Introdução à Engenharia Ambiental PHA Aula 3. Água, desenvolvimento e meio ambiente. Amarilis Lucia Casteli Figueiredo Gallardo

Transcrição

1 Introdução à Engenharia Ambiental PHA 2218 Aula 3 Água, desenvolvimento e meio ambiente Amarilis Lucia Casteli Figueiredo Gallardo

2 QUAIS SÃO OS PRINCIPAIS USOS DA ÁGUA?

3 PRINCIPAIS USOS DA ÁGUA Abastecimento Humano; Uso Industrial; Irrigação; Aquicultura; Geração de Energia Elétrica; Transporte; Recreação e paisagismo; Preservação da Fauna e Flora; Assimilação e transporte de poluentes.

4 PRINCIPAIS USOS DA ÁGUA Região Norte da África e Oriente Médio Consumo Diário Per Capta (L) Distribuição do Consumo (%) Uso Agrícola Uso Doméstico Uso Industrial 2.120, Restante da África 413, Europa 1.432, América do Norte 4.715, América do Sul 2.282, Prof. Mierzwa Ásia 2.717, Brasil 1.070, Fonte: WRI, Earth Trends Data Tables, 2003 Modificado ANA, Agência Nacional de Águas, 2011

5 ABASTECIMENTO HUMANO É o uso que apresenta prioridade sobre os demais; A qualidade deve garantir a proteção da saúde e o bem estar dos consumidores (Deve ser potável); Os padrões de qualidade são estabelecidos em norma (Portaria n 2.914, de 12/12/2011); Cada pessoa necessita, em média, 2,5 L de água por dia, para as atividades metabólicas; A média de consumo de água para uso doméstico no estado de São Paulo é de 284 L/d.hab; Prof. Mierzwa

6 USO INDUSTRIAL Na indústria a água pode ser utilizada como: Matéria prima a mesma é incorporada ao produto final; Indústria de alimentos, bebidas e farmacêutica; Produto auxiliar participa no processo de produção mas não é incorporada ao produto final; Preparação de reagentes, operações de aquecimento e resfriamento, lavagem de peças e equipamentos e fluído de transporte. Os padrões de qualidade variam de acordo com a aplicação. O consumo de água para uso industrial em São Paulo é de m 3 /h Prof. Mierzwa

7 IRRIGAÇÃO Depois do uso para fins potáveis é o mais antigo e importante uso da água; O objetivo da irrigação é o de melhorar a produtividade agrícola; O volume de água consumido para a irrigação é função da cultura que se deseja irrigar; Os padrões de qualidade devem garantir o desenvolvimento das culturas e a saúde dos agricultores e consumidores; Em São Paulo o consumo de água para a irrigação é de, aproximadamente, m 3 /h. Prof. Mierzwa

8 OUTROS USOS Aquicultura Criação intensiva de plantas e animais aquáticos; Geração de energia aproveitamento da energia cinética ou potencial da água ou então energia térmica armazenada no vapor gerado com a queima de combustíveis. Transporte; Preservação da fauna e flora; Recreação e paisagismo; Transporte e assimilação de poluentes. Prof. Mierzwa

9 Quais aspectos são fundamentais quando se fala em água?

10 Precipitação meteórica Evapotranspiração Interceptação Infiltração Escoamento superficial

11 VETORES DA CRISE AMBIENTAL População Recursos naturais Impactos ambientais (Poluição)

12 Quantidade

13 Uso da água razão água existente e população mundial é razoável para um para um bom nível de conforto para um indivíduo entretanto... não se considera a heterogeneidade da demanda e oferta a distribuição geográfica do recurso água. o aumento do consumo de água superou duas vezes o crescimento populacional durante o século XX; quanto maior a renda (e poder de consumo), maior é o gasto com água

14 DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA DOCE NO PLANETA Região Disponibilidade Anual (km 3 ) % do Total Disponível Ásia ,76 Europa ,58 Oriente Médio 518 1,22 África ,22 América do Norte ,46 América Central ,80 América do Sul ,95 Oceania ,00 Total Brasil ,80 Fonte: WRI, Earth Trends Data Tables, 2003 Prof. Mierzwa

15 Hidrosfera: Reservatório de água Água de Superfície (0,29%) 2,53% Água Subterrânea (31,01%) 96,50% Geleiras e Coberturas Permanentes de Neve (68,70%) 0,97% Distribuição de Água no Planeta Água Doce Oceanos Água Salobra Volume Total de Água = Km 3 Distribuição água doce (a utilizável é <1%) Distribuição das Reservas de Água no Planeta Calotas polares e geleiras 68,9% ( ~ 2%) Água subterrânea 29,9% ( ~ 0,5%) Rios e lagos 0,3% Pântanos e umidade dos solos 0,9% oceanos, geleiras, lagos, rios, vapor de água atmosférica, água subterrânea, umidade do solo e água retida nos seres vivos atmosfera e parte superior da crosta (até 10 km) (~ 0,04%)

16 Principais reservatórios de água doce: água superficial e água subterrânea

17 Águas superficiais Bacia hidrográfica Hirata, 2000 (Decifrando a Terra)

18 Águas superficiais bacia hidrográfica: também denominada bacia de drenagem de um rio, consiste na área de captação da água de precipitação, demarcada por divisores topográficos, na qual toda a água captada converge para um único ponto de saída, o exutório, ou seja, corresponde à área de drenagem de um conjunto de cursos de água que convergem para um rio. Hirata, 2000 (Decifrando a Terra)

19 Distribuição na Terra: balanço hídrico números em milhares de km 3 ; em preto volume armazenado; em azul volume que circula anualmente. Fonte: Brown/Crósta, 2000

20 Hirata, 2000 (Decifrando a Terra) Balanço hídrico Balanço hídrico mundial km 3 /ano precipitação km 3 /ano evapotranspiração km 3 /ano escoamento superficial e subterrâneo excedente hídrico Abundância de água clima e relevo Distribuição do recurso não é uniforme

21 Por exemplo: distribuição da Precipitação Fonte: Brown/Crósta, 2000

22 Para um ciclo hidrológico completo, essa é a equação geral do balanço hídrico: P = E + Q Onde Q representa a soma do escoamento superficial direto com o escoamento suprido pela água subterrânea e E a água perdida por evapotranspiração. Águas superficiais bacia hidrográfica: sistema físico onde se pode quantificar o ciclo da água Análise quantitativa: balanço hídrico, expressão básica da hidrologia: P E Q (+/- delta) = 0 P = volume de água precipitado sobre a área da bacia E = volume que voltou à atmosfera por evaporação e precipitação Q = volume total da água escoado pela bacia durante um intervalo de tempo Q é a produção de água pela bacia medida pela vazão no exutório durante o período de monitoramento

23 útil para mostrar como a bacia responde às chuvas diferente para cada bacia Águas superficiais Hidrograma: que expressa a variação de vazão em função de tempo Hidrograma é a base para estudos hidrológicos de bacias: Abastecimento de água Aproveitamento hidroelétrico Comportamento de bacias (vazões baixas e altas) enchentes e estiagens

24 Águas superficiais vazão de um rio: é o volume de água escoado por unidade de tempo, em uma determinada seção do curso d água. É geralmente expressa em metros cúbicos por segundo (m 3 /s) ou em litros por segundo (L/s). A vazão de um rio está relacionada à forma da sua calha e varia ao longo do ano velocidade de escoamento de um rio: está diretamente relacionada à declividade ou inclinação dos canais fluviais. Assim, quanto maior for a declividade, maior será a velocidade de escoamento e maior a capacidade de transporte dos sedimentos

25 Água subterrânea Hidrogeologia estudo das águas subterrâneas águas subterrâneas 97% da água doce líquida disponível toda água que ocupa vazios em formações rochosas ou no solo (Decifrando a Terra, 2000)

26 Água subterrânea Zona não saturada, vadosa ou de aeração Zona saturada ou freática O que faz com que haja água em subsuperfície?

27 Infiltração: 2 mecanismos principais: porosidade: quantidade de água permeabilidade: velocidade que a água flui

28 Livre topo coincide com nível freático, está em contato com a atmosfera Suspensos acumulações de água na zona insaturada, forma níveis lentiformes de aquiferos livres acima do nível freático principal Fonte: Decifrando a Terra, 2000

29 Aquífero Guarani Aquífero confinado rocha permeável (aquífero) entre duas camadas pouco permeáveis ou impermeáveis Fonte: Super Interessante, n o 7

30 Água subterrânea recurso natural No geral apresentam excelente qualidade, sendo apta para o consumo muitas vezes sem tratamento prévio. no Brasil é de 60% a proporção do uso da água subterrânea para abastecimento humano, enquanto que no estado de São Paulo, dos 645 municípios, cerca de 80% utiliza parcial ou totalmente mananciais subterrâneos para abastecimento público (Cetesb, 2010) 100% (Arábia Saudita, Dinamarca e Malta), 70% (Áustria, Alemanha, Bélgica, França, Hungria, Itália, Holanda, Marrocos, Rússia e Suiça).

31 Qualidade

32 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS, BIOLÓGICAS E QUÍMICAS DA ÁGUA Quais parâmetros? Importância?

33 O Processo de Poluição das Águas A poluição das águas é resultado da associação entre os seguintes fatores: Usos múltiplos; Capacidade de dissolver as substâncias com as quais entra em contato; Ausência ou ineficácia de sistemas de tratamento de esgotos e efluentes; Prof. Mierzwa Lançamento indevido ou deliberado de poluentes nos corpos d água.

34 Prof. Mierzwa Exemplo de Poluição Pontual Fonte fixas, com lançamentos que podem ser controlados.

35 Prof. Mierzwa Exemplos de Poluição Difusa dos Corpos D água Não há um padrão no lançamento.

36 Principais Poluentes e seus Efeitos Agentes Infecciosos A contaminação do Homem pode se dar de duas maneiras distintas: Ingestão ou uso de água contaminada; Transmissão por vetores. Prof. Mierzwa

37 Principais Alvos dos Poluentes nos Organismos Vivos Prof. Mierzwa

38 CONTAGEM DE SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS Fonte: acessado em 10/03/2014. Prof. Mierzwa

39

40 Comportamento dos Poluentes no Meio Aquático Nos corpos d água os poluentes são submetidos a diversos mecanismos físicos, químicos e biológicos; Estes mecanismos alteram o comportamento dos poluentes e suas respectivas concentrações: Diluição e ação hidrodinâmica; Prof. Mierzwa Ação de microrganismos; Ação da gravidade, incidência de luz e temperatura.

41 Fatores que Afetam o Comportamento dos Poluentes Ação dos Microrganismos: Podem reduzir a concentração de contaminantes biodegradáveis, processo conhecido como autodepuração: A autodepuração contempla as seguintes etapas: Primeira Decomposição da matéria orgânica, que é quantificada por meio da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO); Segunda Recuperação do oxigênio dissolvido ou reaeração.

42 Prof. Mierzwa em1.jpg Cinética do Processo de Autodepuração pg. 91/92

43 Prof. Mierzwa Zona de água limpa região imediatamente acima do ponto de despejo; Zona de degradação que vai do ponto de lançamento até a zona de decomposição ativa; Zona de decomposição ativa é a região com maior intensidade microbiológica, maior intensidade no consumo de oxigênio; Zona de recuperação a matéria orgânica foi quase que completamente degradada e o corpo d água começa a recuperar o nível de oxigênio; Zona de águas limpas região na qual não há mais interferência do despejo na qualidade da água.

44 Eutrofização A eutrofização processo associado ao aumento da concentração de nutrientes em corpos d água; Aumento da produtividade biológica, com proliferação de algas e outras plantas aquáticas; Prof. Mierzwa Processo natural dentro da sucessão ecológica dos ecossistemas transformação de lagos em ambientes terrestres; Problema quando é acelerado, principalmente, em decorrência das atividades humanas.

45 Conseqüências da Eutrofização Excesso de Nutrientes Aumento da biomassa Redução da Aeração Prof. Mierzwa Condições Anaeróbias Aumento de DBO Morte de Organismos Sensíveis Predomínio de Bactérias Anaeróbias e Facultativas no fundo do lago. Ocorrência de uma estreita camada superficial de algas e macrófitas

46 Fonte: oyectos/agua/contaminacion_riosylagos.html Imagens de lagos eutrofizados Fonte:

47 Medidas de Controle da Eutrofização Reduzir a carga de nutrientes lançados aos corpos d água; Retirada dos nutrientes por processos de tratamento; Redução do uso de fertilizantes; Recomposição de matas ciliares ou adoção de sistemas naturais de tratamento (wetlands); Controle de drenagem urbana e de campos agrícolas; Remoção da biomassa vegetal dos corpos d água eutrofizados. Prof. Mierzwa

48 Contaminação da água subterrânea

49 Contaminação do solo e da água subterrânea

50 Fonte: Decifrando a Terra, 2000

51 Impactos das atividades antrópicas em águas subterrâneas: redução da quantidade Extração intensiva Redução da capacidade produtiva do poço(s)

52 Redução da capacidade produtiva do poço(s) Lima (Peru): poços extraíam mais de 208Mm 3 /a de água de um aquífero livre de grande produtividade 1964 os níveis d água eram quase aflorantes, e em menos de 20 anos, desceram 40 m, exaurindo horizontes mais permeáveis Fonte: Decifrando a Terra, 2000

53 Exploração descontrolada de aqüífero subterrâneo na cidade do México Decifrando a Terra, 2000

54 Água e serviços ambientais Serviços ambientais são a ligação entre o bem estar humano, os ecossistemas e a economia. As funções dos ecossistemas aquáticos são: fonte de fornecimento e armazenagem de água sumidouro para resíduo, dentro do qual, os ecossistemas aquáticos podem remover, diluir e desintoxicar; suporte de vida para vários habitats; fonte para recreação e para experiência cultural ou espiritual Os serviços ambientais prestados pela água: regulação do clima; reciclagem dos nutrientes; diluição de efluentes; produção de energia; regulação de fluxos hidrológicos recreação

55 Exemplo: filme sobre o projeto Conservador das águas em Extrema MG fomentar a preservação de mananciais e nascentes - as águas que saem dessa microbacia constituem um dos principais mananciais do sistema Cantareira, que abastece RMSP.

56 Serviços ecossistêmicos

57 Serviços ecossistêmicos mata ciliar

58 Serviços ecossistêmicos mata ciliar (Constanza et al. 1997) Serviços ecossistêmicos Funções Ecossistêmicas Controle da quantidade de água Controle dos fluxos hidrológicos Controle de erosão Retenção do solo em um ecossistema Formação de solo Processo de formação de solo Ciclagem de nutrientes Armazenamento, ciclagem interna, processamento e captação de nutrientes. Controle biológico Controle da dinâmica trófica das populações Provisão de alimento Produção primária de alimentos Provisão de matéria prima Produção primária extraída como matéria prima Recursos genéticos Fonte de materiais biológicos e produtos Recreação Ecossistema da mata ciliar Cultural Ecossistema da mata ciliar Controle do clima Regulação da temperatura e processos climáticos globais Fornecimento de água Armazenamento e retenção de água

59 Serviços ambientais mata ciliar serviços ambientais aqueles prestados pelos diversos agentes econômicos para conservação e/ou recuperação dos recursos naturais: recuperação e manutenção da mata ciliar construção de terraços para redução de erosão recuperação de áreas degradadas e recomposição da vegetação ciliar