sexta-feira, 24 de agosto de 2012

Qualidade da água: Como determinar a Alcalinidade da água



Para que analisar a alcalinidade da água?

A alcalinidade não se constitui em padrão de potabilidade, ficando este efeito limitado pelo valor do pH. 
A alcalinidade total de uma água é dada pelo somatório das diferentes formas de alcalinidade existentes, ou seja, é a concentração de hidróxidos, carbonatos e bicarbonatos, expressa em termos de Carbonato de Cálcio. Pode-se dizer que a alcalinidade mede a capacidade da água em neutralizar os ácidos. A medida da alcalinidade é de fundamental importância durante o processo de tratamento de água, pois, é em função do seu teor que se estabelece a dosagem dos produtos químicos utilizados. Normalmente as águas superficiais possuem alcalinidade natural em concentração suficiente para reagir com o sulfato de alumínio nos processos de tratamento. Quando a alcalinidade é muito baixa ou inexistente há a necessidade de se provocar uma alcalinidade artificial com aplicação de substâncias alcalinas tal como cal hidratada ou Barrilha (carbonato de sódio) para que o objetivo seja alcançado. Quando a alcalinidade é muito elevada, procede-se ao contrário, acidificando-se a água até que se obtenha um teor de alcalinidade suficiente para reagir com o sulfato de alumínio ou outro produto utilizado no tratamento da água.

Como interpretar os resultados de alcalinidade:

Esta variável, caracteriza pela  capacidade de neutralização de ácidos na água, ou seja, mede as bases na água.


A alcalinidade é devida principalmente à presença de bicarbonatos, carbonatos e 
hidróxidos. Os compostos mais comuns são os seguintes: 
- hidróxidos de cálcio ou de magnésio; 
- carbonatos de cálcio ou de magnésio; 
- bicarbonatos de cálcio ou de magnésio; 
- bicarbonatos de sódio ou de potássio. 

Mesmo as águas com pH inferior a 7,0 (5,5 por exemplo), podem, e, em geral,  apresentam alcalinidade, pois normalmente contém bicarbonatos. 

Dependendo do pH da água, podem ser encontrados os seguintes compostos: 
- valores de pH acima de 9,4:  hidróxidos e carbonatos (alcalinidade cáustica); 
- valores de pH entre 8,3 e 9,4: carbonatos e bicarbonatos; 
- valores de pH entre 4,4 e 8,3:  apenas bicarbonatos. 


Sendo que, somente dois tipos podem estar presentes simultaneamente numa mesma amostra, pois haveria uma reação entre hidróxidos e bicarbonatos, que levaria a formação de carbonatos, equação abaixo (ANDRADE e MACÊDO, 1994; MACÊDO, 2000).







A maioria das águas naturais apresenta valores de alcalinidade na faixa de 30 a 500 mg/L de CaCO3, raramente excedendo a 500mg/L de CaCO3 (Bittencourt; Hindi, 2000). Valores  elevados de alcalinidade estão associados a processos de decomposição da matéria  orgânica e à alta taxa respiratória de micro-organismos, com liberação e dissolução  do gás carbônico (CO2) na água. Valores superiores a 500mg/L de CaCO3 geralmente não são encontrados no Brasil. 


Águas de baixa alcalinidade (menor que 24mg/L de CaCO3) apresentam baixa capacidade de tamponamento e, assim  são susceptíveis às mudanças no pH (Chaoman; Kimstack, 1992), portanto apresentam pH mais baixos. 

Uma água que possui alta alcalinidade apresenta valores acima de 2000 mg/L de CaCO3; 
Uma água que possui baixa alcalinidade apresenta valores abaixo de 20 mg/L de CaCO3;

Assim, se a água apresenta:

a) Alcalinidade devido a bicarbonatos: 
  • indica que a água apresenta pH entre 4,4 e 8,3. 
  • São os bicarbonatos que representam  a maior parte da alcalinidade na água, pois os mesmos são formados em quantidade consideráveis pela ação do dióxido de carbono (CO2) com materiais básicos presentes no solo. Em outras palavras, 
  • Apresenta provavelmente solo calcáreo, pois o carbonato de cálcio (CaCO3) do solo calcáreo ao passar pela água e solubilizado pelo gás carbônico dissolvido nela e transformar portanto carbonato de cálcio em bicarbonato. Conforme mostra reação abaixo: 
CO2 + CaCO3 + H2« Ca (HCO3)2

Ca(HCO3)2 =Bicarbonato de cálcio
  • Águas tamponadas apresentam estabilidade e formação proporcionalmente maior para bicarbonatos,  assim, são menos suscetíveis às mudanças de pH. 
  • Concentração acima de 200 mg/L de alcalinidade a bicarbonatos na água resulta e crostas (incrustações) nas superfícies, tornando esta água inadequada para uso.
b) Alcalinidade devido à Carbonatos e hidroxidos
  • Indica que a água possui pH superior a 8,3. 
  • Em pH superior a 8,3 
  • Apresenta alta quantidade de CO2 dissolvido, proveniente de processos de decomposição de matéria orgânica e à alta respiratória de micro-organismos. 



Método: Titulação com Ácido Sulfúrico
Preservação: refrigerada por 24H/14 dias

Material necessário:
a) proveta de campo para 50 ml;
b) becker de 250 ml;
c) bureta de campo
d) fenolftaleína;
e) indicador metilorange;
g) solução de Ácido Sulfúrico 0,02 N;
h) solução de Tiossulfato de Sódio 0,1 N.


Técnica:
Com Fenolftaleína
Ø  Adicionar aproximadamente 50 ml da amostra de água no becker de 250 mL.
Ø  Pingar 3 gotas de indicador fenolftaleína.
Ø  Caso aparece uma coloração rósea, titular com bureta contendo solução de ácido sulfúrico até a viragem do indicador (desaparecimento da cor rósea).
Ø  Anotar o número de mL gastos (F) na titulação.
Ø  De acordo com a tabela a seguir, a titulação da amostra de água com a fenolftaleína (pH de viragem 8,2) indica a alcalinidade de hidróxidos e carbonatos.

Caso não apareça coloração rósea ao adicionar a fenolftaleína, seguir o procedimento abaixo:
B) Com Alaranjado de metila
Ø  Adicionar 3 gotas do indicador metilorange à solução acima obtida.
Ø    Titular com bureta contendo solução de ácido sulfúrico até a viragem do indicador (de amarelo para laranjado).
Ø  Anotar o número de mL gastos (M) na titulação.
Ø  De acordo com a tabela a seguir, a titulação da amostra de água com o alaranjado de metila (pH de viragem 4,4) indica a alcalinidade de bicarbonatos.

Cálculos:
Considerar o seguinte:
F = volume em mL de solução 0,02 N de H2SO4 necessário a titulação da amostra, usando fenolftaleína como indicador.
M = volume em mL de solução 0,02 N de H2SO4 necessário a titulação da amostra, usando metilorange como indicador.
T = F + M = volume total de solução 0,02 N de H2SO4 consumido nas duas titulações.
FC = Fator de correção do titulante


Alcalinidade total em mg/l de Carbonato de Cálcio  (CaCO3) = T x 20 x Fc
Para determinar em separado, cada tipo de alcalinidade, considerar o seguinte:

Tabela 1- Resultados da Titulação x alcalinidade da água



Resultados da Titulação
explicação
Alcalinidade da água

Hidróxidos
(OH)

Carbonatos
CO3

Bicarbonatos
HCO3
F = 0

 - (pH da água menor que 8,2).
-  a alcalinidade total é toda devida à presença de bicarbonatos (HCO3).

0
(OH)=0
0
CO3=03
T

HCO3 = T x 20 x Fc
F < ½ T

OU

M > F

- pH da amostra entre 8,3 e 9,5).
- a alcalinidade total é devido à presença tanto de bicarbonatos quanto de carbonatos.
- a amostra não apresenta acidez.
0
(OH)=0
2 F
CO3 = (2 x F) x 20 x Fc
T- 2 F

HCO3= (T-2F) x 20 x Fc
F = ½ T

F = M
- pH da amostra em torno de 9,5).
- a alcalinidade da amostra é devida somente à presença de carbonatos.
- Também nesse caso não existe acidez na amostra.

0
OH=0
2 F
CO3 = (2 x F) x 20 x Fc
0
F > ½ T

F > M
- pH da amostra maior que 10).
- a alcalinidade da amostra é devida a carbonatos como a hidróxidos.
- A amostra não apresenta acidez.

2 F- T

(OH) = (2x F-T) x 20 x Fc
2 (T – F)

CO3 = ((2(T-F)) x 20 x Fc
0
F = T
 - pH da amostra maior que 10).
- a alcalinidade é toda devida à presença de hidróxidos.
- A amostra não apresenta acidez.

T

(OH)= T x 20 x Fc
0
0


EXEMPLO: Foram tituladas 04 (quatro) amostras de água com H2SO4 0,01 mol/L. Foram utilizados 100 mL de amostra em cada titulação, tendo-se obtido os seguintes resultados (Tabela 2):

Tabela 2. Resultados de titulação em exemplo de cálculo de alcalinidade

AMOSTRA
pH INICIAL
mL DE H2SO4 GASTOS NA TITULAÇÃO


F.F.
A.M.
A
11,0
10,0
15,5
B
10,0
14,4
38,6
C
11,2
8,2
8,4
D
7,0
0
12,7

Solução:
Cáculo das alcalinidades:
onde o número 100.000 representa o peso molecular do CaCO3 expresso em mg. Para = 100 mL, pode-se concluir que para a cálculo da alcalinidade, para estas condições, basta multiplicar o resultado da titulação por 10. Assim, tem-se (Tabela 3.):

Tabela 3. Resultados do cálculo de alcalinidade

Amostra
Alcalinidade
(mg/LcaCO3)
Hidróxido
(mg/L CaCO3)
Carbonato
(mg/L CaCO3)
Bicarbonato
(mg/L CaCO3)
P
T
A
100
155
45
110
0
B
144
386
0
288
98
C
82
84
80
4
0
D
0
127
0
0
127


A redução da alcalinidade das águas é feita mediante a adição de substâncias neutralizadoras, as mesmas indicadas para o abaixamento de pH.




 Referências:
BITTENCOURT, A.V.L.; HINDI, E.C.  Tópicos de hidroquímica. In: III  CURSO SUDAMERICANO SOBRE EVALUCIÓN Y VULNERABILIDAD  DE ACUÍFEROS, Asunción, Itaipú binacional, OEA, 2000.

CHAPMAN, D; KIMSTACK, V. The selection of water quality variables In:  CHAPMAN, D (Ed.).  Water quality assessment.  London: Chapman &  Hall Ltd., 1992. p. 51-117.

ROJAS, N.E.T.; ROCHA, O. Influência da alcalinidade da água sobre o  crescimento de larvas de Tilápia do Nilo.  Maringá, v. 26, n. 2, p. 163- 167, 2004. [On-line]. Disponível em: www.periodicos.uem.br/ojs/index.
php/ActaSciBiolSci/article/viewPDFInterstitial/1630/980. Acesso em: 2  jul 2009.