universidade federal rural do semi-árido pró-reitoria de pesquisa e pós-graduação programa de ...

81 Pages·2017·2.29 MB·Portuguese

by  Pio Antas

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM MANEJO DE SOLO E ÁGUA

FRANCISCO PIO DE SOUZA ANTAS

EFICIÊNCIA DA OSMOSE REVERSA NO TRATAMENTO DE ÁGUA DE POÇOS
SALOBROS E SALINOS EM COMUNIDADES E ASSENTAMENTOS RURAIS DO
OESTE POTIGUAR

MOSSORÓ-RN
2017
FRANCISCO PIO DE SOUZA ANTAS

EFICIÊNCIA DA OSMOSE REVERSA NO TRATAMENTO DE ÁGUA DE POÇOS
SALOBROS E SALINOS EM COMUNIDADES E ASSENTAMENTOS RURAIS DO
OESTE POTIGUAR

Tese apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Manejo de Solo e Água da
Universidade Federal Rural do Semiárido como
requisito para obtenção do título de Doutor em
Manejo de Solo e Água.

Linha de Pesquisa: Impactos Ambientais pelo
Uso do Solo e da Água

Orientador: Prof. Dr. Nildo da Silva Dias

MOSSORÓ - RN
2017
©Todos os direitos estão reservados à Universidade Federal Rural do Semiárido. O conteúdo
desta obra é de inteira responsabilidade do (a) autor (a), sendo o mesmo, passível de sanções
administrativas ou penais, caso sejam infringidas as leis que regulamentam a Propriedade
Intelectual, respectivamente, Patentes: Lei nº 9.279/1996, e Direitos Autorais: Lei nº
9.610/1998. O conteúdo desta obra tornar-se-á de domínio público após a data de defesa e
homologação da sua respectiva ata, exceto as pesquisas que estejam vinculas ao processo de
patenteamento. Esta investigação será base literária para novas pesquisas, desde que a obra e
seu (a) respectivo (a) autor (a) seja devidamente citado e mencionado os seus créditos
bibliográficos.

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Biblioteca Central Orlando Teixeira (BCOT)
Setor de Informação e Referência (SIR)

Setor de Informação e Referência
Bibliotecário-Documentalista
Nome do profissional, Bib. Me. (CRB-15/10.000)
FRANCISCO PIO DE SOUZA ANTAS

EFICIÊNCIA DA OSMOSE REVERSA NO TRATAMENTO DE ÁGUA DE POÇOS
SALOBROS E SALINOS EM COMUNIDADES E ASSENTAMENTOS RURAIS DO
OESTE POTIGUAR

Tese apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Manejo de Solo e Água da
Universidade Federal Rural do Semiárido como
requisito para obtenção do título de Doutor em
Manejo de Solo e Água.

Linha de Pesquisa: Impactos Ambientais pelo
Uso do Solo e da Água

Orientador: Prof. Dr. Nildo da Silva Dias

Defendida em: 31 / 01/ 2017.

BANCA EXAMINADORA

_________________________________________
Prof. Dr. Nildo da Silva Dias (UFERSA - Mossoró)

Presidente

_________________________________________
Prof. Dr. Jonas de Oliveira Freire
Membro Examinador

_________________________________________
Prof. Dr. Saint Clair Lira Santos
Membro Examinador

_________________________________________
Prof. Dr. Raimundo Fernandes de Brito
Membro Examinador

_________________________________________
Prof. Dr. Jeronimo Andrade Filho
Membro Examinador
AGRADECIMENTOS

Ao DEUS todo poderoso por suas misericórdias que se renovam a cada manhã e são a
causa de não sermos consumidos.
À minha esposa Sandra e minha filha Rebeca pelo apoio e incentivo em todos os
momentos e pela paciência e compreensão durante a redação deste trabalho.
À minha Mãe Martinha, meu Pai Onofre (in memoriam) minha tia Nilza e meu irmão
Paulo pelo investimento em meus estudos.
Ao Prof. Dr. Jonas de Oliveira Freire por me ajudar a Entrar na Pós-graduação da
UFERSA e também a sair dela.
Aos Profs. Drs. Marcelo Tavares de Oliveira e Nildo da Silva Dias por aceitar o desafio
de serem meus orientadores.
Ao Prof. Dr. André Moreira de Oliveira pela ajuda com os dados sistematizados e
discutidos nesta tese.
A todos os professores do PPGMSA por todo o valioso conhecimento adquirido em
suas aulas.
Ao Prof. Me. Ronaldo dos Santos Falcão Filho pelas sugestões e auxílios estatísticos.
Aos amigos e irmãos Jadla e Arthur pelas orações, apoio e compreensão quanto à
realização da Obra de Deus.
A todos aqueles que direta ou indiretamente contribuíram par a realização deste
trabalho.
Aos meus pais Onofre e Martinha
À minha tia Nilza
Ao meu irmão Paulo
Ofereço

À minha filha Ana Rebeca
À minha esposa Sandra
Dedico com amor e carinho
LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Equações matemáticas para os parâmetros utilizados no Índice de
Qualidade Natural das Águas Subterrâneas (IQNAS) 33
Tabela 2 – Parâmetros para o Sistema de avaliação da qualidade das águas
subterrâneas 34
Tabela 3 – Classes de qualidade da água do método SEQ para consumo humano. 35
Tabela 4 – Padronização produzida para o nitrato. 36
Tabela 5 – Possíveis limites para o índice. 36
Tabela 6 – Faixas escalares de variação do Índice Relativo de Qualidade (IRQ)
para caracterização do potencial qualitativo das águas subterrâneas
para consumo humano 38
Tabela 7 – Classificação dos valores obtidos com a aplicação do ISL 43
Tabela 8 – Classificação dos valores obtidos com a aplicação do IER 43
Tabela 9 – Classes de restrição ao uso da água para irrigação, segundo os riscos
associados 45
Tabela 10 – Resultado da análise de agrupamento hierárquico pelo método de
Ward para os 28 pontos de coleta de água de poços salinos das
localidades rurais do Oeste potiguar. 49
Tabela 11 – Resultado da análise de agrupamento hierárquico pelo método de
Ward para os 28 pontos de coleta de água purificada por osmose
reversa das estações de tratamentos em localidades rurais do Oeste
potiguar. 55
Tabela 12 – Resultado da análise de agrupamento hierárquico pelo método de
Ward para os 28 pontos de coleta de água de rejeito da
dessalinização por osmose reversa das estações de tratamentos em
localidades rurais do Oeste potiguar. 58
Tabela 13 – Índices de Saturação de Langelier e de Estabilidade de Ryznar para
as comunidades 62
Tabela 14 – Valores da Taxa de Rejeição de Sais para as comunidades 65
Tabela 15 – Índices dos desvios dos indicadores para água purificadas 68
Tabela 16 – Índices dos desvios dos indicadores para água salobra de poços 69
Tabela 17 – Índices dos desvios dos indicadores para água de rejeito 70
LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Abrangência da região semiárida e sub-úmida seca no Nordeste............. 18
Figura 2 – Bacia Potiguar........................................................................................... 19
Figura 3 – Perfil estatigráfico da Bacia Potiguar........................................................ 20
Figura 4 – Mapa de aquíferos do Rio Grande Do Norte............................................ 20
Figura 5 – Representação do fluxo cruzado............................................................... 22
Figura 6 – Mapa da área experimental....................................................................... 39
Figura 7 – Mapa de solos (IBGE) da área experimental, mesorregião do Oeste
Potiguar, com a localização dos pontos coletados no início da pesquisa.. 40
Figura 8 – Valores de precipitação (mm) nos períodos de coleta nas comunidades
rurais estudadas......................................................................................... 47
Figura 9 – Dendrograma da análise de agrupamento hierárquico pelo método de
Ward para os 28 pontos de coleta de água de poços salinos das
localidades rurais do Oeste potiguar......................................................... 48
Figura 10 – Concentrações iônicas das águas salobras de poço x CE.......................... 52
Figura 11 – Concentrações de cloretos das águas salobras de poço x CE.................... 52
Figura 12 – Dendrograma da análise de agrupamento hierárquico pelo método de
Ward para o 28 pontos de coleta de água purificada por osmose reversa
das estações de tratamentos em localidades rurais do Oeste potiguar...... 54
Figura 13 – Dendrograma da análise de agrupamento hierárquico pelo método de
Ward para o 28 pontos de coleta de água de rejeito salino das estações
de tratamento em localidades rurais do Oeste potiguar............................ 57
Figura 14 – Concentrações de cátions e ânions x CE para água de rejeito da
dessalinização.......................................................................................... 60
Figura 15 – Concentrações de Cloretos x CE para água de rejeito da dessalinização. 61
Figura 16 – Índice de recuperação do sistema de osmose reverso instalados nas 7
comunidades rurais do Oeste potiguar avaliadas em épocas seca e
chuvosas nos anos de 2014 e 2015............................................................ 61
Figura 17 – Relação entre ISL e Recuperação do sistema........................................... 63
Figura 18 – Relação entre IER e Recuperação do sistema........................................... 64
Figura 19 – Comportamento do IRQI para água purificadas, salobras de poços e de
rejeito........................................................................................................ 72
RESUMO

No semiárido, devido a predominância do embasamento cristalino, as águas
subterrâneas, geralmente, alta concentração de sais. A fim de tornar estas águas próprias para
consumo, dessalinizadores têm sido instalados em comunidades e assentamentos rurais para
suprir a demanda hídrica. Porém, independentemente da eficiência da membrana e da estrutura
instalada dos dessalinizadores, o sistema de osmose reversa produzirá sempre a água potável,
mas também a resíduo (rejeito salmoura ou concentrado) com concentração de sais superior à
salinidade da água original. Nosso primeiro objetivo foi investigar a eficiência da osmose
reversa na purificação das águas de poços salobros e salinos em estações de tratamento
instaladas em Comunidades e Assentamentos rurais do Oeste Potiguar. Em segundo lugar,
objetivou-se estudar as propriedades hidroquímicas das águas do processo de dessalinização
(águas de poços, rejeito salino e purificadas). O terceiro objetivo, propôs um índice relativo de
qualidade das águas das estações de tratamento por osmose reversa para fins de irrigação.
Foram realizadas 4 campanhas de coletas de amostras de águas de poços, purificadas e de rejeito
salino, entre os períodos de outubro de 2013 a novembro 2014, em 7 estações de tratamentos
de água de Comunidades e/ou Assentamentos rurais do Oeste potiguar. Determinaram-se a
eficiência da osmose reversa na purificação da água e os parâmetros de qualidade
Condutividade Elétrica (CE), pH, cátions (sódio, potássio, cálcio e magnésio) e ânions (cloreto,
carbonato e bicarbonato), Razão de Adsorção de Sódio (RAS), Índices de Saturação de
Langelier (ISL), de Estabilidade de Ryznar (IER) e a relação Cálcio/Magnésio. Além disso,
investigou-se a influência dos Índice de Saturação de Langelier e do Índice de Estabilidade de
Ryznar com a taxa de recuperação dos sistemas dessalinização por osmose reversa. As análises
dos resultados indicam que a taxa de recuperação média dos sistemas de dessalinização foi de
32,11% para os meses de outubro/novembro/2013; 52,42% para os meses de
fevereiro/março/2014; 41,41% para os meses de junho/julho/2014 e 33,60 % para os meses de
outubro/novembro/2014. Os altos valores de Índice Relativo de Qualidade das águas das
estações de dessalinização são apontados como indicadores de possíveis riscos de salinização
de solos e de contaminação de aquíferos subterrâneos. O maior grau de impacto do uso da terra
em consequência da qualidade das águas de estações de dessalinização foi registrado em
amostras de rejeito salino seguidas das águas de poços. Com relação à classificação das águas,
registraram que em 17,86 % das amostras de água analisadas foram classificadas como
excelentes (Classe I), 22,62 % como boas (Classe II); 22,62 % como razoáveis (Classe III);
10,71% como ruins (Classe IV) e 26,19 % das amostras foram classificadas como péssimas
(Classe V).

Palavras-chave: Irrigação; eficiência de dessalinizadores; índice de qualidade de água.