(Parte 1 de 5)

ORIENTADOR(A): Dr.(a) SIMONE JACONETTI YDI

São Paulo 2009

Relatório Técnico apresentado como parte da análise de desenvolvimento para aprovação na disciplina de QUÍMICA DO MEIO AMBIENTE, no laboratório de Análise Instrumental, do curso de Química da Universidade Ibirapuera, orientado pela Dra. Simone Jaconetti Ydi.

São Paulo 2009

BONTURIM, E.; SOUZA, D.C.M. et al. COLETA E ANÁLISE DE FÓSFORO TOTAL DE AMOSTRA DE ÁGUA DA REPRESA BILLINGS PELO MÉTODO DA ESPECTROMETRIA DE ABSORÇÃO. 2009. Relatório Técnico (Graduação). Curso de Química, Universidade Ibirapuera, São Paulo, 2009.

Atualmente, um dos grandes desafios para os cientistas e ambientalistas está focado na preservação e controle da contaminação presente no meio ambiente. Um dos parâmetros mais importantes nos estudos sobre meio ambiente está referindo às reservas hidrológicas, por isso, grande parte das pesquisas estão voltadas a área de proteção das águas. O presente trabalho apresenta dados referentes à contaminação de amostras de água coletadas no reservatório Billings, situado na zona sul da capital paulista, por diversos motivos, incluindo a análise da ocupação territorial pela urbanização da cidade, a presença de indústrias e os fatores que essa poluição pode causar no meio, incluindo o fenômeno de eutrofização na represa.

A técnica empregada para tal estudo baseia-se na análise de Fósforo Total dissolvido na amostra, com o auxílio de métodos colorimétricos e espectroscópicos.

O Conselho Nacional do Meio Ambiente prevê limites para concentrações de vários elementos em diversas classificações de águas, no caso da represa, temos um valor máximo de permissividade da concentração de fósforo total e esta serve como base para o relatório em questão.

PALAVRAS-CHAVES: Química Ambiental; Análise Instrumental; Espectrofotometria; Determinação de Fósforo Total.

1. INTRODUÇÃO

3

2. OBJETIVOS

5

3. REVISÃO DA LITERATURA

6

3.1. A REPRESA BILLINGS

6

3.1.1. HISTÓRICO

6

3.1.2. NÚMEROS

7

3.1.3. BILLINGS

7

ELEMENTOS AO LIMIAR DA TEORIA QUÂNTICA

1

3.3. ELEMENTOS DE ESPECTROSCOPIA

17

3.4. TEORIA DA ESPECTROFOTOMETRIA E DA COLORIMETRIA

18

3.2. A ESPECTROSCOPIA E A QUÍMICA: DA DESCOBERTA DE NOVOS

(JEFFERY, 1992)

19

3.6. LEI DE LAMBERT

19

3.5. LEIS QUE REGEM A ESPECTROFOTOMETRIA E A COLORIMETRIA

DE ABSORÇÃO MOLAR

21

3.8. LEI DE BEER

21

3.9. RELAÇÃO ENTRE λλλλ E CORES

25

3.10. O EFEITO DA ABSORÇÃO

25

3.1. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

27

3.12. OS ESPECTROFOTÔMETROS DE ABSORÇÃO

28

3.13. ESPECTROFOTÔMETROS

28

3.13.1. Fontes de radiação

28

3.13.2. Grades de difração

29

3.13.3. Detectores

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3.13.4. Obturadores eletromecânicos (chopper)

32

3.15. DETERMINAÇÕES COLORIMÉTRICAS EXPERIMENTAIS

36

3.7. RELAÇÃO ENTRE ABSORBÂNCIA, TRANSMITÂNCIA E COEFICIENTE 3.14. ESPECTROFOTÔMETROS DE FEIXE SIMPLES E DE FEIXE DUPLO . 34

COLORIMÉTRICAS

36

3.16. FONTES DE RADIAÇÃO

36

3.19. LUZ VISÍVEL

39

3.20. ULTRAVIOLETA

40

3.21. DA LEGISLAÇÃO AMBIENTAL

42

3.21.1. QUALIDADE DA ÁGUA

42

3.2. CICLO BIOGEOQUÍMICO DO FÓSFORO

43

3.2.1. FÓSFORO TOTAL

43

4. MATERIAIS E MÉTODOS

45

4.1. Materiais e Reagentes

45

4.2. Métodos

45

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

46

6. CONCLUSÕES

50

REFERÊNCIAS

51

1. INTRODUÇÃO

A ação antrópica altera o ciclo hidrológico natural da água, potencializando os processos dissipativos da energia acumulada na superfície do solo e a sua transferência progressiva aos ecossistemas aquáticos. Nos ecossistemas protegidos pela vegetação esse fenômeno ocorre de modo natural e permanente, tendendo ao equilíbrio por meio da regeneração. Por outro lado, especialmente em ambientes ecologicamente frágeis, o uso inadequado do solo faz com que as taxas de erosão sejam superiores àquelas geradas no processo de formação do solo. (SILVA, 2001)

O despejo e manuseio, inconseqüente, de substâncias que podem contaminar o solo e os recursos hídricos, acarretam na geração de problemas ao ambiente que, por efeito de acúmulo, podem ocasionar fenômenos como a eutrofização e degeneração do local, prejudicando assim a fauna e flora locais.

O fósforo é um desses elementos químicos que mais tem proporcionado preocupações, especialmente nos países economicamente desenvolvidos. Essas preocupações se devem, não ao fato do fósforo de ser um contaminante em si, mas por ser considerado o elemento que mais contribui no desencadeamento da eutrofização dos ecossistemas aquáticos. (SILVA, 2001)

Os poucos trabalhos existentes sobre a dinâmica de fósforo na água têm sido desenvolvidos nas áreas da Limnologia e da Engenharias Ambiental. Normalmente, os trabalhos são realizados tomando-se o fósforo como um dos vários parâmetros de avaliação e monitoramento sazonal da qualidade da água em bacias hidrográficas. A partir desses trabalhos foi estabelecido o valor de 0,030 mg.L-1 de fósforo total como limite, sendo inclusive, adotado pela legislação brasileira para todos os cursos d'água (Resolução CONAMA nº 357 de 2005). No entanto, ao se considerar as peculiaridades edafoclimáticas, geomorfológicas, fitogeográficas e principalmente as diferenças culturais na ocupação e uso dos recursos naturais em cada região, pode-se inferir que esse valor não representa o real potencial poluidor do fósforo em um determinado recurso hídrico.

Para o presente trabalho, o recurso utilizado nas medições do elemento

Fósforo (P) nas amostras de água coletadas foi baseado na metodologia de processos do Standard Methods, sendo este trabalhado com as técnicas de Espectrofotometria e Colorimetria.

A espectrofotometria é o método de análise óptico mais usado nas investigações biológicas e físico-químicas. O espectrofotômetro é um instrumento que permite comparar a radiação absorvida ou transmitida por uma solução que contém uma quantidade desconhecida de soluto, e uma quantidade conhecida da mesma substância. (SKOOG, 1992)

2. OBJETIVOS

O presente trabalho objetiva a coleta e análise de amostras de água do reservatório Billings para determinação da concentração de fósforo total, usando os resultados para avaliar se esse corpo d’água está em conformidade com a legislação vigente para esse parâmetro, conforme legislação vigente sobre águas naturais (Resolução CONAMA nº 357 de 2005).

3. REVISÃO DA LITERATURA

3.1. A REPRESA BILLINGS

3.1.1. HISTÓRICO A área ocupada atualmente pela Represa Billings foi inundada a partir de

1927, com a construção da Barragem de Pedreira, no curso do Rio Grande, também denominado Rio Jurubatuba. O projeto foi implementado pela antiga Light - "The São Paulo Tramway, Light and Power Company, Limited", hoje Eletropaulo, com o intuito de aproveitar as águas da Bacia do Alto Tietê para gerar energia elétrica na Usina Hidrelétrica (UHE) de Henry Borden, em Cubatão, aproveitando-se do desnível da Serra do Mar.

No início dos anos 40, iniciou-se o desvio de parte da água do Rio Tietê e seus afluentes para o reservatório Billings, a fim de aumentar a vazão da represa e, conseqüentemente, ampliar a capacidade de geração de energia elétrica na UHE Henry Borden. Este processo foi viabilizado graças à reversão do curso do rio Pinheiros, através da construção das Usinas Elevatórias de Pedreira e Traição, ambas em seu leito. Esta operação, que objetivava o aumento da produção de energia elétrica, também mostrou-se útil para as ações de controle das enchentes e de afastamento dos efluentes industriais e do esgoto gerado pela cidade em crescimento.

O bombeamento das águas do Tietê para a Billings, no entanto, começou a mostrar suas graves conseqüências ambientais poucos anos depois. O crescimento da cidade de São Paulo e a falta de coleta e tratamento de esgotos levou à intensificação da poluição do Tietê e seus afluentes que, por sua vez, passaram a comprometer a qualidade da água da Billings. Nos primeiros anos da década de 70 a Cetesb - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental - é obrigada a iniciar as operações de remoção da mancha anaeróbica presente na Represa.

Em 1982, devido à grande quantidade de esgotos, que resultaram em sérios problemas de contaminação por algas cianofíceas, algumas potencialmente tóxicas, surge a necessidade de interceptação total do Braço do Rio Grande, através da construção da Barragem Anchieta, para garantir o abastecimento de água do ABC, iniciado em 1958. (SEB, 2009)

Fotografia 1 – Carta Imagem de Satélite da Bacia Hidrográfica da Billings. Fonte: ISA/2006.

3.1.2. NÚMEROS • Área da Bacia Hidrográfica da Billings: 58.280 hectares (582 Km²)

• Área da represa: 10.800 hectares (18% da área da bacia)

• Municípios parcialmente inseridos na área da bacia: cinco (Diadema, Ribeirão Pires, Santo André, São Bernardo do Campo e São Paulo)

• Municípios totalmente inseridos na área da bacia: 1 (Rio Grande da Serra)

• População abastecida pela represa (Braço do Rio Grande): 1,6 milhões

• População residente na bacia: 860 mil pessoas

• Área ocupada por atividades humanas: 27% da bacia

• Área urbana: 20% da bacia

• Área com vegetação natural: 54% da bacia

• Volume de água produzido: 4,8 mil litros por segundo

A Represa Billings é o maior reservatório de água da Região Metropolitana de

São Paulo. Seu espelho dágua possui 10.814,20 hectares, correspondendo a 18% da área total de sua bacia hidrográfica, que ocupa um território de 58.280,32 ha. (582,8 km²), localizado na porção sudeste da Região Metropolitana de São Paulo, fazendo limite, a oeste, com a Bacia Hidrográfica da Guarapiranga e, ao sul, com a Serra do Mar. Sua área de drenagem abrange integralmente o município de Rio Grande da Serra e parcialmente os municípios de Diadema, Ribeirão Pires, Santo André, São Bernardo do Campo e São Paulo.

De acordo com o Diagnóstico

Socioambiental publicado pelo ISA em 2000, a Bacia Hidrográfica da Billings apresenta um quadro preocupante (Fotografia 1). Apesar de ser protegida pela Lei de Proteção dos Mananciais desde a década de 70, a região vem sofrendo ao longo dos últimos anos as conseqüências de um processo acelerado de ocupação irregular. Estas

FOTOGRAFIA 2 – Ocupação urbana nas margens da represa Billings. Região do Cocaia. Mônica Monteiro Schroeder. Abr/2000.

GRÁFICO 1 – Uso do solo na Bacia Hidrográfica da Billings em 1999.

invasões, apesar de identificadas pelo poder público, não têm sido eficientemente contidas, gerando uma sensação de impunidade que, por sua vez, estimula a ocorrência de novas agressões. (SEB, 2009)

A principal tendência identificada no território da Bacia Hidrográfica da Billings, no período de 1989 a 1999, foi a substituição da cobertura florestal nativa (Mata Atlântica), fundamental para a produção de água em quantidade e qualidade adequadas ao abastecimento público, por áreas ocupadas por atividades humanas, principalmente aquelas ligadas a usos urbanos. Este processo tem ocorrido através do surgimento de novas ocupações, consolidação da ocupação existente e transformação de áreas rurais em áreas urbanas (Fotografia 2).

No período analisado, o manancial perdeu 6,6% de sua cobertura vegetal. Em 1989, a área de cobertura florestal, composta de matas nativas (Mata Atlântica) e plantadas, respondia por 56,1% da Bacia; em 1999 recuou para 53,6%. A Mata Atlântica densa primária e secundária nos estágios médio e avançado de regeneração é o tipo de cobertura vegetal que mais foi atingida pelo desmatamento, perdendo aproximadamente 2.0 hectares no período (Gráfico 1).

Estima-se que, entre 1989 e 1999, a Billings tenha sofrido crescimento urbano da ordem de 31,7%. Mais de 45% da ocupação urbana registrada nos seis municípios paulistanos da bacia se deu em áreas com sérias ou severas restrições ao assentamento. São encostas íngremes, regiões de aluvião ou de várzea que exigem cuidados especiais para implantação de qualquer tipo de ocupação urbana. Apenas 1,8% da mancha urbana se deu em áreas consideradas favoráveis. Estes números demonstram que além de extremamente acelerada, esta ocupação vem ocorrendo sem nenhum planejamento. (DE OLHO NOS MANANCIAIS, 2002)

Além destes aspectos, o fato das áreas urbanas não consolidadas terem apresentado uma porcentagem de crescimento significativamente superior ao das áreas urbanas consolidadas, respectivamente 47,9% e 27,3% no período, indica que o processo de urbanização está em expansão na bacia. Sendo assim, o problema tende a se agravar caso não sejam adotadas medidas urgentes para reverter esta tendência.

O estudo mostra, ainda, que as taxas de ocupação urbana (Figura 1) já são preocupantes, pois passaram de 1,8% do total da bacia em 1989, para 14,6% em 1999. As construções não autorizadas figuram no topo das ocorrências irregulares, respondendo por 41% dos 988 registros efetuados no período de 1989 a 1999. Em segundo lugar aparecem os movimentos de terra, tais como abertura de estradas e terraplanagem com 26%, numa listagem composta de oito tipos de ocorrências.

FIGURA 1 – Expansão urbana no período de 1989 a 1999 na bacia. Fonte: ISA/2002.

Em 2000, segundo a Secretaria de Meio Ambiente, a população residente na região é de 863 mil, distribuídos nos seis municípios nela inseridos, principalmente em São Paulo e São Bernardo. No mesmo ano, a população residente em favelas é estimada em 161 mil (ou 19% do total). Entre 1991 a 2000, a população aumentou em 329 mil, um acréscimo de 62% e o crescimento da população favelada foi de 86 mil (acréscimo de 115%), que corresponde a 26% do crescimento na Bacia. (DE OLHO NOS MANANCIAIS, 2002)

A partir dos levantamentos realizados junto aos órgãos governamentais, foram identificados 90 processos de mineração cadastrados dentro da área da Bacia Hidrográfica da Billings. Embora apenas sete estejam licenciados, abrangendo uma área total de 2.079,01ha, outros 13.076,38 ha estão sendo requeridos para pesquisa. Sendo assim, caso todos os processos atualmente em tramitação cheguem à etapa de concessão de lavra ou regime de licenciamento, a Bacia Hidrográfica da Billings terá 26,16% de sua área sob algum tipo de exploração mineral.

Outro aspecto que contribui para agravar o quadro é que a qualidade da água na represa Billings encontra-se bastante comprometida. Além da poluição proveniente do bombeamento do Tietê/Pinheiros, alguns braços apresentam situação crítica de eutrofização devido à grande quantidade de esgoto provenientes da ocupação em suas sub-bacias formadoras (Fotografia 3). (DE OLHO NOS MANANCIAIS, 2002)

FOTOGRAFIA 3 – Parte da Bacia da represa Billings.

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