Relatório2 Alcalinidade, Acidez e Dureza

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
NÚCLEO DE ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA
GNE 244 – Qualidade Ambiental
Relatório 02
 Variáveis de qualidade
 
Caroline Rodrigues Prock
Ivison Ferreira Sobrinho
João Pedro de Coimbra Ribeiro
Luana Monteiro da Silva
Maio/2017
Lavras/MG
1 – INTRODUÇÃO 
Para caracterizar uma água são determinados diversos parâmetros, os quais representam as suas características físicas (sólidos, cor, condutividade elétrica e turbidez), químicas (pH, acidez, alcalinidade e dureza) e biológicas. Neste relatório será abordado as variáveis químicas.
O potencial hidrogeniônico (pH) representa a concentração de íons de hidrogênio H+, indicando se a água possui caráter ácido, neutro ou alcalino. A faixa de pH varia de 0 a 14, e seus constituintes responsáveis são sólidos e gases dissolvidos. O valor do pH igual a 7 é definido como neutro, ou seja, a concentração de íons hidrogênio e íons hidroxila estão iguais. Sua origem pode ser natural, como pela dissolução de rochas e oxidação da matéria orgânica, ou antropogênica, como despejos domésticos e industriais. É frequentemente utilizado para caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas ou de águas residuais brutas, e para o controle de operação de estações de tratamento de água ou esgoto (RICHTER, 2009).
A alcalinidade é outro aspecto a ser analisado. A diversas impurezas encontradas na águas, existem aquelas que são capazes de reagir com ácidos, podendo neutralizar certa quantidade desses reagentes. Essas impurezas conferem às águas a característica de alcalinidade. Por definição, alcalinidade de uma água é a sua capacidade quantitativa de neutralizar um ácido forte, até um determinado pH. A alcalinidade é devida principalmente à presença de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos, os compostos mais comuns são os hidróxidos de cálcio ou de magnésio; carbonatos de cálcio ou de magnésio; bicarbonatos de cálcio ou de magnésio; bicarbonatos de sódio ou de potássio (OLIVEIRA, 2007). A alcalinidade tem origem nas rochas, atmosfera, matéria orgânica, fotossíntese, dentre outros, os quais conferem gosto amargo à água. A maioria das águas naturais apresenta valores de alcalinidade na faixa de 30 a 500 mg/L de CaCO3, sendo esta a unidade usada para a expressão deste parâmetro (UNICAMP, 2008).
A acidez é o reverso da alcalinidade. Consiste em determinar a quantidade de íons necessários para neutralizar íons OH-. (SPERLING, 2014).
Já a dureza é um parâmetro que expressa a concentração de cátions multivalentes em solução na água, devendo ser expressa em equivalentes de CaCO3. É formada principalmente pelo Ca2+ e Mg2+, e em menor proporção por Al3+, Fe2+, Mn2+ e Sr2+. Causa sabor desagradável e efeitos laxativos; reduz a formação da espuma do sabão, aumentando o seu consumo; provoca incrustações nas tubulações e caldeiras. (SPERLING,2005).
Esse relatório teve como objetivo determinar as variáveis químicas pH, acidez, alcalinidade e dureza, para avaliar a eficiência da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE), bem como a adequação à CONAMA nº 430, quanto à qualidade do lançamento. Para a determinação destas foram coletadas amostras da entrada da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE), saída da mesma e água do Ribeirão Vermelho. Sendo que a Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) e o Ribeiro Vermelho pertencem à Universidade Federal de Lavras - MG.
2 – MATERIAL E MÉTODOS
2.1 – Descrição do objeto de estudo:
2.2 – Materiais:
2.2.1 – Potencial Hidrogeniônico (pH):
Peagâmetro;
Água destilada;
Papel absorvente macio.
2.2.2 – Alcalinidade:
Proveta;
Bureta;
Erlenmeyer.
Indicador fenolftaleína;
Indicador alaranjado de metila;
Ácido Sulfúrico 0,01 M.
2.2.3 – Acidez:
Proveta;
Bureta;
Erlenmeyer.:
Indicador fenolftaleína;
Hidróxido de Sódio 0,01 M.
2.2.4 – Dureza:
Proveta;
Bureta;
Erlenmeyer;
Pipeta;
Pisseta.
Indicador Negro de Eriocromo;
Solução Tampão (pH = 10 ± 0,1) ou Hidróxido de amônio R;
Solução do sal dissódico do EDTA 0,01M.
2.3 – Métodos:
2.3.1 – Potencial Hidrogeniônico (pH):
Utilizou-se um peagâmetro previamente calibrado dentro dos padrões do fabricante. Posteriormente, foram feitas as leituras das amostras do ribeirão vermelho, da entrada e da saída da ETE e anotaram-se então os valores das leituras. 
2.3.2 – Alcalinidade:
2.3.2.1 – Método de Ripley
Ripley et al. (1986) propõem a determinação separada da alcalinidade bicarbonato (alcalinidade parcial - AP) e alcalinidade ácidos voláteis (alcalinidade intermediária - AI). Essa determinação é importante no que se refere ao significado da relação AI/AP.
 			 (1)
 		 (2)
 			 	 (3)
 	 (4)
 	 (5)
2.3.2.2 – Método de Potabilidade
Com o uso de uma proveta, transferiu-se 100 mL da amostra a um erlenmeyer de 250 mL e 3 gotas de fenolftaleína. Depois foi feita uma prova em branco em outro erlenmeyer contendo água destilada e adicionando-se também 3 gotas de fenolftaleína. Disso, observou-se uma característica incolor, adicionou-se alaranjado de metila, para a titulação com ácido sulfúrico (0,01M). Em seguida, titulou-se até o descoramento do indicador, anotando-se o volume gasto em cada uma das amostras. Feito isso, tomou os valores encontrados e, então, aplicou-se na equação abaixo de forma a obter os valores de alcalinidade para cada uma das amostras. 
 (6)
Onde:
M – Molaridade do ácido
V – Volume de ácido gasto na titulação (mL)
Va – Volume de amostra (mL) 
2.3.3.1 – Reações envolvidas:
 Reação do bicarbonato de sódio com H2SO4:
 2Na+ (aq) + 2HCO31-(aq) + 2H+ + SO42-→Na2SO4(aq) + 2CO2(g) + 2H2O(l)
Reação do carbonato de sódio com H2SO4:
2Na+ (aq) + CO32-(aq) + 2H+ + SO42-→Na2SO4(aq) + CO2(g) + H2O(l)
2.3.3 – Acidez:
Transferiu-se ao erlenmeyer (de 250 mL) 100 mL da amostra de água, medidos em uma proveta. Em seguida, juntou-se 3 a 4 gotas de fenolftaleína. Titulou-se com hidróxido de sódio 0,01 M até viragem ao róseo anotando os valores encontrados para posteriormente serem utilizados na equação abaixo para determinação da acidez. 
 (7)
Onde:
M – Molaridade do hidróxido de sódio
V – Volume de NaOH gasto na titulação (mL)
Va – Volume de amostra (mL) 
2.3.3.2 – Reações envolvidas:
Dissociação do gás Carbônico em água:
CO2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq) ↔ H+(aq) + HCO31-(aq) 
Reação do ácido carbônico com NaOH :
H+(aq) + HCO31-(aq) + Na+ + OH- → Na+ (aq) + HCO31-(aq) + H2O(l) 
Reação do bicarbonato de sódio com NaOH:
Na+ (aq) + HCO31-(aq) + Na+ + OH-→ Na+ (aq) + CO32-(aq) + H2O(l)
2.3.4 – Dureza:
Transferiu-se 100 mL da amostra de água a um erlenmeyer de 250 mL e foi adicionado 1mL de solução tampão e indicador negro de eriocromo. Em seguida, titulou-se lentamente com a solução do sal dissódico de EDTA, até que a cor vermelha desaparecesse e surja a cor verde. 
O cálculo para a determinação da dureza é dado abaixo: 
 (8)
Onde:
M – Molaridade do EDTA 
V – Volume de EDTA gasto na titulação (mL) 
Va – Volume de amostra (mL)
3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO
Tabela 1 – Dados Coletados no laboratório para caracterização das amostras da ETE – Estação de Tratamento de Esgoto (Efluentes e Afluentes) da pelo Método de Ripley.
	Amostras
	Alcalinidade
	Acidez
	
	V1 (mL)
	V2 (mL)
	V3 (mL)
	V4 (mL)
	Afluente ETE
	2,4
	1,2
	1,4
	2
	Afluente ETE
	2,6
	1,1
	1,1
	1,9
	Efluente ETE
	1,1
	0,5
	0,9
	0,5
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Tabela 2 – Dados Coletados no laboratório para caracterização das amostras do Ribeirão Vermelho e da Água da Torneira pelo Método de Potabilidade.
	Amostras
	Alcalinidade
	Acidez
	Dureza
	
	V1 (mL)
	V2 (mL)
	V1 (mL)
	V1 (mL)
	Ribeirão Vermelho0
	5,5/5,5
	0,8/0,7
	4,1/3,9
	Água da Torneira
	0
	3,8
	1,05
	3,25
	Água da Torneira
	0
	3,5/3,4
	1,3/0,8
	3,3/3,1
3.1 – PH
Para a grande maioria das bactérias, o pH ótimo de crescimento se localiza entre 6,5 e 7,5. As variações máximas e mínimas, para maior parte delas, estão entre pH 4 e 9. Porém, se cultivadas em meio ajustados a um pH determinado, é provável que esse pH altere, como resultado dos metabólicos produzidos, que podem ser tanto ácidos como alcalinos. (Campos et al.,2006) (PEREIRA et al.,2009). 
O intervalo de pH médio encontrado no afluente e efluente da estação de tratamento de esgoto foram 7,155 e 7,36 respectivamente. Portanto os valores analisados neste estudo encontram-se dentro dos limites impostos pela RESOLUÇÃO 357 do CONAMA, que é entre 6 e 10 para o lançamento na rede pública seguida de estação de tratamento de esgotos (Decreto 8468, artigo 19-A).
Tabela 3 – Dados Coletados no laboratório do pH das amostras da ETE – Estação de Tratamento de Esgoto (Efluentes e Afluentes), do Ribeirão Vermelho e da Água da Torneira.
	Amostra
	Ph
	Efluente (Saída ETE)
	7,36
	Afluente (Entrada ETE)
	7,17
	Afluente (Entrada ETE)
	7,14
	Água da Torneira
	7,00
	Ribeirão Vermelho
	7,12
3.2 – Alcalinidade
De acordo com Pádua (2010) a “alcalinidade” da água caracteriza a capacidade maior/menor de neutralização dos ácidos, podendo se assemelhar à “dureza temporária-KH”, por representar também a “fração instável”, ou seja, o total de sais de baixa solubilidade (bicarbonatos/carbonatos/hidróxidos) presentes, dependentes de certos aspectos físicos da água, como O2 e o volume.  
Levando em consideração a legislação, seja de potabilidade ou emissão de efluentes a alcalinidade não se enquadra em nenhuma. Dessa forma é determinada pelo respectivo valor do pH. De acordo com os valores de pH obtidos na Entrada da ETE, saída da mesma e do Ribeirão, pode-se concluir que a alcalinidade está somente na forma de bicarbonatos (HCO3-).
Tabela 4 - Distribuição entre as formas de alcalinidade em função do pH.
	pH da água
	Formas de acidez
	> 9,4
	Hidróxidos e Carbonatos
	8,3 – 9,4
	Carbonatos e Bicarbonatos
	4,4 – 8,3
	Bicarbonatos
	< 4,4
	-
Tabela 5 - Dados obtidos para Alcalinidade pelo Método de Potabilidade.
	Amostras
	Alcalinidade
(mg/L CaCO3)
	Água de Torneira
	38
	Água de Torneira
	34,5
	Ribeirão Vermelho
	55
3.2.1 – Alcalinidade Parcial (AP)
Tabela 6 - Dados obtidos para Alcalinidade Parcial pelo Método de Ripley.
	Amostras
	AP (mg/L CaCO3)
	Efluente ETE
	110
	Afluente ETE
	260
	Afluente ETE
	240
3.2.2 – Alcalinidade Intermediária
Tabela 7 - Dados obtidos para Alcalinidade Intermediária pelo Método de Ripley.
	Amostras
	AI (mg/L CaCO3)
	Efluente ETE
	50
	Afluente ETE
	110
	Afluente ETE
	120
3.2.3 – Alcalinidade Total
Tabela 8 - Dados obtidos para Alcalinidade Total pelo Método de Ripley.
	Amostras
	AT (mg/L CaCO3)
	Efluente ETE
	160
	Afluente ETE
	370
	Afluente ETE
	360
3.2.4 – Alcalinidade Bicarbonato
Tabela 9 - Dados obtidos para Alcalinidade Bicarbonato pelo Método de Ripley.
	Amostras
	AB (mg/L CaCO3)
	Efluente ETE
	159
	Afluente ETE
	235
	Afluente ETE
	218
Tabela 10 – Dados obtidos para Alcalinidade Intermediária/Alcalinidade Parcial pelo Método de Ripley.
	Amostras
	AI/AP
	Efluente ETE
	0,45
	Afluente ETE
	0,42
	Afluente ETE
	0,50
De acordo com Ripley et al. (1986), valores da relação AI/AP superiores a 0,3 indicam a ocorrência de distúrbios no processo de digestão anaeróbia. Portanto, houve distúrbios no processo de digestão anaeróbia nas amostras da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) – Afluentes e Efluentes.
3.7 – Acidez
Segundo Kato (1983), não há praticamente nenhuma relação da qualidade da água com o gás carbônico, sob o ponto de vista da saúde pública. Os ácidos minerais que possivelmente teriam, são identificados pela manifestação de sabor azedo em concentrações relativamente baixas. A grande importância no controle da acidez das águas reside nos estudos de corrosão, que pode ser provocada tanto pelo gás carbônico (presente em águas naturais) como pelos ácidos minerais (presentes em efluentes industriais). O parâmetro “acidez” não se constitui, apesar de sua importância, em qualquer tipo de padrão, seja de potabilidade, de classificação das águas naturais ou de emissão de esgotos; o efeito da acidez é controlado legalmente pelo valor do pH.
De acordo com os valores de pH obtidos no laboratório, pode-se concluir que a acidez de todas as amostras está somente na forma de CO2 (gás carbônico).
	
Tabela 11 - Distribuição entre as formas de acidez em função do pH.
	pH da água
	Formas de acidez
	> 9,4
	-
	8,3 – 9,4
	CO2 livre ausente
	4,4 – 8,3
	CO2
	< 4,4
	Ácidos Fortes
Tabela 12 - Dados obtidos para Acidez pelo Método de Ripley.
	Amostras
	AAV
	Efluente ETE
	50
	Afluente ETE
	190
	Afluente ETE
	200
Tabela 13 - Dados obtidos para Acidez pelo Método de Potabilidade.
	Amostras
	Acidez (mg/L CaCO3)
	Água de Torneira
	10,5
	Água de Torneira
	10,5
	Ribeirão Vermelho
	7,5
3.8 – Dureza
A água pode ser classificada segundo a sua dureza em: mole ou branda < 50 mg/L CaCO3; dureza moderada entre 50 e 150 mg/L CaCO3; dura entre 150 e 300 mg/L CaCO3, e muito dura > 300 mg/L CaCO3 (UNICAMP, 2008). Águas duras são impróprias para a alimentação, para a lavagem de roupas e não servem para alimentar as caldeiras a vapor, em virtude das incrustações que provocam. Para o emprego de pequenas porções de água dura, fazendo-lhe desaparecer a dureza, bastam fervê-la, precipitando então o carbonato de cálcio e de magnésio, continha dissolvida às expensas do anidrido carbônico da água.
Segundo os dados obtidos a dureza das amostras da água da torneira e do Ribeirão Vermelha é mole ou branda.
Tabela 14 - Dados obtidos para Dureza pelo Método de Potabilidade.
	Amostras
	Dureza (mg/L CaCO3)
	Água de Torneira
	32,5
	Água de Torneira
	32
	Ribeirão Vermelho
	40
4 – CONCLUSÕES
Segundo Ripley (1983), no que se refere aos parâmetros analisados e com as alcalinidades calculadas, houve distúrbios no processo de digestão anaeróbia nas amostras da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) – Afluentes e Efluentes, devido aos valores da relação AI/AP (Alcalinidade Intermediária/Alcalinidade Parcial) serem superiores a 0,3.
Segundo Sperling (2014), as amostras possuem alcalinidade somente na forma de bicarbonatos (HCO3-) e a acidez somente na forma de CO2 (gás carbônico), devido aos pHs estarem entre 4,4 – 8,3.
Com os dados obtidos a dureza das amostras da água da torneira e do Ribeirão Vermelha é mole ou branda. (UNICAMP, 2008)
Portanto, a prática no laboratório foi bem conduzida.
5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRASIL, Ministério da Saúde. Portaria nº 2914 de 12 de Dezembro de 2011. Dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. Disponível em: <http://site.sabesp.com.br/uploads/file/asabesp_doctos/kit_arsesp_portaria2914.pdf>. Acesso em: 03 de mar. 2017. 
CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução n° 357/05. Estabelece a classificação das águas doces, salobras e salinas do Território Nacional. Brasília, SEMA, 2005. Disponível em: <http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res05/res35705.pdf>. Acesso em: 03 de mar. 2017. 
______. Resolução nº 430, de 13 de maio de 2011. Dispõe sobre as condições de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução n° 357, de 17 de março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA. 9 p. Disponível em: <http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=646 >. Acesso em: 03 de mar. 2017.
RICHTER, Carlos A. Água: métodos e tecnologia de tratamento. São Paulo: Blucher, 2009. 1 ed. Páginas: 67 – 79. 
VON SPERLING, Marcos. Introduçãoà qualidade de águas e ao tratamento de esgotos. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2014. 4 ed. Páginas: 25 – 32,34 – 39, 87 – 99.
OLIVEIRA, Aline Maxiline Pereira. Alcalinidade e Dureza das águas. Dezembro/07
PÁDUA, H. B. Água - Parte II. 2010. Artigo em Hypertexto. Disponível em: < http:// www.infobibos.com/Artigos/2010_2/agua2/index.htm > Acesso em: 01 de jul. 2017.
OLIVEIRA, A. M. P. Alcalinidade e dureza das águas. São Paulo: Kurita - Soluções de Engenharia para Tratamento de Águas Industriais, 2007. Disponível em < http://www. kurita.com.br/adm/download/Alcalinidade_e_Dureza.pdf > Acesso em: 02 jul. 2017.