Ciências do Ambiente

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1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil Ciências do Ambiente Aula 05 Ciclos biogeoquímicos: Parte I Profª Heloise G. Knapik

2 Bioacumulação (amplificação ou magnificação biológica):

3 Bioacumulação (amplificação ou magnificação biológica):

4 Qual a implicação do fenômeno da amplificação biológica nos dias atuais? Diferentes produtos sabemos como eles degradam no meio ambiente? Como são absorvidos ou assimilados? Como identificar, remover ou estabilizar esses produtos?

5 Objetivos de aprendizado - Ciclos Quais são os principais ciclos biogeoquímicos. Quais são os principais fatores e processos que controlam os ciclos biogeoquímicos. Por que alguns elementos químicos possuem ciclos rápidos, enquanto outros elementos possuem ciclos lentos. Como cada componente fundamental do sistema global terrestre (a atmosfera, os recursos hídricos, as superfícies sólidas e a própria vida) está envolvido e relacionado com os ciclos biogeoquímicos. Como operam os ciclos de forma natural e como as atividades antrópicas afetam os ciclos biogeoquímicos.

6 Produtividade no ecossistema: Produtividade primária Produtividade secundária Produtividade terciária

7 Fluxo de Matéria nos Ecossistemas Ciclos Biogeoquímicos

8 Ciclo sedimentar e ciclo gasoso

9 CICLO DO CARBONO 9

10 Ciclo do Carbono

11 Reciclagem de matéria orgânica

12 Fotossíntese: Respiração

13 Aspectos ecológicos relacionados ao ciclo do carbono Desequilíbrio do ciclo natural: alteração/intensificação do processo de Efeito estufa (aumento da temperatura global)

14 Aspectos ecológicos relacionados ao ciclo do carbono Acidificação de oceanos (absorvem o excesso de CO2)

15 CICLO DO NITROGÊNIO 15

16

17 Ciclo do Nitrogênio

18

19 O ciclo do nitrogênio resumo! Principais processos envolvidos no ciclo do nitrogênio na água e no sedimento: Mineralização do nitrogênio orgânico particulado em NH 4 ; Nitrificação do NH 4 em NO 3 e desnitrificação do NO 3 ; Assimilação biológica de NH 4 e NO 3 pelo fitoplâncton e pelas macróficas aquáticas; Fluxos na interface água-sedimento de NH 4, NO 3, nitrogênio orgânico dissolvido e particulado; Decomposição de nitrogênio orgânico particulado para nitrogênio orgânico dissolvido; Mortalidade biológica e excreção em nitrogênio orgânico particulado e dissolvido; Consumo da fração de nitrogênio contido no nitrogênio orgânico particulado, dissolvido e no fitoplâncton por zooplâncton e peixes.

20 O Ciclo do Nitrogênio na Água - Modelagem Volatilização de NH 3 O 2 N 2 Ar Água NH 3 (σ 5 β 1 ) O 2 (σ 6 β 2 ) ph ph Desnitrificação N_org β 3 Amonificação NH + 4 β 1 Nitrificação NO - 2 β 2 NO - 3 Nitrificação N 2 σ 4 σ 3 Desnitrificação σ 1 μ(f) σ 1 μ(1-f) σ 1 μ σ 1 ρ Algas (Clorofila a) Fixação do N 2

21 Nitrogênio como indicador de poluição Nitrogênio orgânico: faz parte das moléculas de proteínas (vegetais ou animais). A sua presença nas águas é característico de poluição recente por esgoto bruto. Nitrogênio amoniacal: é aquele que já sofreu decomposição pelos microrganismos heterotróficos. Também é característico de poluição relativamente recente (não foi completamente oxidado). Nitrito: forma intermediária, de curta duração após a oxidação da amônia (NH3) pelas bactérias nitrossomonas. Nitrato: forma oxidada a partir dos nitritos pelas bactérias (nitrobacter). É característico de poluição mais antiga.

22 Aspectos ecológicos relacionados ao ciclo do nitrogênio Eutrofização em ambientes aquáticos: excesso de nutrientes no ambiente aquático (em conjunto com o Fósforo)

23 CICLOS DO CARBONO E NITROGÊNIO : QUESTÕES DE SANEAMENTO 23

24 Principais rotas de decomposição: H2O CO2 Com O2 Respiração/ oxidação da MO O2 Aeróbio Sem Anóxico Matéria Orgânica: CxHyOz O2 NO - 3 Com NO - 3 N2 Desnitrificação CO2 Sem NO - 3 Anaeróbio SO -2 4 H2S CO2 Redução de Sulfatos CO2 CH4 CO2 Metanogênese

25 Nitrogênio e tratamento de esgotos o Processos convencionais: Não removem adequadamente (rota mais energética envolve a remoção carbonácea) Parte do nitrogênio é removido com o lodo rico para estudos de compostagem quando livre de patógenos A nitrificação ocorre comumente no sistema de lodos ativados por aeração prolongada mas não remove o nitrogênio (apenas conversão a outra forma) Para completa remoção: desnitrificação retorno do Nitrogênio para a atmosfera na forma de N2

26 Nitrogênio e tratamento de esgotos o Ocorrendo desnitrificação: Há uma economia de oxigênio (estabilização da matéria orgânica na ausência de oxigênio dissolvido) Ocorre o consumo de H+, gerando uma economia de alcalinidade e no aumento da capacidade tampão do meio Prejudica a sedimentação (nos decantadores secundários em sistemas de lodos ativados) gás N2 Necessidade de unidades específicas para essa remoção do nitrogênio tratamento terciário

27 CICLO DO FÓSFORO 27

28 O ciclo do fósforo

29 O ciclo do fósforo na água Ar Água P_org Particulado Hidrólise P_org Não particulado Orgânico Inorgânico P_inorg particulado P_inorg Dissolvido e não disponível P_inorg Dissolvido e disponível Particulado Não Particulado Não disponível Disponível

30 O ciclo do fósforo Resumo! Principais processos envolvidos no ciclo do fósforo na água e no sedimento: Mineralização do fósforo orgânico dissolvido em PO 4 ; Assimilação biológica de PO 4 pelo fitoplâncton e pelas macróficas aquáticas; Fluxos na interface água-sedimento de PO 4, fósforo orgânico dissolvido e particulado; Decomposição de fósforo orgânico particulado para fósforo orgânico dissolvido; Mortalidade biológica e excreção em fósforo orgânico particulado e dissolvido; Adsorção e dessorção de PO 4 em fósforo inorgânico particulado; Consumo da fração de fósforo contido no fósforo orgânico particulado, dissolvido e no fitoplâncton por zooplâncton e peixes.

31 Aspectos ecológicos relacionados ao ciclo do fósforo Eutrofização em ambientes aquáticos: Fósforo é um elemento limitante

32 CICLO DO ENXOFRE 32

33 O ciclo do enxofre

34 O ciclo do enxofre consequências ambientais o CHUVA ÁCIDA e o SMOG INDUSTRIAL 2H 2 O + SO 2 H 2 SO 4 + 2H +

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