avaliação da qualidade das águas dos poços tubulares da bacia do
TRANSCRIPT
DEPTº DE ENGENHARIA AMBIENTAL - DEA
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAESCOLA POLITÉCNICA
MESTRADO PROFISSIONAL EMGERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS
AMBIENTAIS NO PROCESSO PRODUTIVO
THELMA SOARES DA ROCHA
AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DAS ÁGUAS DOS POÇOS TUBULARES DA BACIA DO RIO DO PEIXE
EQUIPADOS COM DESSALINIZADORES, COM VISTAS AO APROVEITAMENTO ECONÔMICO DOS
SAIS DE REJEITO
SALVADOR 2008
THELMA SOARES DA ROCHA
AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DAS ÁGUAS DOS POÇOS TUBULARES DA BACIA DO RIO DO PEIXE
EQUIPADOS COM DESSALINIZADORES, COM VISTAS AO APROVEITAMENTO ECONÔMICO DO
SAL DE REJEITO
Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado Profissional em Gerenciamento e Tecnologias Ambientais no Processo Produtivo, Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, como requisito para obtenção do Titulo de Mestre.
Orientadora: Profª. Drª. Magda Beretta
SALVADOR 2008
DEDICATÓRIA
As mulheres da minha vida: A minha mãe pela formação ética e moral,
as minhas irmãs pela confiança, pelo apoio incondicional e companheirismo
e as minhas sobrinhas pela constante renovação do meu ser.
AGRADECIMENTOS
A Profª. Dra Magda Beretta Minha orientadora, chefe e amiga: pela orientação e sugestões propostas na elaboração desta dissertação, pela flexibilidade no horário de trabalho e pela compreensão e estimulo nos meus momentos de dificuldades. Aos membros da banca examinadora da dissertação: Profª. Dra. Maria de Lourdes Figueiredo Botelho e Prof. Dr. Sérgio Augusto de Morais Nascimento pela minuciosa leitura do texto e pelas valiosas sugestões e correções Ao Prof Dr. Asher Kiperstock Pelo estimulo e por me fazer acreditar que a realização do mestrado era possível. Ao Dr. Julio Campos pela contribuição no estudo da viabilidade econômica do magnésio. Aos Colegas do LABDEA: Ednilze Vasconcelos, Percilio Bispo e Rita Vinagre que me apoiaram no trabalho para que eu pudesse está ausente realizando as amostragens. Aos Professores do Departamento de Engenharia Ambiental, em especial, Profª Dra Iara Brandão pelas primeiras orientações que obtive até chegar à conclusão desta dissertação. Aos Colegas do Departamento de Engenharia Ambiental e a toda Rede TECLIM pelo estímulo e confiança, em especial, Antonio Lima, Fátima Pimenta, Maria do Socorro Gonçalves e Ligia Cardoso. A CERB, que disponibilizou os dados utilizados nesta dissertação e o local para o desenvolvimento do experimento, em especial, ao Dr. Francisco Negrão pela ajuda e orientação. Aos muito Joses e Marias, que conheci nas localidades visitadas, pela atenção e hospitalidade, em especial, ao Sr. Josenildo que me auxiliou no desenvolvimento do experimento realizado em Cachoeirinha / Ipirá.
RESUMO
A exploração das águas subterrâneas tem se tornado uma alternativa para o abastecimento
de água nas pequenas comunidades do semi-árido baiano devido à carência hídrica da
região. No entanto, devido aos altos índices de sais dissolvidos presente nestas águas é
necessário tratamento para torná-la potável, o que ocorre através de processos de
dessalinização, com isso uma grande quantidade de dessalinizadores tem sido implantado,
produzindo um efluente salino que está sendo disposto atualmente em lugares
inapropriados. Com o objetivo de estudar este efluente salino, com vista ao aproveitamento
econômico do sal de magnésio proveniente do rejeito salino de poços equipados com
dessalinizadores, foram selecionados 15 poços com dessalinizadores distribuídos numa
área de 553 km2 situada na micro-bacia do rio do Peixe e Paratigi, na sub-bacia de Ipirá.
O estudo hidroquímico mostrou que 93,3% dos poços analisados apresentaram água do tipo
cloretada cálcio-magnesiana influenciada pelo litotipo da região como ortognaisses e
gnaisses kinzigícos. Foi avaliada também a evolução temporal dos cátions e ânions para o
período de 1998 a 2007 e conclui-se que não houve evidencia significativa de acréscimo ou
diminuição destes íons nos reservatórios subterrâneos, apesar dos gráficos dos íons cloreto,
magnésio, cálcio e sódio mostrarem uma tendência linear positiva para a localidade de Rio
do Peixe e negativa para os íons cloreto e magnésio na localidade de São Roque.
O rejeito produzido pelo processo de dessalinização, evaporado nos tanques para separar
os sais através da cristalização seletiva, sob as condições ambientais da região, apresentou
97% dos sais cristalizados na forma de NaCl seguido de MgCl2 com apenas 2%. Os dados
encontrados no experimento do laboratório, entretanto, ficaram de acordo com o cálculo
teórico esperado onde 53,8% do sal cristalizado foi de NaCl seguido com 36,6%, de sais de
magnésio. As concentrações presentes de magnésio indicam possibilidades interessantes
de ganhos econômicos com sua exploração. Com os dados obtidos no campo o valor de
produção do poço, pós-separação do magnésio foi de US$0,48 por m3/h. Os dados obtidos
no laboratório elevaram este valor para US$ 16,52 por m3/h. A busca pela recuperação do
magnésio na presente situação pode ser justificada do ponto de vista ambiental, visando a
obtenção de rejeito zero nos dessalinizadores, eliminando o impacto ambiental atualmente
gerado pela disposição dos rejeitos no solo e otimizando a recuperação integral da água
presente nos poços salinos da região. Entretanto, os resultados colhidos em laboratório
mostraram um potencial econômico para extração do magnésio bem mais elevado
Palavras chave: Sal de rejeito, cristalização fracionada, recuperação de magnésio.
ABSTRACT The groundwater assessment has been an option of water supplying into semi arid small
communities in Bahia due to the region scarce hydrological sources. However, because of
the high level of dissolved salt in those waters treatments such as desalination processes are
necessary to make them drinkable. As a result lots of desalinization centers have been
implemented, generating salt waste matters that have been impropriated disposed. Thinking
in study that salt waste matters, picturing the economic use of the magnesium salt resulted of
the salt waste from the wells prepared with desalination technologies, 15 wells with those
mechanisms were selected between an area of 553 km2 in the micro water body of Peixe
and Paratigi rivers and Ipira sub water body.
The hydrochemistry study showed that 93.3% of the analyzed wells have hard water due to
the region geology such as ortognaisses e gnaisses kinzigícos. The cations and anions
temporal evolution was as well evaluated between 1998 and 2007 period and no significant
evidence of either increase or decrease of those ions in the ground reservoir were
concluded, even with charts of chloride ions, magnesium, calcium e sodium showing an
positive linear tendency to the Peixe river place and an negative to chloride ions and
magnesium to Sao Roque location.
The salt waste matter produced in the desalination process, evaporated in the tanks to
separate the salts through crystallization selection, under the environmental region
conditions, showed that 97% of the crystallized salts were in NaCl form followed by the
MgCl2 with only 2%. The data founded in the laboratory experiments however, were very
close to the theoretical study illustrating that 53.8% of the crystallized salt were from NaCl
and 36,6% were from magnesium salt. The magnesium concentrations observed
demonstrate possibilities of economics benefits with its exploration. With the collected field
data the value of the well production plus magnesium post-separation was $0.48 per m3/h.
The gather laboratory data increased this value to $16,52 per m3/h. The pursuit of the
magnesium recuperation in this situation can be justify by an environmental point of view,
looking for a zero waste matter production in those desalination sites , eradicating the
environmental impact generated due to the disposal of those rejects in the soil and
optimizing the complete water recovery in salt wells of that region. However, the results
collected in laboratory revealed a higher economic value to the magnesium extraction.
Key words: Salt waste matter, crystallization fractionated, magnesium recovery
LISTA DE FIGURAS Figura 1. Esquema de produção de água dessalinizada e de rejeito. .................... 21
Figura 2. Esquema simplificado do princípio da osmose reversa. ......................... 22
Figura 3. Processo de eletrodiálise. ....................................................................... 22
Figura 4. Diagrama de evaporação da água do mar em litros. .............................. 27
Figura 5. Localização e principal via de acesso dos pontos de coleta situados na
região de estudo. .....................................................................................
30
Figura 6. Tipos de solo da área de estudo. ............................................................ 33
Figura 7. Unidades geológicas da área de estudo. ................................................ 35
Figura 8. Domínios hidrogeológicos da área de estudo. ........................................ 37
Figura 9. Pontos de coleta da área de estudo. ....................................................... 46
Figura 10. Localidade de Bonfim de Ipirá em Ipirá: (a) Estação de dessalinização, reservatórios de água de poço e dessalinizada; (b) Saída da água do poço e rejeito; (c) Coleta da amostra da água do poço; (d) Lagoa alimentada com água de rejeito. .............................................................
47
Figura 11. Equipamento de campo para medição de pH,sólidos totais dissolvidos (TDS), condutividade elétrica , (CE), temperatura e oxigênio dissolvido (OD) da água em estudo. ........................................................................
49
Figura 12. Histograma das freqüências da cor das análises das amostras da água em estudo. ...............................................................................................
56
Figura 13. Histograma das freqüências da turbidez das análises das amostras da
água em estudo. ......................................................................................
56
Figura 14. Comparação da condutividade elétrica (CE) em µS/cm, 25ºC e sólidos totais dissolvidos (TDS) em mg/L.............................................................
58
Figura 15. Correlação entre condutividade elétrica (CE) e principais cátions em amostras do aqüífero cristalino: (a) Na+; (b) Mg2+; (c) Ca2+; (d) K+. ..................................................................................................................
59
Figura 16. Valores de pH para a água em estudo medidos no laboratório e no campo e o pH limite para a presença de carbonatos e hidróxidos. ..................................................................................................................
60
Figura 17. Diagrama triangular de Piper (meq/L) para as amostras do aqüífero cristalino na região de estudo. .................................................................
64
Figura 18. Variações da condutividade elétrica para água de estudo em relação
aos diferentes anos de amostragem .......................................................
67
Figura 19. Gráficos de controle para a localidade de São Roque com relação aos íons cálcio, magnésio, cloreto e sódio versus o ano (a) – (d). ................
69-70
Figura 20. Tanques de evaporação para cristalização fracionada dos sais na
localidade de Cachoeirinha / Ipirá............................................................
72
Figura 21. Equipamento de dessalinização instalado em Cachoeirinha/Ipirá. ..................................................................................................................
73
Figura 22 Cachoeirinha/Ipirá: (a) Local onde poço foi instalado; (b) Reservatórios da água de poço e dessalinizada e local onde está instalado o dessalinizador. .........................................................................................
73
Figura 23 Local onde a água do rejeito está sendo disposta, em Cachoeirinha/Ipirá. ..................................................................................
74
Figura 24 Diagrama colunar, expresso em meq/L, dos principais íons contidos na água de rejeito. ........................................................................................
75
Figura 25 Aerômetros de Baumé para identificar o ponto de saturação através da medida da densidade específica,(ºBé). ...................................................
76
Figura 26 Evaporação da água de rejeito no laboratório: (a) Evaporação de 2000 mL do rejeito à 30ºC; (b) Cristalização do sal na faixa de 25 a 30 ºBé. ..................................................................................................................
79
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Período e atividade de campo. .................................................................... 18
Tabela 2. Desempenho do cultivo da Tilápia koina utilizando a salmoura. ................. 25
Tabela 3. Composição bromatológica do material forrageiro (Kg/ha). ........................ 26
Tabela 4. Tabela de J. Usiglio – Concentração dos sais (g/L), contidos na água.do mar e volume de água a evaporar. .............................................................
28
Tabela 5. Composição centesimal dos sais obtidos em cada faixa de cristalização.
......................................................................................................................
28
Tabela 6. Síntese das unidades geológicas com as rochas predominantes, composição mineralógica e respectivos íons liberados da área em estudo. ........................................................................................................
34
Tabela 7. Classificação da água quanto a sua mineralização tomando como referência os valores de condutividade elétrica. .........................................
40
Tabela 8. Erro permitido (Ep%) considerando a condutividade elétrica (CE). ......................................................................................................................
43
Tabela 9. Municípios e localidades com suas respectivas coordenadas,
profundidade e vazão do poço e observações coletadas no campo. ......................................................................................................................
45
Tabela 10. Alguns parâmetros medidos no campo com a sonda multiparâmetrica YSI, modelo 556MPS, durante a primeira campanha em mar/2006 para a água em estudo. ..........................................................................................
48
Tabela 11. Técnicas de coleta e preservação para as amostras da água em estudo. ......................................................................................................................
50
Tabela 12. Parâmetros analisados e respectivos métodos adotados no laboratório.
.....................................................................................................................
51
Tabela 13. Resultados físicos e químicos das amostras da água em estudo coletadas em mar/2006: (a) Localidades de Italegre, Viração, Alto Alegre, Amparo; Bonfim de Ipirá; (b) Localidades de Cachoeirinha, Canabrava, Malhador, Nova Brasilia, Rio do Peixe; (c) Localidades de São Roque; Umburanas; Santa Luzia; Boa Paz; Canjerana. ..........................................
52-54
Tabela 14. Resultados físicos e químicos das amostras da água em estudo coletadas em jan/2007: (a) Localidades de Italegre, Viração, Alto Alegre, Amparo; Bonfim de Ipirá; (b)Localidades de Cachoeirinha, Canabrava, Malhador, Nova Brasilia, Rio do Peixe; (c) Localidades de São Roque; Umburanas; Santa Luzia; Boa Paz; Canjerana. ..........................................
52-54
Tabela 15. Somatório dos anions e cátions com os erros práticos (Ep%) da água em estudo. ........................................................................................................
55
Tabela 16. Valores de condutividade elétrica (CE), sólidos totais dissolvidos (TDS) e
a relação entre TDS e CE e respectivas temperaturas medidas no campo e no laboratório, para amostras da água em estudo. .................................
57
Tabela 17. Coeficiente de correlação (r) entre a condutividade elétrica (CE), sólidos totais dissolvidos (TDS) e principais cátions. ..............................................
59
Tabela 18. Coeficiente de correlação (r) entre a condutividade elétrica (CE), sólidos
totais dissolvidos (TDS) e principais ânios. .................................................
59
Tabela 19. Resultado da dureza total, dureza permanente e dureza temporária, expresso em mg CaCO3/L. ..........................................................................
61
Tabela 20. Resultados, expresso em meq/L, dos principais ânios e cátions da água
em estudo. ...................................................................................................
62
Tabela 21 Resultados (a) condutividade elétrica; (b)cálcio; (c) magnésio; (d)sódio; (e)cloreto da água em estudo dos anos de 1998 a 2007. ..........................
66
Tabela 22. Resultados da média, desvios e os limites de controle para as localidades de São Roque; Umburanas; Malhador e Rio do Peixe referente ao período de 1998 a 2007. .............................................................................
68
Tabela 23. Resultados físico-químicos da água do rejeito, do poço e dessalinizada, Cachoeirinha/Ipirá. ......................................................................................
74
Tabela 24. Tempo, em dias, nos tanques de evaporação e respectivas faixas de
grau Baumé, evaporação, temperatura da água de rejeito e peso dos sais. .............................................................................................................
77
Tabela 25. Composição química mais provável do sal cristalizado nos tanques 01, 02, 03 e 04. .................................................................................................
77
Tabela 26. Resultados físico-químicos da água de rejeito para os experimentos no
Laboratório. .................................................................................................
78
Tabela 27. Volume do rejeito evaporado de acordo com a faixa de cristalização e peso do sal precipitado. ..............................................................................
79
Tabela 28. Resultados físico-químicos e os erros práticos das soluções obtidas a
partir dos sais precipitados nas respectivas faixas de grau Baumé. ......................................................................................................................
80
Tabela 29. Composição dos íons presentes nos sais precipitados nas 06 faixas de cristalização. ................................................................................................
81
Tabela 30. Composição mais provável do sal cristalizado de acordo com as faixas
em grau Baumé (ºBé). ................................................................................
82
Tabela 31. Presença de Magnésio nos sais cristalizados após evaporação do rejeito nos tanques de evaporação em Cachoeirinha/ Ipirá. ..................................
84
Tabela 32. Presença de Magnésio nos sais cristalizados após evaporação do rejeito
ocorrido no laboratório. ...............................................................................
85
Tabela 33. Tabela 33: Dados comparativos obtidos no campo e no laboratório (valores extrapolados para 15m3). .............................................................
86
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
ABNT = Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANA = Agência Nacional de Águas
CBPM = Companhia Baiana de Pesquisa Mineral
CE = Condutividade Elétrica
CERB = Companhia de Engenharia Rural da Bahia
CETIND = Centro de Tecnologias Industrial Pedro Ribeiro
CONAMA = Conselho Nacional do Meio Ambiente
CPRM = Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais
EMBRAPA = Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
FUNCEME = Fundação Cearense de Metrologia e Recursos Hídricos
LABDEA = Laboratório de análise de água do Departamento de Engenharia Ambiental
MMA = Ministério do Meio Ambiente
MQV = Metrologia Química e Volumétrica
ºBé = Graus Baumé
OD = Oxigênio dissolvido
OR = Osmose Reversa
r = Coeficiente de correlação
r2 = Coeficiente de determinação
SENAI = Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
SM = Standard Methods
SRH = Superintendência de Recursos Hídricos
TDS = Sólidos Totais Dissolvidos
TTG = Tonalito-Trondhjemito-Gradiorítica
VMP = Valor Máximo Permitido
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO........................................................................................... 14 1.1 Caracterização do Problema............................................................... 14 1.2 Justificativa.......................................................................................... 15 1.3 Objetivo................................................................................................ 16 1.4 Metodologia da Pesquisa..................................................................... 16 1.4.1 Revisão Bibliográfica.................................................................. 17 1.4.2 Reconhecimento da Área de Estudo.......................................... 17
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA................................................................. 19 2.1 Águas Subterrâneas na Região do Semi-árido Baiano....................... 19 2.2 Alternativas para o Aproveitamento dos Sais de Rejeito..................... 24 2.2.1 Criação de Tilápias..................................................................... 24 2.2.2 Criação de Atriplex...................................................................... 25 2.2.3 Produção de Sais – Cristalização Fracionada............................ 26
3. LOCALIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO FISIOGRAFICA DA ÁREA DE ESTUDO....................................................................................................
29
3.1 Localização e Via de Acesso .............................................................. 29 3.2 Hidrografia........................................................................................... 29 3.3 Clima e Aspectos Fisiográficos............................................................ 31 3.4 Geologia............................................................................................... 33 3.5 Hidrogeologia....................................................................................... 36
4. HIDROQUÍMICA DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS...................................... 38 4.1 Parâmetros Físicos.............................................................................. 39 4.2 Parâmetros de Propriedades Iônicas................................................... 40 4.3 Parâmetros Químicos.......................................................................... 41 4.3.1 Principais Cátions....................................................................... 41 4.3.2 Principais Ânions........................................................................ 42 4.4 Balanço Iônico e Erro Prático.............................................................. 43 4.5 Apresentação Gráfica e Tipo de Água................................................. 44 5. IMPLANTAÇÃO DA REDE DE MONITORAMENTO................................. 45 5.1 PONTOS DE AMOSTRAGEM............................................................. 47 5.1.1 Levantamento dos Parâmetros para Análise.............................. 49 5.1.2 Técnicas de Coleta e Preservação das Amostras...................... 50 5.1.3 Análises Laboratoriais................................................................. 50 5.2 RESULTADOS FISICO-QUIMICOS.................................................... 51 5.2.1 Resultados Analíticos - Balanço Iônico e Erro Prático................ 55 5.2.2 Análise dos Resultados.............................................................. 55 5.2.3 Análise Temporal dos Principais Íons......................................... 66 6. EXPERIMENTO PILOTO DE CRISTALIZAÇÃO FRACIONADA.............. 72 6.1 Evaporação do Rejeito nos Tanques de Evaporação.......................... 75 6.2 Evaporação do Rejeito no Laboratório................................................ 78
7. ESTUDO DA VIABILIDADE ECONÔMICA PARA EXTRAÇÃO DE SAIS 83 7.1 Viabilidade Econômica do Magnésio com os dados da Cristalização Fracionada nos Tanques de Evaporação..................................................
83
7.2 Viabilidade Econômica do Magnésio com os dados da Cristalização Fracionada no Laboratório.........................................................................
85
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES................................. 87
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................... 91
14
1. INTRODUÇÃO
1.1 Caracterização do Problema
A falta de água para o consumo humano que ocorre na região do semi-
árido baiano é proveniente do baixo índice pluviométrico, de temperaturas médias
elevadas e de irregularidade espacial e temporal na distribuição das chuvas. Em
decorrência desta aridez climática, a rede de drenagem superficial é praticamente
constituída por rios intermitentes dificultando os suprimentos das populações com
água superficial (LIMA, 2003). Em vista disso, a exploração das águas subterrâneas
tem se tornado uma alternativa para o abastecimento humano. Em contrapartida, as
águas comumente encontradas são impróprias para o consumo devido aos altos
índices de sais dissolvidos, necessitando de tratamento para torná-la potável. Essa
característica é função do clima e do tipo de rocha encontrada, onde há predomínio
de rochas cristalinas.
As rochas do embasamento cristalino formam os aqüíferos cristalinos de
natureza fissural. A água armazenada nestes aqüíferos tem sua origem principal no
processo de infiltração das águas da chuva, ficando condicionada, portanto, às
características climáticas na região, Superintendência de Recursos Hídricos
(SRH,1996). Em conseqüência da porosidade e permeabilidade quase nulas das
rochas cristalinas a água percola de forma descontínua e com circulação lenta, o
que acarreta um tempo maior de permanência nos aqüíferos facilitando o
intemperismo da rocha, através de processos mecânicos e químicos. Nos
processos mecânicos ocorre a desagregação das rochas em minerais, sob a
influência da variação da temperatura, erosão-sedimentação, vegetais e animais.
Nos processos químicos ocorre o processo da decomposição através de reações
simultâneas de hidratação, hidrólise e oxidação, resultando as formas iônicas na
água, promovendo, assim, maior salinização das mesmas.
O uso de dessalinizadores, portanto, tornou-se uma alternativa para o
aproveitamento destas águas salinas já que as medidas convencionais, tais como
construção de cisternas e açudes, não têm sido suficientes para suprir o consumo
15
humano durante o período da estiagem. A Bahia tem um grande número de
dessalinizadores instalados pela Companhia de Engenharia Rural da Bahia (CERB,
1983). Contudo, o uso crescente desses equipamentos poderá trazer impactos
ambientais – salinização do solo e do lençol freático – devido ao manejo inadequado
da salmoura produzida pelo processo de dessalinização, uma vez que este resíduo
é disposto aleatoriamente no solo, riachos, lixões e lagoas. De acordo com as
informações fornecidas pelos operadores dos dessalinizadores das comunidades
visitadas, o rejeito produzido é, em média, de 10 m3/dia e considerando que existem
em torno de 200 dessalinizadores instalados no estado da Bahia, segundo
informações fornecidas pela CERB, 2000 m3/dia de rejeito estão sendo lançados no
meio ambiente sem nenhum tipo de tratamento.
Sendo assim, esta pesquisa surgiu para avaliar a viabilidade do
aproveitamento econômico do sal contido no rejeito, produzido durante o processo
de dessalinização. Uma avaliação pré-liminar das análises históricas realizadas na
perfuração do poço serviu de embasamento para estudar os sais de magnésio uma
vez que o íon magnésio foi encontrado em elevadas concentrações. Portanto, com a
possibilidade do aproveitamento do magnésio busca-se minimizar o impacto sobre o
meio-ambiente e gerar fonte de renda para os moradores locais, uma vez que este
magnésio pode ser comercializado e promover, conseqüentemente, maior
autonomia e melhor qualidade de vida à comunidade.
1.2 Justificativa
Após o tratamento de dessalinização, a água torna-se adequada para o
consumo humano. Entretanto, os dessalinizadores geram rejeitos com elevado teor
de sais que, quando depositados no solo, o tornam improdutivo. Ademais, por ação
da chuva, esses sais, podem ser carreados e novamente entrar em contato com os
reservatórios superficiais e com os aqüíferos. O destino adequado ao resíduo
formado no processo de dessalinização não somente viabiliza a exploração
sustentável do manancial como, também, promove um ganho para o meio ambiente
e para as comunidades que se utilizam deste recurso.
16
1.3 Objetivo
Este trabalho teve como objetivo geral estudar o aproveitamento
econômico do sal de magnésio proveniente do rejeito salino de poços equipados
com dessalinizadores, reduzindo a geração de resíduos e os custos da exploração
da água subterrânea de poços profundos.
As metas específicas deste trabalho eram:
a) Implantar a rede de monitoramento para avaliar a qualidade da água dos poços
localizados na região da micro bacia do rio do Peixe;
b) Analisar os principais cátions (Ca2+, Mg2+, Na+ e K+) e ânions (HCO3-, CO3
2-, SO42-
e Cl-) e verificar a qualidade e tipo da água de poços na micro bacia do rio do
Peixe;
c) Comparar os resultados das análises realizadas neste estudo com os dados pré-
existentes e avaliar se ocorreu no reservatório uma diminuição de sais devido ao
bombeamento contínuo.
d) Concentrar o rejeito da dessalinização em tanques de evaporação para
cristalização fracionada dos sais e controle através da medição da densidade com
o aerômetro de Baumé.
e) Analisar e caracterizar o sal de rejeito remanescente nos tanques, após a
evaporação da água de rejeito.
1.4 Metodologia da Pesquisa
Esta pesquisa foi dividia em duas etapas:
A primeira etapa consistiu em avaliar a qualidade química das águas em
estudo. Para isso foram escolhidas 15 localidades situadas na região da micro bacia
17
do rio do Peixe e realizado o monitoramento hidroquímico a fim de identificar os íons
predominantes e comparação com dados pré-existentes;
A segunda etapa consistiu em caracterização do sal com estudo de
viabilidade econômica para o magnésio. Para isso utilizou-se a evaporação
fracionada em cinco tanques, sob condições controladas através da medição da
densidade específica, expressa em graus Baumé (oBé), utilizando o aerômetro de
Baumé. A evaporação fracionada foi realizada a fim de se obter o sal de magnésio
com menos impurezas.
Para realização da pesquisa buscou-se suporte teórico e visitas de campo
conforme descrito nos itens seguintes.
1.4.1 Revisão Bibliográfica
Foram realizados, nesta etapa, levantamentos de materiais bibliográficos
e cartográficos disponíveis sobre a área de estudo – publicações, teses, relatórios,
mapas e outros documentos sobre geologia, hidrologia, hidrogeologia, cristalização
de sais e utilização do sal de rejeito dos dessalinizadores na piscicultura e irrigação.
Os dados históricos de análises físico-químicas dos poços localizados na
região de estudo, utilizados para analise temporal, foram compilados do cadastro da
Companhia de Engenharia Rural da Bahia (CERB, 1983).
1.4.2 Reconhecimento da área de estudo
Visando o reconhecimento da área de estudo, a realização das
campanhas de amostragem das águas para o levantamento de dados hidroquímicos
e experimento de cristalização dos sais, os trabalhos de campo foram assim
distribuídos (Tabela 1):
18
Tabela 1: Período e atividade de campo Período Atividade
Fevereiro/06 Medição dos tanques e reconhecimento da área de estudo Março/06 1ª campanha de amostragem e implantação da rede de monitoramento Janeiro/07 2ª campanha de amostragem Fevereiro/07 Inicio do experimento de cristalização do sal Maio/08 Experimentos de cristalização do sal no Laboratório
A primeira visita de campo visou o reconhecimento das vias de acesso e
local para realização do experimento de cristalização, sendo feito um levantamento
das condições de uso dos tanques de cristalização. As campanhas de amostragem
foram feitas em dois períodos de modo a complementar os dados com os dados pré-
existentes a fim de verificar as variações anuais na composição dos sais nos
aqüíferos. A primeira amostragem realizada em março de 2006 e a segunda em
janeiro de 2007.
A implantação da rede de monitoramento foi realizada após visita às
localidades escolhidas, realizadas em março de 2006, sendo selecionados 15 das
23 localidades visitadas com poços e dessalinizadores.
O experimento para evaporação do sal de acordo com o grau Baumé teve
inicio em fevereiro de 2007 e foi concluído em maio de 2008. A caracterização dos
sais presentes nos tanques ocorreu ao longo do experimento.
No período de abril a maio de 2008 o experimento de cristalização foi
reproduzido no laboratório para complementar os dados.
19
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 ÁGUAS SUBTERRÂNEAS NA REGIÃO DO SEMI-ÁRIDO BAIANO
O Estado da Bahia ocupa uma área aproximadamente de 567.000 km2,
dos quais, 55% deste território estão inseridos na região do Semi-Árido brasileiro.
Esta região é caracterizada por incidirem secas prolongadas, ou seja, baixa
precipitação, deficiência de umidade no solo agrícola e temperaturas médias
elevadas. A área onde ocorre menor precipitação é definida como “Polígono das
Secas” compreendida pela isoieta de 800 mm (VIEIRA, 2002). Geologicamente a
região é ocupada, predominantemente, por rochas cristalinas pré-cambrianas que
compõem o Craton do São Francisco. Do ponto de vista geomorfológico e climático
a região é caracterizada por relevos de “mar de morros” e amplas planícies,
vegetação do tipo caatinga, com um clima quente, alta insolação e índices
pluviométricos anuais baixos (LIMA, 2003). Devido a estas características climáticas
a rede superficial é constituída, em quase sua totalidade, por rios intermitentes o que
dificulta o abastecimento às populações e atividades econômicas com água
superficial. Uma alternativa viável para um suprimento mais expressivo às
comunidades é a exploração da água subterrânea.
Água subterrânea é toda a água que ocorre abaixo da superfície de uma
determinada região e tem como principal origem as águas meteóricas. Os locais de
ocorrência são conhecidos por zonas não saturadas e zonas saturadas. É na zona
não saturada onde ocorre o processo natural de filtração devido à interação
água/rocha, o que proporciona a autodepuração da parcela de água que vai
alimentar a zona saturada e que forma o manancial subterrâneo propriamente dito. A
sua ocorrência depende da interação de fatores geológicos e fatores climáticos. Os
fatores geológicos regulam as condições de ocorrência (aqüífero livre ou confinado),
as características hidrodinâmicas (porosidade/permeabilidade), a extensão, a
espessura e a profundidade das camadas aqüíferas. Por outro lado, as taxas e os
processos de recargas são determinados pelos fatores climáticos (REBOUÇAS,
2002a).
20
A associação dos fatores climáticos e geológicos como baixas
precipitações, distribuição irregular das chuvas, manto intempérico pouco espesso e
cobertura vegetal esparsa favorecem o escoamento superficial em detrimento da
infiltração. A pequena parcela infiltrada da água da chuva, que é a principal fonte de
alimentação destes aqüíferos, percola de forma descontinua e com circulação lenta,
com isso os aqüíferos formados nesta região são de natureza fissural e baixo
potencial hídrico. Assim, no cristalino, a produtividade dos poços fica restrita às
zonas fraturadas na rocha, os poços comumente apresentam vazões entre 1 a 3
m3/h, Ministério do Meio Ambiente (MMA, 2006) e as águas apresentam salinidade
acima dos limites de potabilidade o que as torna com qualidade ruim e imprópria
para o consumo humano.
A qualidade da água é definida por sua composição e pelas reações
adversas que podem causar os seus constituintes à saúde do ser humano e dos
animais. O conjunto de todos os elementos que a compõem, permite classificá-la
quanto ao seu uso quando comparados a padrões específicos (FEITOSA E FILHO,
1997). Quando estes padrões se referem à qualidade da água para consumo
humano os padrões de potabilidade são definidos pela Portaria nº518/GM em 25 de
março de 2004 do Ministério da Saúde. E para classificar a água quanto à
salinidade, os padrões são definidos pela Resolução nº357 de 17 de março de 2005
do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA, 2005).
Em se tratando desta região, coberta predominantemente pelo
embasamento cristalino, a água não pode ser consumida sem um tratamento prévio
devido ao alto teor de sais. Segundo Rebouças, 2002 a ocorrência de hipertensão
anômala na população vem sendo atribuída ao consumo desta água com teores de
sólidos totais dissolvidos (TDS) superiores ao valor máximo permitido (VMP) do
padrão de potabilidade vigente. Vale ressaltar que o VMP para este parâmetro é de
1.000 mg/L de acordo com portaria 518/GM do Ministério da Saúde. Portanto, a
utilização de água subterrânea do embasamento cristalino para abastecimento
humano requer tratamento para retirar o sal dissolvido contido nela através do
processo da dessalinização.
21
Este processo se difundiu amplamente no semi-árido baiano devido à
carência hídrica superficial e a elevada concentração de sais dissolvidos presentes
nos mananciais subterrâneos. A dessalinização separa a água salina em dois fluxos:
um com baixa concentração de sais solúveis, constituindo a água doce ou potável, e
o outro contendo os sais remanescentes, o concentrado ou salmoura (Figura 1). Os
equipamentos que auxiliam este processo são conhecidos por dessalinizadores que
operam com energia e podem usar diferentes métodos de separação, tanto para
água do mar (TDS igual ou superior a 30.000 mg/L), como para água salobra
subterrânea (TDS entre 500 e 30.000 mg/L), Agência Nacional de Água (ANA,
2007). As características químicas da água de alimentação definem o tipo do método
utilizado e o percentual de recuperação.
Figura 1. Esquema de produção de água dessalinizada e de rejeito Fonte: DOW, 1988
Embora existam diferentes métodos de dessalinização como destilação,
congelamento, troca iônica, osmose reversa e eletrodiálise, os mais simples e
comumente utilizados para produzir água potável são os dois últimos.
O princípio da osmose reversa (OR) é o inverso da osmose natural. Na
osmose natural, a água pura flui através de uma membrana, da solução menos
concentrada para a mais concentrada até que as duas soluções atinjam o equilíbrio
em termos de concentração de sais. No método da OR aplica-se uma pressão
hidráulica superior a pressão osmótica, no lado da solução salina ou concentrada
revertendo à tendência natural, isto é, a água da solução salina passa para o lado da
água pura ficando retidos na membrana os íons dos sais dissolvidos (JOHNSON,
22
1969, p.323). O resultado é a produção de água pura e de águas residuais com
concentração elevada de sais (Figura 2).
Figura 2. Esquema simplificado do princípio da osmose reversa. Fonte: Adaptado da DOW, 1988.
A eletrodiálise, por sua vez, é um método baseado no transporte de íons
através de membranas seletivas sob a influência de um campo elétrico. Quando uma
diferença de potencial é aplicada entre os dois eletrodos, os cátions (íons positivos)
migram para o cátodo (eletrodo negativo) e os ânions (íons negativos) para o ânodo
(eletrodo positivo) (ORTIZ et al, 2005). A figura 3 mostra o esquema do processo da
eletrodiálise convencional de uma solução de cloreto de sódio, onde a membrana de
separação catiônica permite apenas a passagem dos cátions (Na+), enquanto que
na membrana de separação aniônica o acesso é para os anions (Cl-). O fluxo
contendo os íons positivos e negativos se unem formando o fluxo de concentrado de
sais. O fluxo de água remanescente entre as membranas corresponde ao fluxo de
água dessalinizada (potável).
Figura 3 – Processo da eletrodiálise. Fonte: Jucá, 2005
23
Uma grande vantagem do processo da eletrodiálise quando comparado
com o processo da osmose reversa está na obtenção do rejeito com concentração
de sais bem menor. Contudo, Guanaes (2001) afirma que a osmose reversa é o
único processo viável para a dessalinização de poços por melhor se adequar aos
sistemas de abastecimentos em comunidades carentes, da zona rural, alimentados
por poços tubulares. As vantagens ocorrem na praticidade da instalação e operação
do equipamento, na área ambiental por não gerar efluentes químicos e na qualidade
de água do permeado isenta de vírus e bactérias.
O principal problema ambiental da dessalinização de águas salobras diz
respeito à disposição do rejeito ou salmoura gerado pelo processo. Sendo assim, o
melhor método de dessalinização deveria ser aquele que previsse a existência de
locais adequados para disposição ou aproveitamento do rejeito, para não se
constituir em fonte de poluição do solo, de águas superficiais e subterrâneas. Os
impactos ambientais causados pela liberação deste rejeito em locais inapropriados –
no solo, riacho, lixões e lagoas – vem sendo estudados, confirmando-se a
contaminação da água subterrânea e salinização do solo com redução do
crescimento das plantas. Em estudo de impacto ambiental realizado em Canindé, no
Ceará, os principais impactos observados foram: erosão e salinização do solo,
alteração da flora, salinização da água e proliferação de algas e microorganismos
(PESSOA, 2006). Já na Índia, RAO et al. (1990) comprovaram que a infiltração da
salmoura causou contaminação do lençol freático acarretando um aumento dos íons
que se relacionam à dureza.
O grande desafio é promover a exploração sustentável destes mananciais
em concomitância à conservação ambiental, com crescimento econômico e com a
melhoria da qualidade de vida da população. Por isso, estudos estão sendo
direcionados com o objetivo de apontar alternativas de aproveitamento do rejeito. Ao
agregar valor econômico para este rejeito e revertendo este ganho para as
comunidades, busca-se o crescimento da economia da renda regional sem a
degradação dos ecossistemas. Os estudos estão centralizados, praticamente, em
três linhas de ação: formação de meio líquido para o cultivo de tilápias, espécies
24
extremamente resistentes a ambientes salinos; extração de sais minerais por
evaporação e cultivo irrigado de plantas halófitas (a exemplo da Atriplex
nummularia), que necessitam de águas com teores salinos elevados para se
desenvolver.
2.2 ALTERNATIVAS PARA O APROVEITAMENTO DOS SAIS DE REJEITO
2.2.1 Criação de Tilápias
O aproveitamento da salmoura produzida pelos processos de
dessalinização na produção da cultura de peixes, na região do semi-árido baiano,
possui um grande potencial na sua utilização: pelos benefícios que o processo trará
ao meio ambiente, pela perspectiva de melhoria na qualidade do pescado e por
permitir a produção de alimentos com fins econômicos e/ou de subsistência na
região. Contudo, o número de espécies de peixes domesticáveis em tais ambientes
é bastante limitado. Algumas espécies de tilápia têm a capacidade de adaptação à
ambientes de diferentes salinidades, são resistentes às manipulações durante o
cultivo e a mudanças de temperaturas (KUBITZA, 2005), sendo assim, indicadas
para serem cultivadas utilizando a salmoura.
No experimento desenvolvido pala Empresa Brasileira de Pesquisa
Agropecuária (EMBRAPA, 1999) foi escolhido o peixe da espécie tilápia koina
originária da Malásia e nome científico Oreochormis sp, conhecida vulgarmente
como tilápia rosa. Para verificar as condições ecológicas do efluente como meio de
cultivo de animais aquáticos, foram acondicionados 330 m3 de efluente em um
tanque escavado no solo e revestido com geomembrana de PVC. A quantidade de
peixe estocado foi 1 peixe/m3, totalizando 330 tilápias com peso médio de 3,2 g, por
um período de cultivo de seis meses, durante o qual foram realizadas amostragens,
para a contagem e pesagem dos indivíduos e posterior determinação da
sobrevivência. (Tabela 2).
25
Na despesca a sobrevivência foi de 90,2%, valor este dentro dos padrões
normais de cultivo, que é cerca de 85%, indicando que as condições ecológicas do
reservatório foram boas e permitiram, inclusive, a reprodução dos indivíduos. Foi
observado, também, que houve ganho de peso dos indivíduos e que, segundo
Amorim et al. (2001) este ganho só não foi maior devido ao fato de não ter sido
realizada renovação do efluente nos tanques durante o cultivo, sendo recomendado,
portanto, à renovação de 10% do volume total de efluente dos tanques, por semana,
como forma de melhorar o desempenho do cultivo e colocação de aeradores para
atenuar possíveis elevações de temperatura.
Tabela 2. Desempenho do cultivo da Tilápia koina utilizando a salmoura Operação Data Peso Médio
( (W g) Sobrevivência (%)
Estocagem 25/04/98 3,20 100 Amostragem 25/05/98 14,9 100 Amostragem 29/06/98 30,6 96,4 Amostragem 29/07/98 51,7 96,4 Amostragem 03/09/98 108 96,4 Amostragem 13/10/98 147 96,4
Despesca 14/11/98 333 90,2 Fonte: Extraído da Embrapa, 1999.
2.2.2 Criação de Atriplex
Outra linha de pesquisa com o objetivo de aproveitar o rejeito da
dessalinização consiste no cultivo de espécies halófitas dentre as quais a erva-sal
(Atriplex nummularia) é uma das mais importantes. As halófitas são plantas com
capacidade de suportar altos níveis de salinidade do solo, de acumular significativas
quantidades de sais em seus tecidos e produzir uma abundante fitomassa
adaptando-se a regiões com precipitação ao redor de 100 a 250 mm ano-1 (PORTO
et al., 2001).
Para avaliar o comportamento da erva-sal irrigada com o efluente da
criação de tilápia rosa (Oriochromis sp.) proveniente do rejeito da dessalinização de
água salobra, estes autores aplicaram 3.600 litros de efluente em 192 plantas numa
área total de 1.728 m2 num ciclo de 378 dias. Os principais componentes
26
bromatológicos foram analisados e os resultados encontrados do material forrageiro
que corresponde à folha, o caule e o ramo da planta estão apresentados na tabela 3.
Tabela 3. Composição bromatológica do material forrageiro (Kg/ha)
Composição Material Forrageiro Matéria Seca 6.541
Proteína Bruta 848 Cinzas 1.145
Fonte: extraído da Embrapa, 1999.
Os autores concluíram que a matéria seca apresentou valor muito
elevado, com teor médio de proteína bruta em torno de 13% (o rendimento forrageiro
é de 7 a 17%), o que comprova o grande potencial forrageiro da erva-sal. Com
relação à quantidade de sal, a planta consegue retirar grande quantidade de sais do
solo, quando comparada com plantas não halófitas. Entretanto, esta remoção não é
significativa quando comparada ao quantitativo de sais adicionados ao solo através
da irrigação, que foi de 29.117 kg ha-1, o que corresponde a uma eficiência de
extração de apenas 4%. Apesar da baixa eficiência registrada para um ciclo de 378
dias, os autores comprovaram a potencialidade despoluidora desta planta. Contudo,
ressalvam sobre a necessidade de mais estudos para definir melhor as implicações
nas relações solo-água-planta, quando utilizado o rejeito em alta concentração
salina.
2.2.3 Produção de Sais – Cristalização Fracionada Como alternativa ao aproveitamento do rejeito gerado pela dessalinização
por osmose reversa, a cristalização de sais utiliza, a seu favor, a elevada demanda
evaporativa proveniente das condições climáticas do semi-árido baiano. Contudo, a
evaporação natural tem a desvantagem de requerer larga extensão de terra uma vez
que a produtividade do processo é baixa (ARNAL et al., 2005). Esta alternativa
consiste em reduzir o rejeito pela secagem em evaporadores ou tanques de
cristalização sob condições controladas, objetivando inicialmente transformá-lo em
produtos sólidos, o que reduz o contato com o solo e facilita o manuseio.
27
Para cristalização fracionada dos sais provenientes do rejeito da
dessalinização, Amorim et al. (2001) tomaram como base o processo de produção
de sal marinho por não haver produção de sal através de água salobra. Este
processo consiste em expor a água do mar ao sol; à medida que a água evapora, os
sais se concentram e, ao atingirem seus pontos de solubilidade, precipitam de
acordo com as suas características químicas. Este ponto é identificado através da
medição da densidade específica expressa em graus Baumé (oBé), utilizando o
aerômetro de Baumé. A identificação dos sais cristalizados é feita tomando como
referência o diagrama de evaporação da água do mar da Figura 4 e a tabela de J.
Usiglio (tabela 4), ocorrendo a cristalização do CaCO3 entre 7,0 – 16 oBé, a do
CaSO4 entre 16 - 25 oBé, a do NaCl entre 25 – 29 oBé, a do MgSO4 e MgCl2 entre
29– 34 oBé, e acima de 34 ºBé ocorre a cristalização do CaCl2.
Figura 4. Diagrama de evaporação da água do mar em litros. Fonte Amorim et al.,2001
28
Tabela 4 . Tabela de J. Usiglio – Concentração dos sais (g/L), contidos na água do mar e volume de água a evaporar.
Densidade ºBé NaCl MgCl2 CaSO4 MgSO4 Volume (L) 3,5 30,20 3,30 1,76 5,18 1000 10 81,30 8,89 4,74 13,93 371 15 135,90 14,86 7,92 23,33 222 20 203,90 22,29 4,92 35,00 148 25 269,40 29,40 2,30 46,90 112 30 223,20 110,00 0,00 168,30 31
Fonte: Amorim et al.,2001
Os autores utilizaram 5,0 m3 do efluente com condutividade elétrica (CE)
média igual 11.360 µS/cm e obtiveram a cristalização dos sais num tempo médio de
71 dias. Após caracterização do sal, notaram que o cloreto de sódio (NaCl) e o
cloreto de magnésio (MgCl2) foram os sais de maior ocorrência predominando o
NaCl sobre o MgCl2, (Tabela 5). As faixas de ocorrência foram diferentes do
esperado quando comparado com o diagrama de cristalização para água do mar. O
processo de cristalização dos sais dos efluentes é semelhante ao de cristalização
para água do mar, mas é necessário estabelecer um diagrama específico para os
efluentes de dessalinizadores enquadrando as cristalizações às devidas faixas de
graus Baumé, no intuito de orientar os processos de evaporação.
Tabela 5. Composição centesimal dos sais obtidos em cada faixa de cristalização. Faixas de cristalização
Sais 0,5-16 ºBé
16-25 ºBé
25-29 ºBé
29-32 ºBé
32-44 ºBé
Média
CaSO4 9,30 7,32 3,66 2,40 2,20 4,99 MgSO4 15,40 4,56 3,66 0,00 0,00 7,72 NaCl 74,70 88,16 89,82 78,66 63,80 79,03 MgCl2 0,00 0,00 2,66 12,90 27,78 8,67 CaCl2 0,00 0,00 0,00 6,04 6,20 2,45
Fonte: Amorim et al.,2001
29
3. LOCALIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
3.1. LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
A região de estudo corresponde a uma área de aproximadamente 553
Km2 situada na micro-bacia do rio do Peixe e Paratigi, inserida na sub-bacia de Ipirá,
na parte central da Bacia do Médio Paraguaçu e delimitada pelos paralelos 11º57’ a
12º17’ de latitude sul, e pelos meridianos 39º29’ a 40º05’ de longitude oeste de
Greenwich. Compreende, parcialmente, os municípios de Ipirá, Baixa Grande,
Macajuba, Mairí e Mundo Novo. A instalação do experimento de cristalização dos
sais foi realizada na localidade de Cachoeirinha em Ipirá.
O principal acesso à região de estudo partindo de Salvador a Ipirá é feito
pelas rodovias BR-324 e 116 e BA-052 com percurso de 202 km de estradas
pavimentadas. O acesso às localidades para a rede de monitoramento para avaliar a
qualidade da água dos poços foi feito por estradas não pavimentadas, (Figura 5).
3.2. HIDROGRAFIA
A bacia hidrográfica do médio e baixo Paraguaçu está localizada na
região centro-leste do Estado da Bahia, ocupando uma área de 55.317 km2 que
corresponde cerca de 10% do território baiano e está dividida em oito regiões
hidrológicas, denominadas de sub-bacias. Apresenta uma forma retangular,
alongada, com escoamento geral no sentido oeste-leste.
A hidrografia é considerada modesta devido ao caráter intermitente e
irregular de boa parte de seus rios. A rede de drenagem tem o rio Paraguaçu como
principal curso, que nasce próximo à localidade de Farinha Molhada, no município
Barra da Estiva. Os principais tributários à margem esquerda do Paraguaçu são os
rios Jacuipe, Capivari, Peixe e Paratigi e da margem direita é o rio Una. A
disponibilidade hídrica superficial é baixa, com reservatórios com baixa capacidade
de armazenamento e uma forte tendência à salinização.
30
Os mananciais subterrâneos são inexpressivos, apresentando baixa
capacidade de armazenamento das rochas e tem como conseqüência, capacidade
reduzida de produção dos poços e um maior índice de salinidade de suas águas
(SRH, 1996). Em decorrência dessas características, a região apresenta uma
grande carência hídrica, alto índice de aridez e a evaporação é alta. Figura 5. Localização e principal via de acesso dos pontos de coleta situados na região de estudo.
2
31
3.3 CLIMA E ASPECTOS FISIOGRÁFICOS
A área de estudo está inserida no Polígono das Secas e o clima
predominante é tropical quente-úmido, tipo savana de acordo com a classificação
Aw de kopen. As precipitações médias anuais estão entre 700 e 900 mm e a
temperatura média anual oscila entre 26ºC e 28ºC, sendo julho e agosto os meses
mais frios e janeiro e fevereiro os mais quentes. (SRH, 1996). Influenciada pelos
fatores climáticos, morfológicos e pedológicos, a vegetação nativa da área é a
caatinga constituída, predominantemente, por formas vegetais xeromórficas e
lenhosas monofoliadas deciduais.
Os tipos de solos que predominam na área de estudo são os planossolos,
argissolos e vertissolos (Figura 6). Os solos planossolos e vertissolos caracterizam-
se pela alta capacidade de troca de cátions e elevado grau de saturação de sódio,
são moderadamente ácidos a neutros e compreendem solos com horizonte B
textural, normalmente com argila, apresentando baixa drenagem e permeabilidade
com suscetibilidade à erosão. Os argissolos, por sua vez, compreendem solos
ácidos de horizonte B textural, baixa atividade de argila e saturação de bases baixa
Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM, 1995).
32
Figura 6 - Tipos de solos da área de estudo.
33
3.4 GEOLOGIA
A área de estudo está situada na região nordeste de Craton do São
Francisco e abrangem o Complexo Mairi e Saúde, nos municípios de Mairi, Mundo
Novo, Baixa Grande e Macajuba. E o Suíte São José do Jacuipe, Complexos Ipirá e
Caraíba no município de Ipirá. (CPRM, 1995). A figura 7 apresenta a variedade das
unidades geológicas que afloram na área de estudo.
O Complexo Mairi é definido segundo Loureiro (1991) como sendo uma
associação bimodal, de idade arqueana, constituída por uma parte félsica de
composição tonalito-trondhjemito-granodiorítica (TTG) e por uma porção básica
composta de diorito-gabróica, exibindo uma variada gama de estrutura migmática.
Na área estudada, o complexo Mairi está emoldurada a leste e é constituído,
predominantemente, por ortognaisses por gnaisses kinzigíticos:
- Os ortognaisses são formados por rochas granodiorítica, e biotita gnaisse
tonalítico, compostas essencialmente de quartzo, plagioclásio e feldspato potássio;
- Os gnaisses kinzigíticos são rochas cinzentadas de granulação fina a média
compostas de quartzo, feldspato potássio, plagioclassio, biotita, cordierita, silmanita
e granada.
O complexo Saúde compreende uma associação de metavulcânicas-
sedimentar com predominância de gnaisses aluminosos, quartzitos e rochas
calcissilicáticas. Apresentam uma assembléia mineral de quartzo, feldspato potássio,
plagioclassio, biotita, cordierita, silmanita e granada. Na área de estudo está
presente, em uma pequena extensão, mais a leste.
O Suíte São José do Jacuipe está localizado na parte central da área de
estudo ocorrendo em bandas descontínuas e lentes tectonicamente imbricadas no
complexo Caraíba e trata-se de metagabronoritos no qual a biotita e/ou hornblenda,
augita e andesina são os principais constituintes (CPRM, 2007).
34
O Complexo Ipirá está situado na parte centro-norte da área de estudo e
apresentam suas áreas de afloramentos imbricados nos ortoganaisses granuliticos
do Complexo Caraíba, sendo representado por duas principais unidades: A4ti1 e
A4ti2, (CPRM, 2007, p14).
- Unidade A4ti1 é constituída por granada, gnaisses kinzigíticos, gnaisses-quartzo-
feldspático, quartzito e ganisses calcissilicático;
- Unidade A4ti2 é formada por gnaisses calcissilicáticos rico em tremolita, quartizito,
formação férrifera bandada, mármore e gnaisse quartzofeldspático.
O Complexo Caraíba, por sua vez, é a unidade de maior área aflorante e
é constituída, predominantemente, por ortognaisses enderbíticos,
charnoenderbíticos e charnockíticos. Feldspato potássico, plagioclásio, quartzo,
ortopriroxênio, hornblenda e biotita são os seus principais constituintes. Na área de
estudo se concentra na região centro-oeste. A tabela 6 apresenta uma síntese das
unidades geológicas, suas respectivas rochas e íons presente na área de estudo.
Tabela 6. Síntese das unidades geológicas com as rochas predominantes, composição mineralógica e respectivos íons liberados da área em estudo. Ponto Unidades Rochas Minerais Composição quimica Ions
liberados Feldspato potássio KAlSi3O8 K+
Plagioclásios NaAlSi3O8 Na+ Quartzo SiO2
Hornlenda Ca2-(Mg,Fe,Al)5(Al,Si)8O22(OH)2 Ca2+; Mg2+
01 02 03 04 06
Caraíbas Ortognaisses
Biotita K(Mg,Fe)3(OH,F)2(Al,Fe)Si3O10 K+; Mg2+ Granada Ca3,Mg3Al2(SiO4)3 Ca2+; Mg2+
Feldspato potássio KAlSi3O8 K+ Plagioclásios NaAlSi3O8 Na+
05 07 08 09
Ipirá
Gnaisses kinzigícos Gnaisses
calssilicáticos Tremolitas Ca2Mg5Si8O22(OH)2 Ca2+; Mg2+ Biotita K(Mg,Fe)3(OH,F)2(Al,Fe)Si3O10 K+; Mg2+
Hornblenda Ca2-(Mg,Fe,Al)5(Al,Si)8O22(OH)2 Ca2+; Mg2+ Augita (Ca, Mg,)2(Si,Al)2O6 Ca2+; Mg2+
10 15
São José do Jacuípe Monzogranitos
Andesina (Na,Ca)Al(Al,Si)Si2O8 Na+; Ca2+ Biotita K(Mg,Fe)3(OH,F)2(Al,Fe)Si3O10 K+; Mg2+
Feldspato potássio KAlSi3O8 K+ Plagiocassios NaAlSi3O8 Na+
Cordierita Al3(Mg,Fe)2Si5AlO18 Mg2+
11 12 13
Mairi Ortognaises
Gnaisses kinzigíticos
Silmanita Al2SiO5 Al3+ Palgioclassios KAlSi3O8 K+
Feldspato potássio NaAlSi3O8 Na+ Granada Ca3,Mg3Al2(SiO4)3 Ca2+; Mg2+ Silmanita Al2SiO5 Al3+
Biotita K(Mg,Fe)3(OH,F)2(Al,Fe)Si3O10 K+; Mg2+
14 Saúde
Gnaises aluminosos
Rochas calicáticas
Cordierita Al3(Mg,Fe)2Si5AlO18 Mg2+
35
Figura 7 - Unidades geológicas da área de estudo.
36
3.5 HIDROGEOLOGIA
A região de estudo repousa, predominantemente, sobre rochas cristalinas
e metamórficas pertencentes ao substrato geológico da Idade Pré-cambriana. Este
domínio corresponde a Província Hidrogeológica do Escudo Oriental do Nordeste e
possibilita definir três tipos de unidades aqüíferas na região de estudo, (Figura 8).
O domínio cristalino predomina na área de estudo e forma aqüíferos
cristalinos de natureza fissural e de reduzida potencialidade hídrica. As melhores
possibilidades de captação nestes aqüíferos ficam restritas nas zonas fraturadas e a
ocorrência de poços mais produtores acontece quando locados nas zonas que
atravessam várias fraturas. No entanto, o fator hidrogeológico mais limitante desta
província hidrogeológica é representado pela ocorrência de águas com alto teor de
sólidos totais dissolvidos. Essa característica é gerada pela concentração dos
componentes dissolvidos nas águas das chuvas através da evaporação intensa
resultante da alta insolação da região, aproximadamente 6 horas diárias, o que
provoca a concentração progressiva dos sais tanto nas águas superficiais como no
solo. Portanto, as águas que se infiltram nas zonas aqüíferas das zonas fraturadas já
chegam com alto teor de sal (REBOUÇAS, 2002b).
O domínio das coberturas detriticas sobre o embasamento cristalino tem
características arenosas e terrígenas formando aqüíferos de natureza intergranular
superficial que conferem melhores condições de recarga. Os seus poços como
conseqüência, apresentam maiores vazões médias e menores concentrações de
sais. Estes aqüíferos podem ser mistos de natureza fissural e/ou granular-fissural
armazenando suas águas em falhas e fraturas do Embasamento.
O aqüífero metassedimentar apresenta importante reserva de água
subterrânea que se destaca quanto à quantidade e qualidade quando comparado
com áreas do embasamento cristalino.
37
Figura 8 - Domínios hidrogeológicos da área de estudo
38
4. HIDROQUÍMICA DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
A água é um solvente químico muito ativo que interage com grande
facilidade com o meio percolado dissolvendo e reagindo com substâncias orgânicas
e inorgânicas. Nas regiões dos aqüíferos cristalinos as formas iônicas resultam de
processos mecânicos e químicos de intemperismo das rochas.
Nos processos mecânicos ocorre a desagregação das rochas e dos
minerais, sob a influência da variação da temperatura, vegetais e animais.
Nos processos químicos ocorre a decomposição dos minerais através de
reações simultâneas de hidratação, hidrólise, oxidação e dissolução resultando as
formas iônicas na água. A reação de hidratação representa a fase inicial de ataque
aos minerais e consiste na penetração e incorporação da água no sistema reticular
dos cristais, formando compostos químicos de fórmula bem definida. A reação de
hidrólise ocorre entre o mineral e a água, atuando os íons da água, H+ e OH-, como
reativos químicos. As reações de oxi-redução podem promover ou frear a
solubilização de certas substâncias a depender do meio, oxidante ou redutor. E na
reação de dissolução ocorre a solubilização completa do mineral, quando em meio
ácido. Portanto, essas reações são favorecidas pelas baixas velocidades de
circulação das águas subterrâneas, maiores pressões e temperaturas e facilidade de
dissolver CO2 ao percolar o solo não saturado, (FEITOSA E FILHO, 1997).
Em se tratando da região de estudo composta predominantemente de
rochas cristalinas, os minerais primários possuem componentes iônicos de Na+,
Ca2+, Mg2+ e K+ ligados fracamente à estrutura silicatada de alumínio como
feldspato, biotita, hornblenda e plagioclásios. Após os processos mecânicos e
químicos descritos acima ocorre a liberação destes componentes iônicos para a
água, que se acham submetidos a perdas por drenagem e/ou a recombinação e
formação de novos minerais secundários, representados pelas argilas silicatadas e
óxidos de ferro e alumínio, (DREVER, 1997). Desta forma, os plagioclásios podem
constituir fontes de Na+ e Ca2+ para o ambiente aquático, enquanto que biotita e
feldspato potássico podem ser fontes de Mg2+ e K+, respectivamente. A tabela 6
39
apresenta os minerais que mais contribuem na salinização das águas subterrâneas
na região de estudo de aqüíferos fissurais bem como os íons liberados por eles.
Os principais constituintes iônicos estão contidos em quase todas as
águas subterrâneas, representando, assim, suas características e concentrações.
Identificá-los e quantificá-los, portanto, é de extrema importância para uma análise
hidroquímica da área estudada. Esses parâmetros serão descritos resumidamente a
seguir tendo como base as seguintes bibliografias: Feitosa (1997); Drever (1997);
Eaton (2005) e Hem (1985).
4.1 PARÂMETROS FÍSICOS
a) Cor – este termo refere-se à cor verdadeira da amostra, proveniente
principalmente da lixiviação de matéria orgânica. A cor de uma água está associada
ao grau de redução da intensidade que a luz sofre ao atravessá-la, devido à
presença de sólidos dissolvidos. Normalmente as águas subterrâneas são isentas de
cor; quando presente pode estar associada à presença dos metais: ferro e
manganês.
b) Turbidez – é uma expressão da propriedade óptica que dispersa e absorve
luz, ao invés de transmiti-la. Comumente a turbidez na água subterrânea é causada
pela presença de partículas em suspensão, tais como silte, argila, areias e matéria
orgânica. Águas ricas em íons ferro quando entram em contato com o oxigênio do ar
podem ter a turbidez elevada de acordo com a seguinte reação:
4Fe2+(aq) + 8HCO3
-(aq) + O2(g) → 2Fe2O3(s) + 8CO2(g) + 4H2O(l) (BROWN, 1997).
40
4.2 PARÂMETROS DE PROPRIEDADES IÔNICAS a) Condutividade elétrica – é uma medida da habilidade de uma água conduzir
corrente elétrica, o que permite avaliar o seu grau de mineralização. Esta medida
resulta da relação existente entre o teor de sais minerais dissolvidos na água e a
resistência que ela oferece à passagem da corrente elétrica dependendo, portanto,
do tipo de íon presente e sua concentração total, mobilidade, valência e
temperatura. Na água subterrânea a origem desses sais, tais como carbonatos,
bicarbonatos, sulfatos, cloretos deriva da lixiviação dos solos. A não recomendação
do consumo de água com elevada condutividade elétrica está associado à elevada
mineralização que se manifesta sob forma de sabor desagradável. Para usos na
irrigação o prejuízo está associado à salinização do solo. A tabela 7 apresenta os
valores de condutividade quanto a sua mineralização e qualidade.
Tabela 7 – Classificação da água quanto a sua mineralização tomando como referência os valores de condutividade elétrica.
Condutividade Mineralização Qualidade da água <100 µS/cm Muito fraca Excelente
100 µS/cm - 200 µS/cm fraca Excelente 200 µS/cm - 400 µS/cm Pouco acentuada Excelente 400 µS/cm - 600 µS/cm Média Boa
600 µS/cm - 1000 µS/cm Importante Utilizável > 1000 µS/cm Excessiva Dificilmente utilizável >1500 µS/cm Excessiva Não utilizável na rega
Fonte: MENDES E OLIVEIRA,, 2004.
b) pH – é a medida da concentração hidrogeniônica – íons H+ – na água, calculado
como - log[H+] e resultante inicialmente da dissociação das próprias moléculas da
água e posteriormente acrescida pelos íons hidrogênio provenientes de outras
fontes. O pH é essencialmente função do gás carbônico dissolvido e da alcalinidade
da água.
c) Sólidos totais dissolvidos (TDS) – os sólidos dissolvidos em uma água
representam basicamente o teor de minerais nela existentes, sendo os mesmos
responsáveis pelas suas características: sabor, cor, alcalinidade e dureza.
d) Dureza – é o efeito produzido pela dissolução de cátions polivalentes, capazes de
reagir com o sabão para formar precipitados insolúveis. Conseqüentemente a
41
espuma só aparece depois de completada a precipitação dos sais responsáveis pela
dureza. Os principais cátions são cálcio e magnésio que estão associados
geralmente a carbonatos (dureza temporária) e a sulfatos e cloretos (dureza
permanente). Comumente as águas superficiais são mais “moles” do que as águas
subterrâneas, todavia dependerão da formação geológica da superfície e do
subsolo. Segundo a classificação de Custódio & Llamas (1985, apud FEITOSA,
1997, p.89) as águas com dureza total inferior a 50 mg/L CaCO3 são do tipo brando,
de 50 a 100 mg/L CaCO3 são pouco duras, de 100 a 200 mg/L CaCO3 são duras e
acima de 200 mg/L CaCO3 são muito duras.
e) Alcalinidade total – é causada por sais alcalinos de bicarbonatos (HCO3-),
carbonatos (CO32-) e hidróxidos (OH-), associados principalmente a sódio e cálcio e
mede a capacidade de neutralizar ácidos. As diversas espécies de alcalinidade
dependem do pH, composição mineral e temperatura.
4.3 PARÂMETROS QUÍMICOS
4.3.1 Principais cátions
a) Sódio (Na+) – é um elemento químico quase sempre presente nas águas
subterrâneas, devido à extensa distribuição em minerais fontes; baixa estabilidade
química dos minerais que o contém; solubilidade elevada e difícil precipitação dos
seus compostos químicos em solução. Ocorre principalmente sob a forma de sal de
cloreto. Seus principais minerais fonte nas rochas ígneas são feldspatos e
plagioclásios. A alta concentração de sódio presente na água é um elemento
limitante de seu uso na agricultura e no consumo humano.
b) Potássio (K+) – é um elemento químico abundante na crosta terrestre, mas ocorre
em pequena quantidade nas águas subterrâneas, pois é facilmente fixado pelas
argilas e intensivamente consumido pelos vegetais. Seus principais minerais fontes
são: feldspato potássico, mica moscovita e biotita.
c) Cálcio (Ca2+) – é um dos principais constituintes de muitas rochas ígneas tendo
como principais minerais a apatita e plagioclásio. No cristalino as formas comumente
42
encontradas são a anortita (CaAl2SiO2O8) e os plagioclásios calcosódicos. Na água
é um dos principais constituintes e o principal responsável pela dureza. Apresenta-se
geralmente sob a forma de bicarbonatos, uma vez que na forma de carbonatos
tendem a precipitar.
d) Magnésio (Mg2+) – possui propriedades similares ao cálcio, porém é mais solúvel
e mais difícil de precipitar, pois são mais estáveis diante do intemperismo químico.
Também é responsável pela dureza tendo os minerais fontes mais comuns na águas
subterrâneas a biotita, clorita e cordiorita.
4.3.2 Principais ânions
a) Cloreto (Cl-) – os cloretos encontrados em águas naturais apresentam
variabilidade de concentração. Águas captadas em locais elevados apresentam
teores de cloretos geralmente baixos, enquanto águas superficiais e subterrâneas
contêm, em geral, teores elevados. Nas águas subterrâneas o cloreto é proveniente
da lixiviação de minerais como halitas (NaCl) e silvitas (KCl) que, aliada à sua alta
solubilidade e o lento movimento das águas no aqüífero promovem aumentos
gradativos e constantes.
b) Sulfato (SO42-) – é um dos íons mais abundantes na natureza e surge nas águas
subterrâneas através da dissolução de solos e rochas sulfatadas como a gipsita e
anidrita. São sais moderadamente solúveis a muito solúveis, exceto os sulfatos de
estrôncio e bário. A presença dos sulfatos está associada ao seu efeito laxativo,
quando combinados, principalmente, ao magnésio, requerendo um controle maior.
c) Bicarbonatos (HCO3-) – em águas naturais este íon não se oxida nem se reduz,
mas precipita com muita facilidade como bicarbonato de cálcio.
d) Carbonatos (CO32-) – a concentração deste íon é função do pH e da
disponibilidade de CO2. A quantidade de carbonatos, em águas naturais, é bem
menor quando comparado com os bicarbonatos. O carbonato somente excederá o
bicarbonato quando o pH for igual ou superior a 10 (LOGAN, 1965).
43
4.4 BALANÇO IÔNICO E ERRO PRÁTICO
O cálculo do erro das análises é utilizado para avaliar as informações das
análises laboratoriais confirmando a consistência dos resultados. Muitos critérios
podem ser utilizados como a soma das concentrações dos constituintes para cálculo
de sólidos totais dissolvidos, balanço de carga, (EATON et al, 2005). O critério
escolhido dependerá da quantidade de informações da analise.
Neste trabalho para o cálculo do balanço iônico e do coeficiente de erro
das análises hidroquímicas utilizou-se o método de Custódio & Llamas (1983 apud
FEITOSA, 1997, p.97). Segundo este autor o erro prático é calculado da seguinte
forma:
Erro prático: Ep (%) = [(rΣn – rΣp) / 1/2(rΣp+rΣn)] *100, onde:
rΣn: concentração total de ânions em meq/L;
rΣp: concentração total de cátions em meq/L;
O erro teórico é o erro prático máximo permitido levando em consideração
a condutividade elétrica (CE) de acordo com a relação apresentada na tabela 8: Tabela 8. Erro permitido (Ep%) considerando a condutividade elétrica (CE).
CE (µS/cm) 50 200 500 2000 >2000 Erro permitido (%) 30 10 8 4 < 4
Fonte: Custódio & Llamas (op. cit.)
Para calcular os sólidos totais dissolvidos (TDS) através das somas das
concentrações em mg/L a relação, de acordo com EATON (2005)é:
TDS = 0,6 (alcalinidade total) + Na+ + K+ + Ca2+ + Mg2+ + Cl- + SO22-
+
SiO2 + NO3- + F-
44
4.5 APRESENTAÇÃO GRÁFICA E TIPO DE ÁGUA
A interpretação das análises químicas pode ser simplificada através da
utilização de gráficos e diagramas sendo uma ferramenta útil para fazer comparação
entre várias análises de água de um mesmo ponto em épocas diferentes,
ressaltando a relação entre íons de uma mesma amostra e variações temporais.
Para este estudo foi escolhido o Diagrama triangular de Piper devido a um grande
número de análises químicas e por classificar e comparar os distintos grupos de
águas quanto aos íons dominantes (expresso em meq/L), em cloretada, sódica,
carbonatada, e magnesiana (FEITOSA E FILHO, 1997). Foi utilizado o programa
Qualigraf disponível na Fundação Cearense de Metrologia e Recursos Hídricos.
(FUNCEME, 2006) auxiliando na análise qualitativa dos dados quanto ao balanço
iônico, análise de correlação e plotagem do diagrama de Piper.
45
5. IMPLANTAÇÃO DA REDE DE MONITORAMENTO
A rede de monitoramento foi implantada em 15 poços equipados com
dessalinizadores (8 estavam parados) pertencentes à micro-bacia do rio do Peixe
situada na sub-bacia de Ipirá, da Bacia do Médio Paraguaçu, no Estado da Bahia.
Foram levantadas informações sobre os municípios, localidades, coordenadas
geográficas, além de informações sobre o estado de funcionamento dos
dessalinizadores e poços. A tabela 9 apresenta resumidamente as informações
obtidas nos locais visitados.
Tabela 9. Municípios e localidades com suas respectivas coordenadas, profundidade e vazão do poço e observações coletadas no campo.
Coordenadas UTM Data da coleta / Município/Localidade E N Profundidade
(m) Vazão m3/h Observações
1. Ipirá/ Cachoeirinha 435899,49 8642278,46 56 4,03 18/3/06 e 25/1/07 2. Ipirá/ São Roque 445690,65 8641069,26 70 5,04 18/3/06 e 25/1/07 3. Ipirá/ Canabrava 425593,85 8655464,94 45 5,94 18/3/06 e 25/1/07 4. Ipirá/ Umburanas 407556,24 8661190,33 50 3,20 18/3/06 e 25/1/07 5. Ipirá/ Malhador 423284,99 8659975,28 50 22,6 18/3/06 e 25/1/07 6. Ipirá/ Nova Brasília 424155,08 8662588,90 70 2,12 25/3/06 e 26/1/07 7. Ipirá/ Alto Alegre 422963,77 8679175,81 60 29,0 25/3/06 e 26/1/07 8. Ipirá/ Bonfim de Ipirá 419601,52 8680826,07 94 8,78 25/3/06 e 26/1/07 9. Ipirá/ Rio do Peixe 403231,65 8662835,81 50 8,00 25/3/06 25/1/07 10. Ipirá/ Amparo 389236,04 8653631,26 53 1,22 25/3/06 26/1/07 11. Baixa Grande/ Italegre 364477,23 8687512,83 60 28,9 2/4/06 e 27/1/07 12. Baixa Grande/ Viração 379307,10 8687329,26 94 8,78 2/4/06 e 27/1/07 13. Mairi/ Boa Paz 381251,50 8701009,40 50 8,00 2/4/06 e 27/1/07 14. Mundo Novo/ Canjerana 353445,81 8678059,11 90 8,60 2/4/06 e 27/1/07 15. Macajuba/ Santa Luzia 382425,69 8655909,53 36 21,0 2/4/06 e 27/1/07 16. Ipirá/ Coração de Maria 434934,37 8641508,29 70 3,31 18/3/06 / O registro não abriu 17. Ipirá/ Pau Ferro 425029,62 8651469,60 70 5,83 18/03/06 / Não possui bomba 18. Ipirá/ Apaga Fogo 430689,73 8647858,14 80 3,00 25/03/06 / Poço sem bomba 19. Ipirá/ Conceição 402098,27 8639789,04 63 5,83 25/03/06 / Poço obstruído 20. Rafael Jambeiro/ São Roque 454690,03 8623849,65 80 3,00 1/4/06 / Poço desativado 21. Rafael Jambeiro/ Mandacaru 459233,62 8613472,39 60 2,12 1/4/06 / Poço desativado 22. Mairi/ Lagoinha 362685,43 8702437,94 53 1,22 2/4/06 / Poço desativado 23. Mundo Novo/ Sto. Antonio 333534,27 8678447,95 63 5,83 2/4/06/ Bomba com defeito
Os pontos de amostragem para implantação da rede de monitoramento
ficaram distribuídos de acordo com a figura 9.
46
Figura 9. Pontos de coleta da área de estudo
47
5.1. PONTOS DE AMOSTRAGEM
Os pontos de amostragem estão localizados em áreas constituídas por
rochas do embasamento cristalino. Os poços, no período de estiagem, se tornam
uma importante fonte de captação de água e quando associados aos
dessalinizadores abastecem as comunidades da região e a água de rejeito é
lançada no terreno (Figura 10). Os poços são tubulares com profundidade variando
de 36 m a 94 m. Vazão mínima de 1,22 m3/h na localidade de Amparo e vazão
máxima de 29,0 m3/h na localidade de Alto Alegre, ambos situados no município de
Ipirá. (Tabela 9).
Figura 10. Localidade de Bonfim de Ipirá em Ipirá: (a) Estação de dessalinização, reservatórios de água poço e dessalinizada; (b) Saída da água de poço e rejeito; (c) Coleta da amostra da água do poço; (d) Lagoa alimentada com água de rejeito.
Água de rejeito
Água de poço
Font
e: F
otos
retir
adas
por
Roc
ha, T
.S. 2
008.
(c)
(a)
(d)
(b)
48
As amostras de água foram coletadas diretamente do poço, através de
bombeamento, e em alguns casos eram retiradas do reservatório de água bruta, o
que explica valores elevados de oxigênio dissolvido, como ocorrido na localidade de
Alto Alegre em Ipirá. A tabela 10 apresenta os parâmetros medidos no local da
amostragem utilizando a sonda multiparâmetrica – marca YSI e modelo 556 MPS
(Figura 11).
Para calibração da sonda foi utilizado solução padrão de KCl 0,01M que
corresponde a 1412 µS/cm de condutividade elétrica a 25ºC e soluções tampões de
pH 4, 7 e 10 para determinação de pH. O oxigênio dissolvido foi calibrado
considerando que, cem por cento de saturação da sonda correspondem ao valor de
saturação atmosférica no nível do mar.
Foram medidos temperatura, condutividade elétrica, pH, sólidos totais
dissolvidos, oxigênio dissolvido (OD) em março de 2006 durante a primeira
campanha de amostragem. Na segunda campanha realizada em janeiro/2007 os
parâmetros não foram medidos, uma vez que a sonda não foi disponibilizada
Tabela 10. Alguns parâmetros medidos no campo com a sonda multiparametrica YSI, modelo 556MPS, durante a primeira campanha em mar/2006 para a água em estudo
Município/Localidade TempºC CE µS/cm TDS mg/L pH OD mg/L 1. Ipirá/ Cachoeirinha 30,4 17.680 10.150 6,96 5,22 2. Ipirá/ São Roque 28,3 10.150 6.203 7,70 4,74 3. Ipirá/ Canabrava 31,4 3.107 1.800 8,41 6,40 4. Ipirá/ Umburanas 29,7 4.293 2.500 7,86 2,63 5. Ipirá/ Malhador 27,9 4.343 2.673 7,72 3,92 6. Ipirá/ Nova Brasília 29,9 5.200 3.088 6,95 6,07 7. Ipirá/ Alto Alegre 28,9 7.230 4.370 7,42 9,27 8. Ipirá/ Bonfim de Ipirá 29,4 19.030 11.410 7,43 6,51 9. Ipirá/ Rio do Peixe 29,5 12.910 7.730 7,18 3,27 10. Ipirá/ Amparo 29,5 11.910 7.147 7,25 4,40 11. Baixa Grande/ Italegre 26,4 10.050 6.363 6,40 6,77 12. Baixa Grande/ Viração 26,5 8.537 5.408 6,41 5,48 13. Mairi/ Boa Paz 26,6 9.962 6.282 6,81 5,16 14. Mundo Novo/ Canjerana 27,8 10.110 6.267 6,53 4,62 15. Macajuba/ Santa Luzia 27,4 5.732 3.586 6,85 1,80
49
Figura 11 Equipamento de campo para medição de pH sólidos totais dissolvidos (TDS), condutividade elétrica (CE), temperatura e oxigênio dissolvido (OD) da água em estudo.
5.1.1 Levantamento dos parâmetros para análise
Os parâmetros físicos, químicos e de propriedade iônica foram escolhidos
para melhor caracterizarem a salinidade da água, uma vez que os aqüíferos na
região de estudo apresentam uma alta salinidade, inerente de rochas de
embasamento cristalino. Esta caracterização física, química e de propriedade iônica
baseia-se na análise dos seguintes parâmetros:
• físicos – temperatura, cor e turbidez;
• químicos – sódio, potássio, cálcio, magnésio, sulfato, cloreto, bicarbonato e
carbonato
• propriedades iônicas – condutividade elétrica, pH, sólidos totais dissolvidos,
dureza total e alcalinidade total.
Font
e: F
oto
retir
ada
por R
ocha
, T.S
. 200
8.
50
5.1.2 Técnicas de coleta e preservação das amostras
Para realização da amostragem alguns cuidados foram tomados para
evitar as possíveis variações que podem ocorrer entre o período de amostragem e
da analise em laboratório: tipo de recipiente e preservação mais adequados para os
parâmetros analisados (Tabela 11). As técnicas de coleta e preservação para
amostras das águas de poço seguiram especificações de Eaton et al. (Standard
Methods, 2005) e da ABNT (1987) NBR 9898.
Tabela 11: Técnicas de coleta e preservação para as amostras da água em estudo
Determinação Recipiente Volume mL Preservação Validade Alcalinidade Plástico 200 Refrigeração 24 horas Cálcio Plástico 500 HNO3 até pH<2 6 meses Cloreto Plástico 50 Não requerido 28 dias Cor Plástico 500 Refrigeração 48 horas Condutividade Plástico 500 Refrigeração 28 dias Dureza Plástico 500 HNO3 até pH<2 6 meses pH Plástico 50 Refrigeração 6 horas Potássio Plástico 500 HNO3 até pH<2 6 meses Sódio Plástico 500 HNO3 até pH<2 6 meses TDS Plástico 200 Refrigeração 7 dias Sulfato Plástico 100 Refrigeração 28 dias Turbidez Plástico 100 Refrigeração/escuro 24 horas
Fonte: Adaptado de Standard Methods, 2005 e ABNT, 1987 NBR 9898.
5.1.3 Análises laboratoriais
Os ensaios laboratoriais seguiram especificações do Standard Methods
for the Examination of Water and Wastewater - SM (EATON et al. 2005)
O laboratório que realizou os experimentos físico-químicos da água de
poço foi:
• Laboratório de Análise de Água do Departamento de Engenharia Ambiental
(LABDEA) da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia. O
LABDEA apresenta certificação da ISO 9001:2000 e certificado de proficiência
para os analitos: alcalinidade total; cloreto; dureza total; fósforo total; nitratos
51
e sulfatos, emitido pelo Centro de Tecnologias Industrial Pedro Ribeiro
(CETIND)
Os respectivos métodos analíticos adotados para determinar a qualidade
da água estão presentes na tabela 12.
Tabela 12. Parâmetros analisados e respectivos métodos adotados no laboratório.
Parâmetro Método analítico LABDEA Alcalinidade SM/2320 B – Titulometria Cálcio SM/3500B – Titulometria Cloreto SM/ 4500B – Titulometria Cor SM/9215B – Comparação visual. Condutividade SM/2510B – Condutimetria Dureza SM/2340C – Titulometria Magnesio SM/3500B – Cálculo pH SM/4500B – Potenciométria Potássio SM/3500B – Fotometria de chama. Sódio SM/3500B – Fotometria de chama Sólidos dissolvidos SM/2540B – Gravimetria Sulfato SM/4500E – Turbidimetria Turbidez SM/2130B – Turbidimetria
5.2 RESULTADOS FISICO-QUÍMICOS
Os resultados físico-químicos das águas dos poços nos 15 pontos de
amostragem realizados nas localidades (a) Italegre, Viração, Alto Alegre, Amparo;
Bonfim de Ipirá; (b) Localidades de Cachoeirinha, Canabrava, Malhador, Nova
Brasília, Rio do Peixe; (c) Localidades de São Roque; Umburanas; Santa Luzia; Boa
Paz; Canjerana em março de 2006 e janeiro de 2007 estão apresentados nas
tabelas 13(a) à 13(c) e tabela 14(a) à 14(c), respectivamente.
52
Tabela 13 (a) Resultados físicos e químicos das amostras da água de estudo coletadas em mar/2006.
Parâmetros Unidade Baixa
Grande/ Italegre
Baixa Grande/ Viração
Ipirá/Alto Alegre
Ipirá/ Amparo
Ipirá/Bonfim de Ipirá
Bicarbonatos (HCO3-) mg CaCO3/L 405 375 419 449 417
Carbonatos (CO32-) mg CaCO3/L 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Cálcio (Ca2+) mg CaCO3/L 1.068 878 791 966 2.546 Cloreto (Cl-) mg Cl-/L 3.069 2.591 1.950 3.396 6.188 Condutividade Elétrica µS/cm 9.590 8.330 6.710 10.600 15.490
Cor aparente mg/L Pt-Co 5 <5 <5 5 <5 Dureza total mg CaCO3/L 3.174 2.583 2.346 3.868 6.389 Magnésio (Mg2+) mg Mg2+/L 512 414 378 705 934 pH 7,02 6,97 7,46 7,00 7,35 Potássio (K+) mg K+/L 31,0 17,0 13,0 12,0 27,0 Sódio (Na+) mg Na+/L 890 760 450 880 1.325 Sólidos Dissolvidos mg/L 7.184 5.995 5.808 8.156 11.560 Sulfato (SO4
2-) mg SO42-/L 468 250 205 592 285
Turbidez NTU 1,83 3,12 1,56 1,59 1,74 Dureza Permanente mg CaCO3/L 2.769 2.208 1.927 3.419 5.972
Tabela 14 (a) Resultados físicos e químicos das amostras da água de estudo coletadas em jan/2007.
Parâmetros Unidade Baixa
Grande/ Italegre
Baixa Grande/ Viração
Ipirá/Alto Alegre
Ipirá/ Amparo
Ipirá/Bonfim de Ipirá
Bicarbonatos (HCO3-) mg CaCO3/L 410 399 412 432 390
Carbonatos (CO32-) mg CaCO3/L 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Cálcio (Ca2+) mg CaCO3/L 1.124 893 782 963 2.608 Cloreto (Cl-) mg Cl-/L 2.914 2.441 1.992 3.134 6.425 Condutividade Elétrica µS/cm 9.510 7.870 6.330 10.360 17.381 Cor aparente mg/L Pt-Co 5 <5 <5 5 <5 Dureza total mg CaCO3/L 3.060 2.538 2.332 3.561 6.320 Magnésio (Mg2+) mg Mg2+/L 471 400 377 631 902 pH 7,21 6,85 7,43 7,55 7,33 Potássio (K+) mg K+/L 28,0 17,0 14,0 13,0 29,0 Sódio (Na+) mg Na+/L 900 750 490 850 1.490 Sólidos Dissolvidos mg/L 7.850 6.280 4.953 8.480 14.800 Sulfato (SO4
2-) mg SO42-/L 542 274 214 586 284
Turbidez NTU 20,3 1,90 1,03 2,46 1,21 Dureza Permanente mg CaCO3/L 2.650 2.139 1.920 3.129 5.930
53
Tabela 13 (b) Resultados físicos e químicos das amostras da água de estudo coletadas em mar/2006.
Parâmetros Unidade Ipirá / Cachoeirinha
Ipirá / Canabrava
Ipirá / Malhador
Ipirá / Nova
Brasília
Ipirá / Rio do Peixe
Bicarbonatos (HCO3-) mg CaCO3/L 491 253 440 178 431
Carbonatos (CO32-) mg CaCO3/L 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Cálcio (Ca2+) mg CaCO3/L 1.048 291 339 415 1358 Cloreto (Cl-) mg Cl-/L 5.710 684 1.082 1.469 3.899 Condutividade Elétrica µS/cm 14.430 2.510 4.130 4.840 11.320
Cor aparente mg/L Pt-Co <5 <5 <5 5 <5 Dureza total mg CaCO3/L 5.710 799 1697 1.258 4093 Magnésio (Mg2+) mg Mg2+/L 1.133 123 330 205 665 pH 7,86 8,27 7,95 7,38 6,98 Potássio (K+) mg K+/L 12,0 20,0 13,0 27,0 19,0 Sódio (Na+) mg Na+/L 1.300 256 190 460 910 Sólidos Dissolvidos mg/L 13.653 1.830 3.020 3.814 10.332 Sulfato (SO4
2-) mg SO42-/L 147 146 137 59,6 230
Turbidez NTU 1,96 3,51 2,23 17,8 2,40 Dureza Permanente mg CaCO3/L 5.219 546 1.257 1.080 3.662
Tabela 14 (b) Resultados físicos e químicos das amostras da água de estudo coletadas em jan/2007.
Parâmetros Unidade Ipirá / Cachoeirinha
Ipirá / Canabrava
Ipirá / Malhador
Ipirá / Nova
Brasília
Ipirá / Rio do Peixe
Bicarbonatos (HCO3-) mg CaCO3/L 517 179 450 171 449
Carbonatos (CO32-) mg CaCO3/L 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Cálcio (Ca2+) mg CaCO3/L 1.013 221 361 386 1404 Cloreto (Cl-) mg Cl-/L 5.572 488 995 1.370 3.931 Condutividade Elétrica µS/cm 16.596 2.070 3.970 4.390 11.940
Cor aparente mg/L Pt-Co <5 <5 <5 5 <5 Dureza total mg CaCO3/L 5.457 572 1580 1.174 3912 Magnésio (Mg2+) mg Mg2+/L 1.080 85,3 296 192 610 pH 7,54 7,39 7,51 7,67 7,41 Potássio (K+) mg K+/L 13,0 16,00 15,0 28,0 20,0 Sódio (Na+) mg Na+/L 1.350 180 190 430 1.030 Sólidos Dissolvidos mg/L 12.850 1.384 3.168 3.240 10.167 Sulfato (SO4
2-) mg SO42-/L 162 117 149 63,8 268
Turbidez NTU 1,13 1,61 1,49 2,22 0,84 Dureza Permanente mg CaCO3/L 4.940 393 1.130 1.003 3.463
54
Tabela 13 (c) Resultados físicos e químicos das amostras da água de estudo coletadas em mar/2006 .
Parâmetros Unidade Ipirá / São
Roque Ipirá /
UmburanasMacajuba /
Santa Luzia
Mairi / Boa Paz
Mundo Novo /
CanjeranaBicarbonatos (HCO3
-) mg CaCO3/L 566 580 429 538 492 Carbonatos (CO3
2-) mg CaCO3/L 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Cálcio (Ca2+) mg CaCO3/L 703 240 347 1.018 749 Cloreto (Cl-) mg Cl-/L 3.200 918 1.563 2.918 2.968 Condutividade Elétrica µS/cm 9.310 3.990 5.330 9.610 9.110
Cor aparente mg/L Pt-Co 0 5 15 <5 10 Dureza total mg CaCO3/L 3.394 689 1.428 3.035 3.594 Magnésio (Mg2+) mg Mg2+/L 654 109 263 490 691 pH 8,00 8,09 7,46 7,49 7,18 Potássio (K+) mg K+/L 15,0 8,00 8,00 12,00 21,0 Sódio (Na+) mg Na+/L 840 580 580 870 650 Sólidos Dissolvidos mg/L 7.600 2.356 3.656 7.324 7.416 Sulfato (SO4
2-) mg SO42-/L 247 153 117 348 405
Turbidez NTU 1,46 2,72 2,06 1,86 65,3 Dureza Permanente mg CaCO3/L 2.828 109 999 2.497 3.102
Tabela 14 (c) Resultados físicos e químicos das amostras da água de estudo coletadas em jan/2007.
Parâmetros Unidade Ipirá / São
Roque Ipirá /
UmburanasMacajuba /
Santa Luzia
Mairi / Boa Paz
Mundo Novo /
CanjeranaBicarbonatos (HCO3
-) mg CaCO3/L 573 557 362 538 390 Carbonatos (CO3
2-) mg CaCO3/L 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Cálcio (Ca2+) mg CaCO3/L 703 201 311 1.003 612 Cloreto (Cl-) mg Cl-/L 2.786 657 1.170 2.889 2.690 Condutividade Elétrica µS/cm 9.590 3.278 4.217 9.140 8.230
Cor aparente mg/L Pt-Co <5 5 10 <5 5 Dureza total mg CaCO3/L 3.060 532 1.194 2.757 2.859 Magnésio (Mg2+) mg Mg2+/L 573 80,5 215 426 546 pH 7,77 7,86 7,11 7,18 6,98 Potássio (K+) mg K+/L 17,0 9,00 10,0 10,0 16,0 Sódio (Na+) mg Na+/L 750 500 400 980 710 Sólidos Dissolvidos mg/L 7.727 2.028 2.965 7.190 6.673 Sulfato (SO4
2-) mg SO42-/L 253 162 101 352 296
Turbidez NTU 1,91 2,81 1,43 0,84 787 Dureza Permanente mg CaCO3/L 2.487 -25 832 2.219 2.469
55
5.2.1 Resultados Analíticos - Balanço Iônico e Erro Prático
Os resultados dos somatórios dos ânios e cátions, em meq/L e dos erros
práticos encontrados nas análises estão apresentados na tabela 15. Para calcular o
erro prático e avaliar a consistência dos resultados foi utilizado o método de
Custódio & Llamas (1983). Conforme discutido no item 4.4, que considera o erro
teórico, o erro prático levando em consideração a condutividade elétrica.
Tabela 15. Somatório dos anions e cátions com os erros práticos (Ep%) da água em estudo.
Cachoeirinha São Roque Canabrava Umburanas Malhador 2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007
CE 14.430 16.596 9.310 9.590 2.510 2.070 3.990 3.278 4.130 3.970 ∑ anions 173,90 170,84 106,70 95,29 27,39 19,78 40,67 33,04 42,16 40,16 ∑ cátions 173,41 170,64 106,32 95,62 28,09 20,00 40,26 33,52 42,88 40,59 Ep% 0,14 0,06 0,18 0,17 1,27 0,58 0,51 0,73 0,85 0,54
Nova Brasília Alto Alegre Bonfim de Ipirá Rio do Peixe Amparo 2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007
CE 4.840 4.390 6.710 6.330 15.490 17.381 11.320 11.940 10.600 10.360∑ anions 46,23 43,38 67,63 68,87 188,77 194,89 123,36 125,41 117,06 109,21∑ cátions 46,69 43,68 67,64 69,20 188,51 194,65 123,58 125,42 117,54 110,07Ep% 0,50 0,34 0,01 0,24 0,07 0,06 0,09 0,00 0,20 0,39
Italegre Viração Boa Paz Canjerana Santa Luzia 2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007
CE 9.590 9.510 8.330 7.870 9.610 9.140 9.110 8.230 5.330 4.217 ∑ anions 104,38 101,65 85,77 82,52 100,29 99,55 101,96 89,87 55,09 42,33 ∑ cátions 104,60 102,69 86,53 85,18 100,42 99,80 101,87 89,76 55,04 42,26 Ep% 0,10 0,51 0,44 1,59 0,07 0,12 0,04 0,06 0,04 0,09
Todas as amostras apresentaram valores de condutividade elétrica
maiores que 2000 µS/cm o que reportaria a erros menores que 4%. Pelos valores
encontrados do erro prático os resultados apresentaram-se consistentes para todas
as análises realizadas.
5.2.2 Análise dos resultados
O pH e a condutividade elétrica medidos no campo diferiram dos valores
encontrados no laboratório, a interpretação dos resultados aqui abordados foi
descrita para os dados fornecidos por este último no intuito de comparamos mais
adiante com os dados históricos existentes.
56
a) Cor e Turbidez
Normalmente as águas subterrâneas são isentas de cor, mas de forma
atípica podem atingir valores até 100 mg Pt/L (FEITOSA E FILHO, 1997) o que
provoca uma repulsa psicológica pelo consumidor. A cor aparente que é devido a
partículas em suspensão é padrão de potabilidade e o seu VMP – Valor Máximo
Permissível, pela portaria n° 518/GM de março de 2004, do Ministério da Saúde é de
15 mg Pt–Co/L ou 15 UPt.
Os resultados das análises de cor realizados no laboratório referem-se à
cor verdadeira ou cor real, ou seja, as amostras são filtradas para eliminar a
turbidez. Em 90% das amostras foram encontradas valores menores ou iguais a 5
UPt, (figura 12) o que confirma, normalmente, ausência de cor nas águas
subterrâneas. Para amostras que apresentaram valores maiores que 5 UPt, pode ser
explicado pela interferência de partículas coloidais que não foram retidas no
processo da filtração na análise laboratorial.
A turbidez apresentou um valor máximo de 787 NTU, que atribuímos ao
fato da coleta ter sido feita nos reservatórios de água de poço arrastando o material
particulado depositado no fundo do tanque. Em 86,7% das amostras os resultados
apresentaram valores abaixo de 4 NTU (figura 13). A portaria 518/GM estabelece o
VMP para este parâmetro de 5 NTU.
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
0 <5 5 10 15
UPt
Distribuição de cor
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
0 - 1 1 - 2 2 - 3 3 - 4 >10
NTU
Distribuição de turbidez
Figura 12. Histograma das freqüências da cor das análises das amostras da água em estudo.
Figura 13. Histograma das freqüências da turbidez das análises das amostras da água em estudo.
57
b) Condutividade elétrica (CE); sólidos dissolvidos (TDS)
Os valores de condutividade elétrica alteram com a mudança de
temperatura, podendo até dobrar de valor, HEM (1985). Na primeira campanha de
amostragem a temperatura variou de 26,4 a 31 ºC, portanto para analise dos
resultados serão considerados os valores fornecidos pelo laboratório que tem como
temperatura padrão para medidas da condutividade a temperatura de 25º C. (Tabela
16).
Tabela 16 - Valores de condutividade elétrica (CE), sólidos totais dissolvidos (TDS) e a relação entre TDS e CE com as suas respectivas temperaturas medidos no campo e no laboratório para as amostras da água de estudo.
Cachoeirinha São Roque Canabrava Umburanas Malhador 2006(1) 2006 (2) 2006 (1) 2006 (2) 2006(1) 2006 (2) 2006(1) 2006 (2) 2006(1) 2006(2)
Temp.ºC 30,4 25,0 28,3 25,0 31,4 25,0 29,7 25,0 27,9 25,0 CE µS/cm 17.680 14.430 10.150 9.310 3.107 2.510 4.293 3.990 4.343 4.130 TDS mg/L 10.150 13.653 6.203 7.600 1.800 1.830 2.500 2.356 2.673 3.020 TDS/CE 0,57 0,95 0,61 0,82 0,58 0,73 0,58 0,59 0,62 0,73
Nova Brasília Alto Alegre Bonfim de Ipirá Rio do Peixe Amparo 2006(1) 2006 (2) 2006(1) 2006 (2) 2006(1) 2006 (2) 2006(1) 2006 (2) 2006(1) 2006(2)
Temp.ºC 29,9 25,0 28,9 25,0 29,4 25,0 29,5 25,0 29,5 25,0 CE µS/cm 5.200 4.840 7.230 6.710 19.030 15.490 12.910 11.320 11.910 10.600 TDS mg/L 3.088 3.814 4.370 5.808 11.410 11.560 7.730 10.332 7.147 8.156 TDS/CE 0,59 0,79 0,60 0,87 0,60 0,75 0,60 0,91 0,60 0,77
Italegre Viração Boa Paz Canjerana Santa Luzia 2006(1) 2006 (2) 2006(1) 2006 (2) 2006(1) 2006 (2) 2006(1) 2006 (2) 2006(1) 2006(2)
Temp.ºC 26,4 25,0 26,5 25,0 26,6 25,0 27,8 25,0 27,4 25,0 CE µS/cm 10.050 9.590 8.537 8.330 9.962 9.610 10.110 9.110 5.732 5.330 TDS mg/L 6.363 7.184 5.408 5.995 6.282 7.324 6.267 7.416 3.586 3.656 TDS/CE 0,63 0,75 0,63 0,72 0,63 0,76 0,62 0,81 0,63 0,69
(1) valores medidos no campo com a sonda multiparâmetrica - modelo YSI 556 MPS (2) valores de CE a 25ºC e TDS pelo método de gravimetria realizados no laboratório
Segundo Hem (1985) a concentração de sólidos totais dissolvidos,
expressa em mg/L, numa amostra pode ser estimada multiplicando a condutividade
elétrica, expressa em µS/cm, por um fator empírico, que varia de 0,54 a 0,96.
Fatores baixos são aplicados quando hidróxidos ou ácidos livres estão presentes e
fatores altos geralmente requeridos para águas salobras a salinas. Desse modo,
pelo fato da água de estudo ser uma água salobra a relação entre a condutividade
elétrica e sólidos totais dissolvidos foi melhor definida pelos dados apresentados no
58
laboratório onde os fatores empíricos apresentaram-se mais elevados (Tabela 16). A
Figura 14 mostra a comparação entre condutividade elétrica e sólidos dissolvidos.
Figura Figura 14. Comparação da condutividade elétrica (CE) em µS/cm, 25ºC e Sólidos totais dissolvidos (TDS) em mg/L.
Os valores destes parâmetros são elevados – com valores mínimos para
condutividade elétrica e sólidos dissolvidos de 2.070 µS/cm e 1.384 mg/L e valores
máximos de 17.381 µS/cm e 14.800 mg/L, respectivamente – (Tabela 13 e 14) o que
indica um maior tempo de residência destas águas e, conseqüentemente, maior
tendência à salinização. Essa característica é atribuída à forma como água percola
pela rocha, de forma descontínua e de circulação lenta, acarretando uma interação
maior entre água-rocha característica de aqüíferos cristalinos.
Os coeficientes de correlação (r) entre condutividade elétrica, sólidos
dissolvidos e principais cátions são apresentados na Tabela 17. Na água da rede de
monitoramento, a condutividade elétrica apresenta maior coeficiente de correlação
positiva com Na+ seguido por Mg2+e Ca2+ (Figura 15). Com relação aos sólidos
dissolvidos o maior índice de correlação é com Mg+2 seguido por Na+ e Ca2+ . Os
coeficientes de correlação obtidos entre as relações CE/cátions e TDS/cátions
mostram o predomínio dos íons Na+ e Mg2+ em relação aos demais íons.
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
20.000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
nº amostras 2006 e 2007
CE em µS/cm a 25ºC STD em mg/L
59
Tabela 17. Coeficiente de correlação (r) entre a condutividade elétrica (CE), sólidos dissolvidos (TDS) e principais cátions.
CE TDS Na+ Mg2+ Ca2+ K+ CE 1,0 0,988 0,960 0,948 0,858 0,272 TDS 1,0 0,940 0,954 0,838 0,268
Figura 15: Correlação entre condutividade elétrica (CE) e principais cátions em amostras do aqüífero cristalino: (a) Na+; (b) Mg2+; (c) Ca2+; (d) K+
Analisando os coeficientes de correlação, dos ânions com a condutividade
elétrica e os sólidos totais dissolvidos observa-se que íon cloreto predomina em
relação aos demais (Tabela 18). Tabela 18. Coeficiente de correlação (r) entre a condutividade elétrica (CE), sólidos dissolvidos (TDS) e principais ânios.
CE TDS Cl- SO42- HCO3
- CE 1,0 0,988 0,988 0,424 0,357 TDS 1,0 0,982 0,390 0,336
Destarte, a água de estudo possui, teoricamente, predominância nos sais
cloreto de sódio (NaCl), cloreto de cálcio (CaCl2) e cloreto de magnésio (MgCl2).
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
0 5.000 10.000 15.000
CE em µS/cm a 25ºC
Con
cent
raçã
o de
Ca2+
em m
g C
aCO 3/L
05
10152025303540
0 5.000 10.000 15.000
CE em µS/cm a 25ºC
Con
cent
raçã
o de
K+ e
m m
g/L
0
200400
600
800
10001200
1400
1600
0 5.000 10.000 15.000 20.000
CE em µS/cm a 25ºC
Con
cent
raçã
o de
Na+ e
m m
g/L
(c)
0
200
400
600
800
1000
1200
0 5.000 10.000 15.000 20.000
CE em µS/cm a 25ºC
Con
cent
raçã
o de
Mg2+
em
mg/
L
(d)
(a) (b)
y = 0,0817x + 49,679 y = 0,0652x - 60,848
60
c) pH e alcalinidade
Os resultados de pH encontrados variaram de 6,85 a 8,27, o que limita o
efeito da alcalinidade, ou seja, nesta faixa encontrou-se alcalinidade de bicarbonatos
(HCO3-), com alcalinidade a carbonato (CO3
2-) e a hidróxidos (OH-) ausentes. No
entanto, o valor de pH medido no campo foi igual a 8,41 na localidade de
Canabrava, indicando a presença de carbonatos, o que não ocorreu na análise
laboratorial. A sua ausência pode ser explicada devido à reação entre o dióxido de
carbono presente no ar atmosférico com os carbonatos para formar bicarbonatos.
Para amostras com pH inferior a 8,3 a alcalinidade de bicarbonato é
predominante e coincide com a alcalinidade total. A Figura 16 mostra os valores de
pH medidos no laboratório, pH medidos na 1ª campanha de amostragem e o pH
limite para as outras formas de alcalinidade – carbonatos e hidróxidos.
Figura 16. Valores de pH para a água de estudo medidos no laboratório e no campo e o pH limite para a presença de carbonatos e hidróxidos
6,00
6,50
7,00
7,50
8,00
8,50
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
nº amostras 2006 e 2007
pH
pH medidos no LaboratóriopH medidos no campo - 1ª campanha 2006pH = 8,3
61
d) Dureza
Na área de estudo os valores de dureza total apresentaram-se elevados,
com valor mínimo de 532 mg /L CaCO3 e valor máximo de 6.389 mg/L CaCO3, sendo
classificadas como águas muito duras segundo classificação de Custódio & Llamas
(1983) apud Feitosa (1997). Os principais cátions, cálcio e magnésio, estão
associados a cloretos, na maioria dos pontos amostrados, caracterizando águas de
dureza permanente com exceção para a localidade de Umburanas que apresenta
dureza temporária, predomínio dos cátions ligados a bicarbonatos, (Tabela 19). O
valor negativo apresentado em Umburanas, na segunda campanha, é indicativo da
combinação de íons de bicarbonatos ligados aos íons metálicos de sódio e potássio
denominado de dureza falsa.
Tabela 19. Resultado da dureza total, dureza permanente e dureza temporária, expresso em mg/L CaCO3
Cachoeirinha São Roque Canabrava Umburanas Malhador 2006 2007 2006 2007 2006 2006 2007 2006 2007 2006
Dureza Total 5.710 5.457 3.394 3.060 799 572 689 532 1.697 1.580 Dureza permanente 5.219 4.940 2.828 2.487 546 393 109 -25 1.257 1.130 Dureza Temporária 491 517 566 573 253 179 580 532 440 450
Nova Brasília Alto Alegre Bonfim de Ipirá Rio do Peixe Amparo 2006 2007 2006 2007 2006 2006 2007 2006 2007 2006
Dureza Total 1.258 1.174 2.346 2.332 6.389 6.320 4.093 3.912 3.868 3.561 Dureza permanente 1.080 1.003 1.927 1.920 5.972 5.930 3.662 3.463 3.419 3.129 Dureza Temporária 178 171 419 412 417 390 431 449 449 432
Italegre Viração Boa Paz Canjerana Santa Luzia 2006 2007 2006 2007 2006 2006 2007 2006 2007 2006
Dureza Total 3.174 3.060 2.583 2.538 3.035 2.757 3.594 2.859 1.428 1.194 Dureza permanente 2.769 2.650 2.208 2.139 2.497 2.219 3.102 2.469 999 832 Dureza Temporária 405 410 375 399 538 538 492 390 429 362 e) Classificação quanto ao tipo da água
O diagrama triangular de Piper foi construído a partir dos resultados,
expressos em meq/L (Tabela 20), de 30 análises e esses resultados referem-se às
amostragens realizadas em 15 localidades, nos anos de 2006 e 2007.
62
Tabela 20. Resultados, expresso em meq/L, dos principais ânios e cátions da água em estudo.
Cachoeirinha São Roque Canabrava Umburanas Malhador 2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007
Cloreto (Cl-) 161 157 90,2 78,6 19,3 13,8 25,9 18,5 30,5 28,1Sódio (Na+) 58,9 61,2 38,0 34,0 12,3 8,20 24,9 22,7 10,9 8,60Cálcio (Ca2+) 21,0 21,0 14,0 14,1 5,82 4,40 4,80 4,00 6,78 7,20Magnésio (Mg2+) 93,2 88,9 53,8 47,2 10,2 7,02 8,98 6,62 27,2 24,4Bicarbonatos (HCO3
-) 9,82 10,3 11,3 11,5 5,06 3,58 11,6 11,1 8,80 9,00Sulfato (SO4
2-) 3,06 3,37 5,14 5,26 3,04 2,43 3,18 3,37 2,85 3,10
Nova Brasília Alto Alegre
Bonfim de Ipirá Rio do Peixe Amparo
2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007Cloreto (Cl-) 41,4 38,6 55,0 56,2 174, 181, 110 111 95,8 88,4Sódio (Na+) 20,8 19,5 20,4 22,2 60,0 67,5 41,2 46,7 39,9 38,5Cálcio (Ca2+) 8,30 7,70 15,8 15,6 50,9 52,2 27,2 28,1 19,3 19,3Magnésio (Mg2+) 16,9 15,8 31,1 31,0 76,9 74,2 54,7 50,2 58,0 52,0Bicarbonatos (HCO3
-) 3,56 3,42 8,38 8,24 8,34 7,80 8,62 8,98 8,98 8,64Sulfato (SO4
2-) 1,24 1,33 4,26 4,45 5,93 5,91 4,78 5,57 12,3 12,2
Italegre Viração Boa Paz Canjerana Santa Luzia 2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007
Cloreto (Cl-) 86,5 82, 2 73,1 68,8 82,3 81,5 83,7 75, 9 44,1 33,0Sódio (Na+) 40,3 40,8 34,4 34,0 39,4 44,4 29,4 32,2 26,3 18,1Cálcio (Ca2+) 21,4 22,5 17,6 17,9 20,4 20,1 15,0 12,2 6,90 6,20Magnésio (Mg2+) 42,1 38,8 34,1 32,9 40,3 35,1 56,9 44,9 21,6 17,7Bicarbonatos (HCO3
-) 8,10 8,20 7,50 7,98 10,8 10,8 9,84 7,80 8,58 7,24Sulfato (SO4
2-) 9,73 11,3 5,20 5,70 7,24 7,32 8,42 6,16 2,43 2,10
De acordo com este diagrama foi possível identificar dois tipos de águas
para a área de estudo: cloretada sódica e cloretada cálcio-magnesiana. A cloretada
sódica foi observada apenas na localidade de Umburanas no município de Ipirá
representando 6,7% das amostras analisadas, enquanto que, 93,3% das amostras
analisadas são do tipo cloretada cálcio-magnesiana, (Figura 17). Foi evidenciado
que os cátions predominantes foram os íons Na+, Mg2+ e Ca+2 ligados unicamente ao
íon cloreto. O que vem ratificar cloreto de sódio e cloreto de magnésio os sais que
predominam na água em estudo seguido do cloreto de cálcio que, embora em menor
concentração, está presente em todas as amostras.
Os íons dissolvidos que predominam na água de estudo indicam uma
relação com o litotipo do qual a água se origina e com reações de troca de bases
com as argilas silicatadas existentes nas coberturas sobre o embasamento cristalino:
63
Fontes dos íons cálcio e sódio estão associados à decomposição do
mineral andesina e anortita ambos do grupo dos plagioclásios: CaAl2SiO2O8 + H2O +
2H+→ Al2Si2O5(OH)4 + Ca+2 (HEM, 1985);
Fontes de potássio e sódio, por sua vez, são originadas da decomposição
do feldspato: KAlSi3O8 + H2O → HAlSi3O8 + K+ + OH- (BRADY, 1989);
O mineral hornblenda Ca2(Mg,Fe)4Al[Si7AlO22](OH)2 do grupo dos
anfibólios e mineral biotita K(Mg,Fe)3(OH,F)2(Al,Fe)Si3O10 do grupo das micas são as
principais fontes de íon Mg.
64
Figura 17. Diagrama triangular de Piper (meq/L) para as amostras do aqüífero cristalino na região de estudo.
As argilas silicatadas são minerais secundários formados com
abundância, após os processos de intemperismo e recristalização de certos minerais
como feldspato e micas. Nos estágios iniciais de formação de argilas as soluções
que circundam os minerais silicatados, em decomposição, contêm íons cálcios,
magnésios, potássio, sódio e alumínio que são liberados mediante intemperismo.
Nem todos os íons são retidos com igual firmeza pelos colóides do solo. Quando
presentes em quantidades equivalentes, a capacidade de adsorção obedece à
seguinte ordem: Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+, (BRADY, 1989). Ocorrendo, portanto
uma maior preferência para os íons alumínio.
Amostragem em 2006 Amostragem em 2007
65
Mediante o processo de permuta de base1 os diversos cátions adsorvidos
pelos colóides do solo ficam sujeitos ao deslocamento quando em contato com
outros cátions e/ou íons hidrogênios, neste caso os íons sódio e magnésio serão
mais facilmente deslocados do que íons cálcio e alumínio. As reações de permuta de
cátions são reversíveis, assim se o solo contiver compostos básicos de cálcio
ocorrerá o inverso da reação. Com relação ao íon potássio, a argila tende a fixá-lo
irreversivelmente, isso explica os teores baixos do íon potássio em águas
subterrâneas e a não correlação com a condutividade elétrica para água de estudo
(Figura 15).
1 Ca + 2H+ ↔ H H + Ca2+ (BRADY1989, p.196). Micela Micela
66
5.2.3 Análise Temporal dos principais íons
Para verificar a qualidade da água dos poços do cristalino submetidos a
bombeamento contínuo foram utilizados dados de análises realizadas em diferentes
períodos de amostragem entre o ano 1998 a 2007. A maioria dos dados foram
obtidos do banco de dados da CERB – (Projeto DESSAL, 2000) e complementados
com os dados gerados neste trabalho. Uma vez evidenciado, através do estudo
hidroquímico que os cátions predominantes foram os íons Na+, Mg2+ e Ca+2 ligados
unicamente ao íon cloreto os mesmos foram escolhidos para analise temporal. As
localidades de São Roque, Umburanas, Malhador e Rio do Peixe no município de
Ipirá foram selecionados por apresentarem uma maior quantidade de dados. (Tabela
21-a à 21-e). Tabela 21(a) Resultados da CE da água em estudo dos anos de 1998 a 2007.
Condutividade elétrica µS/cm a 25ºC Ano SÃO ROQUE UMBURANA MALHADOR RIO DO PEIXE
1998 9.510 2.430 3.800 9.440 1999 10.810 3.550 4.000 2000 11.324 2.210 4.240 11.070 2002 9.981 3.158 4.074 10.391 2003 3.410 4.093 2004 3.202 4.764 12.226 2006 9.310 3.990 4.130 11.320 2007 9.590 3.278 3.970 11.940
Cálcio mg/L CaCO3 Magnésio mg/L Mg2+
Ano SÃO
ROQUE UMBURANA MALHADOR RIO
DO PEIXE AnoSÃO
ROQUE UMBURANA MALHADOR RIO
DO PEIXE
1998 757 162 325 1.107 1998 809 66,4 325 559 1999 824 237 330 1999 724 89,3 317 2000 894 112 401 1.212 2000 728 44,9 356 588 2002 909 192 359 1.374 2002 702 88,5 337 570 2003 204 349 2003 96,0 304 2004 134 325 1.212 2004 86,3 345 640 2006 703 240 339 1.358 2006 654 109 330 665 2007 703 201 361 1.404 2007 573 81,0 296 610
Sódio mg/L Na+ Cloreto mg/L Cl-
Ano SÃO
ROQUE UMBURANA MALHADOR RIO
DO PEIXE AnoSÃO
ROQUE UMBURANA MALHADOR RIO
DO PEIXE
1998 785 430 160 630 1998 3.528 440 951 2.902 1999 925 540 245 1999 3.430 698 997 2000 730 350 170 920 2000 3.215 311 1035 3.491 2002 2002 3.101 558 1027 3.398 2003 2003 659 948 2004 513 200 1.050 2004 496 1056 3.640 2006 840 580 190 910 2006 3.200 918 1082 3.899 2007 750 500 190 1.030 2007 2.786 657 995 3.931
Tabela 21 (b) Resultados de cálcio da água em estudo dos anos de 1998 a 2007.
Tabela 21 (c) Resultados de magnésio da água em estudo dos anos de 1998 a 2007.
Tabela 21 (d) Resultados de sódio da água em estudo dos anos de 1998 a 2007.
Tabela 21 (d) Resultados de cloreto da água em estudo dos anos de 1998 a 2007.
67
Buscando uma representação visual da relação entre as variáveis –
tempo x condutividade elétrica – o gráfico de dispersão mostra uma pequena
variação da condutividade elétrica (CE) para o período analisado não evidenciando,
portanto, o comportamento de tendência dos íons presentes na água de estudo.
(Figura 18).
Com os gráficos de controle, no entanto, dos principais íons para as
localidades de São Roque, Umburanas, Malhador e Rio do Peixe pode-se observar
melhor se os pontos analisados estão dentro da faixa de controle e a tendência
destes íons para o período estudado.
Os gráficos de controle são uma disposição gráfica das concentrações
dos íons, que foi medida a partir de amostragem realizada no mesmo ponto contra o
número de tempo. O gráfico contém uma linha central (LC), que representa o valor
médio da concentração dos íons para o período analisado correspondendo que os
íons não variaram neste período, ou seja, somente causas casuais estão presentes
e duas outras linhas horizontais, chamadas de limite superior (LS) e de limite inferior
(LI), com 95% de nível de confiança (Tabela 22).
Onde: LS = µ + kσ; LC = µ; LI = µ - kσ k = 2 distância dos limites a partir da média.
Condutividade elétrica
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
Ano
µS/c
m a
25º
SÃO ROQUE
UM BURANA
M ALHADOR
RIO DO PEIXE
Figura 18: Variações da condutividade elétrica para água de estudo em relação aos diferentes anos de amostragem
68
Esses limites foram escolhidos de modo que, se não houver um
acréscimo ou diminuição dos sais nas localidades estudadas os pontos da amostra
cairão entre eles. (Figura 19-a à 19-d).
A compreensão da tendência e a força linear são realizadas através do
coeficiente de correlação(r) que é a raiz quadrada do coeficiente de determinação(r)2
(LAPPONI, 2000)
Tabela 22 - Resultados da média, desvios e os limites de controle para as localidades de São Roque; Umburanas; Malhador e Rio do Peixe referente ao período de 1998 a 2007.
Cálcio (mg/L CaCO3) Magnésio( mg/L Mg2+)
SÃO
ROQUE UMBURANA MALHADOR RIO DO PEIXE
SÃO ROQUE UMBURANA MALHADOR
RIO DO PEIXE
µ (Média) 798 185 349 1.278
µ (Média) 698 83 326 605
σ 84 43 24 108 σ 72 18 19 38 2*σ 167 86 48 215 2*σ 145 36 38 75 LS 966 271 396 1.493 LS 843 119 364 681 LCl 798 185 349 1.278 LCl 698 83 326 605 LI 631 99 301 1.063 LI 553 46 288 530
Sódio (mg/L Na+) Cloreto (mg/L Cl-)
SÃO
ROQUE UMBURANA MALHADOR RIO DO PEIXE
SÃO ROQUE UMBURANA MALHADOR
RIO DO PEIXE
µ (Média) 806 486 193 908
µ (Média) 3.210 592 1.011 3.544
σ 70 76 27 150 σ 239 173 45 347 2*σ 140 151 54 300 2*σ 477 345 89 693 LS 946 637 247 1.208 LS 3.687 938 1.101 4.237 LCl 806 486 193 908 LCl 3.210 592 1.011 3.544 LI 666 334 138 608 LI 2.733 247 922 2.850
Para a localidade de São Roque observa-se uma forte tendência linear
negativa com coeficiente de correlação (r) igual a 0,947 para o íon cloreto e igual a
0,858 para o íon magnésio. A relação entre a concentração destes íons e
variabilidade do tempo pode está presente, mas não se pode afirmar que a
variabilidade da concentração dos íons esteja unicamente relacionada à
variabilidade do tempo. E apesar da forte tendência negativa observa-se que os
pontos amostrados estão contidos entre o limite inferior e superior o que se pode
concluir que estatisticamente esta diminuição ainda não é confirmada. (Figura 19-a).
69
São Roque - Cloretos
R2 = 0,7368
2.5002.7002.9003.1003.3003.5003.7003.900
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L C
l-
São Roque - Magnésio
R2 = 0,8975
500
600
700
800
900
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L M
g2+
São Roque - Cálcio
R2 = 0,2926
600
700
800
900
1000
1100
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L C
aCO
3
São Roque - Sódio
R2 = 0,051
600
700
800
900
1.000
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L N
a+
Umburanas - Cálcio
R2 = 0,0537
90
140
190
240
290
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L C
aCO
3
Umburanas - Magnésio
R2 = 0,2476
30
60
90
120
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L M
g2+
Umburanas - Sódio
R2 = 0,2441
300
350
400
450
500
550
600
650
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L N
a+
Umburanas - Cloretos
R2 = 0,2675
200
400
600
800
1000
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L C
l-
Figura 19(a): Gráficos de controle para a localidade de São Roque com relação aos íons cálcio, magnésio, cloreto e sódio versus o ano.
Figura 19(b): Gráficos de controle para a localidade de Umburanas com relação aos íons cálcio, magnésio, cloreto e sódio versus o ano.
70
Malhador - Cálcio
R2 = 0,0045
250
300
350
400
450
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L C
aCO
3
Malhador - Sódio
R2 = 0,0009100
150
200
250
300
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L N
a+
Malhador - Cloretos
R2 = 0,1922
850
950
1050
1150
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L C
l-
Rio do Peixe - Cálcio
R2 = 0,5872
950
1.050
1.150
1.250
1.350
1.450
1.550
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L C
aCO
3
Rio do Peixe - Magnésio
R2 = 0,6067
500
550
600
650
700
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L M
g2+
Rio do Peixe - Sódio
R2 = 0,6694
500600700800900
1.0001.1001.2001.300
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L N
a+
Rio do Peixe - Cloretos
R2 = 0,9119
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L C
l-
Figura 19(c): Gráficos de controle para a localidade de Malhador com relação aos íons cálcio, magnésio, cloreto e sódio versus o ano.
Malhador - Magnésio
R2 = 0,0865
250
300
350
400
1998 1999 2000 2002 2003 2004 2006 2007Ano
mg/
L M
g2+
Figura 19(d): Gráficos de controle para a localidade de São Roque com relação aos íons cálcio, magnésio, cloreto e sódio versus o ano.
71
Os gráficos para as localidades de Umburanas e Malhador mostraram
pouca variação com relação a media, apresentando, uma correlação baixa na
concentração destes íons com relação ao tempo. (Figura 19-b e 19-c).
Na localidade de Rio do Peixe ocorreu uma tendência linear inversa
quando comparado com a localidade de São Roque, pois os íons analisados indicam
um possível aumento de suas concentrações ainda que os pontos estejam contidos
dentro dos limites de controle. (Figura 19-d)
Conclui-se, desta forma, que as concentrações dos íons presentes nas
localidades escolhidas estão dentro dos limites superiores e inferiores o que
demonstram não haver um acréscimo ou diminuição significativa dos sais. Em
contrapartida, as tendências negativas e positivas mostradas para as localidades de
São Roque e Rio do Peixe respectivamente, não devem ser descartadas, sendo
recomendado um monitoramento mensal para estas localidades a fim de obter
dados para analise das diferenças significativas das variâncias através de teste de
hipóteses.
72
6. EXPERIMENTO PILOTO DE CRISTALIZAÇÃO FRACIONADA DOS SAIS
Para realização do experimento de cristalização fracionada dos sais a
localidade de Cachoeirinha no município de Ipirá, foi escolhida por apresentar as
instalações físicas necessárias para realização do experimento: 05 tanques de
evaporação de sais revestidos com lona de borracha GEOMEMBRANA e
apresentando as seguintes dimensões: tanque 01 com 13,6 x 8 m2; tanque 2 com
13,5 x 7,45 m; tanque 3 com 13,5 x 6,8 m; tanque 4 com 10,7 x 6,0 m e o tanque 05
com 9,7 x 5,8 m. A altura era variada, pois a superfície dos tanques não era regular,
sendo que a parte mais profunda do tanque 1 era de aproximadamente 25 cm
(Figura 20).
Figura. 20 Tanques de evaporação para cristalização fracionada dos sais na localidade de Cachoeirinha / Ipirá
Font
e: F
otos
retir
adas
por
Ber
etta
, M. 2
005.
73
O povoado de Cachoeirinha abriga em torno de setenta famílias (dado
obtido na pesquisa de campo) e tem como principal fonte de abastecimento de água,
em períodos de estiagem, a captação de água do poço tubular que após o processo
de dessalinização viabiliza o consumo desta água sem restrição. O equipamento
utilizado para realizar esse processo ocupa uma área aproximada de 15m2 e é
basicamente formado por uma bomba de alta pressão, vasos permeadores, filtros e
rotâmetro, (Figura 21).
A bomba submersa instalada no poço tubular bombeia 5 m3/h de água
salobra para um reservatório de 20 m3 que alimenta o sistema de dessalinização
produzindo 0,97 m3/h de rejeito e 0,67 m3/h de água dessalinizada. A água
dessalinizada é armazenada no segundo tanque de 10 m3 e distribuída para a
comunidade, (Figura 22).
Figura 22: Cachoeirinha/Ipirá: (a) Local onde poço foi instalado; (b) Reservatórios da água de poço e dessalinizada e local onde está instalado o dessalinizador.
FILTROS
VASOS PERMEADORES F
QUADRO ELÉTRICO
ROTÂMETRO
Font
e: F
oto
retir
ada
por B
eret
ta, M
. 200
7.
(a)
Figura 21. Equipamento de dessalinização instalado em Cachoeirinha/Ipirá.
Font
e: B
eret
ta, M
. 200
7. (b)
74
Atualmente o rejeito está sendo disposto no solo (Figura 23), no entanto,
a estrutura física do local comporta a utilização deste rejeito em tanques de
evaporação, tanques de criação de tilápias e irrigação das plantas halófitas.
Figura 23. Local onde a água do rejeito está sendo disposta, em Cachoeirinha/Ipirá
As águas do rejeito, do poço e dessalinizada foram analisadas para
caracterização das mesmas e verificação da eficiência do processo. Os resultados
da determinação analítica encontram-se na tabela 23.
Tabela 23. Resultados físico-químicos da água do rejeito, do poço e dessalinizada, Cachoeirinha/Ipirá.
Rejeito Poço Dessalinizador ÁguasParâmetro mg/L meq/L mg/L meq/L mg/L meq/LAlcalinidade Total (CaCO3) 899 18,0 519 10,38 15,9 0,32 Cálcio Ca2+ 697 34,9 402 20,12 1,59 0,08 Cloreto Cl- 9.817 277 5.447 153,61 284 8,01 Magnésio Mg2+ 1.791 147 1.026 84,44 0,97 0,08 Potássio K+ 19,0 0,49 13,0 0,33 2,00 0,05 Sódio Na+ 2.600 118 1.400 63,42 180 8,15 Sulfato SO4
2- 180 3,74 108 2,25 <1,5 <0,03 pH 7,40 6,01 5,97 Sólidos Totais Dissolvidos (TDS) 17.010 10.390 434 Condutividade especifica (µS/cm a 25ºC) 18.860 13.330 990
Font
e: F
oto
retir
ada
por R
ocha
, T,S
. 200
8
75
Comparando os resultados dos sólidos totais dissolvidos da água do poço
e da água dessalinizada observa-se que o sistema está operando com uma taxa de
remoção de sais, em torno de 96%. Contudo, o rejeito produzido obteve um
acréscimo aproximado, de 64% de sais, predominando os íons sódio (Na+), o
magnésio (Mg2+) e o cloreto (Cl-), o que pode ser melhor observado através do
diagrama colunar, expresso em meq/L, na figura 24.
Figura 24: Diagrama colunar, expresso em meq/L, dos principais íons contidos na água de rejeito.
6.1 EVAPORAÇÃO DO REJEITO NOS TANQUES DE EVAPORAÇÃO
Para identificar e quantificar o sal de magnésio, visando o estudo de
viabilidade no seu aproveitamento econômico, foi utilizada a cristalização fracionada
dos sais com intuito de se obter o sal de magnésio com menos impurezas. Para isso,
seguiu–se a mesma metodologia apresentada por Amorim et. al, 2001 que utilizaram
como referência o Diagrama de evaporação para água do mar (Figura 4) e a tabela
de J. Usiglio (Tabela 4). Essa metodologia consiste em expor água de rejeito ao sol;
à medida que a água evapora, os sais se concentram e, ao atingirem seus pontos de
saturação, precipitam de acordo com as suas características químicas. Este ponto é
76
identificado através da medição da densidade especifica expressa em graus Baumé,
(oBé) utilizando o aerômetro de Baumé (Figura 25).
Figura 25: Aerômetros de Baumé para identificar o
ponto de saturação através da medida da densidade especifica,(ºBé)
Foi utilizado um volume de 15 m3 do rejeito e transferido para o primeiro
tanque a fim de evaporar a água e cristalizar os sais. Para a medida inicial obtendo-
se o valor de 1,2 ºBé. Após 39 dias atingiu-se o ponto 15,1 ºBé, sendo então
transferido para o segundo tanque, e permanecendo até 24,8 ºBé e assim
ocorrendo, sucessivamente, até o quinto tanque conforme apresenta a tabela 24. A
evaporação foi acompanhada diariamente medindo o grau Baumé, a temperatura
ambiente e a altura do rejeito nos tanques. Observa-se que o maior tempo para
evaporação do rejeito ocorreu no primeiro tanque evaporando 60% do total do rejeito
e o tempo entre o início e o fim do experimento foram de 44 dias.
Font
e: F
oto
retir
ada
por B
eret
ta, M
. 200
8.
77
Tabela 24: Tempo em dias nos tanques de evaporação com suas respectivas faixas de grau Baumé, evaporação, temperatura da água de rejeito e peso dos sais.
Tanque de evaporação Nº dias ºBé Evaporação
(cm) Temperatura
média Peso dos sais(Kg)
Inicio 0 1,2 21 cm 23,0ºC - Tanque 01 39 15,1 8,4 cm 27,3ºC 5,84 Tanque 02 2 24,8 5,8 cm 27,0ºC 1,86 Tanque 03 1 29,0 3,2 cm 30,5ºC 14,5 Tanque 04 1 31,9 2,0 cm 31,0ºC 1,80 Tanque 05 1 35,0 1,5 cm 24,0ºC -
TOTAL 44 - -19,5 cm - 24
Tomando como base a concentração dos sólidos totais dissolvidos para a
água de rejeito, 17.010 mg/L (Tabela 23), e sabendo que o experimento iniciou com
um volume de 15,0 m3 foi calculado a quantidade provável de sais existentes no
rejeito. O peso total de sais previsto para este volume é de 255 kg. No entanto, na
prática foi encontrado apenas 24 Kg (Tabela 24) ocorrendo uma perda do sal de
94%. Presume-se que esta perda seja referente ao sal cristalizado no quinto tanque,
pois devido à lona ter se rasgado não foi possível caracterizá-lo e nem quantificá-lo.
Após pesagem do sal, amostras foram retiradas e enviadas para análise.
As técnicas de coleta e preservação seguiram especificações da ABNT (1990) NBR
10889. E as análises foram realizadas pelo Laboratório de Metrologia Química e
Volumétrica (MQV) do Senai/Cetind, segundo a metodologia da ABNT (1990) MB-
603/11636. Os resultados encontrados estão apresentados na tabela 25.
Tabela 25: Composição química mais provável do sal cristalizado nos tanques 01, 02, 03 e 04.
Composição centesimal do sal % Tanque de evaporação
Umidade %
Insolúveis % CaSO4 CaCl2 MgSO4 MgCl2 NaCl Na2SO4
Tanque 01 14,24 0,41 0,39 0,46 3,58 95,57 Tanque 02 13,44 0,20 1,14 0,14 0,41 98,32 Tanque 03 10,98 0,14 0,95 0,30 3,38 95,37 Tanque 04 16,42 0,24 0,40 0,37 99,11 0,12
TOTAL 2,88 0,59 0,67 7,37 388 0,12
De acordo com os resultados encontrados observa-se que, para os
quatros tanques, mais de 97% do sal cristalizado é de NaCl seguido de MgCl2 com
apenas 2%. Esses resultados confirmam que os íons Na+, Mg+, e Cl- predominam na
água de rejeito. No entanto, esperava-se encontrar uma proporção do íon sódio e
magnésio mais próximo, o que não ocorreu (Figura 24). A necessidade de um novo
78
experimento se fez necessário, pois os dados ficaram incompletos, uma vez que o
sal do quinto tanque não foi caracterizado, com isso, um novo experimento foi
iniciado em Cachoeirinha/Ipirá, mas devido às chuvas na região não foi concluído.
Como alternativa buscou-se reproduzir o experimento no laboratório utilizando um
volume menor para a evaporação.
6.2 EVAPORAÇÃO DO REJEITO NO LABORATÓRIO
Para realização do experimento foram coletados 10 litros da água do
rejeito e analisados os parâmetros físico-químicos que estão apresentados na
tabela 26. Tomando como base a concentração do TDS estima-se que o peso total
do sal cristalizado encontrado no final do experimento seja 13,3 g/L.
Tabela 26: Resultados físico-químicos da água de rejeito para os
experimentos no laboratório. Água de Rejeito Parâmetro mg/L meq/L
Alcalinidade Total (CaCO3) 735 14,7 Cálcio (CaCO3) 1.497 29,9 Cloreto Cl- 8.433 238 Magnésio Mg2+ 1.614 133 Potássio K+ 18 0,46 Sódio Na+ 2.050 92,9 Sulfato SO4
2- 245 5,10 pH 7,75 Sólidos Totais Dissolvidos (TDS) 13.300 Condutividade especifica (µS/cm a 25ºC) 23.900
Um volume inicial de 2000 ml do rejeito foi transferido para o primeiro
béquer a fim de evaporar a água e cristalizar os sais; para isso foi utilizado uma
placa de aquecimento à temperatura de 30ºC (Figura 26-a). Foi feita a medida inicial
obtendo-se o valor 0,5ºBé. Após evaporação de 1400 mL do rejeito o ponto de
3,5ºBé foi atingido, sendo então transferido para o segundo béquer e permanecendo
até 10ºBé. E assim ocorrendo, sucessivamente, até a última faixa de 25 a 30ºBé,
conforme apresenta a tabela 27. O sal cristalizado nos béqueres de acordo com seu
o ponto de saturação foi posto para secar a 180ºC e pesado (Figura 26-b).
79
Figura 26: Evaporação da água de rejeito no laboratório: (a) Evaporação de 2000 mL do rejeito à 30ºC; (b) Cristalização do sal na faixa de 25 a 30 ºBé.
O peso total dos sais cristalizados, no final do experimento, foi de 24,9 g
para 2 litros, que corresponde a 12,4 g/L (Tabela 27). Comparando este valor com o
valor dos sólidos totais dissolvidos da água de rejeito, 13,3 g/L, na tabela 26, obteve-
se um erro de 6,7% que é admissível pois houveram pequenas perdas durante a
transferência dos volumes de um béquer para outro.
Na faixa de 25 a 30ºBé ocorreu à maior quantidade dos sais precipitados
representado 76% do total dos sais encontrados, confirmando que a maior parte do
MgCl2 provavelmente estariam presentes no quinto tanque. Tabela 27- Volume do rejeito evaporado de acordo com a faixa de cristalização e peso do sal precipitado.
Béquer Faixa ºBé Volume a evaporar (mL)
Nº dias Peso de sal precipitado (g)
01 0,5– 3,5 2.000 4 0,62 02 3,5 – 10 600 2 0,88 03 10 – 15 250 1 0,85 04 15 – 20 125 1 1,30 05 20 – 25 80 1 2,45 06 25 – 30 60 1 18,75
TOTAL 10 24,85
O sal precipitado nos béqueres, referente à sua faixa de cristalização foi
dissolvido para 1 litro obtendo no final 6 soluções, ou seja, o béquer 1 produziu uma
Font
e: F
otos
retir
ada
por R
ocha
, T,S
. 200
8
80
solução de concentração de 0,62 g/L correspondente a faixa de 0,5-3,5ºBé. Essas
soluções foram analisadas e os resultados físico e químicos, expresso em mg/L e
meq/L, e do erro prático da análise (Ep%), estão apresentados na tabela 28.
Observa-se que os resultados para todas as 6 soluções, apresentaram
um erro prático menor do que o permitido quando comparado com os valores
apresentados na tabela 28, se mostrando resultados satisfatórios e consistentes.
Tabela 28: Resultados físico-químicos e os erros práticos das soluções obtidas a partir dos sais precipitados nas respectivas faixas de grau Baumé.
0-3,5 ºBé 3,5-10 ºBé 10-15 ºBé ÁguasParâmetro mg/L meq/L mg/L meq/L mg/L meq/LAlcalinidade Total (CaCO3) 36,1 0,72 12,0 0,24 9,03 0,18 Cálcio Ca2+ 56,3 1,13 46,3 0,93 44,3 0,89 Cloreto Cl- 276 7,78 447 12,6 427 12,0 Magnésio Mg2+ 54,3 4,47 84,0 6,91 82,1 6,76 Potássio K+ 0,00 0,00 0,00 0,00 1,00 0,03 Sódio Na+ 75,0 3,40 130 5,89 110 4,98 Sulfato SO4
2- 3,16 0,07 12,4 0,26 10,7 0,22 Condutividade especifica (µS/cm a 25ºC) 899 1.322 1.304
∑ ânions 8,57 13,1 12,4 ∑ cátions 8,99 13,7 12,6 Erro prático (%) 4,80 4,66 1,65
15-20 ºBé 20-25 ºBé 25-30 ºBé ÁguasParâmetro mg/L meq/L mg/L meq/L mg/L meq/LAlcalinidade Total (CaCO3) 6,02 0,12 5,02 0,10 13,0 0,26 Cálcio Ca2+ 243 4,86 74,4 1,49 1.006 20,1 Cloreto Cl- 537 15,1 1.178 33,2 11.047 311 Magnésio Mg2+ 91,4 7,52 163 13,4 2.322 191 Potássio K+ 1,00 0,03 2,00 0,05 23,0 0,59 Sódio Na+ 170 7,70 425 19,3 2.300 104 Sulfato SO4
2- 217 4,51 12,4 0,26 131 2,72 Condutividade especifica (µS/cm a 25ºC) 1.984 3.620 28.500
∑ ânions 19,8 33,6 315 ∑ cátions 20,1 34,2 316 Ep (%) 1,66 1,85 0,47
Tomando como base as concentrações iônicas das soluções (Tabela 28)
e a massa do sal, (Tabela 27) foi calculada a composição centesimal dos íons
presentes em cada faixa de graus Baumé, conforme consta na tabela 29.
81
Tabela 29: Composição dos íons presentes nos sais precipitados nas 06 faixas de cristalização.
Parâmetros 0 -3,5 ºBé
3,5-10 ºBé
10- 15 ºBé
15-20 ºBé
20-25 ºBé
25-30 ºBé
Alcalinidade total (CaCO3) % 5,82 1,36 1,06 0,46 0,21 0,07 Cálcio (Ca2+) % 3,63 2,10 2,08 7,5 1,23 2,15 Cloreto (Cl-) % 38,9 27,4 28,4 18,5 10,0 1,29 Magnésio (Mg2+) % 8,76 9,5 9,7 7,0 6,8 12,4 Potássio K+ % 0,00 0,00 0,12 0,08 0,08 0,12 Sódio Na+ % 12,10 14,8 12,9 13,1 17,6 12,3 Sulfato SO4
2- % 0,51 1,41 1,26 16,7 0,51 0,70
Pode ser observado pelos resultados (Tabela 29) que a composição do
íon magnésio se apresentou em maior quantidade na faixa de 25 a 30 ºBé
igualando, aproximadamente, ao íon sódio.
A determinação da composição centesimal mais provável dos sais
cristalizados contidos nas 06 faixas de cristalização baseou-se na metodologia:
Cloreto de sódio – ensaios analíticos de sal para alimentação humana, ABNT (1990)
MB-603. Os cálculos foram realizados de acordo com duas hipóteses:
Hipótese 1 para os béqueres 1,2,3,5 e 6 – quando o íon SO42- < Ca2+
(Tabela 29) ocorre a presença dos sais de CaSO4, CaCl2, MgCl2 e NaCl. E consiste
na combinação do íon sulfato com parte do íon cálcio, dando sulfato de cálcio, o
restante do íon cálcio deve ser expresso, sob forma de cloreto de cálcio. O magnésio
presente deve estar na forma de cloreto de magnésio. E cloreto de sódio é a
diferença de 100% com a soma de todas as formas de sais;
Hipótese 2 para o béquer 4 – quando o íon SO42- > Ca2+ (Tabela 29). E
consiste na combinação do íon sulfato com todo íon cálcio formando sulfato de
cálcio, e todo o íon de magnésio formando sulfato de magnésio. O cloreto de sódio
é a diferença de 100% com a soma de todas as formas de sais;
A tabela 30 apresenta a composição química mais provável do sal
cristalizado nas 06 faixas de grau Baumé (ºBé).
82
Tabela 30: Composição mais provável do sal cristalizado de acordo com as faixas em grau Baumé (ºBé).
Béquer Faixa ºBé CaSO4 % MgSO4% CaCl2 % MgCl2 % NaCl % 01 0,5– 3,5 0,72 - 9,47 34,31 55,50 02 3,5 – 10 2,00 - 4,20 37,39 56,41 03 10 – 15 1,78 - 4,32 37,83 56,06 04 15 – 20 25,40 34,81 - - 39,79 05 20 – 25 0,73 - 2,83 26,49 69,95 06 25 – 30 0,99 - 5,14 48,51 45,37
TOTAL 31,62 34,81 25,95 184,53 323,09
De acordo com os resultados encontrados observa-se que, para as seis
faixas, 53,8% do sal cristalizado é de NaCl seguido com 36,6%, de sais de
magnésio, na forma de MgCl2 e MgSO4, e em menor percentual estão os sais de
cálcio com 9,60% , na forma de CaSO4 e CaCl2. Estes resultados apresentaram-se
mais coerentes quando comparados com as concentrações iônicas, expresso em
mg/L, na tabela 26, confirmando que o predomínio dos íons Na+, Mg+ e Cl- na água
de rejeito advém da dissociação destes sais.
Observa-se ainda que o cloreto de sódio ocorreu em todas as faixas
predominando na faixa de 0 a 25º Bé. Na última faixa de 25 a 30ºBé o cloreto de
magnésio superou o cloreto de sódio. O cloreto de magnésio foi o segundo sal de
maior ocorrência, no entanto na faixa de 15 a 20ºBé não foi cristalizado, sendo
encontrado apenas sal de magnésio na forma de sulfato. Os sais de cálcio embora
em menor ocorrência foram encontrados em todas as faixas.
A caracterização dos sais cristalizados presentes na água de rejeito
comprova que o mesmo é rico em magnésio, contudo a cristalização fracionada dos
sais através do processo de evaporação com intuito de separá-los não se mostrou
adequada uma vez que outras formas de sais foram encontradas em todas as faixas.
Além disso, é necessário construir uma tabela de evaporação para cada rejeito
estudado uma vez que a composição do sal é função do rejeito, e
conseqüentemente função dos constituintes presentes na água de poço.
83
7. ESTUDO DA VIABILIDADE ECONÔMICA DO MAGNÉSIO
O magnésio é um elemento de baixa densidade que tem grande uso na
indústria aeroespacial devido à formação de ligas, especialmente com alumínio e
níquel. De uma forma geral, industrialmente ele tem sido obtido por eletrólise do
cloreto de magnésio, MgCl2, a partir da água do mar, no entanto, para produzir uma
tonelada de magnésio metálico são necessárias cerca de 800 toneladas da água do
mar (PEIXOTO, 2000) A concentração do íon magnésio da água do mar é de 1,29
mg/Kg, (MILLERO, 2005). Este valor, portanto, será utilizado como referência para a
quantidade de sal contido no rejeito produzido pelo processo de dessalinização na
localidade de Cachoeirinha em Ipirá.
O experimento de cristalização fracionada dos sais foi realizado no
campo, com um volume de 15.000 litros, distribuídos em tanques de evaporação e
no laboratório com volume de 2 litros distribuídos em béqueres. Os valores dos sais
precipitados no campo e no laboratório se mostraram discrepantes uma vez que o
experimento ocorrido no campo ficou incompleto, pois os sais cristalizados no último
tanque não foram quantificados. Por entender que os dados apresentados no
campo, mesmo incompletos, representam as condições ambientais reais de
evaporação do sal, não foram descartados. Portanto, o estudo da viabilidade
econômica foi realizado com os dados apresentados na cristalização do sal nos
tanque de evaporação e com os dados encontrados na evaporação do rejeito no
laboratório.
7.1 VIABILIDADE ECONOMICA DO MAGNÉSIO COM OS DADOS DA CRISTALIZAÇÃO FRACIONADA NOS TANQUES DE EVAPORAÇÃO.
A análise dos sais indicou a presença média de 27 g/kg de magnésio nas
amostras coletadas nos tanques de 1 a 4, quantidades significantemente superiores
à atualmente utilizadas na produção industrial do metal, que é de 1,29 mg/Kg. Os
valores obtidos relativos à presença de magnésio no rejeito do dessalinizador
existente em Cachoeirinha em Ipirá estão apresentados na tabela 31.
84
Tabela 31: Presença de Magnésio nos sais cristalizados após evaporação do rejeito nos tanques de evaporação em Cachoeirinha/ Ipirá. Tanque 1 Tanque 2 Tanque 3 Tanque 4 TOTAL Mg (g/kg) 27,70 27,19 21,77 33,11 27,44 Sais (kg) 5,84 1,86 14,50 1,80 24,00 Total Mg (Kg) 0,16 0,05 0,32 0,06 0,59 % Mg 2,77 2,72 2,18 3,31 2,74
Dentro das condições experimentais calculou-se a possibilidade de
obtenção de 0,59 Kg de magnésio, considerado que o total de sais obtidos para os
quatro tanques foi de 24 Kg, conforme a tabela 24. E tomando como base o volume
total de rejeito utilizado no experimento, 15 m3, temos uma relação de 1,6 Kg/m3 de
sais totais ou 0,04 Kg/m3 de magnésio para este dado volume. Medições em campo
indicaram uma vazão atual de produção de rejeitos do dessalinizador instalado, na
ordem de 0,845 m3/h, indicando uma capacidade de obtenção de 0,034 Kg/h ou 0,81
Kg/dia 2 de magnésio.
Tomando como base o valor atual de US$14,00/Kg do preço do metal
processado com 99% de pureza no mercado internacional de acordo com a Bolsa de
metais de Londres (2008) e sem levar em conta o custo da extração e purificação do
magnésio estima-se que o valor de produção do poço, pós-separação do mesmo
seja de US$0,48 por m3/h ou US$11,42 por m3/dia.
Montando um cenário para os 15 dessalinizadores instalados na área de
estudo e considerando que a concentração de magnésio e a vazão do rejeito
produzidos no processo de dessalinizadores são as mesmas, eleva-se teoricamente
o potencial de produção para US$7,2 por hora ou US$171 por dia. Este cenário
envolve a possibilidade de obtenção dos sais a uma taxa diária. Entretanto deve-se
considerar que o total de sais obtidos somente pode ser coletado após, em média,
40 dias de secagem do rejeito, implicando em um possível retorno econômico factual
de US$128 por mês em função das restrições hoje encontradas quanto à taxa de
obtenção dos sais.
2 Considerando que o dessalinizador funciona 24 horas .
85
7.2 VIABILIDADE ECONOMICA DO MAGNÉSIO COM DADOS DA CRISTALIZAÇÃO FRACIONADA NO LABORATÓRIO.
Para avaliar a viabilidade econômica com os dados apresentados pelo
laboratório utilizou-se o mesmo cálculo adotado no item 7.1. E para comparar os
resultados do laboratório com os dados de campo, as mesmas unidades serão
adotadas. A tabela 32 apresenta a quantidade de magnésio presente nas seis faixas
de grau Baumé após evaporação do sal de rejeito.
Tabela 32: Presença de Magnésio nos sais cristalizados após evaporação do rejeito ocorrido no laboratório
0 -3,5ºBé 3,5 - 10ºBé 10-15ºBé 15-20ºBé 20-25ºBé 25-30ºBé TOTAL Mg (g/kg) 87,6 95,0 97,0 70,0 68,0 124 90,27
Sais (kg) 0,00062 0,00088 0,00085 0,0013 0,00245 0,01875 0,02485
Total Mg (Kg) 0,000054 0,000084 0,000082 0,000091 0,00017 0,00233 0,00280
% Mg 8,76 9,5 9,7 7,00 6,8 12,4 9,03
A obtenção total de magnésio foi 0,0028 Kg presentes em 0,02485 Kg de
sal obtido nas seis faixas de ºBé. Tomando como base o volume total de rejeito
utilizado no experimento, 0,002 m3, temos uma relação de 12,43 Kg/m3 de sais totais
ou 1,4 Kg/m3 de magnésio para este dado volume. Medições em campo indicaram
uma vazão atual de produção de rejeitos do dessalinizador instalado, na ordem de
0,845 m3/h, indicando, portanto, uma capacidade de obtenção de 1,18 Kg/h ou 28,32
kg/dia de magnésio.
Tomando como base o valor atual de US$14,00/kg do preço do metal
processado com 99% de pureza no mercado internacional de acordo com a Bolsa de
metais de Londres (2008), estima-se que o valor de produção do poço, pós-
separação do magnésio seja de US$ 16,52 por hora ou US$396,48 por dia.
Os dados encontrados no laboratório foram extrapolados para o volume
de 15 m3 de rejeito a fim de se obter o ganho real para este dado volume (Tabela
33).
86
Tabela 33: Dados comparativos obtidos no campo e no laboratório para um volume 15m3
do rejeito) Dados obtidos
no campo Dados do Laboratório extrapolado para 15m3
Total de Mg (Kg/m3) 0,04 21
Total de Mg com vazão média de 0,845 m3/h 0,034 17,7
Valor (US$) do Mg (kg) m3/h 0,48 248
Valor (US$) de Mg (kg) m3/dia 11,42 5.962
87
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES
De acordo com o estudo hidroquímico foi identificado dois tipos de águas
para os poços monitorados: água predominantemente do tipo cloretada cálcica-
magnesiana com predomínio dos íons Na+, Mg2+ e Ca2+ e Cl e água cloretada sódica
na localidade de Umburanas. A relação entre os íons dissolvidos indica certa relação
com o litotipo, uma vez que as águas subterrâneas da área de estudo repousam
sobre rochas do embasamento cristalino compostas essencialmente de quartzo,
plagioclassio feldspato potássio, biotita e hornblenda. Ha forte correlação positiva
destes íons com os sólidos totais dissolvidos: r=0,940 para o íon sódio; r=0,954 para
o íon magnésio e r=0,982 para cloreto indicam que as águas dos poços na área de
estudo tem a presença predominante de cloreto de sódio e cloreto de magnésio.
A exploração desses mananciais poderiam ser indicativo de uma
diminuição desses sais, através do bombeamento contínuo ou um aumento do
mesmo devido ao manejo inadequado do rejeito, contudo, estatisticamente não foi
evidenciado para o período estudado, uma vez que os dados coletados caíram entre
os limites adotados. No entanto, é verificada uma tendência negativa para a
localidade de São Roque e positiva para a localidade do Rio do Peixe sendo
necessário um monitoramento mensal para uma melhor análise estatística.
O rejeito produzido pelo processo de dessalinização, evaporado nos
tanques para separar os sais através da cristalização seletiva, sob as condições
ambientais da região, apresentou 97% dos sais cristalizados na forma de NaCl
seguido de MgCl2 com apenas 2%. Através dos resultados das análises físico-
químicas do rejeito esperava-se que as proporções fossem mais próximas. Os dados
encontrados no experimento do laboratório, entretanto, ficaram de acordo com o
cálculo teórico esperado onde 53,8% do sal cristalizado foi de NaCl seguido com
36,6%, de sais de magnésio.
A evaporação fracionada para a cristalização seletiva dos sais não se
mostrou adequada para as condições testadas, uma vez que todos os sais foram
88
encontrados em todas as faixas de grau Baumé. Além disso, é necessário construir
uma tabela de evaporação para cada rejeito estudado uma vez que a composição
do sal é função do rejeito e conseqüentemente função dos constituintes presentes
na água de poço.
As concentrações presentes de magnésio indicam possibilidades
interessantes de ganhos econômicos com sua exploração. Com os dados obtidos no
campo o valor de produção do poço, pós-separação do magnésio é de US$0,48 por
m3/h. Vale ressaltar que este valor refere-se aos sais encontrados nos quatros
tanques, que representam 26% dos sais cristalizados de acordo com o experimento
realizado no laboratório. Os dados obtidos no laboratório elevaram este valor para
US$ 16,52 por m3/h. Extrapolando o volume do rejeito para 15 m3 obtêm um valor de
US$ 248 por m3/h. Contudo, as características locais tais como o grande
distanciamento das fontes, a baixa vazão do rejeito e os longos prazos para
obtenção de volumes significativos de sais para obtenção de magnésio, implicam em
dificuldades. Tais dificuldades apresentadas podem ser, entretanto, resolvidas com a
aplicação de soluções tecnológicas e logísticas, não necessariamente de alto custo:
a) Quanto ao distanciamento das fontes e sua baixa vazão, pode-se otimizar os
custos operando com poços de maior vazão para obtenção de mais sais.
b) Com relação aos longos períodos para obtenção dos sais, isto é característica
do processo utilizado cujo ponto crítico é a evaporação passiva, à céu aberto,
sujeita as intempéries as quais atrasam a obtenção dos sais, devido a chuvas
e impurezas carreadas pelo vento para dentro dos tanques, contaminando-os.
Neste caso a modificação do processo é crucial para a obtenção satisfatória
de concentrado em volumes e taxas adequadas.
Por outro lado, para que o processo possa ser efetivamente realizado em
prazos e volumes razoáveis seria necessário o uso de tecnologias mais avançadas
de dessalinização, particularmente sistemas térmicos como torres de dessalinização
89
e dessalinização flash. Sugerem-se tais sistemas, pois os mesmos permitem a
obtenção de sais utilizando-se sistemas selados, imunes às condições climáticas
adversas que ocasionaram o incorreto funcionamento do sistema testado. O sistema
de dessalinização atualmente usado, por osmose reversa, também não permite
maior eficiência em termos de geração de rejeito de maior concentração devido a
limitações tecnológicas do próprio sistema. Neste sentido a dessalinização térmica,
seja pelo uso de energia solar ou outra fonte de calor, maximiza a obtenção de água
e sais, uma vez que permite, se desejado, a completa separação da água dos sais
dissolvidos, obtendo-se, em condições ideais, rejeito zero.
Considerando-se os fatores envolvidos, sobretudo a grande concentração
de magnésio no rejeito dos dessalinizadores, a adoção de tecnologias para
incrementar a produção de água salobra e aceleração de sua evaporação para a
produção de sais e posterior obtenção de magnésio pode ser uma opção de
interesse para a obtenção econômica de magnésio. Entretanto, o uso de tecnologias
mais tradicionais de obtenção de magnésio a partir da água salobra, tipicamente
eletrólise, deve ser considerado se houver a proposta de produção em grande
escala de metal a partir da bacia em estudo.
A busca pela recuperação do magnésio na presente situação, referente
ao valor de US$0,48 por m3/h, somente pode ser justificada do ponto de vista
ambiental, visando a obtenção de rejeito zero nos dessalinizadores, eliminando o
impacto ambiental atualmente gerado pela disposição dos rejeitos no solo e
otimizando a recuperação integral da água presente nos poços salinos da região.
Entretanto, os resultados colhidos em laboratório mostraram um potencial
econômico para extração do magnésio bem mais elevado. Vale ressaltar que o
experimento ocorrido no laboratório foi realizado sob condições controláveis de
temperatura e de medidas precisas relacionadas à quantidade de sais precipitados.
Desse modo, novos experimentos no campo sob as condições climáticas da região
devem ser realizados para verificar o ganho real obtido na extração do magnésio.
90
Recomenda-se a realização de mais estudos quanto às possibilidades de:
a) Selecionar os poços que apresentem uma vazão maior a fim de incrementar o
volume de concentrado obtido e uma maior extração na quantidade de
magnésio.
b) Avaliar a variação de concentração de magnésio nos demais poços para
estender a sua extração em toda a área de estudo.
c) Instalar um sistema de dessalinização térmica visando verificar seu potencial
de recuperação de sais e água.
d) Testar um desenho mais avançado de sistema de cobertura dos tanques.
e) Testar a evaporação utilizando um tanque somente, uma vez que o magnésio
precipitou em todos os tanques do experimento.
91
9. REFERÊNCIAS AGÊNCIA NACIONAL DE AGUA. Programa de abastecimento da população rural da região semi-árida. Disponível em < http://www.ana.gov.br/ prhbsf/arquivos /Estudos/ET%2011%20 Abastecimento%20Rural.pdf>. Acesso em 03 de março de 2007. AMORIM, M. C. C.; PORTO, E. R.; ARAUJO, O. J.; SILVA JÚNIOR, L. G DE A. Alternativas de reuso dos efluentes da dessalinização por osmose inversa: evaporação solar e meio líquido para cultivo de tilápia koina (oreochromis sp.) In: 21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 2001, João Pessoa. Anais, 2001. ARNAL, J.M.; SANCHO, M.; IBORRA, I.; GOZA´IVEZ, J.M.; SANTAFE, A.; LORA, J. Concentration of brines from RO desalination plants by natural evaporation. Desalination 182. Valencia Spain, 2005. vol. 78. p.429–437. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10889: Preparação da amostra de cloreto de sódio – sal para alimentação humana - procedimento. Rio de Janeiro, 1987. 23p ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 603/11636: Cloreto de sódio – ensaios analíticos de sal para alimentação humana. Rio de Janeiro, 1990. 9p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9898: Preservação e técnicas de amostragem de efluentes líquidos e corpos receptores. Rio de Janeiro, 1987. 23p BOLSA DE METAIS LONDRES. Disponível em www.metalplaces.com. Acesso em 4 de maio de de 2008. BRADY, N.C. Natureza e propriedades do solo. Trad. FIGUEIREDO, A.B.N. 7º ed. Rio de janeiro, 1989. Livraria Freitas Bastos. BROWN, T.L; LEMAY, JR HE; BURSTEN, B.C. Chemistry. The Central Science. 7th ed. Prentice-Hall, New Jersey, 1997. p. 893. BRASIL. Ministério da Saúde. Portaria nº 518, de 25 de março de 2004. Padrão de potabilidade da água para consumo humano, Brasília, DF. BRASIL. Ministério do Meio Ambiente: Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA. Resolução nº 357, de 17 de março de 2005. Classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para seu enquadramento, Brasília, DF.
92
COMPANHIA DE ENGENHARIA RURAL DA BAHIA. Banco de dados de poços tubulares da Bahia. Salvador, 1983. COMPANHIA DE ENGENHARIA RURAL DA BAHIA. Banco de dados de poços tubulares da Bahia – Projeto Dessal. Salvador, 2000 COMPANHIA DE PESQUISA DE RECURSOS MINERAIS. Programa de Levantamentos Geológicos Básicos do Brasil, Serrinha. Folha SC.24-Y-D. Estado da Bahia. Escala 1:250.000. Brasília, CPRM 1995. COMPANHIA DE PESQUISA DE RECURSOS MINERAIS. Região Central do Cinturão Bahia oriental: geologia e recursos minerais. Salvador: CBPM, 2007 DOW LATIN AMERICA. A tecnologia de membranas de osmose reversa. São Paulo, 1988. DREVER, J.J. The Geochemistry of natural waters: surfaces and grounwater environments. Prentice-Hall, New Jersey, 1997. 436 pp EATON, A.D., CLERESCI, L.S., RICE E. W., GREENBERG, A.E. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21ed. Washington, 2005. EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUARIA. Obtenção de água potável por osmose inversa com acondicionamento dos rejeitos. Petrolina, abr. de 1999. FEITOSA, F.A.C; FILHO, J.M: Hidrogeologia Conceitos e Aplicaçãoes: Noções de hidroquimica. CPRM, LABHID-UFPE, Fortaleza, 1997. pp. 81-108. FUNDADÇÃO CEARENSE DE METROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS. Software para interpretação de gráficos e dados Hidroquímicos: Qualigraf. Disponível em <http//www.funceme. recursos hidricos>. Acesso em: 8 de jun. de 2006. GUANAES, N.O. Dessalinização de água subterrânea. Abas Informa. Dez. de 2001, nº 121, p.22. HEM, J.D. Study and interpretation of chemical characteristics of natural water. USGS science for a changing world, 1985. JOHNSON, E.E. Ground water and wells. Saint Paul, Minnesota, 1969. JUCÁ, S.C.S. Obtenção de água potável utilizando eletrodiálise solar. Vertices, v.7, n.1/3, Jan./Dez, 2005. KUBITZA, F. Tilápia em água salobra e salgada. In Revista Panorama da Aqüicultura, Rio de Janeiro, vol. 15, nº 88, p. 14-18, mar/abr. 2005. LAPPONI, J.C., Estatística usando Excel. São Paulo: Lapponi treinamento e editora, 2000
93
LIMA, O. A. L. Geosistema e recursos hídricos: água subterrânea no estado da Bahia. In Bahia Análise e Dados. Salvador, 2003. v.13, nº. especial. p.391- 402 LOGAN, J. Interpretações de análises químicas de água. U.S. Agency for International Development, Recife, 1965. 67p. LOUREIRO, H.S.C. Mundo novo, folha SC.24-Y-D-IV: Estado da Bahia. Covênio DNPM/CPRM. Escala 1:100.000. Brasília, DNPM, 1991. MILLERO, F.J.; Chemical Oceanography, Academic Press, New York, 2005. 536pp MENDES , B.; OLIVEIRA, J.F.S., Qualidade da Água para Consumo Humano. Ed. LIDEL, Porto, Portugal, 2004. MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Secretaria de Recursos Hídricos. Panorama e Estado dos Recursos Hídricos do Brasil. Secretaria de Recursos Hídricos. Janeiro, 2006. v I. ORTIZ J.M., SOTOCA, J.A., EXP´OSITO E., GALLUD, F, GARC´IA-GARC´IA, MONTIEL V. V., ALDAZ A. Brackish water desalination by electrodialysis: batch recirculation operation modeling. Journal of Membrane Science. Spain, 29 de jan. de 2005, nº 252. p.65-75 PESSOA, L.C.C. Analise do desempenho do impacto ambiental de dessalinizadores por osmose reversa instalados no interior do Ceará. Dissertação, Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental, Universidade federal do Ceará. Fortaleza, 2006. PEIXOTO, E. M. A. Magnésio Química nova escola São Paulo N° 12, Novembro 2000 PORTO E. R.; AMORIM, M. C. C; SILVA JUNIOR, L. G de A. Uso do rejeito da dessalinização de água salobra para irrigação da erva-sal (Atriplex nummularia). In Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. Campina Grande, 2001. v.5, n.1. p.111-114 RAO N.S., VENKATESWARA R.T.N., RAO G.B. and RAO K.V.G. Impact of reject water from the desalination plants on groundwater quality. Desalination, 1990. v. 78. p.429–437. REBOUÇAS, A. C. In: REBOUÇAS, A. C., BRAGA, B., TUNDISI, J.G Águas Doces do Brasil: Águas Subterrâneas. São Paulo: Escrituras, 2002a. p.119-151 REBOUÇAS, A. C. In: REBOUÇAS, A. C., BRAGA, B., TUNDISI, J.G. Águas Doces do Brasil: Água doce no mundo e no Brasil. São Paulo: Escrituras, 2002b. p.01-37
94
VIEIRA, V. P.P.B. In: REBOUÇAS, A. C., BRAGA, B., TUNDISI, J.G. Águas Doces do Brasil: Água doce no semi-árido. São Paulo: Escrituras, 2002. p.507-530
95