DEPTº DE ENGENHARIA AMBIENTAL - DEA
ESCOLA POLITÉCNICA
MESTRADO PROFISSIONAL EM GERENCIAMENTO 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
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
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.
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.
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
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.
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
... 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.
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
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
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
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
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
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
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.
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 (HCO
3-, CO32-, 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
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):
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.
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).
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.
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,
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
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
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).
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
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.
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 CaCl 2.
Figura 4. Diagrama de evaporação da água do mar em litros. Fonte Amorim et al.,2001
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
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.
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.
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).
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).
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 liberados Ions 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 Ca 2Mg5Si8O22(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
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.
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
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:
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
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 CaCO3são do tipo brando,
de 50 a 100 mg/L CaCO3são pouco duras, de 100 a 200 mg/L CaCO3são duras e
acima de 200 mg/L CaCO3são 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
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).
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-+
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.
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.
