Este estudo descreve sobre o desenvolvimento e aplicação de um software para determinação do índice de qualidade da água (IQA), denominado IQAData. Este software foi desenvolvido com base nos modelos de qualidade propostos pela National Sanitation Foundation (NSF) dos Esados Unidos, e permite utilizar até treze variáveis para a determinação do índice de qualidade da água: temperatura, oxigênio dissolvido (saturação de oxigênio), coliformes termotolerantes, demanda bioquímica de oxigênio, fósforo total, nitrogênio total Kjeldahl, nitrato, nitrito, nitrogênio amoniacal, nitrogênio total, pH, sólidos totais dissolvidos e turbidez. Cada variável apresenta uma curva dequalidade que correlaciona valores de concentraçãoversus notas de qualidade (de zero a 100) o que permite uma discussão individual sobre a contribuição de cada variável para a qualidade do recurso hídrico. Este software foi registrado no INPI 10670-2, porém é um software livre e disponível desde outubro de 2010 no site http://www.unisc.br/ppgspi

Costa, Adilson Ben da

Lobo, Eduardo A.

Menezes, Caren Machado

Posselt, Ederson Luis

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Caderno de Pesquisa, Série Biologia, Volume 24, número 1                                          69                                            DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DE ÍNDICES DE QUALIDADE DA ÁGUA  Adilson Ben da Costa1 Ederson Luis Posselt2 Caren Machado Menezes2 Eduardo A. Lobo1    RESUMO  Este estudo descreve sobre o desenvolvimento e aplicação de um software para determinação do índice de qualidade da água (IQA), denominado IQAData. Este software foi desenvolvido com base nos modelos de qualidade propostos pela National Sanitation Foundation (NSF) dos Esados Unidos, e permite utilizar até treze variáveis para a determinação do índice de qualidade da água: temperatura, oxigênio dissolvido (saturação de oxigênio), coliformes termotolerantes, demanda bioquímica de oxigênio, fósforo total, nitrogênio total Kjeldahl, nitrato, nitrito, nitrogênio amoniacal, nitrogênio total, pH, sólidos totais dissolvidos e turbidez. Cada variável apresenta uma curva dequalidade que correlaciona valores de concentraçãoversus notas de qualidade (de zero a 100) o que permite uma discussão individual sobre a contribuição de cada variável para a qualidade do recurso hídrico. Este software foi registrado no INPI 10670-2, porém é um software livre e disponível desde outubro de 2010 no site http://www.unisc.br/ppgspi.   Palavras-chave: software, qualidade de água, recursos hídricos.   INTRODUÇÃO O uso de indicadores de qualidade ambiental é uma importante estratégia em programas de monitoramento e gestão ambiental por permitir que um número elevado de informações técnicas seja convertido em um conceito de qualidade de fácil compreensão. Tipicamente, um número, um símbolo, uma cor ou uma descrição verbal são utilizados para descrever um nível de qualidade. Com este propósito, os índices de qualidade da água tem sido frequentemente utilizados em Relatórios de Impacto Ambiental (RIMAs), traduzindo, em linguagem acessível, as informações técnicas de Estudo de Impacto Ambiental (EIAs), de modo que  __________________________ 1 Laboratório de Limnologia, Departamento de Biologia e Farmácia, Universidade de Santa Cruz do Sul (UNISC), RS. E-mail: adilson@unisc.br 2 Acadêmico do Mestrado em Sistemas e Processos Industriais da Universidade de Santa Cruz do Sul (UNISC), RS. Caderno de Pesquisa, Série Biologia, Volume 24, número 1                                          70                                             as consequências ambientais de implantação de um empreendimento possam ser compreendidas pela população localizada na sua área de influência (ECOPLAN, 2005; SIMOES et al., 2007; IGAM, 2007; CETESB, 2010; FEPAM, 2010). De fato, entre as principais vantagens da adoção de um índice de qualidade destaca-se a facilidade de comunicação com o público leigo e o seu maior status quando comparado as variáveis isoladas, por representar uma média de diversas variáveis em um único número ou conceito. (CETESB, 2010; SPERLING, 2007). Contudo,  é  importante salientar que um índice de qualidade não deve ser adotado como única forma de avaliação ambiental, e sim utilizado para complementar as informações produzidas na avaliação individual de cada parâmetro, incluindo a observância dos padrões de qualidade determinados nas legislações específicas (CETESB, 2010; PARADA & ORTEGA, 2005).  ÍNDICE DE QUALIDADE DA ÁGUA  O índice de qualidade da água (IQA) mais conhecido pela comunidade científica foi o desenvolvido pela National Sanitation Foundation (NSF) dos Estados Unidos, com base numa pesquisa de opinião desenvolvida por Brown et al. (1970), junto a 142 especialistas. No desenvolvimento deste estudo, cada especialista indicou as variáveis que julgava relevantes para a determinação da qualidade da água, e determinou para cada variável um peso relativo, entre 0 e 1, proporcional a sua importância. Ao todo, foram propostas inicialmente 35 variáveis, contudo, somente o oxigênio dissolvido, coliformes fecais (termotolerantes), pH, demanda bioquímica de oxigênio, nitrato, fosfato total, temperatura da água, turbidez e sólidos totais dissolvidos (Tabela 1) foram consideradas mais representativas. Para cada parâmetro foi traçada uma curva de qualidade, a qual correlaciona sua concentração a uma nota q, pontuada de zero (a pior nota) a 100 (a melhor nota), como pode ser observado na Figura 1 (NSF, 2007).  Tabela 1. Variáveis e respectivos pesos adotados no modelo de IQA da NSF (NSF, 2007). Variáveis Unidade de medida Pesos (wi) Coliformes termotolerantes NMP 100 mL-1 0,16 Demanda bioquímica de oxigênio mgL-1, O2 0,11 Fosfato total mgL-1, PO4 0,10 Nitratos mgL-1, NO3 0,10 Oxigênio dissolvido % Saturação 0,17 Caderno de Pesquisa, Série Biologia, Volume 24, número 1                                          71                                            pH - 0,11 Sólidos totais dissolvidos mgL-1 0,07 Temperatura °C 0,10 Turbidez uT ou NTU 0,08  Desta forma, o valor de IQA é determinado como o produtório ponderado da qualidade da água das nove variáveis selecionadas, elevadas ao seu respectivo peso (eq. 1). Por fim, a interpretação do valor de IQA se dá por faixas de qualidade, conforme a Tabela 2 (NSF, 2007).   wiiniqIQA1      (eq. 1)  Onde: IQA - índice de qualidade da água (0 a 100); qi - qualidade da variável i obtido através da curva média específica de qualidade (0 a 100); n - números de variáveis utilizadas; wi - peso atribuído a cada variável, em função de sua importância na qualidade da água (0 a 1).  Tabela 2. Níveis de qualidade da água para o IQA.   Níveis do IQA Classificação 0 – 25 Muito Ruim 26 – 50 Ruim 51 – 70 Regular 71 – 90 Bom 91 – 100 Excelente Caderno de Pesquisa, Série Biologia, Volume 24, número 1                                          72                                             Demanda bioquímica de oxigênio Oxigênio dissolvido   Coliformes termotolerantes Nitratos   pH Temperatura   Sólidos totais dissolvidos Fosfato total   Turbidez Observações   Se a DBO for maior que 30 mgL-1, o valor de q será 2.  Se o % de sat. de O2 for maior que 140, o valor de q será 50.  Se a concentração de coliformes termotolerantes for superior a 100000 NMP 100mL-1, o valor de q será 2.  Se a concentração de nitrato for maior que 100 mgL-1, o valor de q será 1.  Se o valor de pH por inferior a 2 ou superior a 12 o valor de q será 0.  O valor de temperatura corresponde a diferença entre a temp. de um sítio de referência e a do ponto de coleta (T=Tr-Ti).  Se a concentração de sólidos totais dissolvidos for superior a 500 mgL-1, o valor de q será 20.  Se a concentração de fosfato for superior a 10 mgL-1 o valor de q será 2.  Se a turbidez da amostra for superior a 100 uT (ou NTU), o valor de q será 5.  Figura 1. Curvas médias de qualidade da água.  Caderno de Pesquisa, Série Biologia, Volume 24, número 1                                          73                                            PROCEDIMENTO PARA DETERMINAÇÃO DO IQA PELO MÉTODO DA NSF  Para a aplicação do método da NSF na determinação do IQA de uma amostra, adota-se o seguinte procedimento: a) Determinar os resultados analíticos para cada variável utilizada no modelo; b) Utiliza a curva de qualidade (Figura 1) para obter os respectivos valores de q; c) Calcular o valor de qwi (q elevado ao respectivo peso wi), Tabela 1; d) Calcular o produtório dos valores de qwi de todas as variáveis; e) Classificar a amostra segundo as faixas de qualidade de água (Tabela 2). Na Tabela 3 é exemplificado o procedimento de determinação do valor de IQA de uma amostra qualquer, classificada como de qualidade REGULAR (conforme classificação apresentada na Tabela2).  Tabela 3. Exemplo de calculo do IQA. Variáveis Resultado Unidade de medida q Pesos (wi) Total (qwi) Coliformes termotolerantes 100 NMP 100 mL-1 44 0,16 1,832 Demanda bioquímica de oxigênio 5,0 mgL-1 55 0,11 1,554 Fosfato total 1,0 mgL-1, PO4 40 0,10 1,446 Nitratos 10,0 mgL-1, NO3 50 0,10 1,479 Oxigênio dissolvido 84,4 % Saturação 90 0,17 2,149 pH 7,0 - 89 0,11 1,638 Sólidos totais dissolvidos 225 mgL-1 70 0,07 1,346 Temperaturaa 2,0 °C 85 0,10 1,559 Turbidez 10 uT 78 0,08 1,417 wiiniqIQA1   63,72 a O valor de temperatura corresponde a diferença entre a temperatura de um sítio de referência e a do ponto de coleta. OUTROS MODELOS DE IQA Na prática, um índice de qualidade das águas pode ser projetado para as situações específicas de cada bacia hidrográfica ou corpo hídrico, ou mesmo, adaptado a outras aplicações, como na determinação de qualidade da água de abastecimento (LOPES & LIBANIO, 2005) e piscicultura (SIMÕES et al., 2007; SIMÕES et al., 2008), por exemplo. Desta forma, a partir dos estudos da NSF diferentes índices de qualidade da Caderno de Pesquisa, Série Biologia, Volume 24, número 1                                          74                                            água foram propostos na literatura. Uma descrição detalhada de diferentes modelos de índices de qualidade da água esta disponível em PARADA & ORTEGA (2005). No Brasil, destacamos os índices utilizados pela Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB) e Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luiz Roessler (FEPAM). O índice utilizado pela CETESB foi adaptado do IQA da NFS pela alteração nos pesos (wi) das variáveis coliformes termotolerantes, demanda bioquímica de oxigênio e pH, e pela substituição da variável nitrato por nitrogênio total (somatório da concentração de nitrito, nitrato e nitrogênio total Kjeldahl) e de sólidos totais dissolvidos por sólidos totais (Tabela 4). A CETESB utiliza desde 1975 o IQA como informação básica de qualidade de água para o público em geral, bem como para o gerenciamento ambiental recursos hídricos do estado de São Paulo (CETESB, 2010).  O IQA adotado pela FEPAM foi adaptado por técnicos da FEPAM, CORSAN (Companhia Riograndense de Saneamento) e DMAE (Departamento Municipal de Água e Esgotos de Porto Alegre) quando da criação da Rede Integrada do Rio dos Sinos, em 1990. Neste, houve a exclusão da variável temperatura, a substituição da variável nitrato por nitrogênio amoniacal e a alteração nos pesos (wi) de todas as variáveis, como pode ser observado na Tabela 4 (FEPAM, 2010a).  Tabela 4. Variáveis e respectivos pesos adotados nos modelos de IQA da NSF, CETESB e FEPAM. Variáveis Unidade de medida NSF CETESB FEPAM  Pesos (wi) Pesos (wi) Pesos (wi) Coliformes termotolerantes NMP 100 mL-1 0,16 0,15 0,17 DBO mgL-1, O2 0,11 0,10 0,11 Fosfato total mgL-1, PO4 0,10 0,10 0,11 Nitratos mgL-1, NO3 0,10 Não aplica Não aplica Nitrogênio amoniacal mgL-1, NH3-N Não aplica Não aplica 0,11 Nitrogênio totala mgL-1, N Não aplica 0,10 Não aplica Oxigênio dissolvido % Saturação 0,17 0,17 0,19 pH - 0,11 0,12 0,13 Sólidos totais dissolvidos mgL-1 0,07 Não aplica 0,09 Sólidos totais mgL-1 Não aplica 0,08 Não aplica Temperaturab °C 0,10 0,10 Não aplica Turbidez uT 0,08 0,08 0,09 a Soma das concentrações de nitrato, nitrito e nitrogênio total Kjeldahl;  b O valor de temperatura corresponde a diferença entre a temperatura de um sítio de referência e a do ponto de coleta.  Caderno de Pesquisa, Série Biologia, Volume 24, número 1                                          75                                             IQADATA, SOFTWARE PARA INTERPRETAÇÃO DE ANALISES AMBIENTAIS DE QUALIDADE DA ÁGUA  Quando um índice de qualidade da água é adaptado às condições específicas de um determinado estudo, os autores, tipicamente, excluem e/ou substituem variáveis, bem como alteram seus pesos no modelo. Contudo, na maioria dos casos, as curvas qualidade são mantidos de acordo com o modelo original (tipicamente o da NSF). Assim, frequentemente tem-se observado erros devido a incompatibilidade entre as unidades de medida dos resultados analíticos e das utilizadas nas curvas de correlação.  O IQAData foi criado junto a Programa de Pós-graduação em Sistemas e Processos Industriais da UNISC, para o desenvolvimento e a aplicação de índices de qualidade da água (IQA), tendo como referência o modelo adotado pela National Sanitation Foundantion (NSF, 2007). Este modelo utiliza nove variáveis para determinação do índice de qualidade (nível de qualidade) pontuado entre zero (a pior nota) e 100 (a melhor nota), distribuídos em diferentes níveis de qualidade. A configuração deste software permite aplicar o modelo original da NSF, ou desenvolver novos modelos de qualidade mais adequados a realidade de cada projeto de ensino ou pesquisa. Ao todo 13 variáveis podem ser selecionadas: temperatura, oxigênio dissolvido (saturação de oxigênio), coliformes termotolerantes, demanda bioquímica de oxigênio, fósforo total, nitrogênio total Kjeldahl, nitrato, nitrito, nitrogênio amoniacal, nitrogênio total (somatório de nitrogênio total Kjeldahl, nitrato e nitrito), pH, sólidos totais dissolvidos e turbidez. Cada variável apresenta uma curva de qualidade que correlaciona valores de concentração versus notas de qualidade (de zero a 100) o que permite uma discussão individual sobre a contribuição de cada variável para a qualidade do recurso hídrico. Este software foi registrado no INPI 10670-2, porém é um software livre e disponível desde outubro de 2010 no site http://www.unisc.br/ppgspi. Até junho de 2011 foram contabilizados mais de 100 downloads deste programa por instituições de ensino superior, indústrias, empresas de consultoria e órgãos governamentais, de dez diferentes estados brasileiros. Em estudos de monitoramento de águas superficiais nos vales do Rio Pardo e Rio Taquari, RS, este software tem se mostrado uma importante ferramenta de educação em química analítica ambiental, auxiliando estudantes e a comunidade geral na compreensão das diferentes variáveis de qualidade de ecossistemas aquáticos.  Caderno de Pesquisa, Série Biologia, Volume 24, número 1                                          76                                             AGRADECIMENTOS  Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo apoio financeiro do projeto intitulado “Tecnologias para proteção e recuperação de nascentes, matas ciliares e áreas de preservação permanente (Sistema Aqüífero Guarani - SAG) na Bacia Hidrográfica do Rio Pardo, RS, Brasil”, Edital MCT/CNPq/CT–Agronegócio/CTHidro - nº 27/2008. Ao FAP (Fundo de Apoio à Pesquisa) da Universidade de Santa Cruz do Sul (UNISC), pela bolsa de pesquisa concedida ao primeiro e quarto autor deste artigo, no decorrer do ano 2011.  REFERÊNCIAS  BROWN, R. M. et al. A water quality index –do we dare? Water & Sewage Works, Chicago, v. 117, n 10, p. 339-343,1970.  CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental. Relatórios de Qualidade das Águas Interiores do Estado de São Paulo, São Paulo: Disponível em http://www.cetesb.sp.gov.br/Agua/rios/publicacoes.asp. Acesso em: 12/04/2010.  ECOPLAN Engenharia. Consolidação do Conhecimento Sobre os Recursos Hídricos da Bacia do Rio Pardinho e Elaboração do Programa de Ações da Sub-Bacia do Rio Pardinho. Porto Alegre, 2005. Disponível em: http://www.comitepardo.com.br/plano_pardo/relatorio_diagnostico/relatorio_sintese.pdf. Acesso em: 12/04/2010.  FEPAM - Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luiz Roessler –RS, QUALIDADE DAS ÁGUAS DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO GRAVATAÍ. Disponível em: http://www.fepam.rs.gov.br/qualidade/qualidade_gravatai/gravatai.asp. Acesso em: 12/04/2010.  FEPAM - Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luiz Roessler –RS, QUALIDADE DAS ÁGUAS DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO GRAVATAÍ. Disponível em: http://www.fepam.rs.gov.br/qualidade/iqagua.asp. Acesso em: 16/04/2010a. Caderno de Pesquisa, Série Biologia, Volume 24, número 1                                          77                                             IGAM - Instituto Mineiro de Gestão de Águas. Sistema de Cálculo de Qualidade da Água (SCQA) - Estabelecimento das equações do índice de qualidade das águas (IQA). IGAM, Belo Horizonte, 16pp., 2005.  LOPES, V. C.;  LIBANIO, M. Proposição de um índice de qualidade de estações de tratamento de água (IQETA). Eng. Sanit. Ambient. [online], vol.10, n.4, pp. 318-328, 2005.  NSF - National Sanitation Foundation. NSF Consumer Information: Water Quality Index (WQI). Disponível em: http://www.nsf.org/consumer/earth_day/wqi.asp. Acesso em: 11/06/2007. PARADA, N. J.F.; ORTEGA, F.S. Índices de calidad y de contaminación del água. Universidad de Pamplona: Colômbia, 2005.  SÁNCHEZ, E.; COLMENAREJO, M. F.; VICENTE, J., RUBIO, A.; GARCÍA, M. G.; TRAVIESO, L., BORJA, R. Use of the water quality index and dissolved oxygen deficit as simple indicators of watersheds pollution. Ecological Indicators, v. 7, 315-328p., 2007.  SIMOES, F. S.; YABE, M J. S.; MOREIRA, A. B.; BISINOTI, M.C. Avaliação do efeito da piscicultura em sistemas aquáticos em Assis e Cândido Mota, São Paulo, por indicador de qualidade da água e análise estatítica multivariada. Quím. Nova [online], vol.30, n.8, 1835-1841p., 2007.  SIMÕES, F. S.; MOREIRA A. B.; BISINOTI, M. C., GIMENEZ, S. M. N., YABE, M. J. S. Water quality index as a simple indicator of aquaculture effects on aquatic bodies Ecological Indicators, v. 8, 476-484p., 2008.         

DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DE ÍNDICES DE QUALIDADE DA ÁGUA

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