DETERMINAÇÃO DA DUREZA TOTAL E DAS CONCENTRAÇÕES DE CÁLCIO E MAGNÉSIO EM ÁGUAS SUBTERRÂNEAS DA ZONA URBANA DE BENEVIDES-PA

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1 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; renatoambiental@hotmail.com; (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 CaCO 3 ) e dos íons Ca 2+ e Mg 2+, foi efetuada com intuito de verificar possíveis restrições de uso da água subterrânea do município de Benevides- PA. Os resultados obtidos para concentrações de Ca 2+ apresentaram um intervalo de 1,60 a 10,15 mg.l -1, menores do que os resultados de Mg 2+ 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 Ca 2+ e Mg 2+ 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 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 CaCO 3 ) 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 CaCO 3 ) e dos íons de cálcio (Ca 2+ ) e magnésio (Mg 2+ ), 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 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-Ca 2+ + Mg 2+. 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 Ca 2+ e Mg 2+. Número do Poço de Coleta Ca 2+ mg.l -1 CaCO 3 Mg 2+ mg.l -1 CaCO 3 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 (Ca 2+ ) 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 (Mg 2+ ) 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 Ca 2+ e Mg 2+ 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 CaCO 3 ) e apenas um ponto P8 foi classificado como pouco dura (concentrações entre 50 e 100 mg.l -1 de CaCO 3 ). 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 CaCO 3. Desta forma as águas estudadas apresentaram valores abaixo do limite máximo estabelecido pela legislação ,00 Dureza Total Água Branda Água Pouco Dura Concentração de CaCO 3 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 79,41 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 Ca 2+ e Mg 2+. 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 Ca 2+. Porém, para o Mg 2+, 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 Ca 2+ (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 Ca 2+ e Mg 2+ com a dureza total (Figura 03). 5 80,00 Ca2+ Mg2+ 70,00 60,00 y = 0,8848x - 0,6414 R² = 0,9977 Ca e Mg (mg/l) 50,00 40,00 30,00 20,00 y = 0,1152x + 0,6414 R² = 0, ,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 Mg 2+ e a dureza foi maior (r 0,9988) que o íon Ca 2+ (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 r 2. Dessa forma, o r 2 para a dureza e o íon de Mg 2+ 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 (r 2 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. 6 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 ABDALLA, K.V.P; CAVALCANTE, P.R.S; NETO, J.P.C; BARBIERI, R; NETO, M.C.M. Avaliação da Dureza e das Concentrações de Cálcio e Magnésio em Águas Subterrâneas da Zona Urbana e Rural do Município de Rosário-MA. BRASIL, AGENCIA NACIONAL DAS ÁGUAS. Panorama do enquadramento dos corpos d água do Brasil, e, Panorama da qualidade das águas subterrâneas no Brasil. ANA, AGENCIA NACIONAL DAS ÁGUAS. Guia nacional de coleta e preservação de amostras: água, sedimento, comunidades aquáticas e efluentes líquidos / Companhia Ambiental do Estado de São Paulo; Organizadores: Carlos Jesus Brandão... [et al.]. -- São Paulo: CETESB; Brasília: ANA, ALVARENGA, G. Nutrição: A importância dos nutrientes para uma vida saldável. Rio de Janeiro, Disponível em: < _web.pdf>. Acesso em: 18 de junho de BRASIL. Águas subterrâneas: um recurso a ser conhecido e protegido. Brasília/DF, Ministério do Meio Ambiente/Secretaria de Recursos Hídricos e Ambiente Urbano/Departamento de Recursos Hídricos, BRASIL. RESOLUÇÃO 396/2008 do Conselho Nacional do Meio Ambiente. Dispõe sobre a classificação e diretrizes ambientais para o enquadramento das águas subterrâneas e dá outras providências. Brasil, BRASIL. PORTARIA 2914/2011 Ministério da Saúde. Padrões de Potabilidade de água de 12 de dezembro de DIAS, J.S; NEVES, I; SILVEIRA, V.H. Nutrientes: Do que as plantas precisam?. Unifertil, Disponível em: < Acesso em: 19 de junhos de

7 7 LARSON, R. Estatística Aplicada. 4. ed. São Paulo: Pearson Prentice, p. Bibliografia: p ISBN NBR12621/1992. Versão corrigida em Determinação da dureza em água (Método complexométrico). OLIVEIRA, A.M.P. Alcalinidade e Dureza das Águas. Brasil, Disponível em: < acesso em: 18 de junhos de SILVA, D.O.; Carvalho, A. O R. P. Soluções em Engenharia de Tratamento de Água. Brasil,