CONTROLE FÍSICO-QUÍMICO DE ÁGUA

CONTROLE FÍSICO-QUÍMICO DE ÁGUA A água doce, seja de superfície ou de poços, contêm substâncias dissolvidas ou em suspensão que podem dar características indesejáveis, dependendo do uso que se queira fazer. A água potável deve estar dentro de certos padrões estabelecidos. Sob o ponto de vista químico, a água potável deve ser: * Límpida * Inodora * Insípida * Com teor de sais dissolvidos dentro de certos limites Como exemplo de íons que, embora possam estar presentes na água potável, são prejudiciais em alguns processos industriais, temos: • FERRO e MANGANÊS  alteram a coloração de vários produtos de padaria, conservas, óleos e gorduras, entre outros, além de atuarem como pró-oxidantes destes últimos. • CÁLCIO e MAGNÉSIO  dificultam a cocção de legumes e carnes, causam sabor amargo aos produtos lácteos tais como queijos e manteiga. Podem dificultar o uso da água em processos de higienização e, quando associados ao carbonato, podem formar precipitados em forma de crostas em equipamentos. PRINCIPAIS ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS CARACTERÍSTICAS SENSORIAIS: ** GOSTOS E ODORES ESTRANHOS - Gostos e cheiros indesejáveis, como de bolor, de terra ou de peixe, são causados pela presença de algas, humus e outros detritos que naturalmente estão presentes nas fontes de água como rios e lagos. ** CHEIRO DE OVO PODRE - Este cheiro é causado pela presença de hidrogênio sulfídrico, produzido por bactérias que se encontram em poços profundos e fontes de águas estagnadas por longos períodos. ** GOSTO DE FERRUGEM/GOSTO METÁLICO - O excesso de ferro e de outros metais alteram o sabor e aparência da água. O sabor da água pode apresentar-se metálico, mesmo que visualmente a coloração esteja normal, pois a coloração enferrujada só aparece depois de alguns minutos em contato com o ar. ** GOSTO E CHEIRO DE CLORO - O cloro é usado pelas estações de tratamento para desinfetar a água. Porém, a presença de cloro prejudica o sabor e o cheiro da água que vai ser utilizada para beber ou na culinária em geral. Técnica: coloca-se um pouco de água em um frasco, fecha-se e agita-se fortemente (para facilitar a percepção de odores pode-se aquecer a amostra a 40-60oC). Caso a amostra apresente algum odor, deve-se indicar sua intensidade: muito fraco até muito forte, e natureza: odor metálico, de esgoto.... Quando o odor de gás sulfídrico (H2S) é notado, ele pode ocultar outros odores, devendo ser eliminado da amostra pela adição de acetato de cádmio, prosseguindo-se com a determinação dos odores. Quanto ao sabor, se há suspeita de que a água está contaminada ou em caso de odores muito desagradáveis, não se deve efetuar esta avaliação. Técnica: com a água a aproximadamente 30oC leva-se uma quantidade à boca, para bochechar (não é necessário engolir). O sabor pode se apresentar ligeiramente salgado, metálico, amargo... COR: esta avaliação também deverá ser realizada no local. A cor de uma amostra de água está associada ao grau de redução de intensidade que a luz sofre ao atravessá-la (e esta redução dá-se por absorção de parte da radiação eletromagnética), devido à presença de sólidos dissolvidos, principalmente material em estado coloidal orgânico e inorgânico. A água poluída apresenta coloração amarela ou acinzentada. A água rica em ferro e cobre também é amarelada e, em contato com o ar adquire turvação marrom-amarelada. . A água que causa manchas pretas possui partículas de manganês. Segundo a Portaria nº 1.469, de 29 de dezembro de 2000, o valor máximo permitido (VMP) para cor aparente em água potável é de 15uH (unidade Hazen – PtCo/L) (Brasil, 2001). Técnica: • Comparação ótica: por meio do comparador de Hellige (aqua tester), com disco padrão de cor, comparando-se com água destilada; • Comparação com soluções padrão de cor permanente, obtidas com soluções de reagentes (cloroplatinato de potássio ou cloreto de cobalto), em proporções adequadas. Caso se use o primeiro reagente, uma solução que contenha 1 mg de platina/litro, é considerada uma unidade de cor. É recomendável que a água tenha até 10 unidades, mas tolera-se até 20. ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS TURBIDEZ A turbidez refere-se à suspensão de materiais de qualquer natureza na água partículas de sujeira, barro e areia, que retiram o aspecto cristalino da água, deixando-a com uma aparência túrbida e opaca Ocorre devido à alteração da penetração da luz pelas partículas em suspensão que provocam a sua difusão e absorção. Essas partículas podem ser constituídas por plâncton, bactérias, argila, areia, fontes de poluição e outros (Macêdo, 2002). Desta forma, a turbidez pode ser referida como a resistência oferecida pelo líquido à passagem de luz branca dependendo não só da concentração de matéria em suspensão como também do tamanho das partículas. Em águas de superfícies, a turbidez pode atingir 2.000 mg/L, expressas em SiO2, enquanto que nas indústrias de alimentos e em água potável esse valor não deve ser superior a 5 mg/L ou UT (unidade de turbidez) (Brasil, 2001). Para esta avaliação utiliza-se um turbidímetro cuja calibração é feita com suspensões padrão de sílica sendo a turbidez expressa em mg de SiO2/litro. pH A maior parte das reações químicas que ocorrem durante o processamento e estocagem de alimentos são profundamente alteradas pela variação da concentração hidrogeniônica do meio. Esta concentração é um fator de influência na qualidade e segurança dos alimentos. Portanto, a medida adequada de pH é de grande importância em várias operações com alimentos. Recomenda-se que, no sistema de distribuição, o pH da água seja mantido na faixa de 6,0 a 9,5 (Brasil, 2001). Valores abaixo de 6,5 tendem a causar corrosão em equipamentos, enquanto valores acima de 9,0 correspondem a águas com sabor de sabão, devido a presença de carbonatos e bicarbonatos. A determinação pode ser feita através do uso de potenciômetro ou pHmetro, ou colorimetricamente, por meio de indicadores universais, papel ou solução. ** Acidez O CO2 dissolvido na água a torna corrosiva a alguns equipamentos e utensílios. O ideal é que a indústria utilize água com pH próximo de 8,3, por não conter mais o gás carbônico. Para promover a alcalinização da água, deve-se usar hidróxido de sódio. Águas ácidas, além de promoverem corrosão de equipamentos, neutralizam detergentes alcalinos, dificultando o estabelecimento do pH ideal nos procedimentos de limpeza ** Alcalinidade A alcalinidade representa o teor de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos. Ela é comumente encontrada nas águas naturais sob a forma de carbonato de sódio e bicarbonato de cálcio e magnésio. A alcalinidade cáustica, causada por hidróxidos, é uma característica indesejável, por ser indicativa de poluição. A alcalinidade apresenta os mesmos inconvenientes da dureza em sistemas de geração de vapor. Os bicarbonatos têm ainda o inconveniente de liberar gás carbônico quando submetidos às altas temperaturas das águas de caldeiras. Este índice é importante no controle da água, estando relacionado com a coagulação, redução da dureza, prevenção da corrosão nas canalizações de ferro fundido da rede de distribuição. A água que se apresenta alcalina aumenta a formação de precipitados e é capaz de neutralizar detergentes ácidos, exigindo maior concentração de detergentes durante o procedimento de limpeza de equipamentos e superfícies. Para caldeiras, a água deve apresentar de 400 a 700 mg/L de alcalinidade expressa em CaCO3. A água potável geralmente apresenta valores de alcalinidade entre 10 e 50 mg/L. Sendo assim, para uso em caldeiras, deverá sofrer um tratamento para o aumento da alcalinidade, geralmente pelo uso de hidróxido de sódio, até alcançar pH próximo a 8,3. RESÍDUOS: TOTAIS OU SECOS A 105oC: Transfere-se 100 mL da amostra, com a ajuda de pipeta volumétrica, para a cápsula de porcelana, previamente aquecida em forno mufla a 500oC, por 1 hora, resfriada e pesada. Evapora-se a água em banho-maria e seca-se em estufa a 105oC, por 2 horas, resfria-se e pesa-se. Cálculo: 1000 x mg de resíduo = mg/litro mL da amostra O RIISPOA admite um máximo de 500 mg/litro de sólidos totais na água potável. MINERAL FIXO: Calcina-se a cápsula contendo o resíduo seco em forno mufla por 1 hora, resfria-se e pesa-se. Cálculo: 1.000 x mg de resíduo = mg/Litro mL da amostra DUREZA A dureza da água é causada pelos sais de cálcio e magnésio lixiviados pela água, em seu caminho através do solo. Em geral, estes encontram-se sob a forma de bicarbonatos, mas também, podem estar como cloretos, nitratos, fosfatos, silicatos ou sulfatos. De acordo com a natureza do sal, subdivide-se a dureza em dois tipos, cuja soma perfaz a dureza total: * Dureza temporária ou carbônica – quando os cátions encontram-se como sais de bicarbonato, podendo ser removidos por ebulição. A dureza temporária é devida à presença de bicarbonato de cálcio e magnésio que são precipitados pela ação de calor ou agentes alcalinos. * Dureza permanente – A dureza permanente ocorre pela presença de sulfatos, nitratos ou cloretos que são precipitados em presença de substâncias alcalinas. A dureza é expressa em ppm ou mg/Litro de carbonato de cálcio (CaCO3) presentes na água.. O cálcio e o magnésio estão presentes como outros sais, que não o bicarbonato (não são removíveis por simples ebulição). A dureza da água se expressa em ppm ou mg/Litro, como se fosse carbonato de cálcio: - Até 50 ppm  Água mole - De 50 a 100 ppm  Levemente dura - De 100 a 200 ppm  Água dura - Mais de 200 ppm  muito dura Na prática pode-se identificar águas brandas ou duras, de acordo com a facilidade de formar espuma com pequena ou grande quantidade de sabão. As águas com dureza temporária, podem ser utilizadas a quente, nas indústrias, desde que não sejam fervidas, pois neste caso, o carbonato de cálcio precipita, formando crostas no equipamento. Existem métodos para remover a dureza, como por exemplo: por resina de trocadora de íons, uso de agentes sequestrantes ou adição de carbonato de sódio. A determinação da dureza total é feita por titulação dos íons cálcio e magnésio, com solução padronizada de EDTA (sal disódico do ácido etilenodiaminatetracético), usando como indicador o negro de eriocromo T, em pH 9,5. O RIISPOA exige que a dureza da água potável seja inferior a 20 ppm. O uso industrial de águas duras provoca corrosão e perda de eficiência na transmissão de calor em caldeiras; formação de filmes e depósitos na superfície de equipamentos, prejudicando os processos de limpeza e reduzindo a eficiência devido à formação de depósitos minerais em sistemas de refrigeração. A reação entre compostos de detergentes e os íons cálcio e magnésio presentes em água dura dá origem a precipitados insolúveis, que, para serem eliminados, requerem o uso de detergentes ácidos em maior freqüência e concentração, elevando os custos de produção (Lagger et al., 2000). Além disto, há uma significativa redução da eficiência de limpeza de superfícies e equipamentos em função do decréscimo no poder de ação que os detergentes apresentam quando combinados com água dura. Desta forma, recomenda-se a inclusão de abrandadores na composição dos detergentes (Ruzante e Fonseca, 2001). A dureza da água, expressa em mg/L de CaCO3, pode variar de 10 a 200 mg/L em água doce, podendo alcançar até 2.500 mg/L em águas salgadas. Esses sais podem ser removidos das águas brutas por abrandamento, desmineralização ou evaporação. Segundo a Portaria nº 1.469, de 29 de dezembro de 2000, a água potável pode apresentar até 500 mg/L de CaCO3 (Brasil, 2001), mas no caso de caldeiras, o valor recomendado para a dureza da água é igual a zero. O tipo de tratamento a ser indicado, visando a evitar os efeitos da presença de sais de cálcio e magnésio, como a corrosão, diminuição do fluxo de alimentos, diminuição de transferência de calor e contaminação microbiológica, vai depender da dureza detectada. Se for classificada como mole ou moderadamente dura, pode-se fazer o tratamento da água internamente na caldeira, usando agentes complexantes. Para este tratamento, são usadas substâncias químicas, incluindo agentes seqüestrantes como sais sódicos do EDTA e polifosfatos (hexametafosfato de sódio, tripolifosfato de sódio e tetrafosfato de sódio), ou precipitantes como o fosfato trissódico. Se a água for dura (151-300 mg/L de CaCO3), deve-se fazer o tratamento de redução da dureza antes da água ser introduzida na caldeira. Para isto, podem ser usadas resinas sintéticas trocadoras de cátions. As resinas usadas geralmente são de origem orgânica e obtidas, por exemplo, pela sulfonação do poliestireno. Neste caso, é uma resina fortemente ácida que troca H+ ou Na+ por Ca++ ou Mg, responsáveis pela dureza. Em águas usadas na higienização de equipamentos, utensílios e superfícies contendo até 50 mg/L de CaCO3, recomenda-se o uso de agentes complexantes na formulação dos detergentes. No caso da dureza ser superior a 50 mg/L, o ideal é efetuar troca catiônica. NITROGÊNIO AMONIACAL A água potável praticamente não contém amônia (é admissível até 0,05 ppm). Sua presença geralmente indica poluição por esgoto ou em água de subsolo rica em ferro e manganês, a amônia pode ser de origem inorgânica. Sua presença também pode ser devida a resíduos industriais. A determinação é feita por método colorimétrico, com o reagente de Nessler, que, em presença de amônia, reage dando um produto de cor amarelo-alaranjado, que é quantificado em espectrofotômetro, comparando-se com curva padrão de cloreto de amônia. O resultado é expresso em mg de nitrogênio amoniacal/litro. DETERMINAÇÃO DE FERRO Em água potável admite-se, no máximo, 0,3 mg de ferro por litro, porém, certas indústrias necessitam água isenta de ferro. A determinação é feita reduzindo-se todo o ferro III a ferro II e reagindo-se com ortofenantrolina, que produz cor alaranjada, cuja intensidade é proporcional ao teor de ferro. A quantificação é feita em espectrofotômetro. DETERMINAÇÃO DE MANGANÊS A água potável só deve conter manganês até o limite de 0,05 mg/litro. Sua determinação é feita colorimetricamente, oxidando-se o manganês II a permanganato, com periodatos e quantificando-se a coloração do permanganato produzido. CLORO RESIDUAL Em água para abastecimento público, substâncias como o cloro gasoso, hipoclorito de sódio e hipoclorito de cálcio têm sido largamente utilizadas no processo de desinfecção, o que tem contribuído para o controle das doenças de origem hídrica e das toxinfecções alimentares de origem microbiana A utilização de cloro líquido em água potável teve início poucos anos antes da Primeira Guerra Mundial. O cloro, principalmente na forma de gás, é tóxico ao homem. Entretanto, nas concentrações usadas no tratamento da água não apresenta efeito prejudicial à saúde. A água a ser utilizada na indústria de alimentos deve conter um residual de cloro, expresso em mg/L de Cl2 podendo seguir as seguintes recomendações, em função do uso •Uso geral na indústria de alimentos: 5 – 7 mg/L; •Resfriamento de produtos enlatados esterilizados: 6 – 10 mg/L; •Consumo humano: 0,2 a 2,0 mg/L (Brasil, 2001). A dosagem do teor de cloro residual que permanece na água após o processo de cloração permite avaliar se a água está em condições de uso e isenta de bactérias patogênicas. Quando o cloro é adicionado à água, uma pequena quantidade, de 0,25 a 0,75 ppm, reage com as impurezas nela contidas. Esse cloro consumido não apresenta propriedades germicidas. Quando a demanda de cloro adicionado é satisfeita, o que restou constitui o cloro residual total (CRT). O cloro residual total encontra-se na forma de cloro residual livre (CRL) ou cloro combinado com matéria nitrogenada, formando cloraminas. O cloro residual livre está nas formas de ácido hipocloroso (HClO) e de íons DETERMINAÇÃO DE CLORO LIVRE Esta determinação serve para o controle da cloração da água, que pode ser feita com gás cloro ou hipoclorito de sódio ou cálcio. A expressão cloro livre significa o cloro disponível para oxidação de compostos inorgânicos e orgânicos dissolvidos na água (ação bactericida) e inclui a totalidade de Cl2, ClO- e HClO. A água potável não deve conter menos de 0,1 mg/litro, nem mais de 0,3 mg/litro de cloro livre (em certas situações industriais, usa-se valores mais elevados). A determinação de cloro livre deve ser feita logo após a tomada da amostra. Utiliza-se o método colorimétrico, com a reação entre o cloro e a orto-tolidina, que forma um composto amarelado, cuja intensidade de cor pode ser medida em espectrofotômetro e comparada com curva padrão de hipoclorito de sódio. CLORETOS O excesso de cloretos na água pode trazer prejuízos à indústria, principalmente em caldeiras. O limite para água potável e de manancial é de 250 mg/L de cloretos, expresso em NaCl (Brasil, 2001) A origem dos cloretos pode ser oriunda de resíduos domésticos e/ou industriais, bem como dos processos de fertilização do solo que, através da lixiviação pela chuva, atinge os mananciais. Quantidade excessiva de cloretos indica poluição fecal, normalmente devido à presença de urina em esgotos domésticos. Sendo assim, a partir do conhecimento do teor de cloretos da água, é possível se obter informações sobre o seu grau de mineralização ou indícios de poluição. A presença de cloretos em água não tratada com pH em torno de 7,0 dá origem ao aparecimento de um filme de magnetita não protetor, em superfícies de aquecimento. Nas caldeiras de baixa pressão (até 10 kgf.cm-2) a concentração de cloretos não deve ultrapassar 200 mg/L. Em pressões médias (de 10 a 20 kgf.cm-2), deverá ser inferior a 50 mg/L. Nas caldeiras de alta pressão (acima de 20 kgf.cm-2) não se deve detectar a presença dos mesmos. Os cloretos, normalmente, estão presentes nas formas de cloreto de cálcio, de magnésio e de ferro. Quando em concentrações elevadas, estes íons podem provocar corrosão tipo fratura em tubulações de caldeiras e equipamentos de aço inoxidável, em indústrias de alimentos, penetrando na estrutura do aço, que é o óxido de cromo (Cr2CO3). Além disso, formam incrustações em pisos, paredes e equipamentos. O controle de cloretos em caldeira é feito pelas “purgas” que promovem a redução da concentração de sais no interior da caldeira. A purga consiste na remoção da “lama” formada no interior das caldeiras por meio de válvulas de escape. A freqüência das purgas é definida em função da dureza da água, de forma que maiores concentrações de cálcio e magnésio exigem maior freqüência.