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Análise Cromatográfica de Íons e Monitoramento de Nitrato das Águas de Abastecimento da UFRN

Análise Cromatográfica de Íons e Monitoramento de Nitrato das Águas de Abastecimento da UFRN

Monografia apresentada ao Departamento de Química do CCET da UFRN como requisito para conclusão do Curso de Química Bacharelado.

Orientador: Profº. Dr. Jailson Vieira de Melo

Análise Cromatográfica de Íons e Monitoramento de Nitrato das Águas de Abastecimento da UFRN

Por ROBSON ESDRAS DANTAS DE ARAÚJO

Monografia aprovada como requisito para a obtenção do título de Bacharel em Química, examinada pela banca formada por:

Prof. Dr. Djalma Ribeiro da Silva. Dep. Química UFRN

A Deus pelo dom da vida, e por poder me proporcionar a realização desse sonho;

Aos meus pais, minha irmã, meus familiares, meus amigos, Professor Jailson, por ter sido sempre paciente e dedicado ao me ensinar, a Emily Cíntia que me ajudou muito nas minhas análises, a Marjore e Jô do DMA, pela dedicação e pela amizade.

Dedico este trabalho primeiramente a Deus, que sempre me iluminou e me abençoou, aos meus pais que sempre me encorajaram a enfrentar os obstáculos da vida, a minha irmã pela paciência e amor para comigo, amigos, familiares e professores que contribuíram com esse sonho.

1. Introdução1
Objetivos13
Objetivos Gerais13
Objetivos Específicos13
Justificativa13

CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO

2. Referenciais Teóricos16
2.1 A Água16
2.2 Importância da Água Para o Corpo16
2.3 Ocorrência de Água Subterrânea17
Freático18
Na sua Gestão19
2.4 Saneamento Básico19
2.5Química das Águas Subterrâneas20
2.6 Propriedades Físicas da Água2
2.6.1 Temperatura2
2.6.2 Cor2
2.6.3 Odor e Sabor23
2.6.4 Turbidez23
2.7 Norma de Qualidade para a água de consumo humano24
2.8 Política de Gerenciamento Estadual dos Recursos Hídricos25
2.9 Lei das Águas – Lei Nº9. 433, de 8 de Novembro de 199726
2.10 Íons Analisados e sua Potabilidade26
2.10.1 Nitrato26
2.10.2 Flúor27
2.10.3 Cloro28

CAPÍTULO 2 – REFERÊNCIAIS TEÓRICOS 2.3.1 Zonas de Ocorrência da Água no Solo de um Aqüífero 2.3.2 Recursos Hídricos do Estado e Questões Relevantes na 2.10.4 Bromo.................................................................................................29

2.10.6 Fosfato29
3. Procedimentos Experimentais32
3.1 Materiais e Métodos32
3.1.1Reagente e Soluções32
3.1.2 Vidrarias32
3.1.3 Equipamentos Eletrônicos e Acessórios32
3.2 Preparação das Soluções3
3.3 Coleta das Amostras3
3.4 Preparação das Amostras3
3.5 Determinação do pH e da Condutância34
3.6 Metodologia Utilizada nas Análises34
3.7 Determinação de Nitrato34
3.8 Determinação dos Demais Íons35
3.9 Cromatografia de Íons36
3.10 Espectroscopia de Ultra-Violeta37

CAPÍTULO 3 - PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

4. Discurssão dos Resultados41
4.1 Discurssão para o Nitrato41
4.1.1 pH41
4.1.2 Condutância Específica42
4.1.3 Nitrato43
4.2 Discurssão para os Demais Íons45
4.2.1 Fluoreto45
4.2.2 Cloreto46
4.2.3 Brometo47
4.2.4 Sulfeto48
5. Conclusão51

CAPÍTULO 5 – CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Figura 1: curva de calibração para o Nitrato25
Campus3
Tabela 2 : Gráfico dos níveis de nitrato dos reservatórios da UFRN34
Tabela 3: Gráfico dos poços que apresentam Flúor nos poços35
Do Campus da UFRN36
Tabela 5: Gráfico dos poços que contém íons Brometo37

Tabela 1: Gráfico de condutância das amostras colhidas nos poços do Tabela 4: Gráfico das quantidades de Cloreto encontrados no aqüífero Tabela 6: Gráfico da quantidade de sulfato encontrado no aqüífero do

Campus universitário38
H2O- Água
Nm-1- Newton por metro
ºC- Graus Celsius
Kg/m3- Kilograma por metro cúbico
J mol-1 K-1- Joule por mol Kelvin
Km3- Kilometro cúbico
pH- Potencial Hidrogeniônico
UFRN- Universidade Federal do Rio Grande do Norte
OMS- Organização Mundial de Saúde
IBGE- Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
CONAMA- Conselho Nacional do Meio Ambiente
M- Metro
Mg/L- Miligrama por litro
Mg Pt/L- Miligrama de Platina por Litro
UNT- Unidade Nefelométrica de Turbidez
Fe- Ferro
NO3-- Íon Nitrato
USEPA- United States Environmental Protection Agency
CCSA- Centro de Ciências Sociais Aplicadas
Cl-- Íon Cloreto
ppm- Parte por Milhão
VMP- Valor Máximo Permitido
MS- Ministério da Saúde
µm- Micrometro
MEJC- Maternidade Escola Januário Cicco
HOSPED- Hospital Pediátrico
NHH- Núcleo de Hematologia e Hemoterapia
DOL- Departamento de Oceanografia e Liminologia
DMA- Divisão de Meio Ambiente
SIN- Superintendência de Infra-estrutura

LISTA DE SIGLAS KNO3 - Nitrato de Potássio

nm- nanômetro
KOH- Hidróxido de Potássio
OH-- Íon Hidroxila
NO2-- Íon Nitrito
SO4-- Íon Sulfato
PO4-- Íon Fosfato
UV- Ultravioleta
I0- Intnsidade Inicial
T- Transmitância
λ- Lambda (Comprimento de Onda)

UV-Vís - Região do Ultravioleta e visível µSCm- - Microsiemens por centímetro

Nos últimos anos as grandes cidades vêm sofrendo com a falta de saneamento básico, e na UFRN não vem sendo diferente, como o campus universitário se encontra dentro da cidade do Natal entre bairros residenciais não saneados e, portanto, contaminando o aqüífero que abastece o campus universitário, o campus de Natal retira sua água de abastecimento de poços perfurados dentro da universidade, e durante algum tempo vem sendo constatado à contaminação dessa água, que serve para o consumo humano além de outros fins, a Divisão de Meio Ambiente através da Superintendência de Infra-estrutura da UFRN, vem fazendo monitoramentos mensais na água que abastece o campus, mas além de nitrato vem sendo feito monitoramentos físico-químicos como o pH e a condutividade da água, na intenção tentar conter contaminação por Nitrato além de verificar a qualidade físico-química da água e os demais íons feitos em análises cromatográficos.

Palavras-Chaves: Nitrato, Espectroscopia de UV-Vis, Análises Físico-químico.

CAPÍTULO 1

1 INTRODUÇÃO

A água ("hidróxido de hidrogênio" ou "monóxido de di-hidrogênio" ou ainda "protóxido de hidrogênio") é uma substância líquida que parece incolor a olho nu em pequenas quantidades, inodora e insípida, essencial a todas as formas de vida, composta por hidrogênio e oxigênio. É uma substância abundante na Terra, cobrindo cerca de três quartos da superfície do planeta, encontrando-se principalmente nos oceanos e calota polares, mas também em outros locais em forma de nuvens, água de chuva, rios, aquíferos ou gelo. A fórmula química da água é H2O.

A água é o constituinte mais característico da Terra e é o ingrediente essencial da vida. Ilustrando esta essencialidade da água: "Um certo indivíduo está num deserto e necessita de água. Neste caso, a água é tão importante que este indivíduo deixa qualquer riqueza que possua e passa a querer a água antes de qualquer outra coisa". Este conceito é chamado pelos economistas pelo nome de utilidade marginal.

A água possui muitas propriedades incomuns que são críticas para a vida: é um bom solvente e possui alta tensão superficial (0,07198 N m-1 a 25ºC). A água pura tem sua maior densidade em 3,984ºC: 9,972 kg/m³ e tem valores de densidade menor ao arrefecer e ao aquecer. Como uma molécula polar estável na atmosfera, desempenha um papel importante como absorvente da radiação infravermelha, crucial no efeito estufa da atmosfera. A água também possui um calor específico peculiarmente alto (75,327 J mol-1 K-1 a 25 ºC), que desempenha um grande papel na regulação do clima global.

A água da torneira pode ser contaminada por substâncias químicas ou microorganismos prejudiciais à saúde pública. Mesmo substâncias indispensáveis podem aparecer em excesso e ser muito prejudiciais em altas dosagens. Pode ocorrer excesso de concentração cloro, flúor ou outras substâncias utilizadas no tratamento. No entanto, devido às baixas dosagens utilizadas no tratamento e ao controle do processo de tratamento esse tipo de ocorrência é raro.

As formas mais comuns de contaminação ocorrem em decorrência da presença de poluentes despejados nos mananciais ou de microorganismos. Esse tipo de contaminação é mais freqüente em localidades que não possuem tratamento de água, mas em alguns casos, podem ocorrer mesmo em água tratada, devido a falhas no processo ou pela presença de poluentes que não possam ser removidos pelo processo de tratamento normal.

Em muitos casos os contaminantes podem estar presentes mesmo em águas minerais engarrafadas. As fontes de águas minerais podem encontrar-se em regiões sujeitas à presença de poluentes que se infiltram no lençol freático e mesmo após a filtração das rochas podem ainda estar presentes no ponto de coleta.

Entre os contaminantes, podem ser encontradas, bactérias, protozoárioss e fungos patogênicos, toxinas produzidas por algas ou por decomposição de animais ou lixo (chorume). Além disso, toda sorte de compostos químicos decorrentes de despejos industriais ou falta de saneamento básico podem ocorrer, tais como nitrato. Enfim também podem ser encontrados metais pesados dissolvidos na água, como cromo, chumbo ou mercúrio, que podem provocar diversos tipos de doenças.

1.2.1 Objetivos Gerais

Monitorar a qualidade da água que abastece a Universidade Federal do Rio

Grande do Norte, no campus central da cidade do Natal, verifficando a existência de contaminantes e suas respectivas concentrações e se adequam aos padrões de potabilidade adimitidos pelo Ministério da Saúde (Portaria nº 1.-469, de 29 de dezembro de 2000).

1.2.2 Objetivos Específicos

Verificar os íons dissolvidos na água dos poços que abastece a UFRN; Determinar a concentração desses íons (nitrato, nitrito, outros), verificar o pH, condutância específica;

Verificar se os resultados obtidos estão de acordo com as normas vigentes no país;

Demosntrar os métodos de analíticos que foi utilizado para a obtenção dos resultados;

1.2.3 Justificativa

No Campus Central da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, o abastecimento d’agua é feito por poços perfurados dentro do Campus Universitário água essa que não passa por nenhum tratamento prévio, onde a água é succionada por uma bomba para os reservatórios e depois é misturada com agua de outros reservatórios já que a água dos poços da UFRN está contaminada com nitrato, sendo preciso diluí-la para diminuir a sua concentração. O monitoramento do nitrato dissolvido na água vem sendo feito a algum tempo pela Divisão de Meio Ambiente do Campus que é vinculada a Superintendência de Infra-estrutura.

Como uma parte do Campus se encontra contornado entre bairros residênciais, que não estão saneados, o lençol freático que abastece o campus está contaminado com o nitrato, que já vem sendo monitorado. Pelo fato dessa contaminação foi feito análises de outros íons para se os mesmos existirem dissolvidos no lençol poderam ser diagnóisticados e verificados suas concentrações, pois existem substâncias que quando encontradas em determinadas concentrações podem ser nocivos a saúde da população. Então através desses resultados poderam serem feitos estudos para que providências sejam tomadas para o tratamento da água.

CAPÍTULO 2

2.1 A Água

A água é o constituinte mais característico da terra. Ingrediente essencial da vida, a água é talvez o recurso mais precioso que a terra fornece à humanidade. Embora se observe pelos países mundo afora tanta negligência e tanta falta de visão com relação a este recurso, é de se esperar que os seres humanos tenham pela água grande respeito, que procurem manter seus reservatórios naturais e salvaguardar sua pureza. De fato, o futuro da espécie humana e de muitas outras espécies pode ficar comprometido a menos que haja uma melhora significativa na administração dos recursos hídricos terrestres. A água sempre é vista como um dos recursos naturais renováveis e disponíveis a todas as nossas necessidades, porém já há algum tempo ambientalistas alertam para o desperdício da água, sua contaminação devida ao lixo, esgoto, invasões ao redor das reservas, desmatamentos e poluentes industriais e agrícolas. Um bem precioso de apenas 1% em todo o planeta. A água é o mais crítico e importante elemento para a vida humana. Compõe de 60 a 70% do nosso peso corporal, regula a nossa temperatura interna e é essencial para todas as funções orgânicas. Em média, no mínimo, nosso organismo precisa de 4 litros de água por dia. Além disso, a água também é usada na preparação de mamadeiras, de comidas e sucos. Por isso temos que garantir uma água segura, com qualidade, pura e cristalina.

2.2 Importância da água para o corpo

O corpo humano é composto de água, entre 70 e 75%. Na média, a proporção de água no corpo humano é idêntica à proporção entre terras emersas e águas na superfície do planeta Terra. Estranha coincidência. Melhor não tirar nenhuma inferência ou conclusão. O percentual de água no organismo humano diminui com a idade: entre 0 e 2 anos de idade é de 75 a 80 %; entre 2 e 5 anos cai para 70 a

75%; entre 5 e 10 anos fica entre 65 a 70%; entre 10 e 15 anos diminui para 63 a 65% e entre 15 e 20 anos atinge 60 a 63%. Aí vem um período de maior estabilidade, como na vida psíquica, mas sem muitas garantias: entre 20 e 40 anos esse teor de água no corpo humano fica entre 58 a 60%. Entre os 40 e os 60 anos, essa percentagem cai para 50 a 58%. A seiva parecer diminuir ou ficar mais concentrada. Acima de 60 anos, o humano segue sua desidratação. É como se nos idosos, metade da existência fosse água e o resto, sólidas resíduas e recordações. No próprio corpo humano, os teores de água variam. Os órgãos com mais água são os pulmões (mesmo se vivem cheios de ar) e o fígado (86%). Paradoxalmente, eles têm mais água do que o próprio sangue (81%). O cérebro, os músculos e o coração são constituídos por 75% de água.

2.3 Ocorrência de Água Subterrânea

A água da chuva pode ter vários destinos após atingir a superfície da Terra.

Inicialmente uma parte se infiltra. Quando o solo atinge seu ponto de saturação, ficando encharcado, a água passa a escorrer sobre a superfície em direção aos vales. Dependendo da temperatura ambiente, uma parte da chuva volta à atmosfera na forma de vapor. A parcela da água que se infiltra vai dar origem à água subterrânea.

A taxa de infiltração de água no solo depende de muitos fatores:

1-Sua porosidade: A presença de argila no solo diminui sua porosidade, não permitindo uma grande infiltração.

2-Cobertura vegetal: Um solo coberto por vegetação é mais permeável do que um solo desmatado.

2-Inclinação do terreno: em declividades acentuadas a água corre mais rapidamente, diminuindo o tempo de infiltração.

3- Tipo de chuva: Chuvas intensas saturam rapidamente o solo, ao passo que chuvas finas e demoradas têm mais tempo para se infiltrarem.

A água que se infiltra está submetida a duas forças fundamentais: a gravidade e a força de adesão de suas moléculas às superfícies das partículas do solo (força de capilaridade). Pequenas quantidades de água no solo tendem a se distribuir uniformemente pela superfície das partículas. A força de adesão é mais forte do que a força da gravidade que age sobre esta água. Como conseqüência ela ficará retida, quase imóvel, não atingindo zonas mais profundas. Chuvas finas e passageiras fornecem somente água suficiente para repor esta umidade do solo.

2.3.1 Zonas de ocorrência da água no solo de um aqüífero freático

Zona de aeração: é a parte do solo que está parcialmente preenchida por água. Nesta zona a água ocorre na forma de películas aderidas aos grãos do solo. Solos muito finos tendem a ter mais umidade do que os mais grosseiros, pois há mais superfícies de grãos onde a água pode ficar retida por adesão.

Na zona de aeração podemos distinguir três regiões:

Zona de umidade do solo: é a parte mais superficial, onde a perda de água de adesão para a atmosfera é intensa. Em alguns casos é muito grande a quantidade de sais que se precipitam na superfície do solo após a evaporação desta água, dando origem a solos salinizados ou a crostas ferruginosas (lateríticas).

Franja de capilaridade: é a região mais próxima ao nível d’água do lençol freático, onde a umidade é maior devido à presença da zona saturada logo abaixo.

Zona intermediária: região compreendida entre as duas anteriores e com umidade menor do que na franja capilar e maior do que na zona superficial do solo.

Como já foi dito, a capilaridade é maior em terrenos cuja granulometria é muito fina.

Em áreas onde o nível freático está próximo da superfície, a zona intermediária pode não existir, pois a franja capilar atinge a superfície do solo. São brejos e alagadiços, onde há uma intensa evaporação da água subterrânea.

Zona de Saturação: é a região abaixo do lençol freático (nível freático) onde os poros ou fraturas da rocha estão totalmente preenchidos por água. Observe-se que em um poço escavado num aqüífero deste tipo a água o estará preenchendo até o nível freático.

Em aqüíferos freáticos o nível da água varia segundo a quantidade de chuva.

Em épocas com mais chuva o nível freático sobe e em épocas em que chove pouco o nível freático desce. Um poço perfurado no verão poderá ficar seco caso sua penetração na zona saturada for menor do que esta variação do nível d’água.

2.3.2 Recursos Hídricos do Estado e questões relevantes na sua gestão

Uma relevante parte dos recursos hídricos do Estado consiste de águas subterrâneas. Os aqüíferos subterrâneos são responsáveis pelos abastecimentos de água em diversas cidades, levando ao número elevado de obras de captação dessas águas, na sua maioria, poços tubulares. Representante nesse contexto é o sistema Parque das Dunas, em Natal, responsável em grande parte pela captação de águas na cidade, inclusive a do Campus Universitário de Natal, que se encontra ao lado do parque [03].

2.4 Saneamento Básico

A expressão Saneamento Básico é reconhecida no Brasil, no estágio atual, como parte do saneamento do meio que trata de problemas de abastecimento de

água, coleta e disposição dos esgotos sanitários, incluindo os resíduos líquidos industriais, controle da poluição provocada por esses esgotos, drenagem urbana (águas pluviais) e acondicionamento, coleta, transporte e destino dos resíduos sólidos.

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