O oxigênio dissolvido é o elemento principal no metabolismo dos microrganismos aeróbios que habitam as águas naturais ou os reatores para tratamento biológico de esgotos.
Nas águas naturais, o oxigênio é indispensável também para outros seres vivos, especialmente os peixes, onde a maioria das espécies não resiste a concentrações de oxigênio dissolvido na água inferiores a 4,0 mg/L. É, portanto, um parâmetro de extrema relevância na legislação de classificação das águas naturais, bem como na composição de índices de qualidade de águas (IQAs). No IQA utilizado no Estado de São Paulo pela CETESB, a concentração de oxigênio dissolvido é um parâmetro que recebe uma das maiores ponderações.
Concentração de oxigênio dissolvido
É o parâmetro fundamental nos modelos de autodepuração natural das águas. Nestes modelos, são balanceadas as entradas e saídas de oxigênio em função do tempo nas massas líquidas, de modo a prever-se sua concentração em seus diversos pontos, o que pode ser utilizado, por exemplo, para se estimar as eficiências necessárias na remoção de constituintes orgânicos biodegradáveis pelas estações de tratamento de esgotos a serem construídas.
Fontes de oxigênio nas águas
O oxigênio se dissolve nas águas naturais proveniente da atmosfera, devido à diferença de pressão parcial. Este mecanismo é regido pela Lei de Henry, que define a concentração de saturação de um gás na água, em função da temperatura: CSAT = α.pgás onde α é uma constante que varia inversamente proporcional à temperatura e pgás é a pressão exercida pelo gás sobre a superfície do líquido.
No caso do oxigênio, considerando-se como constituinte de 21% da atmosfera, pela lei de Dalton, exerce uma pressão de 0,21 atm. Para 20°C, por exemplo, α é igual a 43,9 e, portanto, a concentração de saturação de oxigênio em uma água superficial é igual a 43,9 x 0,21 = 9,2 mg/L.
A taxa de reintrodução de oxigênio dissolvido em águas naturais através da superfície, depende das características hidráulicas e é proporcional à velocidade, sendo que a taxa de reaeração superficial em uma cascata é maior do que a de um rio de velocidade normal, que por sua vez apresenta taxa superior à de uma represa, onde a velocidade normalmente é bastante baixa.
Leia também: UM GUIA PARA INICIANTES EM MEDIÇÃO DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO
Fotossíntese de algas
Outra fonte importante de oxigênio nas águas é a fotossíntese de algas. Este fenômeno ocorre em maior extensão em águas poluídas ou, mais propriamente, em águas eutrofizadas, ou seja, aquelas em que a decomposição dos compostos orgânicos lançados levou à liberação de sais minerais no meio, especialmente os de nitrogênio e fósforo que são utilizados como nutrientes pelas algas.
Esta fonte não é muito significativa nos trechos iniciais de rios à jusante de fortes lançamentos de esgotos. A turbidez e a cor elevadas dificultam a penetração dos raios solares e apenas poucas espécies resistentes às condições severas de poluição conseguem sobreviver. A contribuição fotossintética de oxigênio só é expressiva após grande parte da atividade bacteriana na decomposição de matéria orgânica ter ocorrido, bem como após terem se desenvolvido também os protozoários que, além de decompositores, consomem bactérias clarificando as águas e permitindo a penetração de luz.
Águas Poluídas
Este efeito pode “mascarar” a avaliação do grau de poluição de uma água, quando se toma por base apenas a concentração de oxigênio dissolvido. Sob este aspecto, águas poluídas são aquelas que apresentam baixa concentração de oxigênio dissolvido (devido ao seu consumo na decomposição de compostos orgânicos), enquanto que as águas limpas apresentam concentrações de oxigênio dissolvido elevadas, chegando até a um pouco abaixo da concentração de saturação. No entanto, uma água eutrofizada pode apresentar concentrações de oxigênio bem superiores a 10 mg/L, mesmo em temperaturas superiores a 20°C, caracterizando uma situação de supersaturação. Isto ocorre principalmente em lagos de baixa velocidade, onde chegam a se formar crostas verdes de algas à superfície.
Tipos de Sondas de Oxigênio Dissolvido
Os medidores Hanna utilizam um ou dois tipos comuns de sondas sensoriais, sendo elas, polarográfica e galvânicas.
Polarográfica:
Estas sondas de OD consistem num eletrodo (cátodo) e um contra eletrodo (ânodo). Uma voltagem polarizada é aplicada a estes eletrodos que são especfícios para a redução de oxigênio. Uma fina membrana de gás permeável isola os elementos do sensor da água da amostra, mas permite a passagem do oxigênio. O oxigênio que passa através da membrana é reduzido no cátodo, causando uma corrente, pela qual será determinada a concentração de oxigênio. Sondas polarográfica de dois eletrodos usam o ânodo como eletrodo de referência.
Galvânica:
AS sondas de OD galvânicas também contam com um eletrodo (cátodo) e um contra eletrodo (anodo), que age como uma bateria para produzir uma voltagem específica para a redução de oxigênio. Uma fina membrana de gás permeável isola o sensor dos elementos da água, mas também permite que apenas o oxigênio passe através dela. O oxigênio que passa através da membrana é reduzido pelo cátodo, causando uma corrente pela qual a concentração de oxigênio é determinada.
A Hanna instruments oferece medidores de OD em diversas modalidades, sejam eles medidores de bancada até medidores portáteis. Além de sondas, reagentes, membranas e mais!
Fonte: //www.esalq.usp.br/ Hanna Instruments
Quantidade de oxigênio atmosférico dissolvido na água ou efluente devido à diferença de pressão parcial, geralmente expressa em parte por milhão (ppm) com temperatura e pressão específicas. Também há produção de oxigênio dissolvido - OD pelos organismos fotossintéticos e pela introdução de aeração artificial. Este parâmetro determina a capacidade de um corpo d'água de manter vida aquática e a capacidade de autodepuração de ambientes naturais e de estações de tratamento de esgotos. Em estações de tratamento, o OD define a eficiência dos processos, de forma que quanto maior a atividade bacteriana para consumir matéria orgânica, menor será a quantidade de oxigênio dissolvido na água.
O oxigênio dissolvido é o principal parâmetro de caracterização dos efeitos da poluição por lançamentos orgânicos.
O oxigênio é um gás pouco solúvel em água. Sua solubilidade depende da temperatura, pressão e da concentração de cloretos. Desse modo, um litro de água com concentração de cloretos igual a zero, a 0,0 0C, exposto ao ar saturado de umidade e sob uma pressão atmosférica ao nível do mar, conterá em solução, 14,62 mg/l de oxigênio. Nas mesmas condições e a 30 0C (freqüentemente observada em lagos tropicais), a quantidade de oxigênio solubilizada será de 7,59mg/l., ou seja, praticamente a metade do valor a 0,0 oC.
A saturação de oxigênio é a quantidade máxima de oxigênio que pode ser dissolvida na água em determinada pressão e temperatura, e concentração de cloretos.
Valores de OD superiores à saturação são indicativos da presença de algas. Valores de OD = 2 mg/L só sobrevivem os peixes mais resistentes.
Os organismos vivos dependem de uma forma ou de outra de oxigênio para manter os processos metabólicos de produção e energia e de reprodução.
Em corpos d'água, as medidas de OD são vitais para a manutenção de condições oxidantes (aeróbias) para degradar a matéria orgânica.
A matéria orgânica biodegradável, constituída principalmente por proteínas, carboidratos e gorduras, lançada na água será degradada pelos organismos decompositores presentes no meio aquático da seguinte maneira:
Na presença de oxigênio dissolvido no meio, a decomposição será feita por bactérias aeróbias que consomem o oxigênio dissolvido existente na água.
Na ausência de oxigênio dissolvido e em condição anóxica, a biota se limita a comunidades de microorganismos que substituem o oxigênio por outros oxidantes, como o NO3-.
Na ausência de oxigênio dissolvido e em condições anaeróbias, as bactérias estritamente anaeróbias promoverão a decomposição da matéria orgânica com a formação de gases como o gás sulfídrico (causando maus odores) e metano, além de conferir sabor e aspectos indesejáveis à água.
A principal condição determinante para um perfeito equilíbrio entre os seres de uma comunidade aquática é a quantidade de Oxigênio Dissolvido - OD na massa líquida.
Um corpo de água poluído por lançamento de matéria orgânica biodegradável sofre um processo natural de recuperação denominado autodepuração. A matéria orgânica biodegradável é consumida pelos decompositores aeróbios, havendo um decréscimo nas concentrações de OD na água devido à respiração dos mesmos. O processo de autodepuração completa-se com a reposição, pela reaeração, desse oxigênio consumido.
Oxigênio Dissolvido (OD) é um fator limitante para manutenção da vida aquática e de processos de autodepuração em sistemas aquáticos naturais e estações de tratamento de esgotos. Durante a degradação da matéria orgânica, as bactérias fazem uso do oxigênio nos seus processos respiratórios, podendo vir a causar uma redução de sua concentração no meio.
Uma das causas mais freqüentes de mortandade é a queda na concentração de oxigênio nos corpos d’água. O valor mínimo de oxigênio dissolvido (OD) para a preservação da vida aquática, estabelecido pela Resolução CONAMA 357/05(2) é de 5,0 mg/L, mas existe uma variação na tolerância de espécie para espécie. As carpas, por exemplo, conseguem suportar concentrações de OD de 3,0 mg/L, sendo que a carpa comum chega até mesmo a sobreviver por até 6 meses em águas frias e sem nenhum Oxigênio Dissolvido, (ANOXIA). Tais valores seriam fatais para as trutas, que necessitam de uma concentração maior de Oxigênio Dissolvido para sobreviverem, em torno de 8,0 mg/L de OD. O peixe Dourado sobrevive por até 22 horas em águas anóxicas a 20°C, enquanto que as larvas destes peixes são menos tolerantes que os adultos. Isto porque os valores letais dependem do estágio de vida dos organismos, sendo geralmente mais exigentes os estágios mais jovens.
De maneira geral, valores de oxigênio dissolvido menores que 2 mg/L pertencem a uma condição perigosa, denominado HIPOXIA, ou seja, baixa concentração de Oxigênio dissolvido na água.
A concentração de oxigênio presente na água vai variar de acordo com a pressão atmosférica (altitude) e com a temperatura do meio. Águas com temperaturas mais baixas têm maior capacidade de dissolver oxigênio; já em maiores altitudes, onde é menor a pressão atmosférica, o oxigênio dissolvido apresenta menor solubilidade.