Ciências do Ambiente

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil Ciências do Ambiente Aula 23 O meio aquático II: Mecanismos de transporte e parâmetros de qualidade de água 2º Semestre/

2 Comportamento dos poluentes no meio aquático Mecanismos físicos Mecanismos bioquímicos Mecanismos químicos Mecanismos biológicos

3

4

5

6

7

8

9 Comportamento dos poluentes no meio aquático: mecanismos biológicos Quantidade e tipos de espécies presentes no meio aquático variam em função da transparência, da disponibilidade de nutrientes e temperatura Tendência de ocorrer mudanças na estrutura populacional do ecossistema, levando a alterações na qualidade da água (teor de OD, ph, entre outros)

10 Comportamento dos poluentes no meio aquático: mecanismos químicos Reações químicas que ocorrem de forma natural no meio aquático Podem ser afetadas por fatores como radiação solar, temperatura, ph, catalizadores e outros Ocorrência de processos sinérgicos

11 Comportamento dos poluentes no meio aquático Monitoramento da qualidade da água

12 Objetivos do monitoramento o Por quê monitorar? o Quais informações são necessárias antes do monitoramento e quais pretendem ser obtidas? o Que parâmetros monitorar? o Qual a frequência? o Quais os recursos disponíveis? o Qual será o uso dos dados monitorados?

13 Objetivos do monitoramento o Diagnóstico da qualidade e quantidade da água; o Identificação de pontos sem o mínimo padrão de qualidade com relação ao uso requerido; o Identificação de áreas contaminadas; o Determinação de possíveis impactos devido a determinado tipo de lançamento de efluente; o Estimativa de cargas poluidoras; o Avaliação da eficiência de ações de planejamento e gestão de qualidade de água na bacia;

14 Bacia do Alto Iguaçu

15 Ocupação Urbana

16 Localização de ETEs

17 Uso e Ocupação do Solo

18 Exemplo de Monitoramento

19 Área de estudo e seleção dos pontos o Delimitação da área de abrangência do monitoramento. o Identificação da matriz de fontes de poluição: o Pontuais: ocupação humana (nº de habitantes, % de coleta e tratamento de esgotos), indústrias, ETEs. o Difusas: tipo de uso e ocupação do solo.

20 Área de estudo e seleção dos pontos o Histórico de condições meteorológicas e hidrológicas. o Descrição do corpo d água a ser analisado (perfil das seções, tamanho do reservatório, etc). o Informações sobre os atuais ou potenciais usos do corpo d água (construção de reservatórios, recreação, abastecimento, despejo de efluentes, etc).

21 Frequência do monitoramento Frequência: f(objetivos do monitoramento) Mensal para diagnóstico Semanal para fiscalização e controle Sazonal para análise de influência de variações hidrometeorológicas Frequência: f(variabilidade) Baixa variabilidade: menor frequência Alta variabilidade: coleta diária ou contínua

22 Amostragem Amostra simples São amostras tomadas em um determinado local e em uma determinada hora. Amostra composta Função do tempo: amostras simples tomadas no mesmo pontos em diferentes tempos. Monitoramento da eficiência de uma ETE. Função da vazão: amostras simples tomadas como uma proporção da vazão. Monitoramento de um contaminante. Amostras integradas Amostras simples coletadas simultaneamente em diferentes pontos de um rio.

23 Programa de monitoramento o RECURSOS: o Financeiros gastos com atividades de campo e laboratório; o Humanos - pessoas habilitadas para atividades de coleta e análises; o Infraestrutura laboratórios equipados para o processamento das análises; Quantidade de dados X Qualidade dos dados

24 Monitoramento da qualidade da água Quais parâmetros monitorar?

25 Tipos de parâmetros Físicos Químicos Biológicos (ecotoxicológicos) Hidrológicos

26 Meio de análise (matriz) Coluna d água Sedimento Organismos

27 Medições In situ: parâmetros físicos e hidrológicos, sensores portáteis, experimentos de fotodegradação Laboratório: parâmetros químicos e biológicos, experimentos de biodegração

28 Medições Titulação em campo Coleta de amostras

29 Medições Coleta de sedimento com draga Coleta de sedimento tubular (testemunho)

30 Parâmetros Físicos Por quê monitorar alterações físicas? O que elas representam e o que podem influenciar no ecossistema aquático? Legislação?

31 Parâmetros Físicos Cor Turbidez Sólidos Condutividade Sabor e odor Temperatura

32 Cor Parâmetros Físicos: cor Substâncias minerais e orgânicas dissolvidas, coloidais ou sem suspensão Significa a capacidade da água em absolver certas radiações do espectro visível Cor verdadeira substâncias dissolvidas Cor aparente matéria em suspensão Origem: Decomposição da matéria orgânica (marrom amarelada: ácidos húmicos e fúlvicos) Ferro (avermelhada) Esgotos domésticos e processos industriais

33 Parâmetros Físicos: cor Importância: - Aparência - Presença de matéria orgânica formação de THMs Dependendo dos valores a forma de tratamento de água para potabilização é diferenciada: - > 15 uc: percepção visual - < 5 uc: dispensam coagulação química - > 25 uc: requerem coagulação química seguida por filtração - Padrão de potabilidade: = 15uC

34 Parâmetros Físicos: turbidez Turbidez Medida indireta da quantidade de sólidos em suspensão Representa o grau de interferência com a passagem da luz através da água (aparência turva) Origem: Material em suspensão Materiais orgânicos e inorgânicos, esgotos, erosão, microrganismos

35 Parâmetros Físicos: turbidez Turbidez Medição e interpretação de resultados: Medida por comparação de escala (NTU unidades nefelométricas ou ut unidades de Turbidez Dependendo dos valores a forma de tratamento é diferenciada: - = 10 ut: ligeira nebulosidade - = 500 ut: opaca - < 20 ut: dispensa coagulação química, apenas com processo de filtração - > 50 ut: requerem coagulação química ou pré-filtro grosseiro antes da filtração - Padrão de potabilidade: = 5uT

36 Parâmetros Físicos : sabor e odor Sabor e odor Função de sólidos em suspensão ou dissolvidos e/ou gases dissolvidos Origem: - Matéria orgânica em decomposição - Microrganismos (altas) - Gases dissolvidos (gás sulfídrico H2S) Importância: Aceitação pela população

37 Determinação de sabor e odor 37

38 Determinação de sabor e odor Padrões de cheiro para treinar e capacitar os avaliadores: Cheiro medicinal (preparado com 2,6 ciclorofenol) Cheiro terroso e a peixe (solução de geosmina 2 g/l) Cheiro de mofo (2-metilsoborneol) Cheiro de ovos podres (sulfeto de hidrogênio) Cheiro a cloro (1 mg/l) Padrões para sabor: Sabor sal ( 1g/L de cloreto de sódio) Sabor doce (10 g/l de sacarose) Sabor amargo (1 /L de cafeína) Sabor ácido (1 ml/l de ácido cítrico) Sabor de mofo (2-metil isoborneol) Sabor de terra e peixe (geosmina) Sabor medicinal (2-6 diclorofenol) 38

39 Determinação de sabor e odor Primeiro determina-se o odor, seguido do sabor Comparação de resultados de diferentes analistas Identificação analítica para a origem dos resultados da análise sensorial 39

40 Parâmetros Físicos: legislação CONAMA 430/2011 (Complementa a 357/2005) o Condição de lançamento de efluentes: temperatura (inferior a 40ºC, e com variação de até 3º na zona de mistura), materiais sedimentáveis (até 1mg/L) CONAMA 357/2005 o Águas doces classe 1: Turbidez até 40 NTU, cor verdadeira natural, resíduos sólidos virtualmente ausentes. o Águas doces classe 2 e 3: Turbidez até 100 NTU, cor verdadeira até 75 mg Pt/L

41 Parâmetros Químicos Por quê monitorar alterações químicas? Quais os parâmetros? Qual a representatividade desses parâmetros? Quais os cuidados de coleta e preservação? Legislação?

42 Parâmetros Químicos - Potabilização ph Alcalinidade Acidez Dureza Cloretos, sulfatos e sólidos totais Ferro e manganês Produtos farmacêuticos

43 Parâmetros Químicos Poluição Orgânica DBO Demanda bioquímica de oxigênio DQO Demanda química de oxigênio Carbono orgânico OD - Oxigênio Dissolvido Nitrogênio Fósforo

44 Oxigênio Dissolvido Importância Essencial para os organismos aeróbios Consumido durante a estabilização da matéria orgânica Origem: Fotossíntese Dissolução do oxigênio atmosférico

45 Oxigênio Dissolvido Determinação Método químico fixação de oxigênio e titulação Sensores: membranas ou sensores óticos para determinação da concentração de OD

46 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) Determinação da DBO Determinação indireta da quantidade de oxigênio necessária para degradar bioquimicamente a matéria orgânica Diferença da concentração de oxigênio dissolvido entre o primeiro e quinto dias de análise Método químico Método respirométrico

47 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) Limitações Período de teste é muito longo (5 dias) não é bom para o controle do processo Baixa precisão interlaboratorial O teste não é simplesmente muito fácil envolve condições biológicas pode levar tempo de experiência para dominá-lo Precisão depende da aclimatação microbiológica

48 BOD (mgo 2 /L) Dissolved Oxygen (mgo 2 /L) Resultados DBO e OD no Rio Iguaçu IG01 IG02A IG03 IG04 IG05 IG06 IG01 IG02A IG03 IG04 IG05 IG06 48

49 Demanda Química de Oxigênio (DQO) Determinação indireta da quantidade de oxigênio necessária para degradar quimicamente a matéria orgânica biodegradável e compostos refratários Utiliza um forte oxidante em substituição do oxigênio dissolvido - reduz o tempo de determinação para 2 horas

50 Demanda Química de Oxigênio (DQO) Limitações: Degrada não somente a fração biodegradável: utilizado mais para fins de análise de eficiência e controle de tratamento de esgotos Produz resíduos perigosos

51 Concentration (mg/l) Carbono Orgânico Total, Dissolvido e Particulado Ocorre de forma natural no ambiente (fotossíntese/respiração) como por atividades antropogênicas (efluentes); Pode ser transformado via processos biológicos (assimilação/decomposição) e fotoquímicos; Pode servir como meio de transporte para outros poluentes (adsorção) 40 TOC POC DOC IG01 IG02A IG03 IG04 IG05 IG06 IG01 IG02A IG03 IG04 IG05 IG06 IG01 IG02A IG03 IG04 IG05 IG06

52 Carbono Orgânico Total, Dissolvido e Particulado Determinação: De 1,5 a 40 ml de amostra Filtragem em 0,45 µm para a fração dissolvida Queima do carbono da amostra líquida de 680 a 1000 ºC Detecção do CO 2 gerado Requer cuidados de preservação

53 Parâmetros Químicos: Aplicação direta DBO depleção do Oxigênio Dissolvido (OD) DQO parâmetro de controle de eficiência do tratamento Série de Sólidos aumento da turbidez eficiência dos processos de tratamento Série de nitrogênio nutrientes proliferação de algas, consumo de OD Oxigênio dissolvido Impactos de qualidade da água

54 Parâmetros Químicos: legislação CONAMA 430/2011 (Alterou a 357/2005) o Condição de lançamento de efluentes: remoção mínima de 60% da DBO. o Condição de lançamento de efluentes de sistemas de tratamento: DBO máxima de 120 mg/l, ph entre 5 e 9. CONAMA 357/2005 o Águas doces classe 1: OD não inferior a 6 mg/l, DBO até 3 mg/l o Águas doces classe 2: OD não inferior a 5 mg/l, DBO até 5 mg/l o Águas doces classe 3: OD não inferior a 4 mg/l, DBO até 10 mg/l o Águas classe 4: OD superior a 2 mg/l

55 Parâmetros Biológicos Por quê parâmetros biológicos são importantes? Quais são representativos? Quais as dificuldades, cuidados e vantagens nas análises? A legislação considera esse tipo de parâmetro?

56 Biomonitoramento o É o uso sistemático de respostas biológicas para avaliar alterações no ambiente dentro de programas de qualidade de água. o Comunidades mais utilizadas: o Fitoplanctônica (microalgas e cianobactérias); o Zooplanctônica (animais que vivem em suspensão na coluna d água); o Zoobentônica (animais que habitam os sedimentos).

57 Biomonitoramento: como monitorar? Indiretamente o Por meio de parâmetros que reflitam a qualidade da água e que estejam diretamente ligados à proteção das comunidades aquáticas. Diretamente o Por meio das próprias comunidades, avaliando seu grau de preservação, diversidade, funcionamento, densidade populacional, mudança sazonal no conjunto de populações.

58 Fatores que interferem na comunidade o Fatores químicos e físicos: o NUTRIENTES (nitrogênio e fósforo) o Tipo de material sedimentado no fundo o INTENSIDADE LUMINOSA o Turbidez o O2 o TEMPERATURA o Presença de despejos industriais ou domésticos o ph o Tempo de residência e correnteza

59 Biomonitoramento: Características desejadas para organismos bioindicadores o ser taxonomicamente bem definido e facilmente reconhecível por nãoespecialistas; o apresentar distribuição geográfica ampla; o ser abundante ou de fácil coleta; o ter baixa variabilidade genética e ecológica; o preferencialmente possuir tamanho grande; o apresentar baixa mobilidade e longo ciclo de vida; o dispor de características ecológicas bem conhecidas; e o ter possibilidade de uso em estudos em laboratório. Tolerância e Sensibilidade

60 Indicadores biológicos - legislação o Conama 357/2005 (alterada pela 430/2011) Águas classes especial, 1 e 2: o Art. 8: O conjunto de parâmetros de qualidade de água selecionado para subsidiar a proposta de enquadramento deverá ser monitorada periodicamente pelo Poder Público o 3: A qualidade dos ambientes aquáticos poderá ser avaliada por Indicadores Biológicos, quando apropriado, utilizando-se organismos e/ou comunidades aquáticas.

61 Indicadores biológicos - legislação o Conama 430/2011 Dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução CONAMA 357/2005. o Art. 18.: O efluente não deverá causar ou possuir potencial para causar efeitos tóxicos aos organismos aquáticos no corpo receptor, de acordo com os critérios de ecotoxicidade estabelecidos pelo órgão ambiental competente. o 1: Os critérios de ecotoxicidade previstos no caput deste artigo devem basear em resultados de ensaios ecotoxicológicos aceitos pelo órgão ambiental, realizados no efluente, utilizando organismos aquáticos de pelo menos dois níveis tróficos diferentes.

62 Quais parâmetros monitorar? Objetivos & aplicações

63 Parâmetros de Qualidade de Água - Potabilização Parâmetros físicos: Cor Turbidez Sabor e odor Parâmetros químicos: ph Alcalinidade Acidez Dureza Cloretos, sulfatos e sólidos totais Ferro e manganês Produtos farmacêuticos Parâmetros bacteriológicos: Bactérias Algas

64 Parâmetros de Qualidade de Água Águas residuárias Parâmetros físicos: Temperatura Sólidos Parâmetros químicos: ph Alcalinidade OD DBO DQO Nitrogênio Fósforo Parâmetros bacteriológicos: Cianobactérias Algas Organismos indicadores (coliformes)

65 Parâmetros de Qualidade de Água Fiscalização em Corpos Receptores Parâmetros físicos: Cor Turbidez Temperatura Parâmetros químicos: ph OD DBO DQO Nitrogênio Fósforo Micropoluentes Parâmetros bacteriológicos: Algas Organismos indicadores

66 PARÂMETROS HIDROLÓGICOS 66

67 Parâmetros Hidrológicos o Vazão (descarga) o Velocidade o Turbulência o Profundidade o Tempo de residência o Área da superfície o Flutuação do nível d água o Continuidade

68 Parâmetros Hidrológicos o Vazão (descarga) o Influi no transporte e circulação da água em rios, reservatórios e lagos o Influi na velocidade média de escoamento do fluxo e no tempo de detenção o Promove uma maior ou menor diluição de poluentes Medição: vertedouro, molinete, flutuadores, medidor de nível d água (curva-chave)

69 Procedimento para determinação da vazão ou perfil da seção transversal o Leitura de Nível

70 Procedimento para determinação da vazão ou perfil da seção transversal o Batimetria com ADCP

71 Parâmetros Hidrológicos o Velocidade o Influi no transporte e dinâmica dos compostos na coluna d água o Altera o perfil de sedimentação (quanto maior a velocidade de um rio, maior será sua capacidade de manter e transportar partículas em suspensão) o Influi nos processos de reaeração o Turbulência o Influi nas trocas gasosas na interface ar-água (concentração de oxigênio dissolvido) o Promove uma maior ou menor mistura de compostos

72 Parâmetros Hidrológicos o Tempo de residência (lagos e reservatórios) o Razão entre o volume (m³) e a vazão de saída (m³/s) o Influi na circulação e dinâmica física e química dos compostos (menores tempos = maior frequência na troca de água) o Influi nas presença ou não de áreas de estratificação térmica Tempo de residência Significado < 10 dias Similar a rio 10 dias a 1 ano Intermediário > 1 ano Lacustre 1 a 20 anos Pequeno 20 a 200 anos Médio > 200 anos Grande

73 Parâmetros Hidrológicos o Profundidade o Influi na penetração da luz solar na coluna d água (zona fótica) o Em lagos está relacionada com processos de estratificação o Continuidade (lagos) o Medida em linha reta do espelho d água (fetch) o Influi na dinâmica de ondas, alterando a agitação da massa líquida e sólidos (turbidez) e trocas gasosas na interface ar-água (concentração de oxigênio dissolvido)

74 Parâmetros Hidrológicos o Área da superfície (lagos) o Influi na razão da área com o seu perímetro e da área da bacia com a área inundada o Tem relação com a % do volume total de água que é influenciada pela luz solar o Altera os possíveis impacto das margens ou das atividades antrópicas da bacia o Flutuação do nível d água (lagos) o Evaporação, abertura de comportas o Interfere na área do lago, no volume remanescente, na profundidade média, na penetração da luz solar, no revolvimento do lodo de fundo.

75 Parâmetros Hidrológicos PRECIPITAÇÃO X QUALIDADE O aumento da vazão devido à precipitação poderá causar um impacto negativo ou positivo na QA de um rio? Poluição difusa é intensificada; Pode ocorrer um aumento da turbidez e condutividade (turbulência e transporte de sedimentos); Depleção do oxigênio dissolvido devido a carga orgânica transportada; Alteração de cor e transporte de sedimentos. (-) (+) Diluição dos poluentes; Aumento do oxigênio dissolvido devido à turbulência; Aumento da vazão e da velocidade promovem um maior transporte de partículas no sentido do escoamento (aspecto + limpo no retorno do nível).

76 Síntese PARÂMETROS FÍSICOS: Fácil determinação Fornecem pouca informação sobre a presença ou ausência de poluentes.

77 Síntese PARÂMETROS QUÍMICOS: Indicam a presença ou ausência de diversos compostos, com medições das consequências ou do composto a nível elementar. Podem ser utilizados como indicadores em tempo real (in-situ) Requerem recursos humanos e financeiros básicos a sofisticados.

78 Síntese PARÂMETROS BIOLÓGICOS: Refletem o estado de conservação ou degradação do ecossistema, respondendo à perturbações anteriores ao período de amostragem tradicional (físico-química). Determinação pode ser complexa ou não imediata.

79 Síntese PARÂMETROS HIDROLÓGICOS: Importantes para a quantificação do fluxo de massa de poluentes nos ecossistemas Geralmente esquecidos!!!