Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil. Ciências do Ambiente. Aula 22 O meio aquático I: Considerações gerais sobre a água na natureza

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1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil Ciências do Ambiente Aula 22 O meio aquático I: Considerações gerais sobre a água na natureza 2º Semestre/

2 Recursos Hídricos Qualidade da água Usos e requisitos Parâmetros Processos Modelagem matemática Legislação

3 Motivação Gestão de Recursos Hídricos: Se sabemos onde, quais são e como se comportam os constituintes e a origem do problema, podemos fazer alguma coisa a respeito. Planejamento e gestão de bacias Otimização de sistemas de tratamento de água Melhoria de sistemas de tratamento de efluentes. 3

4 Água e Saneamento - Um problema mundial 1.1 bilhão de pessoas (17% da pop. mundial) não tem acesso à água potável 2.5 bilhões de pessoas carecem de saneamento adequado (> 35% da pop. mundial) 800 mil crianças com menos de 5 anos morrem anualmente de doenças vinculadas à falta de saneamento Água Saneamento Mortalidade Fonte: OMS (2013), World Bank Anual Report (2014), CDC (2015)

5 Recurso natural renovável - Ciclo hidrológico Indispensável para a manutenção da vida Cobre cerca de 70% da superfície do planeta Água: Fator limitante para o desenvolvimento de ecossistemas Quantidade & Qualidade 5

6 Qualidade da água = f(quantidade de água) Dissolver e transportar as substâncias (benéficas e maléficas) para os seres que compõem as cadeias alimentares. 6

7 Disponibilidade hídrica do planeta 7

8 Nem toda água está diretamente disponível $ tratamento (p. ex. dessalinização) Localização nem sempre próxima aos grandes centros consumidores $ transporte, $ extração de águas profundas 0,5% da água doce é explorável sob aspectos tecnológicos e econômicos (lagos, rios e aquíferos) Retirando-se as parcelas de difícil acesso ou poluídas: Apenas 0,003% do volume total de água do planeta está, portanto, disponível

9 Distribuição percentual da massa de água no planeta Continente % Água doce Disponibilidade hídrica per capita (m³/hab.ano) América 45 % Ásia 28 % Europa 15,5 % África 9 % Distribuição desigual: consequência da malha espacial de diferentes climas e estruturas fisiográficas 9

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11 Fonte: Levantamento ANA, 2012

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13 Disponibilidade da água Ciclo hidrológico Alterações humanas Mudanças climáticas Desmatamentos Presença de reservatórios Urbanização 13

14 Qualidade de água Quantidade de água Problemas de poluição de mananciais agravam o problema de escassez Escassez/ estiagens/ cheias OMS 70% da população rural e 25% da população urbana não dispõem de abastecimento adequado de água potável

15 Características físicas da água Condições normais de temperatura e pressão estado líquido Densidade elevada e variável em função de: Temperatura Concentração de substâncias dissolvidas Pressão

16 Características físicas da água Calor específico elevado: Pode absorver ou liberar grandes quantidades de calor a custa de variações de temperatura relativamente pequenas Grandes massas de água amenizam variações de temperatura (potencial para alterar características climáticas locais)

17 Características físicas da água Calor específico elevado: Dia: a água absorve grande quantidade de calor, mas aquecese pouco. Noite: ela libera calor para o entorno, esfriando devagar. Locais próximos aos mares e lagos tendem a ter pequena amplitude térmica Regiões desérticas apresentam amplitude térmica elevada

18 Características físicas da água LUMINOSIDADE: Fator essencial para a ocorrência de fotossíntese afeta todo o meio biótico existente em um corpo hídrico Diminuição da absorção na forma de calor com a profundidade (decréscimo aproximadamente exponencial)

19 Características físicas da água LUMINOSIDADE: Fatores que podem afetar a penetração da luz no meio aquático: Cor materiais dissolvidos, constituída pela luz refletida (cor verdadeira e cor aparente) Turbidez materiais particulados/em suspensão, dificuldade ou impedimento da passagem da luz

20 Características químicas da água Água Solvente universal Capaz de dissolver substâncias orgânicas e inorgânicas nos estados sólido, líquido e gasoso Presença de O2 e CO2 permite a ocorrência da respiração e da fotossíntese no meio aquático

21 Características químicas da água Solubilidade de um gás na água f (composição, pressão parcial, temperatura) Solubilidade com o pressão parcial do gás no meio adjacente (atmosfera) Solubilidade com o temperatura: perde-se gás para o meio adjacente (atmosfera) Solubilidade com o concentração de substâncias dissolvidas

22 Características químicas da água Água doce Concentração de sais < 0,5 g/l Lóticos: rios, nascentes e corredeiras Lênticos: lagos e pântanos Água salgada Concentração de sais > 0,5 g/l Oceanos: concentração de sais de 35 g/l Estuários: concentração de sais entre 0,5 e 35 g/l

23 Características químicas/biológicas da água Salinidade: Fator condicionante na distribuição dos seres aquáticos (equilíbrio osmótico com o meio) Três categorias de seres aquáticos: função do seu modo de vida Plânctons Bentos Néctons

24 Características químicas da água ph : valores afetam as reações químicas Substâncias que alteram o ph da água: - Gás carbônico: dissocia-se formando o ácido carbônico - Sulfetos: dissociam-se formando o ácido sulfúrico

25 Características biológicas da água Cadeia trófica: Presença de organismos produtores, consumidores de várias ordens e de decompositores Fontes de alimento Ação decompositora na recuperação da qualidade de água poluídas Introdução e retirada de gases (respiração e fotossíntese)

26 Usos da Água e requisitos de qualidade POLUIÇÃO f (uso) USO f (qualidade da água) QUALIDADE f (características físicas, químicas e/ou biológicas das águas)

27 Usos da Água e requisitos de qualidade Qualidade da água Abastecimento humano Abastecimento industrial Irrigação Geração de energia Navegação Assimilação e transporte de poluentes Preservação da fauna e flora Recreação Aquicultura

28 Usos diversos da água e conflitos Diluição de despejos de origem humana, industrial e agrícola Degradação da qualidade da água Abastecimento humano, industrial, irrigação, recreação e preservação do meio ambiente

29 Usos diversos da água e conflitos Criação de reservatórios Alteração do regime natural de escoamento, aumento da evaporação direta Perda de biodiversidade, alteração do ecossistema local, alteração do microclima

30 Usos diversos da água e conflitos Usos consuntivos (irrigação, abastecimento de água) Parte da água utilizada não retorna ao corpo d água de onde foi retirada Conflitos pelo uso da água, escassez, perda da biodiversidade

31 Alteração da qualidade da água Poluição da água: contaminação por substâncias químicas, elementos radioativos ou organismos patogênicos Alteração das características físicas, químicas e biológicas da água Restrição de usos, prejuízo aos ecossistemas aquáticos e transmissão de doenças

32 Fontes de poluição da água Esgotos domésticos e industriais Águas pluviais (carreando impurezas da superfície do solo ou contendo esgotos lançados nas galerias de drenagem) Resíduos sólidos Agrotóxicos e fertilizantes Precipitação de poluentes atmosféricos Sedimentos (processos erosivos) Dejetos de animais

33 Fontes pontuais: Fontes difusas: Quando o lançamento da carga poluidora é feito de forma concentrada, em determinado local Quando os poluentes alcançam um corpo de água de modo disperso, não havendo um ponto específico para a entrada do poluente no sistema hídrico

34 Fontes pontuais de poluição Qualquer fonte única e identificável, através de tubulações, valas e drenos Cargas brutas ou remanescentes de esgotos domésticos e industriais Grau de severidade da contaminação depende da: Composição Concentração Momento do lançamento e condições físicas locais Condições meteorológicas Organismos que habitam a área

35 Controle de Fontes pontuais de poluição Controle mais fácil que poluição difusa em função da possiblidade de identificação, caracterização e controle Controle em função do volume e concentração dos contaminantes presentes Medidas corretivas como tratamento do efluente ou até mesmo a redução ou interrupção do lançamento

36 Fontes difusas de poluição Alta variabilidade entre diferentes bacias hidrográficas e ao longo de uma mesma bacia Associada ao uso e ocupação do solo, às práticas de manejo do solo, à limpeza das ruas, às estações do ano e às características hidrológicas locais e da topografia Variabilidade temporal de acordo com diferentes eventos de chuva Chuvas antecedentes também representam condicionantes na variabilidade temporal

37 Fontes difusas de poluição O lançamento da carga de poluição é intermitente e está relacionado à precipitação Os poluentes são transportados por extensas áreas Não é possível identificar e monitorar exatamente a origem da poluição O controle deve incluir ações de planejamento, manejo e gestão sobre a área geradora da poluição A carga poluidora varia em função da intensidade e duração do evento de precipitação

38 Alteração da qualidade da água em um evento de precipitação poluição difusa

39 Controle de fontes difusas de poluição Medidas não estruturais Ações sobre a ocupação da bacia Gestão de uso e ocupação do solo Limpeza de ruas, coleta adequada de resíduos sólidos Controle da emissão de poluentes Controle da erosão Medidas estruturais Bacias de detenção (sedimentação dos poluentes) Aplicação de pavimento poroso (diminui o volume escoado) Obras de retenção de sedimentos Wetlands para tratamento de sedimentação dos poluentes

40 Alteração da qualidade da água Poluentes orgânicos biodegradáveis Poluentes orgânicos recalcitrantes ou refratários Metais Nutrientes Organismos patogênicos Sólidos em Suspensão Calor Radioatividade

41 Alteração da qualidade da água Poluentes orgânicos biodegradáveis Decomposição aeróbia: poderá impactar negativamente na disponibilidade de oxigênio dissolvido no meio aquático Decomposição anaeróbia: ausência de OD e nitratos, geração de gases como metano e sulfídrico Exemplos: efluentes domésticos

42 Alteração da qualidade da água Poluentes orgânicos recalcitrantes ou refratários Decomposição: lenta e depende da existência de organismos capazes de assimilar a energia Toxicidade: impacto maior quanto à toxicidade do que a concentração de OD Exemplos: defensivos agrícolas, detergentes sintéticos, petróleo

43 Alteração da qualidade da água Metais Problemas: solubilidade, toxicidade e bioacumulação, baixas concentrações Toxicidade: potencial carcinogênico, mutagênico ou teratogênico Exemplos: arsênico, bário, cromo, chumbo, mercúrio

44 Alteração da qualidade da água Nutrientes Problemas: crescimento excessivo de organismos aquáticos depleção de OD, perda de biodiversidade, restrição de uso Exemplos: nitrogênio e fósforo provenientes de erosão de solo, fertilização artificial, decomposição da matéria orgânica

45 Alteração da qualidade da água Organismos patogênicos Problemas: doenças de veiculação hídrica Exemplos: bactérias (leptospirose, febre tifóide, cólera); vírus (hepatite, poliomielite); protozoários (amebíase, giardíase), helmintos (esquistossomose, ascaridíase)

46 Alteração da qualidade da água Sólidos em suspensão Problemas: aumentam a turbidez da água, diminuindo a profundidade fótica (afeta a fotossíntese); substâncias tóxicas adsorvidas nos sólidos Exemplos: material proveniente de processos erosivos, transporte de sedimentos em corpos d água, poluição difusa

47 Alteração da qualidade da água Calor Problemas: afeta características físicas, químicas e biológicas (densidade, solubilidade de gases, taxa de sedimentação do fitoplâncton, reações químicas, metabolismo, migração de espécies) Exemplos: efluentes aquecidos de usinas termoelétricas, efluentes industriais

48 Alteração da qualidade da água Radioatividade Problemas: efeito tóxico, bioacumulação Exemplos: indústria bélica, energética, de pesquisa, médicos ou de conservação de alimentos

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

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56 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)

57 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