10,6 A5 18 11,0 ) 𝑳 0,0 A2 𝒎𝒈 11,0 Fonte: SCUSSEL, R.  Cálculo da porcentagem de saturação de OD (%) e Déficit de OD/Excesso de OD. % 𝑆= 𝑂𝐷 𝐶𝑚 × 100 𝑂𝐷 𝐶𝑠 Tabela 3: Relação da localização de coleta para amostra 2. Localização (UTM) 450223 e 6993702 634863 e 6864740,5 648460 e 6850450 668622 e 6808688 Fonte: SCUSSEL, R. Altitude (m) Temperatura (ºC) Excesso Cs (%) ( 𝒎𝒈 𝑳 ) 513 22 125,58 2,2 1221 22 133,33 2,7 253 22 121,35 1,9 3 22 117,39 1,6
17. 17. 17 Tabela 4: Relação da localização de coleta para amostra 3. Localização (UTM) 450223 e 6993702 634863 e 6864740,5 648460 e 6850450 668622 e 6808688 Altitude (m) Temperatura (ºC) Cs (%) Déficit ( 513 20 72,90 20 76,54 1,9 253 20 69,66 2,7 3 20 67,39 𝑳 2,4 1221 𝒎𝒈 3,0 Fonte: SCUSSEL, R. Tabela 5: Relação da localização de coleta para amostra 4. Localização (UTM) 450223 e 6993702 634863 e 6864740,5 648460 e 6850450 668622 e 6808688 Fonte: SCUSSEL, R. Altitude (m) Temperatura (ºC) Excesso Cs (%) ( 𝒎𝒈 𝑳 ) 513 19,5 123,26 2,0 1221 19,5 130,86 2,5 253 19,5 119,10 1,7 3 19,5 115,21 1,4 )
18. 18. 18 Tabela 6: Relação da localização de coleta para amostra 5. Localização (UTM) 450223 e 6993702 634863 e 6864740,5 648460 e 6850450 668622 e 6808688 Altitude (m) Excesso Temperatura Cs (%) (ºC) ( 𝒎𝒈 𝑳 ) 513 18 127,91 2,4 1221 18 135,80 2,9 253 18 123,60 2,1 3 18 119,56 1,8 Fonte: SCUSSEL, R. 3.2. Discussões Pode-se notar, ao comparar os resultados experimentais obtidos, que os objetivos propostos no procedimento experimental foram atingidos, visto que na tabela 2, pode-se ver que os valores de oxigênio dissolvido, para A1, A2, A3, A4 e A5, são respectivamente, 0, 10,8, 6,2, 10,6 e 11,0 𝒎𝒈 𝑳 , para as quatros amostras, A2, A3, A4 e A5, há uma conformidade em relação ao exigido pela Resolução CONAMA 357/05 para as águas doces classe I, classe II, classe III e classe IV. Partindo do ponto de que não sabe-se a classe do corpo d’água, uma vez que as amostras representativas dos mesmos não tinham-se essa informação, da procedência da água. As disposições a seguir são respectivamente da classe I, classe II, classe III e classe IV. Segundo a disposição da Resolução CONAMA 357/05, Capítulo III, Seção II, Art. 14, inc. I, alínea “i”: “OD, em qualquer amostra, não inferior a 6 mg/L O 2;” Resolução CONAMA 357/05, Capítulo III, Seção II, Art. 15, inc. VI”: OD, em qualquer amostra, não inferior a 5 mg/L O2; Resolução CONAMA 357/05, Capítulo III, Seção II, Art. 15, inc. I, alínea “j”: OD, em qualquer amostra, não inferior a 4 mg/L O 2; Resolução CONAMA 357/05, Capítulo III, Seção II, Art. 17, inc. VI”: “OD, superior a 2,0 mg/L O2 em qualquer amostra”, isso significa dizer que a amostra A1 está explicitamente em desacordo com o padrão exigido pela norma ambiental.
19. 19. 19 4. CONCLUSÃO A aula prática explanada neste relatório agregou o entendimento e a importância de se determinar a demanda de oxigênio livre dissolvido (OD) em corpos d’água por parte dos acadêmicos. Para determinar o quanto certo curso d’água está sendo poluído, ou verificar se realmente há poluição do mesmo, tem-se que analisar alguns parâmetros, e a concentração de OD nos possibilita tal análise, uma vez que a legislação ambiental para qualidade de recursos d’água, determina limites para este parâmetro. A partir dos resultados, pode-se tomar as devidas providências. Verificou-se a importância em seguir os métodos propostos, como a adição de R1 e R2, que deve ser realizada ainda no campo para fixar e preservar o oxigênio existente na amostra e possibilitar a análise da quantidade de OD presente na mesma. Com isso, pode-se dizer que entre as cinco amostras analisadas somente a amostra A1 não atendeu aos padrões exigidos pela Resolução CONAMA 357/2005. Também, ao analisar as relações dos diferentes locais que as amostras poderiam ter sido coletadas, percebe-se que a amostra A3 teria déficit de OD, como pode-se verificar na tabela 4, pois a concentração de saturação para essa amostra, variou de aproximadamente 67 a 76 %. Já as outras amostras, A2, A4 e A5, apontaram excessos de OD, como pode-se verificar nas tabelas 3, 6 e 7. E todas elas tiveram concentração de saturação superiores a 100%, desde aproximadamente 115 a 130%, o que demostra que essas amostras estavam de acordo com a legislação ambiental para qualidade da água, sendo as amostras que representavam as águas com maior qualidade. Já a amostra A3 não tinha uma qualidade tão elevada, porém ainda se encaixa nos critérios da legislação e atendo os parâmetros de qualidade da água. Já amostra A1 não apresentou OD, estando totalmente fora dos parâmetros exigidos, demostrando uma água sem qualidade, provavelmente muito poluída.
20. 20. 20 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard methods for the examination of water and wastewater including botton sediments and sludges. New York, USA: American Public Health Association, 1960. 626 p NUVOLARI, Ariovaldo (Coord.). Esgoto sanitário: coleta transporte tratamento e reúso agrícola.São Paulo: Edgard Blücher, 2003. 520 p. SPERLING, Marcos von. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos: Princípios do tratamento biológico de águas residuárias 2.ed Belo Horizonte: DESA, 2002. 243 p. UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE. Laboratório Química Experimental. Procedimento Experimental IQA Aula prática nº1. Criciúma: UNESC, 2013.
21. 21. 21 ANEXO I Algumas informações disponíveis no Procedimento Experimental da Aula Prática número 1, utilizados para o desenvolvimento dos cálculos. Tabela 7: Teor de saturação de oxigênio dissolvido na água doce para diferentes temperaturas e altitudes (em mg.L-1) Temperatura (ºC) 0 2 4 6 8 10 15 20 25 30 0 14,6 13,8 13,1 12,5 11,9 11,3 10,2 9,2 8,4 7,6 250 14,2 13,4 12,7 12,1 11,5 11,0 9,9 8,9 8,1 7,4 Altitude (m) 500 13,8 13,0 12,3 11,7 11,2 10,7 9,5 8,6 7,9 7,2 750 13,3 12,6 12,0 11,4 10,8 10,3 9,3 8,4 7,6 7,0 1000 12,9 12,2 11,6 11,0 10,5 10,0 9,0 8,1 7,4 6,7

Qual a quantidade de oxigênio na água?

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