Universidade Federal de Rondônia-UNIR Departamento de Engenharia Ambiental-DEA

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1 Universidade Federal de Rondônia-UNIR Departamento de Engenharia Ambiental-DEA Disciplina: Limnologia Oxigênio dissolvido: capítulo Carga horária: 8hs Responsável: Prof a. Elisabete L. Nascimento Atividade 1: Qual a importância sanitária das medidas de radiação? (Qual a importância sanitária de uma medida de Secchi?) Mínimo linhas Data entrega: 23/2/ Apesar de serem medidas simples, as medidas de radiação subaquática (obtidas com radiômetros) ou as estimativas de penetração de luz nos corpos d água (obtidas com o Secchi), podem ter grande importância sanitária. Visto que tais medidas trazem informações que indicam a condição do corpo hídrico em questão, tais como: 1

2 a) Uma baixa Zeu pode ser reflexo de uma possível eutrofização, decorrente por exemplo do lançamento de esgoto doméstico, indicando que a água está imprópria para usos como recreação b) Uma baixa Zeu é encontrada em águas com elevada turbidez, que mesmo sendo uma condição natural do meio (não decorrente de poluição), os agentes causadores da turbidez devem ser removidos para não causar rejeição do consumidor Maior transparência da água economizaria nos processos de tratamento. Interfere na qtd de coagulantes a serem utilizados (Samara/Geniane/André/Eule/Jandersor/Enaldo/Antônio/Rafaela) Maior turbidez, maior cuidado com a diminuição da mesma pois as partículas podem atuar como proteção aos microrganismos patogêncos impedindo que os mesmos entre em contato com o agente desinfetante (Phulvio) Pode indicar processo de eutrofização (Thandy/Alan Gomes/Ridaj/Gabriel/Murilon/Patrícia) Suas medidas servem para inferir os padrões de qualidade da água, inferir o lançamento de esgoto doméstico, por exemplo(guilherme) Água com elevada turbidez não são aceitas para o consumo pela comunidade(jéssica) 2

3 Pode indicar elevadas concentrações de substâncias dissolvidas (Graciele/Rafael) ou microrganismos que podem ser prejudiciais a saúde humana(jayne/daiane) É possível prever o crescimento de microalgas (Lucas) e cianobactérias(alan Jr/Mayk) Pode indicar presença de microrganismos patogênicos(cláudia) Medidas de transparência no corpo d água de captação podem inferir eutrofização e contribuir para medidas corretivas(yasmim) Oxigênio dissolvido AsprincipaisfontesdeO 2 paraaáguasão: 1) Atmosfera 2) Fotossíntese PrincipaisfatoresquecontribuemparaareduçãodoO 2 : 1) Oxidação da Matéria orgânica (principalmente pela atividade dos microrganismos) 2) Perdas para atmosfera 3) Respiração de organismos aquáticos 4) Oxidação de íons metálicos(feii e MnII) 3

4 Oxigênio dissolvido Solubilidade do oxigênio na água depende de 3 fatores: 1) Temperatura ComaElevaçãodaT ocorreareduçãodasolubilidadedoo 2 naágua 2) Pressão ComaelevaçãodapressãoocorreaelevaçãodasolubilidadedoO 2 naágua Exemplo: a uma pressão de 76mmHg e uma T de graus solubilizam-se 14,6mg deo 2 por Ldeágua, nasmesmascondiçõesdepressãomas aumat de3graus,solubilizam-se7,6mgdeo 2 porldeágua Variação da solubilidade do oxigênio na água em função da pressão atmosférica, temperatura (salinidade ) Em ambientes tropicais as concentrações do OD são menores que ambientes temperados 4

5 Oxigênio dissolvido Solubilidade do oxigênio na água depende de 3 fatores: 3) Salinidade ComaelevaçãodasalinidadeocorreareduçãodoO 2 (ambientescosteiros) Lagoas costeiras Oxigênio dissolvido A saturação de oxigênio (expressa em %) e representa a quantidade máxima de O 2 que pode ser dissolvida na água em determinada e pressão e temperatura Para cálculo da saturação deve-se relacionar:(1) a concentração de oxigênio dissolvido(mg/l),(2) temperatura e(3) pressão atmosférica Saturação de O 2 na água = Concentração de O 2 (mg/l)x Constante (tabela) A constante padroniza a pressão atme a umidade relativa do ar A constante depende da T registrada in locu

6 Exemplo: Calcule a saturação de 7,mg/L de oxigênio a uma T de 3,4: 7,/7,4 x = 93,% DIFUSÃO e Distribuição do O 2 dentro do ecossistema aquático continental A difusão do O 2 dentro de um corpo de água (transporte de regiões mais concentradas/atm ou superfície da água, para menos concentradas) dá-se principalmente pelo seu transporte em massas d água(ação do vento, maior turbulência da água) Fonte: Nascimento (26) 6

7 Difusão e DISTRIBUIÇÃOdo O 2 dentro do ecossistema aquático continental O padrão de distribuição de oxigênio dissolvido é o inverso do gás carbônico. Tal comportamento é mais evidente em dia ensolarado: Diminuição de CO 2 (consumido na fotossíntese) Aumento de O 2 (produzido na fotossíntese) Zona eufótica Zona afótica Aumento de CO 2 (decomposição microbiana da MO) Diminuição de O 2 (consumo devido decomposição da MO/atividade microbiana e oxidação) Influência do O 2 na decomposição da MO O agente oxidante mais importante (ou seja, substância que extrai elétrons deoutrasespécies)emáguasnaturaiséooxigêniomoleculardissolvido,o 2 Cada um dos átomos de oxigênio no O 2 é reduzido a zero de estado de oxidaçãopara - 2emH 2 ouoh - : Reaçãoemsoluçãoácida:O 2 +4H + =4e - =2H 2 O Reaçãoemsoluçãobásica:O 2 +2H 2 O+4e - =4OH - 7

8 Influência do O 2 na decomposição da MO Degradação da MO no ambiente aquático (química ou biológica) MO na presença de OD MO será oxidada (perderá e-, que serão transferidos para o O 2 ) Observa-se a diminuição do OD Exemplos: (CH 2 O)n + no 2 = nco 2 + nh 2 O MO (C,H,N,S) + O 2 = CO 2 + H 2 O + NO 3- + SO 4 2- Influência do O 2 na decomposição da MO Qual a quantidade de O 2 é consumido para decomposição da MO? Cada Molécula Complexa de MO (C, H, O, N e S) Proteínas, carboidratos e lipídeos Consome cerca de moléculas de O 2 durante sua oxidação Transferem seus e-para o O 2 Gerando os principais produtos: CO 2 liberado para atmosfera ou utilizado pelas algas e cianobactérias H 2 O (decomposição microbiana aeróbica) NO 3- e SO 2 4 -utilizados por bactérias como fonte de energia (anaeróbicos) 8

9 Difusão e DISTRIBUIÇÃOdo O 2 dentro do ecossistema aquático continental Da mesma forma que existe estratificação térmica existe estratificação química,especialmente écomumestratificação química de O 2 emambientes lênticos Fonte: Nascimento (212) Dinâmica do oxigênio dissolvido em lagos de regiões de CLIMA TEMPERADO A dinâmica do oxigênio dissolvido começou a ser estudada em lagos temperados Primeiras observações (Thienemann, 192): Lagos eutróficos, com elevada produção primária, pouco profundos, apresentavam o hipolímnio com déficit deo 2 duranteoverão(apresentavamestratificação) Causas:decomposiçãodaMOacumuladanosedimento(déficitdeO 2 ) 9

10 Dinâmica do oxigênio dissolvido em lagos de regiões de CLIMA TEMPERADO Primeiras observações (Thienemann, 192): Lagos oligotróficos, com baixa produção primária, a decomposição da pouca MO acumulada no sedimento não interfere significativamente nas concentrações de OD Não observa-se estratificação de OD Dinâmica do oxigênio dissolvido em LAGOS TROPICAIS Lago Oligotrófico Temperado Lago Oligotrófico Tropical Em lagos tropicais o perfil vertical de OD é determinado principalmente pelas ALTAS T (diminui a dissolução do O 2 ) e pelas características morfométricas do lago que podem favorecerounãoaaçãodovento(auxilia nadistribuiçãodoodnacolunad água)

11 Dinâmica do oxigênio dissolvido em lagos tropicais FatorescontroladoresindiretosdaconcentraçãodeO 2 Com base nos resultados de pesquisas realizadas em lagos brasileiros, podese apontar dois fatores principais, que atuam indiretamente, determinando a magnitudedosdéficitsdeo 2 nacolunad águadesteslagos: 1) A extensão do período de estratificação térmica 2) Concentração de Matéria orgânica(dissolvida e particulada) da água Dinâmica do oxigênio dissolvido em lagos tropicais 1) A extensão do período de estratificação térmica: A extensão do período de estratificação térmica é importante em todos os tipos de lagos, principalmente nos mais profundos, este pode ser considerado o principal fator controlador da concentração de O 2,principalmentenohipolímnio Profundidade (m) Temperatura (ºC) 28 28, 29 29, 3 3, 31 31, 32 2 Março 2 Novembro Epilímnio Metalímnio Hipolímnio Profundidade (m) Oxigênio Dissolvido (mg.l -1 ) Março Novembro Fonte: Myiai et al, (23) 3 11

12 1) A extensão do período de estratificação térmica: Com a desestratificação da coluna d água (início das chuvas) ocorre a mistura entre o epilímnio e o hipolímnio. Como consequência observa-se oaumentodeo 2 emtodaacoluna,principalmentenometaehipolímnio Oxigênio Dissolvido (mg.l -1 ) Março 9 8 Vazão Afluente Profundidade (m) 2 Novembro m 3 /s Vazão Defluente Figura: Perfil da vazão afluente e defluentedo reservatório Samuel ao longo do ano de 21. jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Fonte: Myiai et al, (23) Reservatório UHE-Samuel 12

13 1) A extensão do período de estratificação térmica: Com a desestratificação da coluna d água (início das chuvas) ocorre a mistura entre o epilímnio e o hipolímnio. Como consequência observa-se oaumentodeo 2 emtodaacoluna,principalmentenometaehipolímnio Quanto maior o período de estratificação térmica menor será a concentração de OD (pois não ocorrerá a mistura de água devido os estratos não se misturarem) Profundidade (m) Temperatura (ºC) 28 28, 29 29, 3 3, 31 31, 32 Epilímnio Metalímnio 2 Março 2 3 Novembro Hipolímnio Fonte: Myiai et al, (23) Profundidade (m) Oxigênio Dissolvido (mg.l -1 ) Março Muito OD Novembro 2 2 Pouco OD 3 1) A extensão do período de estratificação térmica: No período de estratificação térmica o epilímnio é o estrato com maior concentração de OD, devido a Fotossíntese e a difusão do O 2 a partir da atmosfera Profundidade (m) Temperatura (ºC) 28 28, 29 29, 3 3, 31 31, 32 2 Março 2 Novembro Epilímnio Metalímnio Hipolímnio Profundidade (m) Oxigênio Dissolvido (mg.l -1 ) Março Novembro Fonte: Myiai et al, (23) 3 13

14 1) A extensão do período de estratificação térmica: No período de estratificação térmica o hipolímnio, em decorrência das temperaturaselevadas(<2 C/+T -O 2 ),ocorresomenteperdasdeo 2 As principais perdas se devem a decomposição da MO e a respiração dos organismos Profundidade (m) Temperatura (ºC) 28 28, 29 29, 3 3, 31 31, 32 2 Março 2 Novembro 3 Fonte: Myiai et al, (23) Epilímnio Metalímnio Hipolímnio Profundidade (m) Oxigênio Dissolvido (mg.l -1 ) Março Novembro 2 2 MO MO MO MO MO 3 1) A extensão do período de estratificação térmica: Alguns lagos tropicais profundos (>2m), quando protegidos da ação do vento permanecem estratificados (T e O 2 ) a maior parte do ano, desestratificando-se apenas no inverno(1 a 2 meses) Nestes lagos, quando eventualmente ocorrerem fortes ventos o hipolímnio pode sofrer injeções de O 2. Este fenômeno é resultado de seiches internos (ondas horizonatais), que invadem o metalímnio, podendo alcançar o hipolímnio, oxigenado-o Epilímnio Metalímnio Hipolímnio 14

15 Dinâmica do oxigênio dissolvido em lagos tropicais FatorescontroladoresindiretosdaconcentraçãodeO 2 2) Concentração de Matéria orgânica(dissolvida e particulada) da água Nos lagos rasos (grande maioria dos lagos brasileiros) a concentração da MO somada as altas temperaturas, contribui decisivamente para o grau de desoxigenação da água MAIS DO QUE O PERÍODO DE ESTRATIFICAÇÃO TÉRMICA O efeito da decomposição da MO sobre a dinâmica de OD nos lagos rasos se manifesta periodicamente durante o período de chuvas (entrada de MO) Eventualmente há entrada de MO devido a fortes ventos Dinâmica do oxigênio dissolvido em lagos tropicais No período de chuvas observa-se a elevação do nível da água e também o aumento da concentração de MO dissolvida e particulada Origens da MO: a) Do próprio Lago: por ressuspensão do sedimento b) A partir das águas tributárias superficiais: escoamento superficial Esta matéria orgânica é formada por inúmeros compostos em diferentes graus de decomposição: proteínas, carboidratos, lipídeos, compostos húmicos, etc)

16 7/4/2 Dinâmica do oxigênio dissolvido em lagos tropicais Fonte considerável de MO constituem os solos de florestas marginais que são invadidas pelas águas do lago durante o período de chuvas Lago Puruzinho (AM) Dinâmica do oxigênio dissolvido em lagos tropicais Outra fonte importante de MO encontra-se principalmente na região litorânea dos lagos rasos comunidades de macrófitas aquáticas que produzem grande biomassa no período de seca e no período de cheia os bancos de macrófitas são drenados para o interior dos lagos Eichornea crassips Salvinia sp 16

17 Dinâmica do oxigênio dissolvido em lagos tropicais Todas estas fontes de MO, em conjunto, geram um significativo acréscimo de MO para o ecossistema aquático e que consome grande parte ou a totalidade do oxigênio dissolvido durante sua composição Floresta inundada Macrófitas Salvinia sp Lago Puruzinho(AM) MO presente no sedimento e ressuspensa no período de chuva Exemplo: Efeito da MO na concentração de OD No período chuvoso (F, M, A/1982) devido a decomposição da MO que entrou no sistema,ooddiminuieoh 2 Saumenta.Comotérminonoperíodochuvoso(M,J,Je A/1982) o OD aumenta e o H 2 S diminui, visto que grande parte da MO já foi decomposta 17

18 Dinâmica do oxigênio dissolvido em lagos tropicais Concentração de OD em represas construídas sobre florestas tropicais (exemplo construção de UHEs na Amazônia) Nestas represas, a grande fitomassa inundada, ao se decompor, consome grande parte do OD, gerando altos déficits, especialmente no hipolímnio. Não raramente toda coluna d água pode tornar-se desoxigenada, independente dos padrões de chuva (que oxigenam a água e quebram a estratificação) Reservatório da UHE Samuel (2) Fonte: Nascimento (26) Devido a decomposição da MO, além do déficit de OD, é observado o aumento nas concentração de metano (CH 4 ) e gás sulfídrico (H 2 S). Estes gases podem ser detectados até mesmo no epilímnio. 18

19 Após os primeiros anos de vida do reservatório, a fase crítica de desoxigenação passa a se restringir no período de estiagem, na maioria das vezes no hipolímnio Recebe água do hipolímniocom déficit de O 2 devido a estratificação térmica Fonte: Nascimento (26) Atividade 2: 2) Na presença de estratificação térmica de um ambiente aquático, necessariamente ocorreráestratificaçãoquímica(doo 2 )?Justifiquesuaresposta. Individual Data de entrega: 2 de março Continuação OD na aula 4 19