Ciências do Ambiente

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil Ciências do Ambiente Aula 20 O Meio Terrestre I: tipos de solos, características e contaminação do solo Profª Heloise G. Knapik 2º Semestre/ 2015

2 O Meio terrestre Processo de formação Mecanismos de transporte Problemas ambientais no solo

3 Processo de formação dos solos: Intemperismo: ações físicas, químicas e biológicas Ações físicas: Ações químicas: Ações biológicas: Erosão pela água e vento Variações bruscas de temperatura Congelamento da água em fissuras Reações ácido-base (chuva ácida, rochas calcárias) Ataque pela água proporcionando reações Reações de diferentes compostos Decomposição Liberação de enzimas Movimentação e aeração das camadas de solo

4 Processo de formação: Ação combinada de 5 fatores: Clima (pluviosidade, umidade, temperatura) Natureza dos organismos (vegetação, microrganismos decompositores, animais) Material de origem Relevo Idade

5 Características gerais do solos 5% de matéria orgânica 25% de ar 25% de água 45% de elementos minerais

6 Qual a importância ambiental com relação ao processo de formação dos solos?

7 Processo de formação do solo Ciclo hidrológico e regime dos cursos d água em uma região solos mais ou menos permeáveis capacidade de infiltração Natureza agrícola manejo do solo maior ou menor potencial de ocorrência de erosão & uso de produtos químicos Potencial para exploração de minérios Capacidade de suportar cargas ou de transformar-se em material de construção

8 Características gerais do solos Solo desempenha funções diversificadas e fundamentais: Elemento de fixação e nutrição da vida vegetal Substrato essencial para produção de alimentos e matérias-primas Fundação e suporte para edificações, estradas e obras de engenharia Recurso mineral, utilizado no setor da construção civil e na manufatura de diversos produtos Receptor de resíduos

9 Características ecologicamente importantes do solos Cor Granulometria Estrutura Consistência Espessura dos horizontes Grau de acidez Composição Capacidade de troca de íons

10 Transporte de poluentes em solos Importante e necessário para: Aperfeiçoamento do projeto de disposição de resíduos Diagnóstico da contaminação Projeto de remediação de áreas contaminadas Avaliação do monitoramento das obras realizadas

11 Transporte de poluentes em solos Qualidade da água no solo fator limitante para o aproveitamento dos recursos hídricos Águas superficiais: menos protegidas contra a poluição Águas subterrâneas: quando contaminadas, têm maior dificuldade em retornar ao seu estado original e a detecção da deterioração é também mais difícil

12 Transporte de poluentes em solos Principal forma de contaminação de águas subterrâneas contaminação do solo Contaminação direta via aplicação de fertilizantes, pesticidas, lodo de estação de tratamento de esgoto, esterco, etc. Contaminação indireta por aerossóis de automóveis e indústrias, combustão do carvão, por disposição de resíduos e por incineração de lixo

13 Transporte de poluentes em solos Contaminação do solo processo lento e geralmente sem consequência imediata, mas com sérios efeitos a longo prazo Movimento dos contaminantes no solo é lento tempo necessário para a contaminação da água subterrânea pode variar de alguns anos a séculos

14 Mecanismos de transporte de poluentes em solos Conceitos importantes: Soluto: massa de poluente Solvente: água Meio poroso: solo (movimento ocorre nos interstícios do solo) O transporte de solutos na água do subsolo é estudado como transporte de massa em meios porosos, tanto na zona saturada como na insaturada

15 Mecanismos de transporte de poluentes em solos Principais mecanismos envolvidos no transporte de um soluto em meio poroso: Advecção Dispersão mecânica Difusão Reações químicas entre o soluto e os sólidos Reações químicas do próprio soluto

16 Mecanismos de transporte de poluentes em solos Advecção: O soluto é carregado pela água em movimento, mantendo-se constante a concentração da solução. Fluxo químico causado por um gradiente hidráulico: a água dos vazios contendo o soluto escoa sob a ação de um gradiente hidráulico e carrega consigo partículas de soluto

17 Mecanismos de transporte de poluentes em solos Dispersão mecânica ou hidráulica: Mistura mecânica que ocorre durante a advecção Causada inteiramente pelo movimento do fluido Processo de mistura com efeito qualitativo similar à turbulência em regimes de águas superficiais

18 Mecanismos de transporte de poluentes em solos Difusão: Resulta de variações na concentração de soluto na fase líquida Sentido do fluxo: da maior concentração para a menor concentração Ocorre mesmo na ausência de qualquer movimento hidráulico da solução Não ocorre difusão quando os gradientes de concentração deixam de existir

19 Mecanismos de transporte de poluentes em solos Dispersão hidrodinâmica: Espalhamento ao nível macroscópico resultante tanto da dispersão mecânica (escala microscópica) como da difusão (nível microscópico)

20 Mecanismos de transporte de poluentes em solos Reações químicas: Mudanças de concentração podem ocorrer na fase líquida ou nas fases sólida e gasosa Reações químicas e bioquímicas: Adsorção-desorção Ácido - base Dissolução precipitação Oxidação redução Complexação Degradação Decaimento radioativo Síntese microbiana, etc

21 Mecanismos de transporte de poluentes em solos Formulação do transporte de poluentes no solo: Lei de Fick Formação de plumas - modelagem matemática

22 Poluição do Solo Consiste na deposição, disposição, descarga, infiltração, acumulação, injeção ou aterramento no solo de substâncias ou produtos poluentes, em estado sólido, líquido e gasoso

23 Poluição do Solo Processos erosivos do solo Poluição do solo rural (adubos) Salinização Contaminação por resíduos sólidos rejeitos de mineração, lodos de ETA e ETE, resíduos da construção civil

24 Processos erosivos do solo Erosão: processo de desagregação, transporte e deposição dos solos, sub-solo e rochas em decomposição, pelas águas, ventos ou geleiras

25 Processos erosivos do solo Conceitos: Erosão geológica ou natural Erosão acelerada Erosão bruta Taxa de erosão Voçoroca

26 Processos erosivos do solo Causas: Fator humano Fator chuva Fator solo Fator topográfico Fator clima

27 Processos erosivos do solo Consequências: Perda da camada mais superficial do solo (fértil) onde se desenvolvem os processos biológicos Acúmulo de solo transportado pode acarretar o assoreamento de rios, lagos e reservatórios, podendo provocar enchentes (sedimentação e transbordamento de rios)

28 Poluição do solo rural Fertilizantes FERTILIZANTES SINTÉTICOS: mesmo com boas técnicas de aplicação, a eficiência não é de 100% O excedente incorpora-se no solo, fixando-se à sua porção sólida ou solubilizando-se e movimentando-se em conjunto com sua fração líquida

29 Poluição do solo rural Fertilizantes Incorporação no solo: pode tornar o solo impróprio para o cultivo (excesso de algum elemento) Transporte em meio aquoso: problemas de contaminação de águas e de eutrofização (excesso de nutrientes intensifica o crescimento de algas) Incorporação no tecido das plantas: excesso de nitratos e outros elementos (não se conhece ainda as possíveis implicações nos seres humanos)

30 Poluição do solo rural Defensivos agrícolas DEFENSIVOS AGRÍCOLAS: Inseticidas, fungicidas, herbicidas, rodenticidas (roedores), etc. Substâncias tóxicas ou resistentes à decomposição no ambiente (p. ex. DDT, metais pesados, etc)

31 Poluição do solo rural Defensivos agrícolas Mortandade inespecífica perda da biodiversidade Redução da natalidade e fecundidade de espécies Bioacumulação impactos na cadeia trófica

32 Poluição do solo rural Alternativas Melhores práticas de manejo Cultivo orgânico ou com uso menor de adubos e pesticidas Manipulação genética para controle de pragas

33 Salinização Aumento do teor de sais na camada superficial do solo Ação antrópica: exploração agrícola feita com auxílio de irrigação Ocorre mais frequentemente em solos naturalmente susceptíveis (natureza do material de origem, maior aridez do clima ou condições de relevo do local)

34 Salinização Prejuízos: perda de áreas agrícolas Medidas de controle: manejo adequado (irrigação, monitoramento do avanço da área salinizada)

35 Resíduos sólidos rejeitos, lodos e resíduos Rejeitos de mineração Lodo de estação de tratamento de água (ETA) Resíduos da construção civil

36 Rejeitos de mineração Mineração impactos na supressão da vegetação, exposição do solo aos processos erosivos, exposição de compostos perigosos (solo, água e ar)

37 Lodos de estação de tratamento de água (ETA) Tratamento de água: remoção das impurezas para tornar a água potável e palatável

38 Etapas Tratamento Convencional de Água Manancial Coagulação Agente oxidante CAP (Carvão ativado em pó) Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Floculação Polímero Flotação Sedimentação Filtração Polímero / Agente oxidante Desinfecção Agente oxidante Tratamento do lodo Fluoretação Correção de ph Alcalinizante Flúor Água final

39 Características do lodo de ETAs Lodos de ETAs podem variar em função de: Qualidade da água bruta Técnica utilizada para tratar a água De como ocorre o processo de coagulação Da quantidade e dos tipos de produtos químicos utilizados durante o tratamento da água Dos locais onde foram gerados (decantador, floculador, filtros, etc) Do intervalo de limpeza dos decantadores e dos filtros 39

40 Características do lodo de ETAs Composição básica: Microrganismos Sólidos orgânicos e inorgânicos Sólidos do próprio coagulante e de outros produtos químicos utilizados para o tratamento As características químicas e físicas do lodo estão relacionadas com as características da água do manancial, com os produtos químicos utilizados e com o modo como a coagulação ocorre. As propriedades químicas do lodo podem influenciar nas físicas. 40

41 Características do lodo de ETAs Potencial tóxico depende de: Teor de metais presentes (Alumínio, cobre, chumbo, níquel, etc) Reações sofridas durante o processo Forma e tempo de retenção Características do curso d água Composição e impureza dos coagulantes e outros produtos químicos utilizados 41

42 Desidratação do lodo de ETAs A função de desidratar o lodo de ETAs é importante para: Redução dos custos de transporte e disposição final (menor volume) Facilidade para o manuseio do lodo desidratado quando comparado com ele ainda com alto teor de umidade Espessamento Desidratação

43 Desidratação do lodo de ETAs Formas de desidratação do lodo de ETAs: Desidratação Natural Leitos de Secagem Desidratação Mecânica Filtros Prensa de Esteira Centrífugas Filtro Prensa Parafuso Filtros Prensa de Placas

44 Disposição do lodo de ETAs Disposição função do teor de sólidos presente: Aterros sanitários (teor de sólidos > 30%) Disposição controlada em certos tipos de solos Co-disposição com biossólidos gerados em estações de tratamento de esgotos Incineração dos resíduos Lançamento em rede coletora de esgotos Aplicações industriais diversas, tais como fabricação de tijolos ou outros materiais de construção 44