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RESUMOPor remoção de nitratos entende-se a redução da concentração do ião nitrato para um teor compatível com o máximo admitido para o consumo humano, que é de 50 mg/L de NO3. Neste artigo abordam-se técnicas de remoção de nitratos nas águas destinadas ao consumo humano, com especial incidência para a permuta iónica que recorre a resinas aniónicas fortes. 1. IntroduçãoO azoto no estado gasoso (N2) constitui cerca de 78% do volume da atmosfera. A quantidade existente na litosfera e na hidrosfera em relação à atmosfera, é pouco significativa. No entanto o azoto é indispensável aos seres vivos, uma vez que é parte integrante de aminoácidos, proteínas e ácidos nucleicos. Os compostos de azoto que habitualmente existem na água podem ter origem na natureza ou resultar da actividade humana. Entre as fontes de azoto naturais incluem-se, por exemplo, as provenientes de erupções vulcânicas, a fixação biológica (através da acção de microorganismos) ou de fixação não biológica, que ocorre com as descargas eléctricas resultantes de trovoadas (Figura 1 – Ciclo do Azoto).
Outra fonte importante de azoto são os fertilizantes aplicados na agricultura. O azoto usado na agricultura pode ser aplicado sob diversas formas químicas (ureia, amónio ou nitrato), de acordo com diferentes técnicas de adubação (de fundo, de cobertura, fertirrigação). As diferenças entre si, são a maior ou menor facilidade com que se liberta para o solo e consequentemente fica, tanto disponível para as plantas, como para infiltração no solo. Em regra, o nitrato é a forma com maior mobilidade e aqueles que não são absorvidos pela planta, são lixiviados através da água das chuvas e das escorrências de rega para os aquíferos subterrâneos, podendo contaminar as águas destinadas ao consumo humano. Um outro modo de contaminação dos aquíferos subterrâneos surge das descargas de efluentes industrias não tratados e efluentes brutos de purga de sistemas com caldeiras (onde são utilizados inibidores de corrosão que têm na sua constituição nitratos). A descarga de compostos de azoto no meio hídrico pode provocar efeitos nefastos para o meio ambiente. Sendo um macronutriente, estimula o desenvolvimento dos organismos, nomeadamente das algas e plantas aquáticas; particularmente no caso das algas, leva à diminuição da quantidade de oxigénio dissolvido na água e altera o equilíbrio do ecossistema, podendo em muitos casos impedir a viabilidade de algumas espécies, como por exemplo, os peixes. Por outro lado a existência de outros compostos de azoto como o azoto amoniacal ou alterações da qualidade da água surgida em resultado de descargas de efluentes, pode contaminar de tal forma a água, que torne difícil a sua utilização para consumo humano, não só por diminuir a eficiência da desinfecção, mas também pela formação de “desinfeccion by-produts” (cloraminas, p.Ex.), o que acarreta riscos para a saúde pública. Os nitratos não são detectáveis na água pelo odor, sabor ou cheiro característico, nem tão pouco provocam incrustações nas tubagens ou deixam manchas à sua passagem, pelo que só uma análise química da água permite detectar a sua presença.
2. principais formas de azoto e seu impactoAs principais formas de azoto que podemos encontrar nas águas são: azoto Kjeldal, azoto amoniacal (NH4), nitritos (NO2) e nitratos (NO3). No azoto Kjeldal (orgânico) e no azoto amoniacal (ou amoníaco) o azoto encontra-se na sua forma mais reduzida. São estes compostos que necessitam de maior quantidade de oxigénio (fornecido pelo meio aquático) para se oxidarem, ou seja, passarem a uma forma mais estável (os nitratos). Os nitratos são os compostos em que o azoto se encontra na sua forma mais oxidada (ou seja, mais estável) e a sua existência em concentrações elevadas na água potável ou em alimentos, pode acarretar riscos para a saúde pública (a metemoglobinémia, por exemplo, doença que pode levar à morte os recém nascidos e crianças até aos 6 meses). Os nitritos situam-se num estado de oxidação intermédio entre o azoto amoniacal e o ião nitrato e normalmente não se encontram em quantidades muito elevadas nas águas. Trata-se de uma molécula instável, que em presença do oxigénio (do ar, por exemplo) ou de outro oxidante (o cloro usado na desinfecção, por exemplo) se oxida com facilidade, a nitrato. Os nitratos, tal como os fosfatos e o potássio, são macronutrientes das plantas e exercem um efeito estimulante no desenvolvimento excessivo da flora, em certos meios aquáticos. Elevados teores de nitratos na água (valores acima de 50 mg/L de NO3) podem ser considerados perigosos para crianças com idade inferior a 6 meses, pois no intestino o nitrato reduz-se a nitrito formando a metemoglobina um molécula que impede a hemoglobina de transportar o oxigénio. Esta doença é vulgarmente designada por “blue baby” e caracteriza-se pela falta de oxigénio no organismo e consequente morte por asfixia. Observa-se que teores de nitratos muito elevados na água, são normalmente sintoma da presença de outros contaminantes; nestes casos é aconselhável realizar uma análise bacteriológica e química completa pois existe a possibilidade da contaminação bacteriológica da água.
3. Métodos para remoção de nitratos Existem várias técnicas que podem ser utilizadas separadamente ou em conjunto, para reduzir a concentração, ou remover completamente, os nitratos da água. Dependendo das condições de aplicação, os métodos existentes podem ser classificados em:
- Osmose Inversa - Permuta iónica
3.1. osmose inversa O processo de osmose inversa pode ser utilizado na remoção de nitratos. A quantidade removida poderá chegar até aos 85% (os valores poderão oscilar entre os 40-85%) do valor inicial, embora dependendo do pH da água a tratar, da sua temperatura e da pressão do sistema.
3.2. Permuta iónica O processo mais banal para a remoção de nitratos é a permuta iónica, através de um equipamento muito semelhante a um descalcificador. Utiliza-se habitualmente uma resina aniónica forte do tipo I ou II. Qualquer uma destas resinas poderá ser ou não selectiva especificamente para nitratos, dependendo do seu grupo funcional (Figura 2). Neste tipo de resinas a regeneração dos sistema é feita normalmente com cloreto de sódio. Os nitratos removidos desta forma obedecem à seguinte reacção química: R_Cl + NO3- ® R_NO3 + Cl (R= resina aniónica) Pode também utilizar-se como regenerante o cloreto de potássio (KCl), o qual permite obter uma água de regeneração menos prejudicial em termos ambientais, em virtude de possuir potássio em vez de sódio. O processo que recorre a uma resina “standard” aniónica forte (não selectiva) do tipo I ou II não especificamente indicada para reter nitratos, pode permitir igualmente a fixação de sulfatos e cloretos. Os bicabornatos podem igualmente ser retidos durante a fase inicial do serviço e ser mais tarde “descarregados” pela resina. Por este motivo poderá também verificar-se no início do processo uma redução no valor do pH (este problema pode ser contornado adicionando à cuba de sal uma determinada quantidade de hidróxido de sódio). A selectividade da resina, mais frequente nesta aplicação é a seguinte (Figura 4): Sulfatos (SO4 2-) > Nitratos (NO3-) > Cloretos (Cl-) > Bicabornatos (HCO3-) Existem no entanto no mercado resinas aniónicas fortes do tipo II selectivas para nitratos (por exemplo a IMAC HP555 da RHOM AND HAAS) que retêm mais fortemente os nitratos do que qualquer outro tipo de iões e embora mais caras, permitem obter melhores resultados acrescentando ainda alguma fiabilidade ao processo (Figura 3). A afinidade desta resina passa então a ser: Nitratos (NO3-) > Sulfatos (SO4 2-) > Cloretos (Cl-) > Bicabornatos (HCO3-)
A escolha de uma resina não selectiva ou de uma resina especificamente selectiva para nitratos, deverá passar pela análise da constituição química da água a tratar. Assim, se tivermos uma água em que o teor de nitratos é muito superior ao teor de sulfatos, uma resina não selectiva irá permitir obter um resultado satisfatório, com um custo menor. Para concentrações de nitratos elevadas é necessária a análise química da água, incluindo o doseamento do teor em cloretos, já que com este processo vamos aumentar a sua concentração. O nitratos podem também ser removidos por permuta iónica com recurso a um leito misto de resinas. No entanto, quando os nitratos são o único problema, não costuma ser este o método seleccionado.
4. Conclusão Embora o azoto seja como referido anteriormente parte integrante de um grande numero de compostos na natureza, a crescente utilização de fertilizantes, a descarga de efluentes não tratados, entre outros, deram a sua contribuição para um aumento progressivo da concentração de nitratos em algumas das principais fontes de abastecimento de água nos últimos 20 anos. Actualmente esta é uma questão pertinente, que se encontra habitualmente associada a problemas de poluição dos aquíferos subterrâneos e consequentemente, das águas destinadas ao consumo humano.
BIBLIOGRAFIA- Water Treatment Fundamentals – WQA (1983) - Is your Water Safe to Drink? – J. Gerdon Milichap, M.D., PNB (1995) - Water Processing – Residential, commercial and light industrial – Wes Mac Gowan, WQA (1996) - Nitrates – Frank DeSilva (Resin Tech, Inc.) WQA Convention, Long Beach – California, 2000 - Guidelines for Drinking Water Quality – World Health Organization – Geneve Elaborado por: Carla Bastos, Engª Agrónoma (ISA), Certified Water Specialist – CWS- V Adaptado por: António José Ribeiro, Engº Agro-Industrial (ISA), Pós-Graduado em Gestão de Sistemas Ambientais (ISCSSul), Cédula Profissional da Ordem dos Engenheiros nº 29950 Para mais informações, contactar: Tel.:
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