Relatório Para Aula Prética De Química

http://www.agsolve.com.br/noticias/agua-dura-e-seus-riscos

Água dura e seus riscos

05/06/2012

Água com alto teor de cálcio e magnésio pode causar danos à saúde; e trazer problemas para a indústria, mas tecnologia permite identificação e tratamento

A utilização da água dura, água que contém elevada quantidade de sais, pode trazer diversos problemas tanto para a saúde da população quanto para o uso industrial. São classificadas como duras as águas que contém elevada concentração de íons minerais de cálcio e magnésio dissolvidos. Os íons são provenientes de depósitos subterrâneos, como calcário ou dolomita que agregam à composição da água uma quantidade excessiva de cálcio e magnésio, na forma de bicarbonatos, nitratos, cloretos e sulfatos. Em menor importância, o zinco, estrôncio, ferro e alumínio também podem ser levados em conta na aferição da dureza. Considera-se água dura aquelas com teores acima de 150 mg/l de cálcio e magnésio e água mole, as que possuem concentrações abaixo de 75mg/l.

De acordo com o Gerente da Divisão de Qualidade das Águas e do Solo da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (Cetesb), Nelson Menegon Júnior, a principal fonte de dureza nas águas é quando ocorre a passagem pelo solo e acontece a dissolução da rocha calcária pelo gás carbônico da água, “desta forma, as águas subterrâneas geralmente apresentam dureza mais elevada do que as águas superficiais”. Segundo Menegon, “O mapa geológico do território brasileiro permite constatar solos com características de dureza no Nordeste, Centro-Oeste e Sudeste, mas o problema é muito mais grave nos Estados Unidos e Europa, onde muitas regiões estão sujeitas a graus bastante elevados de dureza nas águas devido à composição do solo”.

Conforme explica a engenheira química do Setor das Águas Subterrâneas e do Solo da Cetesb, Márcia Sayuri Ohba, a dureza elevada afeta principalmente a eficiência de limpeza dos detergentes e sabões, exigindo seu consumo excessivo nas lavagens domésticas. Além do produto final, esta característica também afeta o processo de produção das fábricas. “Para o abastecimento industrial, a dureza na água pode causar problemas nos sistemas de água quente como caldeiras e trocadores de calor, pois com o aumento da temperatura os carbonatos precipitam-se e incrustam na tubulação, que necessita de maior manutenção. Caso contrário, essa incrustação pode causar entupimentos, perda de eficiência e pode chegar até mesmo a explodir. Portanto, o correto é realizar o tratamento de águas muito duras, antes de sua utilização”, afirma Márcia.

Segundo a engenheira química da Cetesb, não existem estudos científicos conclusivos relacionando a dureza da água com problemas de saúde humana. “No entanto, existem indícios de que o consumo de água dura possa causar uma maior incidência de casos de cálculo renal”. De acordo com Josi Tomaz, engenheira química da empresa Geoaqcua, as concentrações elevadas de cálcio e magnésio produzem na água um gosto salobro e efeitos biológicos adversos, não eliminam a sede e podem ter efeitos laxativos. “As pessoas expostas a quantidades de magnésio maiores do que estão acostumadas podem sofrer distúrbios intestinais temporários”, explica ela.

Em relação ao padrão de potabilidade para a dureza da água, segundo Menegon, “a portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde estabelece como padrão, na somatória das concentrações de cálcio e magnésio, o valor máximo permissível de 500 mg/l”. Josi Tomaz afirma que em uma boa água potável contém apenas até 50 mg/l.

“Dependendo da concentração, a água passa a ser classificada como água branda (0 – 40 mg/l), água moderada (40 – 100 mg/l), água dura (100 – 300 mg/l), água muito dura (300 – 500 mg/l) e água extremamente dura (com teores acima de 500 mg/l)”, detalha a engenheira química.

Tratamento

Com a tecnologia disponível já é possível identificar e tratar a dureza da água. Para identificar o cálcio e magnésio, a Ag Solve disponibiliza as sondas multiparamétricas da linha Aquaread, capazes de medir a quantidade de elementos presentes na água. “O Aquaread pode contribuir para identificar e monitorar com excelência a água dura com os sensores de TDS (Totais de Sólidos Dissolvidos) e salinidade”, garante Josi. As sondas AP 2000 e AP 7000 podem ser utilizadas para monitoramento portátil, semi-fixo ou telemétrico da qualidade da água. “Por meio dessa tecnologia é possível avaliar de 11 a 17 variáveis, dependendo da configuração, e assim medir diversos outros parâmetros (turbidez, clorofila A, algas azuis, amônio e amônia, cloretos, fluoretos, nitratos, etc)”, explica a técnica da Geoacqua.

O tratamento para retirar a água dura é conhecido como abrandamento (descalcificação) e consiste na passagem da água por resinas trocadoras de íons que capturam os cátions Ca+2 (cálcio) e Mg+2 (magnésio). Segundo Josi Tomaz, engenheira química da GeoAcqua, “os descalcificadores são equipamentos semelhantes aos filtros mas que possuem em seu interior resinas permutadoras que retém o cálcio e o magnésio”.

http://www.acquasolo.com.br/index.asp?op=2&area=Produtos&codigo=15&idioma=1&subarea=Linha%20Industrial%20-%20Vulcan&cod_info=54

A água dura e o problema da incrustação

O que é a água dura ou água calcária?

A dureza da água é predominantemente causada pela presença de sais de Cálcio e Magnésio, na forma mais comum de carbonatos e bicarbonatos, além de cloretos, nitratos e sulfatos. Nas regiões de rochas calcárias, a água subterrânea apresenta esta característica devido à dissolução desses minerais durante seu movimento através do subsolo.

A dureza da água é medida geralmente com base na quantidade de partes por milhão (ppm) ou miligramas por litro (mg/l) de Carbonato de Cálcio CaCO3. Quanto mais alto este valor, mais "dura" será considerada a água.

Para efeito de potabilidade para consumo humano, são admitidos valores relativamente altos de dureza. No Brasil, a Portaria do Ministério da Saúde n.º 2.914 de 14 de dezembro de 2011, estabelece o limite máximo de 500 mg/l para que a água seja admitida como potável. A objeção fica por conta do gosto, que eventualmente pode ser considerado uma característica desagradável.

Classificação da água

conforme o teor de dureza

muito branda - 0 a 70 ppm

branda - 70-135 ppm

média dureza - 135-200 ppm

dura - 200-350 ppm

muito dura - mais de 350 ppm

Para um número vasto de aplicações, como combate a incêndio ou lavagem das ruas, a água teria de ser muito dura antes de causar problemas. Para outros usos, tanto domésticos como industriais, no entanto, a água dura causa muitos inconvenientes provocados pela incrustação dos sais, além da incapacidade ou dificuldade de o sabão fazer espuma.

O que são incrustações?

As incrustações aparecem quando a água dura corre através de tubulações, através de equipamentos e máquinas ou em superfícies onde mantém contato.

O cálcio e o magnésio dissolvidos na água se cristalizam de forma desordenada e estes cristais se aderem um ao outro e às superfícies de contato, produzindo de imediato, crostas firmes e sólidas que tem um efeito danoso no fluxo da água, com mostra a figura.

Fatores que aceleram as incrustações

Incrustações aparecem particularmente em pontos onde existe mudança de pressão, como nas conexões onde o fluxo é turbulento pela existência de obstáculos e válvulas, pelas mudanças de direção e em saídas de água como torneiras, chuveiros e registros. A queda brusca de pressão favorece a formação de cristais de cálcio, cuja estrutura adere e se deposita em qualquer lugar.

Incrustações ocorrem também quando a temperatura da água aumenta dentro das tubulações ou sistemas; quanto mais quente a superfície, mais rápida a deposição dos cristais de cálcio. Estes problemas podem ser encontrados em aquecedores, caldeiras e trocadores de calor. Veja imagem abaixo.

Dentre os inúmeros problemas causados pelas incrustações de cálcio e pela ferrugem à elas associada, podemos destacar os seguintes:

Bloqueio do sistema de tubulações;

Perda de pressão de água devido à redução do diâmetro do tubo;

Acúmulo de ferrugem nos tubos que pode provocar corrosão;

Desenvolvimento de bactérias em tubulações de água potável;

Reparos contínuos nos sistemas e em equipamentos comerciais e industriais;

Substituição de todo o sistema de tubulação;

Perda de energia nos sistemas de água quente e alto custo de aquecimento;

Superfícies sem brilho em cozinhas e instalações sanitárias;

Alto custo de limpeza e necessidade de detergentes mais agressivos;

Falhas em equipamentos e máquinas;

Alto custo de produção devido à manutenção de equipamentos;

Queda na produtividade da empresa.

Ferrugem associada às incrustações de cálcio

As incrustações formadas apenas por cálcio e magnésio são de cor branca, mas a maioria das incrustações tem uma cor marrom, pois todo o ferro contido na água e suas partículas oxidadas aderem às crostas existentes e criam condições favoráveis ao processo de corrosão dos tubos.

Desenvolvimento de bactérias: Efeito colateral

A rugosidade da superfície das incrustações cria um campo fértil para a proliferação de bactérias e outros micro-organismos indesejáveis, seja em ambiente de água fria ou quente.

http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=1&acao=quimica/ms2&i=9&id=208

Água dura?

A água é conhecida como solvente universal por dissolver com facilidade muitos compostos, inorgânicos e orgânicos.

A chamada água natural, que chega em nossas torneiras é na realidade uma solução que contém muitos minerais, que foram dissolvidos durante a sua passagem pelo solo. Essas substâncias, geralmente sais, por estarem presentes em pequenas quantidades, não são prejudiciais aos usos domésticos da água.

Entretanto, em certos lugares, a água destinada ao consumo contém certos sais nela dissolvidos com a desagradável característica de evitar a formação de espuma, quando a ela se adiciona sabão. Essa água é chamada água dura e dureza sua característica de não formar espuma. Não formar espuma, em princípio significa não dissolver o sabão, isto é, não servir adequadamente para a limpeza. Hoje em dia há uma comercialização de detergentes que prometem não formar muita espuma, o que seria um prejuízo, mas isto não tem nada a ver com dureza, e sim com aditivos que controlam a quantidade de espuma, além do que sabões e detergentes possuem fórmulas químicas diferentes, e seus processos de limpeza também são diferentes.

http://www.uenf.br/uenf/centros/cct/qambiental/ag_dura.html

A água dura

Em depósitos subterrâneos, a água pode entrar em contato com certos materiais como o calcário (CaCO3) ou a dolomita (CaCO3 . MgCO3).

Dessa forma, passa a existir em sua composição uma quantidade excessiva de íons Ca2+ e Mg2+, na forma de bicarbonatos (HCO3-), nitratos (NO3-), cloretos (Cl-) e sulfatos (SO42-) o que a torna imprópria para consumo humano. A esse tipo de água chamamos água dura ( com teores acima de 150 mg/L), mole (com teores abaixo de 75 mg/L) ou moderada (com teores entre 75 e 150 mg/L).

Quando em contato com sabão, a água dura não faz espuma, pois os íons Ca2+ e Mg2+ reagem com o sabão e formam um precipitado.

O tratamento da água dura para a retirada de Ca2+ e Mg2+ é conhecido por abrandamento ou amolecimento e consiste em fazer a água atravessar uma resina que captura os íons Ca2+ e Mg2+, substituindo-os por íons não prejudiciais ao homem, tais como o Na+ e o H+. Esse procedimento é chamado de método da troca iônica. A remoção da dureza pode também ser efetuada por fervura ou pela adição de algumas substâncias amolecedoras, tais como: Hidróxido de Sódio (NaOH), Carbonato de Sódio (Na2CO3), Fosfato de Sódio (Na3PO4) e Sulfato de Alumínio (Al2(SO4)3).

http://www.brasilescola.com/quimica/relacao-entre-quantidade-espuma-eficiencia-limpeza.htm

Os sabões produzem a capacidade de produzir bolhas, que são finas películas que retêm os gases. No caso do sabão, a espuma pode, sim, até certo ponto, demonstrar que ele está atuando na limpeza. Muitas águas contêm alguns cátions, como o cálcio (Ca2+(aq)), o magnésio (Mg2+(aq)) e o ferro (Fe2+(aq)), que reagem com os ânions presentes nos sabões, formando a chamada “água dura”, pois são formados compostos insolúveis que se precipitam.

A água dura impede que o sabão tenha uma limpeza eficiente, pois sua atuação como emulsificante da gordura é cancelada e ele não consegue retirar a gordura das superfícies e nem produzir espuma.

Um exemplo que mostra claramente isso é a água do mar. Ela é rica em cloreto de sódio (NaCal – sal de cozinha) e em sais de cálcio e magnésio. Por isso, não conseguimos obter espuma utilizando sabão na água do mar.

Mas as bolhas têm um papel muito pequeno na remoção da sujeira e da gordura quando se trata dos detergentes. Uma vantagem dos detergentes em relação aos sabões é que eles agem de maneira eficiente mesmo quando utilizados em águas ricas em sais de cálcio, magnésio e ferro. Os detergentes não reagem com os cátions da água dura. Portanto, eles atuam eficazmente, independente da natureza da água.

http://www.ebah.com.br/content/ABAAABhbMAB/relatorio-agua-dura

O balão contendo apenas água deionizada foi denominado de “Água Mole” porque a água deionizada não contém íons, logo não diminui a eficiência do sabão em espumar e realizar a devida limpeza. Já o balão contendo água da torneira foi denominado “Amostra”.

Ao ensaboar a mão de um dos integrantes e utilizar a água deionizada para a lavagem, observou-se uma intensa formação de espuma e o processo de retirada do sabão foi rápido. Enquanto que, ao repetir a lavagem, porém desta vez com o a “Água Dura”, percebeu-se grande diminuição na formação de espuma e o processo de retirada do sabão foi mais demorado. E por fim, ao utilizar a água da torneira, percebeu-se a formação de muita espuma e rápida retirada do sabão, porém a eficacia foi menor do que na lavagem ocorrida com a água deionizada.

Sendo assim, a água que sai da torneira do laboratório poderia ser classificada como “Água Mole”, uma vez que as características apresentadas por esta são mais parecidas com as apresentadas pela amostra de “Água Mole”.

Ao preencher 1/3 do volume de cada tubo com cada uma das soluções, contendo no tubo 1 a solução 1, e assim sucessivamente, e adicionar gota a gota sabão em cada um dos tubos, percebeu-se que a amostra contida no tubo 1 foi a que necessitou de mais gotas de sabão para espumar, enquanto que a amostra contida no tubo 2 foi a que necessitou de menos gotas.

Sendo assim, uma lavanderia situada em uma região de solo rico em calcário teria um aumento no gasto de sabão, talvez o negócio se tornasse até inviável dependendo da concentração de calcário apresentada na água da região, uma vez que a presença de calcário na água a deixaria com características de “Água Dura”. De mesma maneira seria classificada a água de uma região em que são depositadas crostas brancas nas banheiras e vasilhas de ferver água, isto se deve ao fato de a presença de sal na água se depositar em tubulações, ou seja, estas características são de “Água Dura”.

Um método para eliminação dessas crostas originadas pelos carbonatos de cálcio seria reagir com um ácido fraco que não vá interferir nas propriedades da água, produzindo assim um sal e uma água, e eliminando a crosta branca, uma vez que em meio aquoso ele produz uma base forte.

CONCLUSÃO

A partir desta prática é possível concluir que a variação da concentração de sal na água determina a dureza desta. Assim, faz-se necessário à profissão de um engenheiro químico conhecer os procedimentos de determinação desta concentração e estar apto a realizá-los. De mesma maneira, o profissional desta área deve ter em mente maneiras de reverter a dureza da água, quando necessário através de reações químicas.

Também concluiu-se que uma água dura é prejudicial à indústrias, uma vez que o sal encontrado na água deposita-se nos encanamentos e tubulações, os obstruindo. Assim como, este tipo de água é desvantajosa quando se trabalha com sabão ou qualquer substância pertencente ao grupo denominado tensoativos, uma vez que a água dura reage com o sabão diminuindo o seu potencial de espumar.

http://trabalhosgratuitos.com/print/Efeito-Da-Agua-Dura-E/103578.html

Objetivo - conhecer diferentes tipo de água e observar o efeito do sabão com o uso destas águas e a formação da espuma e as consequências para o uso destas águas.

http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc02/exper2.pdf

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfgD4AL/apostila-pratica-qam-1-sem-2012?part=3

Oxigênio dissolvido

A determinação do oxigênio dissolvido é de fundamental importância para avaliar as condições naturais da água e detectar impactos ambientais como eutrofização e poluição orgânica.

Do ponto de vista ecológico, o oxigênio dissolvido é uma variável extremamente importante, pois é necessário para a respiração da maioria dos organismos que habitam o meio aquático. Geralmente o oxigênio dissolvido se reduz ou desaparece, quando a água recebe grandes quantidades de substâncias orgânicas biodegradáveis encontradas, por exemplo, no esgoto doméstico, em certos resíduos industriais, no vinhoto, e outros. Os resíduos orgânicos despejados nos corpos d’água são decompostos por microorganismos que se utilizam do oxigênio na respiração. Assim, quanto maior a carga de matéria orgânica, maior o número de microorganismos decompositores e, conseqüentemente, maior o consumo de oxigênio. A morte de peixes em rios poluídos se deve, portanto, à ausência de oxigênio e não à presença de substâncias tóxicas.

A determinação do oxigênio dissolvido na água pode ser feita através do método "Winkler" ou eletrométrico.

pH e alcalinidade

O termo pH (potencial hidrogeniônico) é usado universalmente para expressar o grau de acidez ou basicidade de uma solução, ou seja, é o modo de expressar a concentração de íons de hidrogênio nessa solução. A escala de pH é constituída de uma série de números variando de 0 a 14, os quais denotam vários graus de acidez ou alcalinidade. Valores abaixo de 7 e próximos de zero indicam aumento de acidez, enquanto valores de 7 a 14 indicam aumento da basicidade.

As medidas de pH são de extrema utilidade, pois fornecem inúmeras informações a respeito da qualidade da água. Às águas superficiais possuem um pH entre 4 e 9. As vezes são ligeiramente alcalinas devido à presença de carbonatos e bicarbonatos. Naturalmente, nesses casos, o pH reflete o tipo de solo por onde a água percorre. Em lagoas com grande população de algas, nos dias ensolarados, o pH pode subir muito, chegando a 9 ou até mais. Isso porque as algas, ao realizarem fotossíntese, retiram muito gás carbônico, que é a principal fonte natural de acidez da água. Geralmente um pH muito ácido ou muito alcalino está associado à presença de despejos industriais. A determinação do pH é feita através do método eletrométrico, utilizando-se para isso um peagômetro digital.

A alcalinidade representa a capacidade que um sistema aquoso tem de neutralizar (tamponar) ácidos a ele adicionados. Esta capacidade depende de alguns compostos, principalmente bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos. A alcalinidade é determinada através da titulação.

Demanda Biológica do Oxigênio (DBO) e Demanda Química do Oxigênio (DQO)

A expressão Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), utilizada para exprimir o valor da poluição produzida por matéria orgânica oxidável biologicamente, corresponde à quantidade de oxigênio que é consumida pelos microorganismos do esgoto ou águas poluídas, na oxidação biológica, quando mantida a uma dada temperatura por um espaço de tempo convencionado. Essa demanda pode ser suficientemente grande, para consumir todo o oxigênio dissolvido da água, o que condiciona a morte de todos os organismos aeróbios de respiração subaquática.

O teste de Demanda Química de Oxigênio (DQO) baseia-se no fato de que que todos os compostos orgânicos, com poucas exceções, podem ser oxidados pela ação de um agente oxidante forte em meio ácido. Uma das limitações entretanto é o fato de que o teste não diferencia matéria orgânica biodegradável e matéria orgânica não biodegradável, a primeira determinada pelo teste de DBO. A vantagem é o tempo de teste, realizado em poucas horas, enquanto o teste de DBO requer no mínimo 5 dias (período de incubação).

Demanda Bioquímica de Oxigênio - DBO

Conceito

Em águas de despejo há o metabolismo dos microrganismos heterotróficos, em que os compostos orgânicos biodegradáveis são transformados em produtos finais estáveis ou mineralizados, tais como água, gás carbônico, sulfatos, fosfatos, amônia, nitratos, etc.. Nesse processo há consumo de oxigênio da água e liberação da energia contida nas ligações químicas das moléculas decompostas. Os microrganismos desempenham este importante papel no tratamento de esgotos pois necessitam desta energia liberada, além de outros nutrientes que porventura não estejam presentes em quantidades suficientes nos despejos, para exercer suas funções celulares tais como reprodução e locomoção, o que genericamente se denomina síntese celular. Quando passa a ocorrer insuficiência de nutrientes no meio, os microrganismos sobreviventes passam a se alimentar do material das células que têm a membrana celular rompida. Este processo se denomina respiração endógena. Finalmente, há neste circuito, compostos para os quais os microrganismos são incapazes de produzir enzimas que possam romper suas ligações químicas, permanecendo inalterados. Ao conjunto destes compostos dá-se o nome de resíduo não biodegradável ou recalcitrante.

Importância nos estudos de controle de qualidade das águas

A DBO é o parâmetro fundamental para o controle da poluição das águas por matéria orgânica. Nas águas naturais a DBO representa a demanda potencial de oxigênio dissolvido que poderá ocorrer devido à estabilização dos compostos orgânicos biodegradáveis, o que poderá trazer os níveis de oxigênio nas águas abaixo dos exigidos pelos peixes, levando-os à morte. É, portanto, importante padrão de classificação das águas naturais. Nas classes que correspondem às águas menos poluídas, exigem-se baixos valores máximos de DBO e elevados limites mínimos de oxigênio dissolvido. Na legislação federal, a Resolução nº 20 DO CONAMA, são impostos os limites máximos de DBO de 3, 5, 10, 5, 10 e 5 mg/L para as águas de classe 1, 2, 3, 5, 6 e 7 e os limites mínimos de oxigênio dissolvido de 6, 5, 4, 2, 6, 4, 5 e 3 mg/L, para as águas classe 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8 respectivamente. A DBO é também uma ferramenta imprescindível nos estudos de auto-depuração dos cursos d’água. Além disso, a DBO constitui-se em importante parâmetro na composição dos índices de qualidade das águas.

No campo do tratamento de esgotos, a DBO é um parâmetro importante no controle da eficiência das estações, tanto de tratamentos biológicos aeróbios e anaeróbios, bem como físico-químicos (embora de fato ocorra demanda de oxigênio apenas nos processos aeróbios, a demanda “potencial” pode ser medida à entrada e à saída de qualquer tipo de tratamento). Na legislação do Estado de São Paulo, o Decreto Estadual nº 8468, a DBO5 de cinco dias é padrão de emissão de esgotos diretamente nos corpos d’água, sendo exigidos ou uma DBO5 máxima de 60 mg/L ou uma eficiência global mínima do processo de tratamento na remoção de DBO5 igual a 80%. Este último critério favorece aos efluentes industriais concentrados, que podem ser lançados com valores de DBO ainda altos, mesmo removida acima de 80%.

DBO

DETERMINAÇÃO DAS CARGAS POLUIDORAS

A quantificação de cargas poluidoras é de fundamental importância para estimar se um determinado corpo receptor de efluentes

tem capacidade de suportar tal lançamento.

As cargas poluidoras podem ser estimadas com base em cargas per capitas (esgoto

doméstico) ou cargas referentes ao processo produtivo (esgoto industrial).