determinação da dureza total e das concentrações de cálcio e

DETERMINAÇÃO DA DUREZA TOTAL E DAS CONCENTRAÇÕES DE CÁLCIO
E MAGNÉSIO EM ÁGUAS SUBTERRÂNEAS DA ZONA URBANA DE
BENEVIDES-PA
Emerson Renato Maciel DA SILVA(1)
Paula Cristina Mendes Nogueira MARQUES(2)
Ivan Carlos da Costa BARBOSA (3)
Ewerton Carvalho DE SOUZA(3)
Antônio dos Santos SILVA(4)
(1)
Estudante do Curso de Engenharia Ambiental e Energias Renováveis; Instituto Ciberespacial; Universidade
Federal Rural da Amazônia; [email protected]; (2) Estudante do Curso de Agronomia; Instituto
Socioambiental de Recursos Hídricos; Universidade Federal Rural da Amazônia; (3) Professor; Centro de
Tecnologia Agropecuária; Instituto Socioambiental de Recursos Hídricos; Universidade Federal Rural da
Amazônia. (4) Professor; Universidade Federal do Pará.
RESUMO: Em meio ao cenário atual, enfrentamos uma problemática no que diz respeito à
escassez de água. O que remete-nos procurar uma fonte alternativa para suprir essa escassez,
onde as águas subterrâneas apresentam-se como notável fonte alternativa de utilização. Com
isso um dos aspectos físico-químicos de grande importância no que diz respeito à potabilidade é
a dureza da água, onde estudos mostram que águas duras (concentrações entre 100 e 200 mg.L-1)
favorecem e estão ligadas com doenças renais, problemas cardíacos e hipertensão arterial. Assim
a determinação da dureza total (em termos de CaCO3) e dos íons Ca2+ e Mg2+, foi efetuada com
intuito de verificar possíveis restrições de uso da água subterrânea do município de BenevidesPA. Os resultados obtidos para concentrações de Ca2+ apresentaram um intervalo de 1,60 a 10,15
mg.L-1, menores do que os resultados de Mg2+ que variaram de 7,53 a 69,26 mg.L-1. Os resultados
obtidos para dureza total permite-nos visualizar a presença de diferenças nas concentrações em cada
ponto, onde a maioria das águas foi classificada como branda (concentrações até 50 mg.L -1) e apenas
um ponto P8 foi classificado como pouco dura (concentrações entre 50 e 100 mg.L-1). De acordo
com a Portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde, que atribui o valor máximo permitido para dureza
total em água potável 500 mg.L-1, as águas subterrâneas estudadas apresentaram valores dentro do
que rege a legislação. Por sua vez às concentrações de Ca2+ e Mg2+ não apresentam restrições
imediatas, já que esses íons possuem propriedades favoráveis à saúde humana.
Palavras-chave: recursos hídricos; potabilidade da água; saúde humana.
INTRODUÇÃO
Em meio ao cenário atual, enfrentamos uma problemática no que diz respeito à escassez
de água. O que remete-nos a procurar uma fonte alternativa para suprir essa escassez, onde as
águas subterrâneas apresentam-se como notável fonte alternativa de utilização. Fator esse
explicado, quando levado em conta sua menor vulnerabilidade a poluição, baixos custos de
captação, assim como menor potencial de impacto ambiental sobre os mananciais. Além do
mais, esse interesse na utilização de águas subterrâneas é proveniente da utilização e
desenvolvimento de novas tecnologias que favoreçam a produtividade dos poços, e um
acréscimo na vida útil quanto à exploração destes recursos (ABDALLA et al., 2010 apud
BRASIL, 2007).
558
2
Segundo a Agencia Nacional de Águas (2007), cerca de 15,6% das residências brasileiras
utilizam exclusivamente água subterrânea, 77,8% corresponde a fração referente a utilização de
redes de abastecimentos e 6,6% usam outras formas de abastecimento.
Assim, um dos aspectos físico-químicos de grande importância no que diz respeito à
potabilidade é a dureza total da água, onde estudos mostram que águas duras (concentrações
entre 100 e 200 mg.L-1 de CaCO3) favorecem ou estão ligadas com doenças renais, problemas
cardíacos e hipertensão arterial (ABDALLA et al., 2010). Dessa forma, a determinação da
dureza total (em termos de CaCO3) e dos íons de cálcio (Ca2+) e magnésio (Mg2+), foi efetuada
com intuito de verificar possíveis restrições de uso da água subterrânea do município de
Benevides-PA.
METODOLOGIA
O trabalho foi realizado no município de Benevides-PA, localizado na região
metropolitana da capital paraense, Belém. Foram selecionados 12 poços, tendo como requisito
escolher casas que utilizem poços superficiais ou artesianos (Figura 01). As amostragens foram
feitas tendo como referencia o Guia Nacional de Coleta e Preservação de Amostras (ANA,
2011), em que a coleta em 11 poços (superficiais) foram feitas com auxilio de baldes
(ambientados com água do próprio local) e cordas virgens para evitar contaminação da amostra,
e em um dos poços (artesiano) foi coletada amostra diretamente na saida da bomba mais
próxima do poço. As amostras foram armazenadas, identificadas em garrafas de polietileno de
1L e acondicionadas em isopor com gelo até as analises no laboratório de Físico-Química no
Centro de Tecnologia Agropecuária (CTA) da Universidade Federal Rural da Amazônia
(UFRA).
Figura 01: Mapa de localização da área amostral de Benevides-PA. Fonte: Autores.
559
3
O método clássico utilizado para a analise, em especifico, foi o da volumetria de
complexação. A qual destina-se fundamentalmente a determinação de teores de íons metálicos.
Para a determinação da dureza total foi empregado o método complexométrico (NBR
12621/1992), onde o titulante (ácido etilenodiaminotetracético-EDTA) a 0,01 M reage com o
analito (íon metálico) formando um complexo EDTA-metal, ou seja, EDTA-Ca2+ + Mg2+. Para
sua determinação foi adicionado 1 mL de solução tampão sobre a alíquota, com o objetivo de se
alcançar e manter estável o valor de pH=10, assim como a utilização do indicador EBT
proporcionando a coloração vermelho-vinho, feito isso titula-se até o aparecimento da cor azul.
A determinação de cálcio foi feita empregando-se o EDTA em pH elevado (neste caso
pH=12), para os íons de magnésio precipitarem-se na forma de hidróxidos, ficando livres apenas
os íons de cálcio. O indicador murexida muda da coloração rosa para lilás quando todo o cálcio
for complexado pelo EDTA, indicando o final da titulação.
A determinação de magnésio foi feita pela diferença entre a dureza total e o cálcio como
carbonato de cálcio.
Todas as análises foram feitas em triplicatas e calculadas as médias e desvios padrão.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A Tabela 02 nos fornece os valores referentes às médias e desvios padrão, obtidos após
as analises de cálcio e magnésio da água subterrânea dos poços selecionados no Município de
Benevides-PA.
Tabela 02: Resultados obtidos das analises de determinação de Ca2+ e Mg2+.
Número do Poço
Ca2+
Mg2+
de Coleta
mg.L-1 CaCO3
mg.L-1 CaCO3
P1
1,60 ± 0,00
7,80 ± 0,00
P2
2,67 ± 0,93
11,96 ± 0,88
P3
3,21 ± 0,00
15,60 ± 0,00
P4
2,14 ± 0,93
11,45 ± 0,88
P5
2,40 ± 0,00
11,18 ± 1,81
P6
2,14 ± 0,46
13,54 ± 2,74
P7
4,28 ± 0,46
16,62 ± 1,63
P8
10,15 ± 0,93
69,26 ± 8,05
P9
2,14 ± 0,46
9,36 ± 2,08
P10
1,60 ± 0,00
26,61 ± 3,13
P11
1,87 ± 0,46
7,53 ± 0,46
P12
3,47 ± 0,46
21,60 ± 3,17
Os teores dos íons de cálcio (Ca2+) oscilaram entre um mínimo de 1,60 mg.L-1 (pontos P1 e
P10) a 10,15 mg.L-1 (ponto P8). Para os íons de magnésio (Mg2+) as concentrações variaram entre
7,53 mg.L-1 (ponto P11) e 69,26 mg.L-1 (ponto P8). Por sua vez as concentrações de Ca2+ e Mg2+
não apresentam restrições imediatas, já que esses íons possuem propriedades favoráveis à saúde
humana e vegetal. Segundo o nutricionista Alvarenga (2001), esses íons são considerados
minerais principais (ou macronutrientes), sendo de vital importância para a vida. Assim como
560
4
nutrientes essenciais para o desenvolvimento das plantas, no que diz respeito a funções
estruturais nas plantas (DIAS et al., 2012).
Os resultados obtidos para dureza total permite-nos visualizar a presença de diferenças
nas concentrações em cada ponto, onde a maioria das águas foi classificada como branda
(concentrações até 50 mg.L-1 de CaCO3) e apenas um ponto P8 foi classificado como pouco dura
(concentrações entre 50 e 100 mg.L-1 de CaCO3). A média da dureza total foi de 21,68 mg.L-1,
tendo um valor máximo no ponto P8 de 79,41 mg.L-1 e um mínimo nos pontos P1 e P11 de 9,40
mg.L-1 (Figura 02).
Assim, quanto à potabilidade das águas analisadas para consumo humano, não
apresentaram evidências de que a dureza total venha provocar transtornos ou restrições
sanitárias. De acordo com a Portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde (BRASIL, 2011) e a
Resolução 396/2008 do CONAMA (BRASIL, 2008), atribui-se como valor máximo permitido
para dureza total em água potável a concentração de 500 mg.L-1 de CaCO3. Desta forma as
águas estudadas apresentaram valores abaixo do limite máximo estabelecido pela legislação.
Dureza Total
110,00
Água Branda
Água Pouco Dura
100,00
Concentração de CaCO3
90,00
79,41
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
9,40
9,40
0,00
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P8
P9
P10
P11
P12
Pontos Amostrais
Figura 02: Valores da Dureza Total e as linhas de classificação da dureza das águas
subterrâneas coletadas no Município de Benevides-PA. Fonte: Autores.
Entende-se por dureza da água a concentração total dos íons Ca2+ e Mg2+. São esses íons
os principais contribuintes para a dureza da água se comparado aos outros, como por exemplo,
ferro, manganês, zinco etc. Isso porque diferente do cálcio e magnésio, os demais, encontram-se
normalmente complexados a constituintes orgânicos, logo sua precipitação na dureza da água é
mínima (OLIVEIRA, 2007; ABDALLA et al., 2010).
Em meio às águas subterrâneas a calcita (carbonato de cálcio) e dolomita (carbonato de
cálcio e magnésio) enquadram-se como as principais fontes de Ca2+. Porém, para o Mg2+, além
da dolomita a biotita, anfibolitos e piroxênios, destacam-se como principais fontes desse íon,
561
5
sendo essas formas mais estáveis ao intemperismo químico quando comparado às fontes de
2+
Ca (ABDALLA et al., 2010).
Dessa forma, por meio da correlação de Pearson, foi possível estima o quanto à dureza
total correlaciona-se com os íons de cálcio e magnésio. Uma vez que Larson (2010) descreve
que a correlação define-se como uma relação entre duas ou mais variáveis, tendo uma amplitude
de -1 a +1. Quanto mais próximo de +1 temos uma correlação positiva e diretamente
proporcional, se mais próximo de -1, verifica-se uma correlação inversamente proporcional e
quando igual a zero, não possui correlação. Assim, de posse dos resultados encontrados nas
analises, foi criado um gráfico de dispersão, que permitiu visualizar uma correlação linear
positiva entre as concentrações de Ca2+ e Mg2+ com a dureza total (Figura 03).
80,00
Ca2+
Mg2+
70,00
y = 0,8848x - 0,6414
R² = 0,9977
Ca e Mg (mg/L)
60,00
50,00
40,00
30,00
y = 0,1152x + 0,6414
R² = 0,8788
20,00
10,00
0,00
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
Dureza (mg/L)
Figura 03: Correlação entre a dureza total e as concentrações de cálcio e magnésio das águas
subterrâneas coletadas no Município de Benevides-PA. Fonte: Autores.
O calculo do coeficiente de correlação (r) é a forma que a literatura apresenta para medir
a força e/ou tipo da correlação entre duas variáveis. Para os dados, observamos que ambas as
concentrações dos íons aumentam conforme ocorre o aumento da dureza total, levando a uma
correlação positiva forte com a dureza. Onde o coeficiente de correlação (r) entre o íon Mg2+ e a
dureza foi maior (r ≈ 0,9988) que o íon Ca2+ (r ≈ 0,9374). A fim de representar de forma
percentual o quanto da variação da dureza é explicada por cada um dos íons, foi calculado o
coeficiente de determinação, ou seja, o r2. Dessa forma, o r2 para a dureza e o íon de Mg2+ foi de
0,9977, ou seja, 99,77% da variação da dureza total podem ser explicadas pelas concentrações
de magnésio e 87,88% da sua variação foi explicado pelo cálcio (r2 ≈ 0,8788). Reforçando a
resposta desses resultados a solubilização das rochas nas formações geológicas locais no
processor de percolação da água até o lençol freático.
Apesar de a maioria dos poços analisados terem sidos enquadrados como águas brandas,
Abdalla (et al., 2010 apud Silva & Carvalho, 2007) apontam que essas ocasionalmente poderiam
562
6
gerar alguma restrição no que diz respeito à qualidade para uso industrial, tal como, em
especifico caldeiras, por meio da possibilidade de precipitação e desenvolvimento de
incrustações em tubulações.
CONCLUSÕES
As águas subterrâneas do município de Benevides-PA foram classificadas em geral na
maioria brandas a pouco dura.
A partir dos parâmetros estudados, as águas locais não apresentaram restrições para
consumo humano. Por outro lado, para usos industriais, como caldeiras, seria necessária a
utilização de tratamento especifico com intuito de tornar a qualidade da água propicia para esse
destino de utilização.
Assim, os resultados apontam a necessidade de um estudo mais aprofundado combinado
de um plano de amostragem com coletas regulares.
REFERÊNCIAS
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Brasil, e, Panorama da qualidade das águas subterrâneas no Brasil. ANA, 2007.
AGENCIA NACIONAL DAS ÁGUAS. Guia nacional de coleta e preservação de amostras:
água, sedimento, comunidades aquáticas e efluentes líquidos / Companhia Ambiental do
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Brasília: ANA, 2011.
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7
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SILVA, D.O.; Carvalho, A. O R. P. Soluções em Engenharia de Tratamento de Água. Brasil,
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564