ANALYSIS OF THE WATER PH OF THE ARTESIAN WELL OF CEULM/ULBRA
REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.6811242
Autoria:
Ana Luiza Moura Marquez,
Caroline Ferreira Cavalcante,
Edeilson Andrade da Silva,
Eduardo Freire da Silva,
Elton Matheus Carvalho de Souza,
Gabriel Soares da Silva,
Igor Júlio Agard Pereira,
Leonardo Ferreira de Carvalho,
Lucas de Souza Sena,
Rubenilton Lima de Souza,
Taynara Ribeiro Rocha,
Thiago Alexandre Oliveira de Araújo,
Alan dos Santos Ferreira.
CEULM/ULBRA
Centro Universitário Luterano de Manaus
RESUMO
Como a Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) nº 396/2008 que dispõe sobre a classificação e diretrizes ambientais para o enquadramento das águas subterrâneas e dá outras providências; a Resolução CONAMA nº 430/2011 que dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução CONAMA nº357, de 17 de março de 2005; e a Portaria do Ministério da Saúde (MS) nº 2.914/2011 que dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, trazendo os VMP – valores máximos permitidos, ou concentração limite estabelecidos para cada parâmetro (BRASIL 2008; BRASIL 2011; BRASIL 2011).
Partindo desse princípio e vendo que segundo Gazola (2008, pg.20) que considera a água potável somente quando pode ser consumida de forma que não haja rejeição ao consumo e que seus parâmetros físicos, químicos e principalmente microbiológicos não causem riscos à saúde humana, entende-se que a utilização do arduino juntamente com o analisador de dados além de ser uma alternativa economicamente viável para a medição de pH, que é o objeto de estudo desse trabalho, sana a necessidade de tempo, assim como a dificuldade em encontrar outros equipamentos e fazer o trabalho manual.
Palavras-chave: Arduino; Água; Analisador de pH.
ABSTRACT
As the Resolution of the National Council for the Environment (CONAMA) nº 396/2008, which provides for the classification and environmental guidelines for the classification of groundwater and other measures; CONAMA Resolution No. 430/2011, which provides for the conditions and standards for effluent discharge, complements and amends CONAMA Resolution No. 357, of March 17, 2005; and the Ordinance of the Ministry of Health (MS) No. 2,914/2011, which provides for the control and surveillance procedures for the quality of water for human consumption and its potability standard, bringing the VMP – maximum allowed values, or limit concentration established for each parameter (BRASIL 2008; BRASIL 2011; BRASIL 2011).
Based on this principle and seeing that according to Gazola (2008, pg.20) who considers drinking water only when it can be consumed in a way that there is no rejection of consumption and that its physical, chemical and mainly microbiological parameters do not cause risks to human health, it is understood that the use of arduino together with the data analyzer, in addition to being an economically viable alternative for the measurement of pH, which is the object of study of this work, solves the need for time, as well as the difficulty in finding other equipment. and do manual work.
Keywords: Arduino; Water; pH analyzer.
1 INTRODUÇÃO
Do total de água disponível no planeta, 97% estão nos mares e oceanos e apenas 3% são água doce. A água é o mais importante e abundante bem natural que existe no mundo e que desempenha um papel crucial no surgimento e desenvolvimento das diferentes formas de vida existentes na Terra. Além disso, a qualidade de vida dos seres humanos está diretamente relacionada à água, sendo esta utilizada no preparo de alimentos, higiene pessoal e de utensílios, além de ser o elemento essencial para a manutenção e funcionamento adequado do organismo humano. Estudos mostram que diversas contaminações antrópicas e naturais já foram encontradas nessas águas, pois, de modo geral a água possui a característica de incorporar a si as diversas impurezas que encontra pelo caminho.
Desta forma, segundo Sperling, pode-se dizer que a qualidade da água depende das condições naturais do meio em que ela se encontra, ou seja, seus parâmetros variam de acordo com o uso e a ocupação do solo na bacia hidrográfica. A análise da qualidade do pH da água é essencial para a população, para a indústria e para a agricultura. Existem padrões de exigências de qualidade da água tanto para o consumo humano, quanto para outras áreas, como recreação e indústria. Os componentes na água, as suas concentrações e outros parâmetros, influenciam o tratamento que será realizado e depende também das condições locais quanto à geologia, ao clima e à atividade humana.
Assim, os processos de tratamento e análise da água devem ser adaptados de acordo com seu uso. Devido a isso, e pensando no bem-estar da saúde humana, foram criadas no Brasil algumas resoluções e portarias que versam sobre a classificação e qualidade da água. Nos dias atuais vemos sofrendo com a falta de tempo e com a dificuldade de encontrar equipamentos, bem como os custos envolvidos em fazer uma análise frequente do pH da água, fazendo com que as verificações sejam feitas em pequenas amostras e os dados feitos e analisados de forma manual. Um programa como Arduíno juntamente com um analisador de dados de pH, além de se mostrar de baixo custo, aceleram e facilitam o processo de verificação e análise, podendo-se assim descobrir e tratar a água caso haja necessidade.
Partindo desse princípio e vendo que segundo Gazola que considera a água potável somente quando pode ser consumida de forma que não haja rejeição ao consumo e que seus parâmetros físicos, químicos e principalmente microbiológicos não causem riscos à saúde humana, entende-se que a utilização do arduíno juntamente com o analisador de dados além de ser uma alternativa economicamente viável para a medição de pH, que é o objeto de estudo desse trabalho, sana a necessidade de tempo, assim como a dificuldade em encontrar outros equipamentos e fazer o trabalho manual.
2 OBJETIVOS
2.2 OBJETIVOS GERAIS
Automatizar o processo de análise do PH da água do poço artesiano do CEULM/ULBRA com o intuito de minimizar o trabalho de verificação manual bem como evitar riscos futuros à saúde da comunidade que usufrui dessa fonte.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
– Utilizar um arduíno e um analisador de dados de PH da água de modo que possa deixar o processo de verificação e análise automatizado;
– Plotar digitalmente os gráficos em nuvem das análises de água;
– Coletar os dados do estado em que a água se encontra no momento da análise conforme a NBR9251, atualizando os mesmos a cada 1 minuto.
3 REFERENCIAL TEÓRICO
Apenas cerca de 0,77% da reserva de água do mundo é composta por água doce disponível para uso humano, sendo encontrada na forma de rios, lagos, água subterrânea, incluindo ainda a água presente no solo (umidade), na atmosfera (vapor de água) e na biota (GRASSI, 2001; MILLER JÚNIOR, 2008). Dos 2,5% restantes, que perfazem o total de água doce existente, aproximadamente 2/3 (dois terços) encontra-se aprisionada sob a forma de gelo, formando geleiras e calotas polares, estando, assim, a priori, indisponível para atender às demandas humanas (AZEVEDO et al., 2014; GRASSI, 2001). A maior quantidade da água encontra-se distribuída formando os oceanos e os mares (em torno de 97,5%), sendo imprópria para uso na agricultura, na indústria e no consumo humano em razão de seu alto grau de salinidade (AZEVEDO et al., 2014). A água é uma substância vital para as atividades humanas e para a manutenção da vida animal e vegetal; é um recurso natural renovável de extrema importância para a sobrevivência humana (SANTOS; COZER, 2013). O volume total de água na Terra é estimado em torno de 1,4 bilhão de Km3 (MUNIZ, 2013).
Figura 1: Distribuição de água na Terra
A água destinada ao consumo humano tem prioridade aos demais usos e como nenhuma água encontrada na natureza pode ser considerada potável, esta deve passar por um conjunto de etapas denominado “tratamento da água” afim de que possa ser utilizada pelo homem, sem que lhe represente risco à saúde. Essas doenças são causadas principalmente por microrganismos patogênicos de origem entérica, animal ou humana, transmitidas basicamente pela rota fecal-oral, ou seja, são excretados nas fezes de indivíduos infectados e ingeridos na forma de água ou alimento contaminado por água poluída 13 com fezes (CORRÊA; AMARAL, 2012). Para os fins desta Portaria, são adotadas as seguintes definições: a) água potável: água que atenda ao padrão de potabilidade estabelecido nesta Portaria e que não ofereça riscos à saúde (BRASIL, 2011). d) água tratada: água submetida a processos físicos, químicos ou combinação destes, visando atender ao padrão de potabilidade (BRASIL, 2011). No Brasil, a Portaria nº 2.914, de 12 de dezembro de 2011, do Ministério da Saúde, dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade (BRASIL, 2011). b) padrão de potabilidade: conjunto de valores permitidos como parâmetro da qualidade da água para consumo humano, conforme definido nesta Portaria (BRASIL, 2011).
3.1 ÍNDICE DE QUALIDADE DE ÁGUA
Para simplificar a expressão dos valores obtidos pela análise de diversos parâmetros físico-químicos e microbiológicos da água, determinações de IQA têm sido utilizadas para converter uma série de dados referentes à qualidade da água em um único número, capaz de representar de forma simples e objetiva a qualidade da água de maneira geral. No estado de Goiás, a SANEAGO desenvolveu um IQA para avaliar a água potável tratada pelos diversos sistemas de abastecimento por ela operados.
3.1.1 FLÚOR
A etapa de fluoretação, no tratamento da água para consumo humano, consiste na aplicação de compostos de flúor para prevenção da cárie dentária. A adição de flúor na água de abastecimento é considerada uma medida importante para a saúde pública, pois é um método eficiente, prático e econômico de prevenção da cárie dentária, desde que respeitadas a continuidade e regularidade dos teores adequados. O teor de flúor na água é definido de acordo com o clima e a temperatura de cada região, pois isso afeta o consumo médio diário de água por pessoa.
3.1.2 TURBIDEZ
A turbidez é um parâmetro influenciado pela presença de sólidos em suspensão na água, que reduzem a transparência da mesma. Não representa risco direto à saúde.
3.1.3 PH
Representa o equilíbrio entre íons H+ e íons OH-; é um parâmetro adimensional que varia de 0 a 14; indica se uma água é ácida (pH inferior a 7), neutra (pH igual a 7) ou básica/alcalina (pH maior do que 7); pH baixo torna a água corrosiva; águas com pH elevado tendem a formar incrustações nas tubulações (MOTA, 2012). Os valores de pH não têm implicação em termos de saúde pública a menos que os valores sejam extremamente baixos ou elevados, a ponto de causar irritação na pele ou nos olhos (SCHLEMPER et al., 2014).
A Figura 2 mostra a escala para verificação de pH.
Figura 2: Escala para verificação de pH
3.1.5 CLORO RESIDUAL LIVRE
Na etapa de desinfecção, no tratamento da água para consumo humano, o cloro é utilizado na eliminação de micro-organismos nocivos à saúde, atuando também como uma barreira de proteção em casos de uma possível contaminação futura (CAESB, 2016). O cloro existente na água, sob as formas de ácido hipocloroso (HClO) e de íon hipoclorito (ClO-), é definido como cloro residual livre (SCURACCHIO, 2010). No entanto, é importante destacar que, o cloro utilizado para proteger a água pode contaminá-la ao reagir com as substâncias orgânicas presentes nela, 16 formando os nocivos trihalometanos (p.ex., clorofórmio – HCCl3) (SILVA et al., 2011; VON SPERLING, 1996).
3.1.6 COR APARENTE
A cor é um parâmetro influenciado pela presença de substâncias dissolvidas na água, que resultam na coloração da mesma.
3.1.7 ALUMÍNIO
A etapa de coagulação/floculação, no tratamento da água para consumo humano, consiste em adicionar um produto químico denominado coagulante/floculante, que faz com que as impurezas se aglutinem formando flocos, para serem mais facilmente removidos nas etapas posteriores do tratamento. Essas concentrações, em excesso, conduzem à degradação da qualidade da água, provocando turbidez e depósito nas canalizações. A presença desse metal na água de consumo humano tem sido bastante debatida e estudada nas últimas décadas, no entanto existe ainda bastante controvérsia da sua implicação na saúde dos consumidores. 17 Devido a esta lacuna, o limite estabelecido pela legislação não tem origem num possível dano que uma quantidade maior poderia causar à saúde, mas apenas nas questões relacionadas com a qualidade organoléptica da água.
3.1.8 ARDUINO
Esta placa foi iniciada em 2014 e é bem interessante, pois ao contrário de alguns módulos desta família que necessitam de um conversor USB serial externo para que haja troca de informações entre computador e o módulo, o NodeMCU já vem com um conversor USB serial integrado.
Esta plataforma é composta basicamente por um chip controlador (ESP8266 ESP-12E), uma porta MicroUSB para alimentação e programação, conversor USB serial integrado e já possui WiFi nativo. “Arduino é uma plataforma open-source de prototipagem eletrónica com hardware e software flexíveis e fáceis de usar, destinado a artistas, designers, hobbistas e qualquer pessoa interessada em criar objetos ou ambientes interativos. ” (PORTUGAL, 2021).
“O Arduino pode sentir o estado do ambiente que o cerca por meio da recepção de sinais de sensores e pode interagir com os seus arredores, controlando luzes, motores e outros atuadores. O microcontrolador na placa é programado com a linguagem de programação Arduino, baseada na linguagem Wiring, e o ambiente de desenvolvimento Arduino, baseado no ambiente Processing.
Figura 3: Placa NodeMCU
O Sensor de PH Arduino é indicado para verificar e permitir a manutenção dos níveis de ph dentro de escalas seguras de uso em piscinas, aquários, caixas de água, rios, lagos e muito mais, permitindo manter proporções aceitáveis para pessoas, animais e plantas.
O conjunto é formado por um Eletrodo PH e um módulo eletrônico que faz a intermediação com o Arduino, por exemplo, podendo o eletrodo ficar submerso no recipiente com água, ficando somente com o cabo externo exposto.
“Atualmente, é cada vez mais comum lermos notícias sobre falhas de segurança e falhas de funcionamento em dispositivos vendidos em massa, como roteadores e câmeras IP, por exemplo.
De forma simplificada, pH significa potencial hidrogeniônico (quantidade de prótons H+), possibilitando indicar a neutralidade, acidez ou mesmo a alcalinidade de uma solução líquida. Uma falha em um dispositivo desse tipo significa, muitas vezes, milhões de usuários expostos em falhas de segurança e/ou com equipamentos com funcionamento ruim. Arduino é um sensor muito funcional e prático desenvolvido especialmente para trabalhar em conjunto com microcontroladores, podendo atuar em inclusive com o Raspberry Pi.
Figura 4: Sonda do sensor de pH arduino
Figura 5: Módulo sensor de pH BNC PH4502C
4 METODOLOGIA
4.1 ÁREA DE ESTUDO
O estudo será feito no poço artesiano da Ulbra Manaus, que foi instalada na capital do Estado do Amazonas no ano de 1992; portanto, atua há mais de 24 anos, dividindo-se em: Colégio Concórdia: Ensino Infantil, Fundamental e Médio, Polo EAD – Ensino a Distância e Centro Universitário Luterano de Manaus, mais conhecido como Ulbra Manaus. Possui 11 Graduações Presenciais; 04 Pós-Graduações Presenciais e 20 Graduações e 20 Pós-Graduações no Ensino a Distância.
Localização: Avenida: Carlos Drummond de Andrade, nº 1460, Conjunto Atílio Andreazza.
Bairro: Japiim.
4.2 MATERIAIS UTILIZADOS
Para análise de e execução deste projeto serão necessários os seguintes materiais listados abaixo:
1 – Módulo de leitura de PH de Líquidos;
1 – Sonda de leitura de PH de Líquidos;
1 – Arduíno LoLin ESP 8266 Com Wifi;
1 – Cabo mini USB;
3 – Jumpers;
1 – Caixa Hermética.
4.3 PROCEDIMENTO METODOLÓGICO
Conforme iremos verificar no fluxograma a seguir o procedimento metodológico deste projeto se dividirá em 3 (Três) etapas:
Figura 6: Fluxograma de metodologia
Etapa 1 (Vermelho): Para esta parte da etapa 1 será necessária uma programação em linguagem C, que é composta por um conjunto de funções. A função pela qual o programa começa a ser executado chama-se main. Após cada comando em C deve-se colocar um “;”.
A) Um programa em C deve ser indentado para que possa ser lido com mais facilidade.
Partindo do discorrido, a figura a seguir diz respeito a programação do código que será necessário para execução deste projeto.
B) Nesta parte da etapa será feita a montagem esquemática do material.
Figura 7: Código fonte programado na linguagem C
Primeiro devemos lembrar que conforme destacamos anteriormente, o medidor de pH é um instrumento utilizado para aferir a acidez ou alcalinidade de uma determinada solução.
O sensor é composto por dois eletrodos, um de referência e um eletrodo de vidro sensível ao íon de hidrogênio.
A placa Módulo PH4502C tem a finalidade de condicionar o sinal que vem do sensor para uso com nosso NodeMCU.
O Sensor de PH é muito utilizado para medições com a finalidade de verificar e ou controlar os níveis de ph dentro da necessidade de cada aplicação por exemplo em piscinas, aquários, caixas de água, cisternas, rios, lagos etc.
Ele é formado por um eletrodo conectado a um potenciômetro.
Figura 8: Montagem dos materiais
A partir dessa estrutura, será feita a conversão do valor de potencial do eletrodo em unidades de pH. alimentamos a placa através de um cabo Micro USB. As ligações podem ser melhor entendidas através do esquema de ligações abaixo.
Primeiro colocamos o Arduino em uma protoboard de testes e alimentamos a placa através de um cabo Micro USB. As ligações podem ser melhor entendidas através do esquema de ligações abaixo.
Figura 9: Esquema de ligações
A as portas de alimentação são:
3.3V do NodeMCU ligado ao VCC da Placa conversora de Sinal do eletrodo.
GND do NodeMCU ligado ao GND da Placa conversora de Sinal do eletrodo.
A0 do NodeMCU ligado ao PO da Placa conversora de Sinal do eletrodo.
GND e VCC são as fontes de alimentação do Sistema.
Todas as informações da placa serão enviadas pela porta PO e A0 as entradas de informações do Sistema.
A porta USB conectada no Computador e no NodeMCU tem diversas finalidades (alimentação do sistema de energia do sistema, servem para transferir as informações do código fonte para a placa, ver as informações em tempo real através do monitor serial, configuração das portas e etc.
Nesta parte da etapa 1 faremos a criação de um login no site onde serão plotados os gráficos.
O cadastro no Site Thinkspeak é gratuito e tem vários tutoriais na internet que ensinam o que é mais importante na hora de criação do canal, que no caso é pegar o número da Write API KEY ou chave de informações de escrita do canal.
F igura 10: Criação de login e geração de chave
A seta aponta qual é a chave, esta se fará necessária visto que é a identidade do canal e precisa ser colada no código para que as informações de leitura e análise de pH sejam enviadas diretamente para o site para que assim os gráficos sejam plotados.
Etapa 2 (Laranja)
Nesta etapa será feita a instalação do equipamento de medição, tendo em vista o nosso estudo comparativo da qualidade do pH da água conforme a NBR9251, bem como a coleta dos dados em tempo real, visando a plotagem dos gráficos em nuvem e a análise desses dados coletados.
Etapa 3 (Verde)
Na etapa final do processo metodológico será feito um estudo estatístico dos dados coletados no poço, este será o ponto crucial do processo, visto que o estudo estatístico diz respeito a uma visão mais detalhada dos dados coletados de maneira que se possa evitar riscos futuros à saúde da comunidade que usufrui dessa fonte.
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Tratamento da água é o termo genérico aplicado à conversão da água não potável em potável, pela modificação de suas características iniciais. Tem como finalidade não só a remoção de produtos nocivos à saúde e desagradáveis ao paladar, ao olfato e à visão, mas também a introdução de produtos benéficos à saúde humana, a exemplo do flúor (GAUTO; ROSA, 2011).
A ULBRA atende a área da universidade com água proveniente do poço artesiano, constituídos de captações superficiais e subterrâneas com capacidade total para produzir 9.443 L/s, Fig. 1, abastecendo 99,0% da instituição. O tratamento da água da universidade consiste das etapas de coagulação/floculação, decantação ou flotação, filtração, desinfecção, fluoretação e alcalinização (ULBRA, 2016).
O Laboratório Central da ULBRA é responsável pelo monitoramento diário da qualidade da água distribuída e o executa em conformidade com que é estabelecido pela legislação vigente (ULBRA, 2016).
Dessa forma, existe a preocupação com o controle da qualidade da água para que a mesma chegue até aos pontos de distribuição na universidade, em condições de potabilidade adequadas para o consumo humano.
Além do tratamento realizado pela ULBRA, é necessário fazer periodicamente a higienização dos reservatórios de água, bebedouros, torneiras e outros equipamentos para que as impurezas presentes nestes, não venham a comprometer todo o trabalho de potabilidade realizado na água.
A Tabela 1 apresenta os resultados das análises das amostras de água coletadas do poço artesiano, bem como o valor do IQA.
Tabela 1 – Resultados das análises e o valor do IQA do poço artesiano
| PARÂMETROS | PARÂMETROS | AMOSTRAS | AMOSTRAS |
| pH | 1 | 2 | 3 |
| 11,56 | 11,97 | 12,13 |
Os resultados mostram que é necessário a manutenção dos reservatórios de água do ULBRA, bem como, verificar as condições das tubulações que ligam a rede de distribuição. Sendo assim, não colocando em risco a saúde dos alunos, funcionários e quaisquer pessoas que consumam essa água.
Sabe-se que os reservatórios podem acumular impurezas trazidas pela própria rede de distribuição de água ou, por falta de vedação e limpeza. A matéria orgânica depositada no fundo dos reservatórios pode causar alterações do pH, da cor, dentre outros parâmetros, além de criar condições para o crescimento e proliferação de bactérias (MUNIZ, 2013).
Em relação ao poço artesiano, a falta de manutenção, tal como a falta de higienização, pode provocar problemas de saúde aos que consomem a água, devido à formação de biofilmes, ou seja, de paredes bacteriológicas. Essas formações contribuem para entupimentos e contaminações microbiológicas que alteram parâmetros da água, como o odor ou gosto.
Já as tubulações têm um tempo de vida útil que pode ser maior ou menor dependendo do tipo de material e das condições de utilização. É importante ressaltar que o valor de pH abaixo de 6,0 apresenta um risco importante de agressividade contra os materiais que constituem as tubulações, diminuindo sua vida útil, podendo deteriorar a qualidade da água tratada pela dissolução de produtos oriundos da própria corrosão e/ou do meio externo (SAM, 2017; SCURACCHIO, 2010).
6 CONCLUSÃO
A determinação do IQA do poço artesiano, mostrou-se inviável, pois é de fácil aplicação e entendimento.
Diante desse contexto, a partir das análises no poço artesiano da ULBRA, observou-se que a qualidade da água está acima dos valores permitidos para o pH adequado. É possível considerar que há uma deficiência para garantir uma qualidade aceitável da água potável consumida no centro universitário.
Este fato não descarta a necessidade de atenção com os reservatórios de água, bebedouros e tubulações da instituição.
Nesse contexto, aplica-se a importância da limpeza e desinfecção rotineira dos reservatórios que deve ser realizada a cada seis meses, e sempre que houver suspeita de contaminação da água tanto por substâncias químicas quanto por animais que podem se abrigar em seu interior, como roedores, baratas, pombos e mosquitos. A análise microbiológica de amostras de água do reservatório é o procedimento mais eficaz para se verificar a qualidade da água destinada ao consumo humano e deve ser providenciada sempre após cada limpeza ou quando houver suspeita de sua qualidade (SAM, 2017).
No que se refere ao poço artesiano, as empresas de perfuração de poços, recomendam uma manutenção e higienização a cada seis meses para evitar contaminações da água.
Em relação à tubulação, a partir de certo tempo em operação, os incômodos com vazamentos e gastos com reparos pontuais de uma tubulação passam a ser significativos e, nesse caso, recomenda-se trocar a tubulação antiga por uma mais moderna e resistente.
No entanto, não basta simplesmente trocar a tubulação obsoleta, danificada ou corroída por outro de material idêntico ou diferente, tido como mais durável. É fundamental o conhecimento das causas da degradação e principalmente saber se o novo material terá durabilidade adequada nas condições locais (IBDA, 2017).
O estudo permitiu constatar que a verificação periódica da qualidade da água é imprescindível, uma vez que o seu consumo, fora dos padrões de potabilidade, pode trazer riscos à saúde do consumidor.
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